光學(xué)第一章習(xí)題及答案解析

./物理與機電工程學(xué)院2011級應(yīng)用物理班姓名：羅勇學(xué)號：20114052016第一章習(xí)題一、填空題：1001．光的相干條件為兩波頻率相等、相位差始終不變和傳播方向不相互垂直。1015.邁克爾遜干涉儀的反射鏡M2移動0.25mm時,看到條紋移動的數(shù)目為1000個,若光為垂直入射,則所用的光源的波長為_500nm。1039,光在媒介中通過一段幾何路程相應(yīng)的光程等于折射率和__路程_的乘積。1089.振幅分別為A1和A2的兩相干光同時傳播到p點,兩振動的相位差為ΔΦ。則p點的光強I＝1090.強度分別為和的兩相干光波迭加后的最大光強=。1091.強度分別為I1和I2的兩相干光波迭加后的最小光強=。1092.振幅分別為A1和A2的兩相干光波迭加后的最大光強=。1093.振幅分別為A1和A2的兩相干光波迭加后的最小光強=。1094.兩束相干光疊加時,光程差為λ/2時,相位差=。1095.兩相干光波在考察點產(chǎn)生相消干涉的條件是光程差為半波長的倍,相位差為π的倍。1096.兩相干光波在考察點產(chǎn)生相長干涉的條件是光程差為波長的倍,相位差為π的倍。1097.兩相干光的振幅分別為A1和A2,則干涉條紋的可見度v=。1098.兩相干光的強度分別為I1和I2,則干涉條紋的可見度v=。1099.兩相干光的振幅分別為A1和A2,當(dāng)它們的振幅都增大一倍時,干涉條紋的可見度為不變。1100.兩相干光的強度分別為I1和I2,當(dāng)它們的強度都增大一倍時,干涉條紋的可見度不變。1101.振幅比為1/2的相干光波,它們所產(chǎn)生的干涉條紋的可見度V=。1102.光強比為1/2的相干光波,它們所產(chǎn)生的干涉條紋的可見度V=。1103.在楊氏雙縫干涉實驗中,縫距為d,縫屏距為D,屏上任意一點p到屏中心p點的距離為y,則從雙縫所發(fā)光波到達p點的光程差為。1104.在楊氏雙縫干涉實驗中,縫距為d,縫屏距為D,波長為λ,屏上任意一點p到屏中心p0點的距離為y,則從雙縫所發(fā)光波到達p點的相位差為1105.在楊氏雙縫干涉實驗中,縫距為d,縫屏距為D,波長為λ,屏上任意一點p到對稱軸與光屏的交點p0的距離為y,設(shè)通過每個縫的光強是I0,則屏上任一點的光強I=。1106.在楊氏雙縫干涉實驗中,縫距為d,縫屏距為D,入射光的強度為I0,波長為λ,則觀察屏上相鄰明條紋的距離為。1107.波長為600nm的紅光透射于間距為0.02cm的雙縫上,在距離1m處的光屏上形成干涉條紋,則相鄰明條紋的間距為__3_mm。1108.在楊氏雙縫干涉實驗中,縫距為d,縫屏距為D,屏上干涉條紋的間距為Δy?，F(xiàn)將縫距減小一半,則干涉條紋的間距為。1109.在楊氏雙縫干涉實驗中,用一薄云母片蓋住實驗裝置的上縫,則屏上的干涉條紋要向_上移_____移動,干涉條紋的間距不變_____。1110.在楊氏雙縫干涉實驗中,得到干涉條紋的的間距為Δy,現(xiàn)將該裝置移入水中,〔n=3/4,則此時干涉條紋的焦距為。1111.用波長為500nm的單色光照射楊氏雙縫,入用折射率為1.5的透明薄片覆蓋下縫,發(fā)現(xiàn)原來第五條移至中央零級處,則該透明片的厚度為_______________。1112.增透膜是用氟化鎂〔n=1.38鍍在玻璃表面形成的,當(dāng)波長為λ的單色光從空氣垂直入射到增透膜表面是,膜的最小厚度為_____________。1113.