大物習(xí)題答案第6章波動(dòng)光學(xué)

1、第6章 波動(dòng)光學(xué)6.1基本要求1理解相干光的條件及獲得相干光的方法. 2掌握光程的概念以及光程差和相位差的關(guān)系，了解半波損失，掌握半波損失對(duì)薄膜干涉極大值和極小值條件的影響。3能分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置4了解邁克耳孫干涉儀的工作原理5了解惠更斯菲涅耳原理及它對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性解釋.6了解用波帶法來(lái)分析單縫夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋分布的影響.7了解衍射對(duì)光學(xué)儀器分辨率的影響.8掌握光柵方程，會(huì)確定光柵衍射譜線的位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長(zhǎng)對(duì)光柵衍射譜線分布的影響.9理解自然光與偏振光的區(qū)別.10理解布儒斯特定律和馬呂斯定律.11了解線偏振光的

2、獲得方法和檢驗(yàn)方法.6.2基本概念1相干光若兩束光的光矢量滿足頻率相同、振動(dòng)方向相同以及在相遇點(diǎn)上相位差保持恒定，則這兩束光為相干光。能夠發(fā)出相干光的光源稱為相干光源。2光程光程是在光通過(guò)介質(zhì)中某一路程的相等時(shí)間內(nèi)，光在真空中通過(guò)的距離。若介質(zhì)的折射率為n，光在介質(zhì)中通過(guò)的距離為L(zhǎng)，則光程為nL。薄透鏡不引起附加光程差。光程差與相位差的關(guān)系。3半波損失光在兩種介質(zhì)表面反射時(shí)相位發(fā)生突變的現(xiàn)象。當(dāng)光從光疏介質(zhì)（折射率較小的介質(zhì)）射向光密介質(zhì)（折射率較大的介質(zhì)）時(shí)，反射光的相位較之入射光的相位躍變了，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個(gè)波長(zhǎng)的光程差，所以稱為半波損失。4楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是

3、利用波陣面分割法來(lái)獲得相干光的。用單色平行光照射一窄縫S，窄縫相當(dāng)于一個(gè)線光源。S后放有與其平行且對(duì)稱的兩狹縫S1和S2，兩縫之間的距離很小。兩狹縫處在S發(fā)出光波的同一波陣面上，構(gòu)成一對(duì)初相位相同的等強(qiáng)度的相干光源，在雙縫的后面放一個(gè)觀察屏，可以在屏幕上觀察到明暗相間的對(duì)稱的干涉條紋，這些條紋都與狹縫平行，條紋間的距離相等。5薄膜干涉薄膜干涉是利用分振幅法來(lái)獲得相干光的。由單色光源發(fā)出的光經(jīng)薄膜上表面的反射光和經(jīng)薄膜下表面反射再折射形成的光是相干光，它們?cè)诒∧さ姆瓷浞较虍a(chǎn)生干涉。薄膜干涉的應(yīng)用有增透膜，增反膜等。6劈尖兩片疊放在一起的平板玻璃，其一端的棱邊相接觸，另一端被細(xì)絲隔開(kāi)，在兩塊平板玻

4、璃的表面之間形成一空氣薄層，叫做空氣劈尖。自空氣劈尖上下兩面反射的光相互干涉。形成明暗交替、均勻分布的干涉條紋。7牛頓環(huán)一塊曲率半徑很大的平凸透鏡與一平玻璃相接觸，構(gòu)成一個(gè)上表面為球面，下表面為平面的空氣劈尖。由單色光源發(fā)出的光經(jīng)劈尖空氣層的上下表面反射后相互干涉，形成明暗相間且間距不等的同心圓環(huán)，因其最早是被牛頓觀察到的，故稱為牛頓環(huán)。8邁克爾孫干涉儀用互相垂直的兩平面鏡形成等效空氣層，分振幅法產(chǎn)生相干光。條紋移動(dòng)數(shù)目N與反射鏡移動(dòng)的距離之間的關(guān)系為9夫瑯和費(fèi)單縫衍射單色平行光垂射到單縫上，在屏上形成一組平行于單縫的直條紋，中央明紋最寬最亮，寬度是其它明紋的二倍。分析方法：半波帶法10圓孔衍

