9A文西安理工大学物理作业光的波动性.docx

1、9A文西安理工大学物理作业光的波动性西安理工大学物理 1414 光的波动性班号 学号 姓名 成绩 一、选择题（在下列各题中，均给出了4个6个答案，其中有的只有1个是正确答案，有的则有几个是正确答案，请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内）1. 单色光从空气射入水中，下列说法中正确的是： A波长变短，光速变慢； B波长不变，频率变大； C频率不变，光速不变； D波长不变，频率不变。 （A）知识点 介质对光速、光波的影响。分析与题解 光在真空中的频率为、波长为和光速为c。当单色光在水中传播时，由于光的频率只与光源有关，与介质无关，故频率是不变的；光速随介质的性质而变化，即光速，因此水中的光速将

2、变慢；光波在介质中的波长也将变为，即介质中的波长会变短。图14-12. 在双缝干涉实验中，屏幕E上的P点处是明条纹，若将缝S2盖住，并在S1、S2连线的垂直平分面处放一反射镜M，如图14-1所示。此时： A. P点处仍为明条纹；B. P点处为暗条纹；C. 不能确定P点处是明条纹还是暗条纹； D. 无干涉条纹。 （B）知识点 干涉加强与减弱条件，半波损失。分析与题解 屏幕E上的P点处原是明条纹，意味着缝光源S1和S2到P点的相位差满足（或光程差）；放反射镜M后，由于从S1直接发出的光和经M镜反射的光在P点的相遇，P点仍会出现干涉现象，此时有，但由于反射光在M镜反射时要发生半波损失，引起的光程差，

3、则从S1发出的到P点的两束光的光程差（或相位差），满足干涉减弱条件，因此，P点处会出现暗条纹。 3. 在双缝干涉实验中，两条缝的宽度原来是相等的，若两缝中心距离不变，而将其中一缝的宽度略变窄，则： A干涉条纹的间距变宽； B干涉条纹的间距变窄； C干涉条纹的间距不变，但原极小处的强度不再是零； D不再发生干涉现象。 （C）知识点 影响条纹间距的因素，缝宽对条纹的影响。分析与题解 由双缝干涉两相邻条纹间距公式知，若两缝中心距离d不变，则干涉条纹的间距是不变的；但若其中一缝的宽度略变窄，两个缝的光强会不同（），则对干涉减弱点的光强会有，即出现原极小处的强度不再是零的现象。图14-24. 如图14-

4、2所示，两块平板玻璃OM和ON构成空气劈尖，用单色平行光垂直照射。若将上面的平板玻璃OM慢慢向上平移，则干涉条纹将： A向棱边方向平移，条纹间距变大；B向棱边方向平移，条纹间距变小； C向棱边方向平移，条纹间距不变；D向远离棱边方向平移，条纹间距变大； E向远离棱边方向平移，条纹间距不变。 （C）知识点 膜厚e对等厚干涉条纹的影响。分析与题解 由劈尖等厚干涉条纹间距知，在平板OM向上平移时，夹角 不变，则条纹间距不变。在反射光形成的空气劈尖等厚干涉条纹中，形成明纹和暗纹的条件分别为： 明纹 暗纹现将平板OM慢慢向上平移，膜厚e增加，棱边处，根据满足明、暗纹条件，交替出现明纹和暗纹，且随e增加，

5、明暗纹级次增加，则条纹向棱边方向平移。（图中数字为各处的折射率）图14-35. 如图14-3所示，由3种透明材料（折射率已经在图中标出）构成的牛顿环装置中，用单色平行光垂直照射，观察反射光的干涉条纹，则在接触点P处形成的圆斑为： A全明； B全暗； C左半部分暗，右半部分明； D左半部分明，右半部分暗。 （D）知识点 半波损失对明暗条纹的影响。分析与题解 由图可知，左半边两束相干光由于牛顿环上、下表面反射时均有半波损失，总光程差无半波损失，在接触点P处，出现明环。右半边两束相干光由于牛顿环上表面反射时有半波损失，下表面无半波损失，总光程差也有半波损失，在接触点P处，出现暗环。6. 在照相机镜头