在玻璃〔n0=1.50表面鍍一層MgF2〔n=1.38薄膜,以增加對波長為λ的光的反射,膜的最小厚度為______________。1114.在玻璃〔n=1.50表面上鍍一層ZnS〔n0=2.35,以增加對波長為λ的光的反射,這樣的膜稱之為高反膜,其最小厚度為。1115.單色光垂直照射由兩塊平板玻璃構(gòu)成的空氣劈,當(dāng)把下面一塊平板玻璃緩慢向下平移時,則干涉條紋___下移_______,明暗條紋間隔____不變_______。1116.波長為λ的單色光垂直照射劈角為α的劈形膜,用波長為的單色光垂直照射,則在干涉膜面上干涉條紋的間距為________________。1117.空氣中折射率為n,劈角為α的劈形膜,用波長為λ的單色光垂直折射,則在干涉膜面上干涉條紋的間距為____________。1118.由平板玻璃和平凸透鏡構(gòu)成的牛頓環(huán)儀,置于空氣中,用單色光垂直入射,在反射方向觀察,環(huán)心是__暗的_________,在透射方向觀察,環(huán)心是_____亮的_____。1119.通常牛頓環(huán)儀是用平凸透鏡和平板玻璃接觸而成,若平凸透鏡的球面改為______圓錐_______面,則可觀察到等距同心圓環(huán)。1120.在牛頓環(huán)中,將該裝置下面的平板玻璃慢慢向下移動,則干涉條紋向環(huán)心縮小___________。1121.牛頓環(huán)是一組內(nèi)疏外密的,明暗相間的同心圓環(huán),暗環(huán)半徑與_其干涉級的二分之一次方__________成正比。1122.用波長為λ的單色光產(chǎn)生牛頓環(huán)干涉圖樣,現(xiàn)將該裝置從空氣移入水中〔折射率為n,則對應(yīng)同一級干涉條紋的半徑將是原條紋半徑的_____________倍。1123.當(dāng)牛頓環(huán)裝置中的平凸透鏡與平板玻璃之間充以某種液體時,原來第10個亮環(huán)的直徑由1.4cm變?yōu)?.27cm,則這種液體的折射率為______1.10___________。1124.在邁克爾遜干涉儀中,當(dāng)觀察到圓環(huán)形干涉條紋時,這是屬于___等傾_________干涉。1125.在邁克爾遜干涉儀實驗中,當(dāng)M1和M2垂直時,可觀察到一組明暗相間的同心圓環(huán)狀干涉條紋,環(huán)心級次_最高_______,環(huán)緣級次_最低_______。1126.觀察邁克爾遜干涉儀的等傾圓環(huán)形條紋,當(dāng)?shù)刃Э諝獗∧さ暮穸仍龃髸r,圓環(huán)形條紋____沿法線放向外擴大_________________。1127.在調(diào)整邁克爾遜干涉儀的過程中,在視場中發(fā)現(xiàn)有條紋不斷陷入,這說明等效空氣膜的厚度在_______變小___________。1128.調(diào)整好邁克爾遜干涉儀,使M1和M2嚴(yán)格垂直的條件下,干涉條紋將是一組同心圓環(huán)。當(dāng)移動動鏡使等效薄膜厚度連續(xù)增大,則視場中觀察到干涉條紋從中心__涌出_______,條紋間距___變大____________。1129.調(diào)整好邁克爾遜干涉儀,使M1和M2嚴(yán)格垂直的條件下,干涉條紋將是一組同心圓環(huán)。當(dāng)移動動鏡使等效薄膜厚度連續(xù)減小,則視場中觀察到干涉條紋從中心__縮進_______,條紋間距___變小___________。1130.