5、射 艾里斑圓孔的夫瑯和費(fèi)衍射圖樣中央為一亮斑，稱為愛(ài)里斑，周?chē)鸀橐恍┩拿靼淡h(huán)。愛(ài)里斑的半角寬度為11最小分辨角 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)瑞利判據(jù)規(guī)定：兩個(gè)物體通過(guò)光學(xué)儀器孔徑衍射后，當(dāng)一個(gè)愛(ài)里斑中心剛好落在另一個(gè)愛(ài)里斑的第一級(jí)暗環(huán)上時(shí)，兩個(gè)愛(ài)里斑剛好能夠分辨，儀器的最小分辨角在光學(xué)中,將定義為光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng),即12衍射光柵任何具有空間周期性的衍射屏都可以看成光柵。主極大的位置由光柵方程決定13自然光 普通光源中各原子發(fā)光是獨(dú)立的，每個(gè)波列的振幅、相位和振動(dòng)方向都是隨機(jī)的，在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，在同一時(shí)刻沿各個(gè)方向振動(dòng)的光矢量都有。平均說(shuō)來(lái)，光矢量具有均勻的軸對(duì)稱分布，各方向光矢量振動(dòng)的

6、振幅相同，這種光稱為自然光。14線偏振光 光矢量只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿一個(gè)固定方向振動(dòng)，這種光就是一種完全偏振光，叫線偏振光。15部分偏振光 是介于偏振光與自然光之間的一種光，例如把一束偏振光與一束自然光混合，得到的光就屬于部分偏振光。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，各方向的光振動(dòng)都有，但它們的振幅不相等。6.3基本規(guī)律1 惠更斯菲涅耳原理菲涅耳根據(jù)波的疊加和干涉原理，提出了“子波相干疊加”的概念，對(duì)惠更斯原理作了物理性的補(bǔ)充。菲涅耳認(rèn)為，從同一波面上各點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波。在傳播到空間某一點(diǎn)時(shí)，各子波進(jìn)行相干疊加的結(jié)果，決定了該處的波振幅。2 楊氏雙縫干涉 當(dāng)波長(zhǎng)為的單色光入射到縫間距為d的雙狹縫

7、后，在距狹縫為D的屏幕上會(huì)形成兩縫透過(guò)的相干光疊加后的干涉條紋，以兩縫中心垂線與屏幕的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則明暗條紋的位置應(yīng)滿足下列條件相鄰兩條明紋或暗紋的間距為3 薄膜干涉 將一波長(zhǎng)為的擴(kuò)展光源照射到一厚度為d、折射率為、置于折射率為介質(zhì)的薄膜上，薄膜上下兩表面的反射光在相遇點(diǎn)的光程差為其中為入射光線與薄膜表面法線之間的夾角。由此可得出薄膜干涉的明暗紋條件公式中是在表面產(chǎn)生的附加光程差，是否要這一項(xiàng)，要根據(jù)薄膜及上下表面兩側(cè)介質(zhì)的折射率來(lái)考慮。4等厚干涉 劈尖反射光干涉極大（明紋）和極?。ò导y）的條件是：（光線垂直入射）相鄰明（或暗）條紋中心之間的距離（簡(jiǎn)稱條紋間距）相等在劈尖上方觀察干涉圖形是

8、一些與棱邊平行的、均勻分布、明暗相間的直條紋。牛頓環(huán)的明暗紋條件（光線垂直入射）牛頓環(huán)明（暗）半徑分別為5單縫夫瑯和費(fèi)衍射 利用半波帶法可得單縫夫瑯和費(fèi)衍射明暗紋條件中央明紋角寬度和線寬度分別為其余明紋角寬度和線寬度分別為6 光柵的夫瑯和費(fèi)衍射主極大的位置由光柵方程決定忽略單縫衍射時(shí)，光柵衍射條紋為等間距、等亮度、相鄰兩條明紋間有寬廣暗區(qū)的明亮尖銳條紋。但由于單縫衍射的存在，衍射光強(qiáng)對(duì)光柵條紋光強(qiáng)起調(diào)制作用，使明紋的亮度不再相同，并且會(huì)出現(xiàn)缺級(jí)現(xiàn)象，缺級(jí)的條件為同時(shí)滿足即當(dāng)衍射角同時(shí)滿足光柵衍射極大和單縫衍射暗紋條件時(shí)，相應(yīng)的光柵衍射極大將缺失。缺級(jí)條件是：也就是說(shuō)，a+b與a的比等于整數(shù)比時(shí)