6、的玻璃上均匀镀有一层介质薄膜，其折射率n小于玻璃的折射率，以增强某一波长 透射光的能量。假定光线垂直照射镜头，则介质膜的最小厚度应为： A ； B； C； D。 （D）知识点 增透膜，透射加强即反射减弱。分析与题解 由题意知，垂直入射的光线进入照相机镜头的过程中，有一束要在空气与介质薄膜的界面反射，另一束要在薄膜与玻璃的界面反射，由于，两束相干光在上、下表面反射时均有半波损失，总光程差无半波损失。此时，介质薄膜所产生的光程差为（e为薄膜厚度）要使某波长的透射光加强，根据能量守恒定律，反射光就应相互干涉而抵消掉。即介质薄膜的厚度e应满足干涉减弱条件，则有 从k的取值可知，当时有介质膜的最小厚度

7、7. 根据惠更斯菲涅耳原理，如果已知光在某时刻的波阵面为S，则S的前方某点P的光强取决于波阵面S上所有面积元发出的子波各自传到P点的 A振动振幅之和； B光强之和；C振动振幅之和的二次方； D振动的相干叠加。 （D）知识点 惠更斯菲涅耳原理。分析与题解 惠更斯菲涅耳原理指出：波前S上的面元dS都可以看成是新的振动中心，它们发出的次波，在空间某一点P的光振动是所有这些次波在该点的相干叠加。图14-48. 如图14-4所示，在单缝夫琅禾费衍射实验中，若将缝宽a稍稍加大些，同时使单缝沿R轴方向向上作微小位移，则屏C上的中央亮纹将： A变窄，同时向上移； B变窄，同时向下移；C变宽，同时向上移； D变

8、宽，同时向下移； E变窄，不移动；F变宽，不移动。 （E）知识点 缝宽对单缝衍射条纹宽度的影响，透镜成像特性。分析与题解 由单缝衍射公式知中央亮纹角宽度为 可见，当a变大时，减小，屏上中央亮纹也将变窄。 由于透镜的会聚作用，中央亮纹中心应在透镜主光轴的主焦点上，与入射光位置无关（入射光应满足傍轴条件），所以中央亮纹不移动。图14-59. 如图14-5所示，图中的R射线束不是单色的，而是含有从到的范围内的各种波长，晶体的晶格常数，则可以产生强反射的R射线的波长是： A； B； C； D； E以上均不可以。 （B、C） 知识点 布喇格公式。分析与题解 由布喇格公式知，式中 为掠射角（入射线与晶面的

9、夹角），则 可得 由于入射的R射线波长为，则满足强反射条件的有 图14-610. 如图14-6所示，一束自然光以布儒斯特角i0从空气射向一块平板玻璃，则在玻璃与空气的界面2上反射的反射光b ： A是自然光； B是线偏振光，且光矢量的振动方向垂直于入射面； C是线偏振光，且光矢量的振动方向平行于入射面；D是部分偏振光。 （B） 知识点 布儒斯特定律。分析与题解 由布儒斯特定律和折射角知，界面2上的光线为部分偏振光，其入射角为，也有，满足布儒斯特定律，则界面2上的为布儒斯特角，由布儒斯特定律知反射光b为线偏振光，且只有垂直于入射面的光振动。二、填空题1在光学中，光程是指 光所经过介质的折射率n与相

10、应的几何路径r的乘积nr 。图14-7如图14-7所示，一束单色光线通过光路AB和BC所需的时间相等，已知，并处于真空中，处于介质中，则可知此种介质的折射率为 1.33 ，光线由ABC的总光程为 4.0m 。知识点 光程的概念与计算。分析与题解 由题意有 ，而光在介质中的光速，则介质的折射率为总光程为 2. 从普通光源获得相干光的方法是； 将同一束光源发出的一束光分成两束，并使其相遇 ；常用的方法有 分波阵面法 和 分振幅法 。图14-8如图14-8所示，单色点光源S0经透镜L1形成两束平行的相干光束和，再经透镜L2会聚于P点，其中光束和分别通过折射率为n1和n2、厚度均为e的透明介质。设空气