用波長為600nm的光觀察邁克爾遜干涉儀的干涉條紋,移動動鏡使視場中移過100個條紋,則動鏡移動的距離為__0.03mm_________。1131.在邁克爾遜干涉儀的一條光路中,放入一折射率為n,厚度為d的透明介質(zhì)片,放入后兩光路的程差改變____2〔n-1d___________。1132.邁克爾遜干涉儀的一臂重插有一折射率為n,厚度為h的透明膜片,現(xiàn)將膜片取走,為了能觀察到與膜片取走前完全相同級次的干涉條紋,平面鏡移動的距離為___2h〔n-1__________。二、選擇題：2007．將揚氏雙縫干涉實驗裝置放入折射率為n的介質(zhì)中,其條紋間隔是空氣中的〔C〔A倍〔B倍〔C倍〔Dn倍2013．用邁克耳遜干涉儀觀察單色光的干涉,當(dāng)反射鏡M1移動0.1mm時,瞄準(zhǔn)點的干涉條紋移過了400條,那么所用波長為〔A〔A500nm?！睟498.7nm?！睠250nm。〔D三個數(shù)據(jù)都不對。2015．用單色光觀察牛頓環(huán),測得某一亮環(huán)直徑為3mm,在它外邊第5個亮環(huán)直徑為4.6mm,用平凸透鏡的凸面曲率半徑為1.0m,則此單色光的波長為〔B〔A590.3nm〔B608nm〔C760nm〔D三個數(shù)據(jù)都不對2024．以波長為650nm的紅光做雙縫干涉實驗,已知狹縫相距10-4m,從屏幕上測量到相鄰兩條紋的間距為1cm,則狹縫到屏幕之間的距離為多少m？<B>〔A2〔B1.5〔C1.8〔D3.22025．玻璃盤中的液體繞中心軸以勻角速度旋轉(zhuǎn),液體的折射率為4/3,若以波長600nm的單色光垂直入射時,即可在反射光中形成等厚干涉條紋,如果觀察到中央是兩條紋,第一條紋的半徑為10.5mm,則液體的旋轉(zhuǎn)速度為多少rad/s？<B>〔A0.638 〔B0.9 〔C1.04〔D0.1042096,兩光強均為I的相干光干涉的結(jié)果,其最大光強為〔C〔AI〔B2I〔C4I〔D8I2097,兩相干光的振幅分別為A1和A2,他們的振幅增加一倍時,干涉條紋可見度〔C〔A增加一倍〔B增加1/2倍〔C不變〔D減小一半2098,兩相干光的光強度分別為I1和I2,當(dāng)他們的光強都增加一倍時,干涉條紋的可見度〔C〔A增加一倍〔B增加1/2倍〔C不變〔D減小一半2099,兩相干光的振幅分別為A1和2A1,他們的振幅都減半時,干涉條紋的可見度〔C〔A增加一倍〔B增加1/2倍〔C不變〔D減小一半2100,兩相干光的光強分別為I1和2I1,當(dāng)他們的光強都減半時,干涉條紋的可見度〔D〔A減小一半〔B減為1/4〔C增大一倍〔D不變2101,在楊氏干涉花樣中心附近,其相鄰條紋的間隔為〔B〔A與干涉的級次有關(guān)〔B與干涉的級次無關(guān)〔C僅與縫距有關(guān)〔D僅與縫屏距有關(guān)2102,在楊氏雙縫干涉試驗中,從相干光源S1和S2發(fā)出的兩束光的強度都是Io,在雙縫前面的光屏上的零級亮條紋的最大光強度為〔D〔AIo〔B2Io〔C3Io〔D4Io2103,在楊氏雙縫干涉試驗中,如果波長變長,則〔A〔A干涉條紋之間的距離變大〔B干涉條紋之間的距離變小〔C干涉條紋之間的距離不變〔D干涉條紋變紅2104.