9、便有缺級(jí)現(xiàn)象。7馬呂斯定律（對(duì)線偏振光），為通過(guò)檢偏器后的光強(qiáng)，為入射于檢偏器的光強(qiáng)，為光振動(dòng)方向與偏振化方向的夾角。8布儒斯特定律當(dāng)自然光從折射率為的各向同性介質(zhì)向折射率為的各向同性介質(zhì)入射時(shí)，若入射角i0滿足則反射光變成完全偏振光，且其光振動(dòng)的方向垂直于入射面，這一規(guī)律稱為布儒斯特定律，這一特定的入射角i0稱為布儒斯特角或起偏振角。此時(shí)，反射線與折射線相互垂直。6.4學(xué)習(xí)指導(dǎo)1重點(diǎn)解析（1）雙縫干涉條紋的計(jì)算研究雙縫干涉問(wèn)題，主要是計(jì)算兩束相干光的光程差，根據(jù)干涉明暗條紋的條件，就可以得到條紋的形態(tài)和分布。例1 在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，設(shè)雙縫之間的距離為d=0.2mm，屏與雙縫間的距離D1.

10、00m。（1） 當(dāng)波長(zhǎng)的單色光垂直入射時(shí)，求10條干涉條紋之間的距離。（2） 若以白光入射，將出現(xiàn)彩色條紋，求第二級(jí)光譜的寬度。分析：在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果入射光為單色光，則干涉條紋為等距分布的明暗相間的直條紋。n條條紋之間的距離為。如果入射光為白光，中心零級(jí)明紋極大處為白色，其它各級(jí)條紋均因波長(zhǎng)不同而彼此分開(kāi)，具有一定的寬度，第k級(jí)干涉條紋的寬度為解：（1）在楊氏雙縫干涉的圖樣中，其干涉條紋為等距分布的明暗相間的直條紋。相鄰條紋之間的距離為10條干涉條紋之間有9個(gè)間距，所以10條干涉條紋之間的距離為（2）第二級(jí)彩色條紋光譜寬度是指第二級(jí)紫光明紋中心位置到第二級(jí)紅光明紋中心位置之間的距離。

11、楊氏雙縫干涉明紋的位置為所以第二級(jí)光譜的寬度為（2）薄膜干涉條紋的計(jì)算在計(jì)算薄膜干涉的光程差時(shí)，特別要注意反射光的半波損失問(wèn)題。當(dāng)光從折射率為的媒質(zhì)中垂直（或近于垂直）入射到折射率為的媒質(zhì)，若>,則在界面上的反射光有半波損失。例2 一油輪漏出的油(折射率n1 = 1.20)污染了某海域，在海水(n2 = 1.30)表面形成了一層薄薄的油污。(1)如果太陽(yáng)正位于海域上空，一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察，他所正對(duì)的油層厚度為460nm，則他將觀察到油層呈什么顏色? (2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下，又將觀察到油層呈什么顏色? 解 這是一個(gè)薄膜干涉問(wèn)題。太陽(yáng)光垂直照射在海面上，駕駛員和潛水員

12、看到的分別是反射光的干涉結(jié)果和透射光的干涉結(jié)果。（1）由于油層的折射率n1小于海水的折射率n2但大于空氣的折射率，所以在油層上，下表面反射的太陽(yáng)光均發(fā)生的相位躍變。兩反射光之間的光程差為:當(dāng)，即，k=1,2,.把n1=1.20,d=460nm代入，干涉加強(qiáng)的光波波長(zhǎng)為，其中，波長(zhǎng)為 的綠光在可見(jiàn)范圍內(nèi)，所以駕駛員看到薄膜呈綠色。（2）此題中透射光的光程差為：，所以潛水員看到薄膜呈紫紅色（3）單縫衍射和光柵衍射條紋的計(jì)算；單縫夫瑯禾費(fèi)衍射和光柵衍射條紋的計(jì)算要記住單縫衍射明暗條紋的條件：從形式上看，似乎與干涉的明暗條件相反，二者是矛盾的。事實(shí)上，從疊加的意義看是完全一致的。對(duì)于光柵衍射，主要在明