11、的折射率为1，则两束光到达P时的光程差为 ，它们的相位差为 。知识点 光程差和相位差的概念。分析与题解 光束的光程为 光束的光程为 两束光到达P时的光程差为两束光的相位差为 3. 在双缝干涉实验中，已知屏与双缝间距为D = 1m，两缝相距d = 2mm，用的单色光照射，在屏上形成以零级条纹为对称中心的干涉条纹，则屏上相邻明条纹间距为 0.24mm ；现用折射率分别是n1 = 1.40和n2 = 1.70的两块厚度均为的透明介质覆盖在两缝上，则零级条纹将向 折射率大 的方向移动；原零级条纹将变为第 5 级明纹，明（暗）条纹宽度将 不变 （填变大，变小，不变）。知识点 介质和光程差对干涉条纹分布的

12、影响。分析与题解 相邻干涉条纹的间距为 图14-9在如图14-9所示的双缝干涉实验中，双缝S1 、S2覆盖厚度e相同但折射率分别为n1和n2 的透明薄片后，由于，S2光路的光程增大的多一些，而中央明条纹（零级条纹）对应的光程差为零，所以S1光路的光程也要作相应增加，则亮纹将向折射率大的n2方向（即图中向下）移动。此时，双缝到达原零级条纹O点的光程差为 光程差的改变将引起干涉条纹的移动，即则 即原零级条纹将变为第5级明纹。如图，设P点为屏上加透明介质后出现的任一明纹位置，则其光程差为 由于（为加透明介质后P点到中心点O的距离），则有可得明纹位置为 相邻两明纹间距为 这与未加透明介质前的相邻明纹间

13、距相同，所以干涉条纹宽度将不会改变。 图14-10 4. 如图14-10所示，有一劈尖薄膜（ 很小），在垂直入射光照射下，若，则在反射光中观察劈尖边缘O处是 暗 纹；若，则在反射光中观察O处是 明 纹；两相邻明条纹对应的薄膜处的厚度差为 ；两相邻明（或暗）条纹间距为 。知识点 劈尖干涉棱边明、暗条件，等厚干涉条纹性质。分析与题解 当，但时，劈尖上表面反射时有半波损失，而下表面反射时没有半波损失，总光程差中有半波损失。若，劈尖上表面反射时没有半波损失，而下表面反射时有半波损失，总光程差中仍有半波损失。此时，总光程差为在劈尖边缘O处，总光程差，满足干涉减弱条件，则出现暗纹。当时，劈尖上、下表面反射

14、时均有半波损失，总光程差中无半波损失。此时，总光程差为在劈尖边缘O处，总光程差，满足干涉加强条件，则出现明纹。相邻两明纹对应的厚度差应满足即 相邻两明（暗）纹对应的间距应满足 即 由于劈尖 很小，有，则相邻两明（暗）纹对应的间距也可表示为图14-115. 在观察牛顿环的实验中，平凸透镜和平板玻璃之间为真空时，第10个明环的直径为，若其间充以某种液体时，第10个明环的直径为，则此液体的折射率为 1.22 。知识点 牛顿环等厚干涉条纹性质。分析与题解 设形成牛顿环第k级明环处介质膜（折射率为n）的厚度为e，则其光程差满足明纹条件，即 (1)从图14-11中的直角三角形得 (2) 将式(2)代入式(1)，则得在反射光中的第k级明环的半径为 由题意知，若介质膜为真空，则有 (3) 若介质膜为某种液体，则有 (4)联立式(3)和式(4)，则得 6. 若在迈克尔逊干涉仪的可动反射镜M1移动的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则可知所用光波的波长为 539.1 nm 。知识点 迈克尔逊干涉仪的应用。分析与题解 由迈克尔逊干涉仪中视场移过的干涉条纹数目N与M1镜移动距离的关系，可得所用光波的波长为7. 在单缝夫琅禾费衍射实验中，观察屏上第三级明条纹所对应的单缝处波面可划分为 7 个半波带；对第三级暗条纹来说