在楊氏雙縫干涉試驗中,若將兩縫的間距加倍,則干涉條紋的間距〔D〔A是原來的兩倍〔B是原來的四倍〔C是原來的四分之一〔D是原來的二分之一2105,將整個楊氏試驗裝置〔雙縫后無會聚透鏡,從空氣移入水中,則屏幕上產(chǎn)生的干涉條紋〔C〔A間距不變〔B間距變大〔C間距變小〔D模糊2106,在楊氏雙縫干涉試驗中,若用薄玻璃片蓋住上縫,干涉條紋將〔A〔A上移〔B下移〔C不動〔D變密2107,若用一張薄云母片將楊氏雙縫干涉試驗裝置的上縫蓋住,則〔D〔A條紋上移,但干涉條紋間距不變〔B條紋下移,但干涉條紋間距不變〔C條紋上移,但干涉條紋間距變小〔D條紋上移,但干涉條紋間距變大2108,用白光作楊氏干涉試驗,則干涉圖樣為〔A〔A除了零級條紋是白色,附近為內(nèi)紫外紅的彩色條紋〔B各級條紋都是彩色的〔C各級條紋都是白色的〔D零級亮條紋是白色的,附近的為內(nèi)紅外紫的彩色條紋2109,日光照在窗戶玻璃上,從玻璃上、下表面反射的光疊加,看不見干涉圖樣的原因是〔D〔A兩側(cè)光的頻率不同〔B在相遇點兩束光振動方向不同〔C在相遇點兩束光的振幅相差太大〔D在相遇點的光程差太大2110,雨后滴在馬路水面上的汽油薄膜呈現(xiàn)彩色時,油膜的厚度是〔A〔A十的-5次方〔B十的-6次方〔C十的-7次方〔D十的-8次方2111,白光垂直照射在肥皂膜上,肥皂膜呈彩色,當(dāng)肥皂膜的厚度趨于零時,從反射光方向觀察肥皂膜〔D〔A還是呈彩色〔B呈白色〔C呈黑色〔D透明無色2112,單色光垂直入射到兩平板玻璃板所夾的空氣劈尖上,當(dāng)下面的玻璃板向下移動時,干涉條紋將〔A〔A干涉條紋向棱邊移動,間距不變〔B干涉條紋背離棱編移動,間距不變〔C干涉條紋向棱邊密集〔D干涉條紋背向棱邊稀疏2113,單色光垂直入射到兩塊平板玻璃板所形成的空氣劈尖上,當(dāng)劈尖角度逐漸增大時,干涉條紋如何變化〔A〔A干涉條紋向棱邊密集〔B干涉條紋背向棱邊密集〔C干涉條紋向棱邊稀疏〔D干涉條紋內(nèi)向棱邊稀疏2114,單色光垂直照射在空氣劈尖上形成干涉條紋,若要使干涉條紋變寬,可以〔C〔A增大劈角〔B增大光頻〔C增大入射角〔D充滿介質(zhì)2115,在兩塊光學(xué)平板之間形成空氣薄膜,用單色光垂直照射,觀察等厚干涉若將平板間的空氣用水代替,則〔A〔A干涉條紋移向劈棱,條紋間距變小〔B干涉條紋移向劈背,條紋艱巨變小〔C干涉條紋移向劈背,條紋間距變大〔D干涉條紋移向劈棱,條紋間距變大2116,利用劈尖干涉裝置可以檢驗工件表面的平整度,在鈉光垂直照射下,觀察到平行而且等距的干涉條紋,說明工作表面是〔A〔A平整的〔B有凹下的缺陷〔C有突起的缺陷〔D有缺陷但是不能確定凸凹2117.利用劈尖干涉裝置可以檢測工件表面的平整度,在鈉光垂直照射下,觀察到在平行而且等距的干涉條紋中,有局部彎曲背向棱邊的條紋,說明工作表面是〔B〔A平整的〔B有凹下的缺陷〔C有突起的缺陷〔D有缺陷但是不能確定凸凹2118,在兩塊光學(xué)平板玻璃板形成劈形空氣膜,用單色光垂直入射時,觀察到平行干涉條紋,當(dāng)上面的玻璃板向下移動時,干涉條紋〔B〔A向棱邊移動〔B背向棱邊移動〔C不動〔D向中心移動2119,在兩塊光學(xué)平板玻璃板形成劈形空氣膜,用單色光垂直入射時,觀察到平行干涉條紋,當(dāng)上面的玻璃板向下移動時,干涉條紋〔B〔A向棱邊移動〔B背向棱邊移動〔C不動〔D向中心移動2120.