13、紋的條件，即光柵方程例3 波長(zhǎng)為600nm的單色光垂直入射到寬度a=0.10mm的單縫上，觀察夫瑯禾費(fèi)衍射圖樣，透鏡焦距f=1.0m，屏在透鏡的焦平面處，求（1） 中央明紋的寬度。（2） 第二級(jí)暗紋到中央明紋的距離。解：(1)中央明紋的寬度指在屏上兩側(cè)第一暗紋的間距，由單縫衍射暗紋公式令k=1，得 又 其中是第一級(jí)暗紋到中央明紋中心的距離，中央衍射明紋的寬度是代入已知數(shù)據(jù)得(2)第k級(jí)暗紋到中央明紋的距離為當(dāng)k=2時(shí)得到第二級(jí)暗紋到中央明紋的距離（4）光學(xué)儀器分辨率的計(jì)算光學(xué)儀器分辨率的計(jì)算根據(jù)瑞利判據(jù)得到光學(xué)儀器最小分辨角例4 用肉眼觀察1.0km遠(yuǎn)處的物體，問(wèn)能分辨物體的細(xì)節(jié)尺寸是多大？若

14、用通光孔徑為5.0cm的望遠(yuǎn)鏡觀察，問(wèn)能分辨物體的細(xì)節(jié)尺寸是多大？設(shè)人眼瞳孔的直徑是5.0mm，光的波長(zhǎng)為500nm。解：人眼的最小分辨角設(shè)人眼分辨物體的細(xì)節(jié)尺寸是d，則望遠(yuǎn)鏡的最小分辨角望遠(yuǎn)鏡分辨物體的細(xì)節(jié)尺寸是（5）馬呂斯定律和布儒斯特定律的應(yīng)用馬呂斯定律和布儒斯特定律的應(yīng)用是光的偏振現(xiàn)象中的兩個(gè)規(guī)律。馬呂斯定律是指線偏振光通過(guò)偏振片后光強(qiáng)變化的規(guī)律。注意：自然光通過(guò)偏振片后，光強(qiáng)變化關(guān)系不滿足此定律。若不考慮偏振片對(duì)光的吸收，則透出的偏振光的強(qiáng)度是自然光強(qiáng)度的一半。布儒斯特定律是指反射起偏的入射角必須滿足布儒斯特角（起偏振角）的規(guī)律。反射光的偏振方向垂直于入射面。2難點(diǎn)釋疑疑難點(diǎn)1 在觀

15、察干涉、衍射的實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，經(jīng)常放入透鏡，是否會(huì)產(chǎn)生附加光程差？ 解析 如圖6-1(a)所示，平行光通過(guò)薄透鏡后會(huì)聚于焦點(diǎn)F上形成一個(gè)亮點(diǎn)，這是因?yàn)槠叫泄獠ㄇ吧细鼽c(diǎn)A,B,E的相位相同，到達(dá)焦點(diǎn)F后的相位仍然相同，圖6-1(a)(b)因而相互加強(qiáng)，產(chǎn)生亮點(diǎn)，這說(shuō)明各光線，所經(jīng)歷的光程也相等，雖然光線比光線CcF經(jīng)過(guò)的幾何路程長(zhǎng)，但光線在透鏡中經(jīng)過(guò)的路程比光線長(zhǎng)，折算成光程，兩者光程相等，其他光線也一樣。對(duì)于圖6.5(b)所示的平行光斜入射，然后會(huì)聚于點(diǎn)的情況，通過(guò)類似討論可知，各光線的光程也都相等。因此，使用薄透鏡不引起附加光程差。 從理論上講，透鏡的等光程性是費(fèi)馬原理的自然結(jié)果，它告訴我們，實(shí)

16、際光線的光程總是取極值或是恒定值的，在一束平行光中有無(wú)數(shù)條光線，其光程都取極大值或極小值是不可能的，因而只能取恒定值，即它們必須具有相同的光程。疑難點(diǎn)2 關(guān)于等厚干涉是否計(jì)入附加光程差？在等厚干涉中，經(jīng)過(guò)薄膜上表面反射的光和從下表面反射并透射出去的光形成相干光，在它們相遇的地方發(fā)生干涉現(xiàn)象。根據(jù)薄膜介質(zhì)的折射率與薄膜上下介質(zhì)的折射率的大小關(guān)系，我們可以判斷是否需計(jì)入附加光程差。如圖6-2所示，設(shè)光從折射率為的介質(zhì)中垂直（或近于垂直）入射到折射率為的薄膜上，表6-1圖6-2薄膜下面的介質(zhì)的折射率為，則是否計(jì)入附加光程差如表6-1所示。疑難點(diǎn)3 半波帶法圖6-3為避免復(fù)雜計(jì)算，將單縫上兩束光的光程