用力下壓牛頓環(huán)實驗裝置的平凸透鏡時,干涉條紋將〔B〔A向中心收縮〔B向外擴散〔C不動〔D變窄2121,在透射光中觀察白光所形成的牛頓環(huán),則零級條紋是〔D〔A暗〔B紅色亮斑〔C紫色亮斑〔D白色亮斑2122,等傾干涉花樣和牛頓環(huán)相比,他們的中心明暗情況是〔C〔A等傾干涉花樣中心是亮的,牛頓環(huán)中心是暗的〔B等傾干涉和牛頓環(huán)干涉花樣中心都是亮的〔C等傾干涉和牛頓環(huán)干涉花樣的中心都是暗的〔D等傾干涉花樣的中心可亮可暗,牛頓環(huán)干涉花樣中心一定是暗的2123,等傾干涉花樣和牛頓環(huán)干涉花樣干涉級分布是〔B〔A等傾干涉,干涉級向外遞增,牛頓環(huán)干涉級向外遞減〔B等傾干涉,干涉級向外遞減,牛頓環(huán)干涉級向外遞增〔C等傾干涉和牛頓環(huán)干涉級都是向外遞增〔D等傾干涉和牛頓環(huán)干涉級都是向外遞減2124,邁克爾孫干涉儀的兩塊平面反射鏡互相垂直時,從該干涉儀中觀察到的干涉圖樣是一組同心圓圈,他們是：〔C〔A內(nèi)圈的干涉級數(shù)高于外圈的等厚干涉條紋；〔B內(nèi)圈的干涉級數(shù)低于外圈的等厚干涉條紋；〔C內(nèi)圈的干涉級數(shù)高于外圈的等傾干涉條紋；〔D內(nèi)圈的干涉級數(shù)低于外圈的等傾干涉條紋；2125在邁克爾孫干涉儀實驗中,調(diào)整平面鏡M2的像M′2與另一平面鏡之間的距離d,當(dāng)d增加時：〔B〔A干涉圈環(huán)不斷在中心消失,且環(huán)的間距增大；〔B干涉圈環(huán)不斷在中心冒出,且環(huán)的間距增大；〔C干涉圈環(huán)不斷在中心消失,且環(huán)的間距減?。弧睤干涉圈環(huán)不斷在中心冒出,且環(huán)的間距減??；2126在邁克爾孫的等傾干涉實驗中,可以觀察到環(huán)形干涉條紋,干涉儀的平面反射鏡M2由分光板所成的像為M′2,當(dāng)M′2與干涉儀的另一塊平面反射鏡M1之間的距離變小時,則：〔B〔A條紋一個一個地從中間冒出,條紋間距變??；〔B條紋一個一個地向中間陷入,條紋間距變大；〔C條紋不變,但條紋的可見度下降；〔D條紋不變,但條紋的可見度提高。2127.在邁克爾孫干涉儀的一條光路中放入一折射率為n,厚度為d的透明介質(zhì)片,兩光路的光程差改變：〔D〔And;〔B<n-1>d;〔C2nd；〔D2<n-1>d.三、簡答題3001．光的干涉分哪幾類？答：分振幅干涉分波面干涉3003．你對"邁氏干涉儀"知多少？答：邁氏干涉儀設(shè)計的很精巧,能用來產(chǎn)生干涉圖案,做精密測量,邁克爾遜用邁氏干涉儀否定了以太說,為狹義相對論奠定了實驗基礎(chǔ)3005．光的相干條件是什么？答：光的相干條件為兩波頻率相等、相位差始終不變和傳播方向不相互垂直。3006．何為"光程"？答：光在媒介中通過一段幾何路程相應(yīng)的折射率和路程的乘積3007．何為"干涉相長"？何為"干涉相消"？答：前者和振動最強后者和振動最弱3008．楊氏雙縫干涉實驗中亮、暗條紋的位置及間距如何確定？答:.當(dāng)?shù)皆擖c的光程差為jλ時為亮條紋當(dāng)光程差為〔2j+1λ時為暗條紋〔j=0,+1,+2,3009．影響干涉條紋可見度大小的主要因素是什么？答：光源的光強和相干性程度3010．計算干涉條紋可見度大小的常用公式有哪幾個？答:3011．光源的非單色性對干涉條紋有什么影響？答:會產(chǎn)生彩色條紋,不方便測量3012．光源的線度對干涉條紋有什么影響？答：產(chǎn)生干方法不同對光源線度的要求也不同。如等厚干涉中需要點光源,用面光源的話則會是干涉條紋發(fā)生彎曲。而等傾干涉中則需要面光源,用點光源就看不到明顯的干涉圖像。3013．在什么情況下哪種光有半波損失？答：當(dāng)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)且入射角為90o或垂直入射時發(fā)生的反射會出現(xiàn)半波損失。