17、差為半個(gè)波長(zhǎng)的區(qū)域劃分為一個(gè)半波帶，如圖6-3所示。如單縫恰好能劃分為偶數(shù)個(gè)半波帶，則相鄰兩半波帶對(duì)應(yīng)位置的光束兩兩疊加干涉相消，整個(gè)單縫的衍射結(jié)果為暗紋，此時(shí)，縫兩端A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)光束的光程差為。如單縫恰好能劃分為奇數(shù)個(gè)半波帶，即。此時(shí)會(huì)剩下一個(gè)半波帶無(wú)法抵消，結(jié)果出現(xiàn)的是明條紋。注意的是，顯然半波帶的劃分與衍射角有關(guān)。另外，許多情況下不能劃分偶數(shù)或奇數(shù)個(gè)半波帶，則對(duì)應(yīng)屏上的是不明不暗區(qū)域。6.5習(xí)題解答 6.1 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若單色光源 S 到兩縫 S1、S2距離相等，則觀察屏上中央明條紋位于圖中O處?，F(xiàn)將光源S向下移動(dòng)到示意圖中的S位置，則 習(xí)題6.1圖(A) 中央明條紋也向下移動(dòng)，

18、且條紋間距不變 (B) 中央明條紋向上移動(dòng)，且條紋間距不變 (C) 中央明條紋向下移動(dòng)，且條紋間距增大 (D) 中央明條紋向上移動(dòng)，且條紋間距增大解析：正確答案（B）由S發(fā)出的光到達(dá)S1、S2的光程相等，它們傳到屏上中央O處，光程差，形成明紋，當(dāng)光源由S向下移動(dòng)S時(shí)，由S到達(dá)S1、S2的兩束光產(chǎn)生了光程差，為了保持原中央明紋處的光程差為0，它將上移到圖中0處，使得由S沿S1、S2傳到0處的兩束光的光程差仍為0。而屏上各級(jí)明紋位置只是向上平移。因此條紋間距不變。6.2 在相同的時(shí)間內(nèi)，一束波長(zhǎng)為的單色光在空氣中和在玻璃中 （A）傳播的路程相等，走過(guò)的光程相等（B）傳播的路程相等，走過(guò)的光程不相等

19、（C）傳播的路程不相等，走過(guò)的光程相等（D）傳播的路程不相等，走過(guò)的光程不相等解析：正確答案（C）由于單色光在不同介質(zhì)中傳播速度不同，所以相等的時(shí)間內(nèi)傳播的路程不相等。光程的定義是光在介質(zhì)中傳播的幾何路程與介質(zhì)折射率之積。光在媒質(zhì)中傳播的路程可折合為光在真空中傳播的路程。不管光的傳播是經(jīng)過(guò)怎樣的幾何路程，只要光程相同，光傳播所用的時(shí)間就相同。反之亦然。6.3習(xí)題6.3圖 單色平行光垂直照射在薄膜上，經(jīng)上下兩表面反射的兩束光發(fā)生干涉，如圖所示，若薄膜厚度為e，且，為入射光在中的波長(zhǎng)，則兩束反射光的光程差為 （A） （B）（C） （D）解析：正確答案（C）由于，因此光在上表面的反射光有半波損失，下

20、表面的反射光沒(méi)有半波損失，所以它們的光程差，這里是光在真空中的波長(zhǎng)，與的關(guān)系是。6.4 如圖所示，兩平面玻璃板構(gòu)成一空氣劈尖，一平面單色光垂直入射到劈尖上，當(dāng)A板與B板的夾角增大時(shí)，干涉圖樣將發(fā)生什么變化 習(xí)題6.4圖（A）干涉條紋間距增大，并向O方向移動(dòng)（B）干涉條紋間距減小，并向B方向移動(dòng)（C）干涉條紋間距減小，并向O方向移動(dòng)（D）干涉條紋間距增大，并向B方向移動(dòng)解析：正確答案（C）空氣劈尖干涉條紋間距， 劈尖干涉又稱為等厚干涉，即相同的同一級(jí)條紋，無(wú)論是明紋還是暗紋，都出現(xiàn)在厚度相同的地方。當(dāng)A板與B板的夾角增大時(shí)，變小。和原厚度相同的地方向頂角方向移動(dòng)，所以干涉條紋向O方向移動(dòng)。6.5

21、 如圖所示的三種透明材料構(gòu)成的牛頓環(huán)裝置中,用單色光垂直照射,在反射光中看到干涉條紋,則在接觸點(diǎn)P處形成的圓斑為 (A) 全明習(xí)題6.5圖l1.521.621.621.521.75P(B) 全暗(C) 右半部明，左半部暗(D) 右半部暗，左半部明解析：正確答案（D）牛頓環(huán)的明暗紋條件（光線垂直入射）在接觸點(diǎn)P處的厚度為零，光經(jīng)劈尖空氣層的上下表面反射后的光程差主要由此處是否有半波損失決定。當(dāng)光從光疏介質(zhì)（折射率較小的介質(zhì)）射向光密介質(zhì)（折射率較大的介質(zhì)）時(shí)，反射光有半波損失。結(jié)合本題的條件可知右半部有一次半波損失，所以光程差是，右半部暗，左半部有二次半波損失，光程差是零，左半部明。6.6 在單

22、縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)為的單色光垂直入射在寬度為的單縫上，對(duì)應(yīng)于衍射角為30°的方向，單縫處波陣面可分成的半波帶數(shù)目為 (A) 2 個(gè) (B) 4 個(gè) (C) 6 個(gè) (D) 8 個(gè) 解析：正確答案（B）根據(jù)單縫衍射公式：，因此第k級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)的單縫波陣面被分成2k個(gè)半波帶，第k級(jí)明紋對(duì)應(yīng)的單縫波陣面被分成2k+1個(gè)半波帶。由題意，即對(duì)應(yīng)第2級(jí)暗紋，單縫分成4個(gè)半波帶。6.7 一束光強(qiáng)為I0的自然光垂直穿過(guò)兩個(gè)偏振片，且此兩偏振片的偏振化方向成45°角，則穿過(guò)兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)I為 (A) (B) (C) (D) 解析：正確答案（B）光強(qiáng)為I0的自然光垂直穿過(guò)偏振片后的光

23、強(qiáng)變?yōu)镮0/2，兩偏振片的偏振化方向成45°角，由馬呂斯定律可知經(jīng)過(guò)第二個(gè)偏振片后光強(qiáng)為6.8 自然光從空氣入射到某介質(zhì)表面上，當(dāng)折射角為30°時(shí)，反射光是完全偏振光，則此介質(zhì)的折射率為 （A）2 （B） （C） （D）解析：正確答案（D）當(dāng)入射角與折射角之和等于90°，即反射光與折射光互相垂直時(shí)，反射光為光矢量垂直于入射面的完全偏振光。這個(gè)特定的入射角稱為起偏振角，或稱為布儒斯特角，。本題中，故此介質(zhì)的折射率。6.9在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若使兩縫之間的距離增大，則屏幕上干涉條紋間距 ；若使單色光波長(zhǎng)減小，則干涉條紋間距 。解析：減小、減小相鄰兩明(暗)紋的間距是 ，

24、其中d是雙縫之間的距離，D是雙縫到屏的距離，是入射光的波長(zhǎng)。6.10 有一單縫，縫寬a=0.10mm，在縫后放一焦距為50cm 的會(huì)聚透鏡，用波長(zhǎng)的平行光垂直照射單縫，則位于透鏡焦平面處屏上中央明紋的寬度為 。解析：兩個(gè)一級(jí)暗紋中心之間為中央明紋（或零級(jí)明紋）范圍，其線位置為，線寬度為，代入已知數(shù)據(jù)，可得位于透鏡焦平面處屏上中央明紋的寬度是6.11波長(zhǎng)為=550nm的單色光垂直入射于光柵常數(shù) d=2×10-4cm 的平面衍射光柵上，可能觀察到光譜線的最高級(jí)次為第 級(jí)。解析：3光柵方程是計(jì)算光柵主極大的公式?？赡苡^察到光譜線的最高級(jí)次對(duì)應(yīng)的衍射角是最大的，當(dāng)時(shí)。所以最高級(jí)次是3級(jí)。6.