3014．何為"等傾干涉"？何為"等厚干涉"？答：因為等傾干涉時只要光的入射角度一樣則形成同一級條紋,所以叫等傾干涉。而在等厚干涉時只要劈肩的厚度一樣初便形成同一級條紋,因此命明為等厚干涉3015．邁克耳孫干涉儀的基本原理和主要計算公式是什么？答：它是根據(jù)分振幅干涉原理制成的。主要計算公式為3016．法布里-珀羅干涉儀的基本原理是什么？答：分振幅干涉中的多光束干涉3017．試比較法氏干涉儀與邁氏干涉儀的異同。答：都是利用分振幅干涉原理,前者利用單光束進行干涉,后者利用多光束進行干涉3018．干涉現(xiàn)象有哪些重要應(yīng)用？答：主要用于一些精密的測量如光學(xué)儀器平整度,光的波長,介質(zhì)的折射率,熱膨脹現(xiàn)象等等3019．你對"劈尖"知多少？答：等厚干涉的劈尖的幾何因素對該干涉時有影響的3020．你對"牛頓環(huán)"知多少？答：牛頓環(huán)能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,通常利用它的這一特性用來測量3021．將楊氏雙孔干涉裝置分別作如下單項變化,屏幕上干涉條紋有何改變？〔1將雙孔間距d變??；答：條紋間距變大〔2將屏幕遠離雙孔屏；答：條紋間距變大〔3將鈉光燈改變?yōu)楹つ始す?；答：條紋間距變大〔4將單孔S沿軸向雙孔屏靠近；答：條紋間距不變〔5將整個裝置浸入水中；答：條紋間距變窄〔6將單孔S沿橫向向上作小位移；答：條紋沿與S光源移動的相反方向移動〔7將雙孔屏沿橫向向上作小位移；答：條紋沿與雙孔屏移動的方向移動〔8將單孔變大；答：干涉圖像可見度降低〔9將雙孔中的一個孔的直徑增大到原來的兩倍．答：干涉條紋變寬四、計算題：4001．在楊氏實驗裝置中,光源波長為640nm,兩狹縫間距為0.4mm,光屏離狹縫的距離為50cm。試求：⑴光屏上第1亮條紋和中央亮條紋之間的距離；⑵若P點離中央亮條紋為0.1mm,則兩束光在P點的相位差是多少？解:〔1由則〔2光程差為相位差為代入數(shù)據(jù)的4007．波長為500nm的單色平行光射在間距為0.2mm的雙狹縫上,通過其中一個縫的能量為另一個的2倍,在離狹縫50cm的光屏上形成干涉圖樣,試求干涉條紋的間距和可見度。解：由由設(shè)其中一束光強為I另一束光強為2I4020．氦氖激光的單色性為6×10-10,則其相干長度是多少？解：氦氖激光的的波長為600nm由4021．波長為500nm的綠光投射在間距d為0.022cm的雙縫上,在距離180cm處的光屏上形成干涉條紋,求兩個亮條紋之間的距離。若改用波長為700nm的紅光投射到此雙縫上,兩個亮條紋之間的距離又為多少？算出這兩種光第2級亮條紋的位置。解：由當(dāng)由j=2代入數(shù)據(jù)得4022．在楊氏實驗裝置中,光源波長為640nm,兩狹縫的間距為0.4mm光屏離狹縫的距離為50cm。試求：〔1光屏上第1亮條紋和中央亮條紋之間的距離；〔2若P點離中央亮條紋為0.1mm,問兩束光在P點的相位差是多少？〔3求P點的光強度和中央點的強度之比。解：〔1〔2光程差為相位差為代入數(shù)據(jù)的設(shè)該光源振幅為A則在中心處的光強為4A2則在P點的光強為其比值為4023．把折射率為1.5的玻璃片插入楊氏實驗的一束光路中,光屏上原來第5級兩條紋所在的位置變?yōu)橹醒肓翖l紋,試求插入的玻璃片的厚度。已知光波長為6.0╳10-7m。解：未加玻璃片時的光程差加玻璃片時中心處的光程差聯(lián)立兩式4024．波長為500n