25、12 已知從一池靜水的表面反射出來(lái)的太陽(yáng)光是線偏振光，此時(shí)，太陽(yáng)在地平線上的仰角為= 。（池水的折射率為n=1.33）解析：當(dāng)反射光為光矢量垂直于入射面的完全偏振光時(shí)，入射角為起偏振角，稱為布儒斯特角，。本題中，故入射角，所以太陽(yáng)在地平線上的仰角為。6.13 在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d=0.20mm，縫屏間距D=1.0m，試求：(1)若第二級(jí)明條紋離屏中心的距離為6.0mm，所用單色光的波長(zhǎng)(2)相鄰兩明條紋間的距離解析：（1）根據(jù)雙縫干涉明紋的條件，得（2）當(dāng)時(shí)，相鄰兩明條紋間的距離6.14 在楊氏干涉裝置中，雙縫至幕的垂直距離為2.00，雙縫間距為0.342mm，測(cè)得第10級(jí)干涉亮紋至0

26、級(jí)亮紋間的距離為3.44cm。求光源發(fā)出的光波的波長(zhǎng)。解析：根據(jù)雙縫干涉明紋的條件對(duì)同側(cè)的條紋級(jí)次應(yīng)同時(shí)為正（或負(fù)）。 把k0和k10代入上式，得所以另外，雙縫干涉條紋的間距由條紋的間隔數(shù)，也可求出波長(zhǎng)。6.15 薄鋼片上有兩條緊靠的平行細(xì)縫，用波長(zhǎng)546.1 nm的平面光波正入射到鋼片上。屏幕距雙縫的距離為D2.00m，測(cè)得中央明條紋兩側(cè)的第五級(jí)明條紋間的距離為 x12.0 mm。 求(1)兩縫間的距離。 (2) 從任一明條紋(記作0)向一邊數(shù)到第20條明條紋，共經(jīng)過(guò)多大距離？ (3) 如果使光波斜入射到鋼片上，條紋間距將如何改變？解析：根據(jù)雙縫干涉明紋的條件對(duì)中央明條紋兩側(cè)的條紋級(jí)次應(yīng)分別

27、取正、負(fù)。對(duì)同側(cè)的條紋級(jí)次應(yīng)同時(shí)為正（或負(fù)）（1）根據(jù)雙縫干涉明紋的條件把k5和k-5代入上式，得（2）把k0和k20代入公式，得（3）如果使光波斜入射到鋼片上，中央明條紋的位置會(huì)發(fā)生變化，但條紋間距不變。6.16 為了測(cè)量一精密螺栓的螺距，可用此螺栓來(lái)移動(dòng)邁克耳孫干涉儀中的一面反射鏡已知所用光波的波長(zhǎng)為546.0nm，螺栓旋轉(zhuǎn)一周后，視場(chǎng)中移過(guò)了2023個(gè)干涉條紋，求螺栓的螺距 。解析：邁克耳孫干涉儀中條紋移動(dòng)數(shù)目N與反射鏡移動(dòng)的距離之間的關(guān)系為代入數(shù)據(jù)得6.17用鈉黃光（）觀察邁克耳遜干涉儀的等傾干涉條紋，開(kāi)始時(shí)視場(chǎng)中共看到10個(gè)亮環(huán)，中心為亮斑，然后移動(dòng)干涉儀一臂的平面鏡，先后看到共有1

28、0個(gè)亮環(huán)縮進(jìn)中央，而視場(chǎng)中除中心為亮斑外，還剩下5個(gè)亮環(huán)。試求：（1）平面鏡移動(dòng)的距離？（2）開(kāi)始時(shí)中心亮斑的干涉級(jí)次？（3）移動(dòng)平面鏡后最外一個(gè)亮環(huán)的干涉級(jí)次？解析：(1) 邁克耳孫干涉儀中條紋移動(dòng)數(shù)目N與反射鏡移動(dòng)的距離之間的關(guān)系為(2) 開(kāi)始時(shí)中心亮斑的干涉級(jí)次是10+10=20(3) 移動(dòng)平面鏡后最外一個(gè)亮環(huán)的干涉級(jí)次是56.18 一片玻璃（n=1.5）表面附有一層油膜（n=1.32），今用一波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)的單色光束垂直照射油面。當(dāng)波長(zhǎng)為485nm 時(shí)，反射光干涉相消。當(dāng)波長(zhǎng)增為679nm 時(shí)，反射光再次干涉相消。求油膜的厚度。解析：兩界面反射光均有半波損失，暗紋條件是波長(zhǎng)為485nm

29、時(shí)：波長(zhǎng)為679nm時(shí)：暗紋級(jí)次為k+1級(jí)， 求得油膜的厚度？643.06.19 制造半導(dǎo)體元件時(shí)，常常要精確測(cè)定硅片上二氧化硅薄膜的厚度，這時(shí)可把二氧化硅薄膜的一部分腐蝕掉，使其形成劈尖，利用等厚條紋測(cè)出其厚度。已知Si的折射率為3.42，SiO2的折射率為1.5，入射光波長(zhǎng)為589.3nm，觀察到7條暗紋。問(wèn)SiO2薄膜的厚度h是多少？習(xí)題6.19圖解析：兩界面反射光均有半波損失，暗紋條件是由題意知：最大k=7，所以6.20 兩塊平玻璃板的一端相接，另一端用一圓柱形細(xì)金屬絲填入兩板之間，因此兩板間形成一空氣劈尖，今用波長(zhǎng)為546.1nm的單色光垂直照射板面，板面上顯出暗條紋共75條，試求金

30、屬絲的直徑?解析：劈尖反射光干涉極?。ò导y）的條件是板面上顯出暗條紋共75條，對(duì)應(yīng)的k=75，利用已知條件可得：習(xí)題6.21圖6.21 圖示一牛頓環(huán)裝置，設(shè)平凸透鏡中心恰好和平玻璃接觸，透鏡凸表面的曲率半徑是R400cm。用某單色平行光垂直入射，觀察反射光形成的牛頓環(huán)，測(cè)得第5個(gè)明環(huán)的半徑是0.30cm。 求(1)入射光的波長(zhǎng) (2) 設(shè)圖中OA1.00cm，求在半徑為OA的范圍內(nèi)可觀察到的明環(huán)數(shù)目 解析：(1)本題中反射光形成的牛頓環(huán)明環(huán)半徑對(duì)于第5個(gè)明環(huán)，k=5,r=0.30cm, R400cm代入上式。(2)令r=1.00cm，R400cm，代入公式得k=50.5所以在半徑為OA的范圍內(nèi)

31、可觀察到的明環(huán)數(shù)目是50個(gè)。6.22 某種單色平行光垂直入射在單縫上，單縫寬a=0.15mm。縫后放一個(gè)焦距f =400mm的凸透鏡，在透鏡的焦平面上，測(cè)得中央明條紋兩側(cè)的兩個(gè)第三級(jí)暗條紋之間的距離為8.0mm，求入射光的波長(zhǎng)。解析：根據(jù)單縫衍射的暗紋條件： 又，中央明條紋兩側(cè)的兩個(gè)第三級(jí)暗條紋對(duì)應(yīng)的k應(yīng)分別取±3。所以6.23 用人眼觀察很遠(yuǎn)的卡車(chē)車(chē)前燈，已知兩車(chē)前燈的間距為1.50，人眼瞳孔直徑為 3.0mm,有效波長(zhǎng)為 550nm，問(wèn)人眼剛好能分辨兩車(chē)燈時(shí)，卡車(chē)離人有多遠(yuǎn)？解析：由圓孔衍射最小分辨角6.24 據(jù)說(shuō)間諜衛(wèi)星上的照相機(jī)能清楚識(shí)別地面上汽車(chē)的牌照號(hào)碼。（1）如果需要識(shí)別的牌照上的筆畫(huà)間的距離為5cm，在160km 高空的衛(wèi)星上的照相機(jī)的角分辨率應(yīng)多大？（2）此照相機(jī)的孔徑需要多大？光的波長(zhǎng)按500nm 計(jì)。 解析：（2）由圓孔衍射最小分辨角（2）6.25 在夫瑯禾費(fèi)單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，以鈉黃光為光源，平行光垂直入射到單縫上。（1）若縫寬為0.10mm，問(wèn)第一級(jí)極小出現(xiàn)在多大的角度上？