(完整版)光学第一章习题及答案解析

1、WORD整理版优质参考资料物理与机电工程学院2011级 应用物理班姓名：罗勇 学号：20114052016第一章习题一、填空题：1001.光的相干条件为 两波频率相等 、相位差始终不变和传播方向不相互垂直。1015.迈克尔逊干涉仪的反射镜M2移动0.25mm时，看到条纹移动的数目为1000个，若光为垂直入射，则所用的光源的波长为_500nm。1039,光在媒介中通过一段几何路程相应的光程等于折射率和路程 的乘积。1089.振幅分别为 A1和A2的两相干光同时传播到 p点，两振动的相位差为A。则 p点的2_ 2_ _ _光强 I = A|A2 2 A1A2 cos1090.强度分别为I1和I 2

2、的两相干光波迭加后的最大光强Imax=产2I min =。I 1 I 21091.强度分别为I1和I2的两相干光波迭加后的最小光强1092.振幅分别为A1和A2的两相干光波迭加后的最大光强Imax=AA22AA2。1093.振幅分别为A1和A2的两相干光波迭加后的最小光强Imin = AA22AA2。2j+1倍，相位差为1094.两束相干光叠加时，光程差为入 /2时，相位差1095.两相干光波在考察点产生相消干涉的条件是光程差为半波长的兀的2j+1倍。1096.2j倍。两相干光波在考察点产生相长干涉的条件是光程差为波长的2j倍，相位差为兀的1097.两相干光的振幅分别为Ai和A2,则干涉条纹的

3、可见度I1 I2I1 I 21098.两相干光的强度分别为I1和I2,则干涉条纹的可见度v=1099.两相干光的振幅分别为 Ai和A2,当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度为 不变。1100.两相干光的强度分别为I1和I2,当它们的强度都增大一倍时，干涉条纹的可见度不变。1101.振幅比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=45。1102.光强比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=%。1103.在杨氏双缝干涉实验中，缝距为 d,缝屏距为D,屏上任意一点 p到屏中心p点的 距离为 y, 则从双缝所发光波到达 p 点的光程差为 y2 dT； y2 dFT1104

4、.在杨氏双缝干涉实验中，缝距为 d,缝屏距为D,波长为入，屏上任意一点 p到屏 中心p。点的距离为y ,则从双缝所发光波到达p点的相位差为-A y2 d"A y2 d 尸亍1105.在杨氏双缝干涉实验中，缝距为 d,缝屏距为D,波长为入，屏上任意一点p到对称 轴与光屏的交点po的距离为 y,设通过每个缝的光强是I0,则屏上任一点的光强I= I0 1 V cos 。1106.在杨氏双缝干涉实验中，缝距为 d,缝屏距为D,入射光的强度为10,波长为入，则观察屏上相邻明条纹的距离为 。d1107.波长为600nm的红光透射于间距为 0.02cm的双缝上，在距离 1m处的光屏上形成 干涉条纹

5、，则相邻明条纹的间距为 _3_mm。1108.在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d,缝屏距为D,屏上干涉条纹的间距为A y。现将缝距减小一半，则干涉条纹的间距为2 y o1109.在杨氏双缝干涉实验中，用一薄云母片盖住实验装置的上缝，则屏上的干涉条纹要 向 上移 移动,干涉条纹的间距不变 。1110.在杨氏双缝干涉实验中，得到干涉条纹的的间距为Ay,现将该装置移入水中，(n=3/4),则此时干涉条纹的焦距为3 y o41111.用波长为500 nm的单色光照射杨氏双缝,入用折射率为1.5的透明薄片覆盖下缝,4发现原来第五条移至中央零级处，则该透明片的厚度为_5 10 cm_1112.增透膜是用氟化镁

6、(n=1.38)镀在玻璃表面形成的，当波长为入的单色光从空气垂直入射到增透膜表面是，膜的最小厚度为5.52。1113.在玻壬( n°=1.50)表面镀一层 MgF2 (n=1.38)薄膜，以增加对波长为入的光的反射，膜的最小厚度为 2.76。1114.在玻壬( n=1.50)表面上镀一层 ZnS 0=2.35),以增加对波长为入的光的反射,这样的膜称之为高反膜，其最小厚度为9.40。1115.单色光垂直照射由两块平板玻璃构成的空气劈，当把下面一块平板玻璃缓慢向下平移时，则干涉条纹下移,明暗条纹间隔不变 。1116.波长为入的单色光垂直照射劈角为“的劈形膜，用波长为的单色光垂直照射，则

7、在干涉膜面上干涉条纹的间距为2tan 。1117.空气中折射率为 n,劈角为“的劈形膜，用波长为入的单色光垂直折射，则在干涉膜面上干涉条纹的间距为 2ntan 。1118.由平板玻璃和平凸透镜构成的牛顿环仪，置于空气中，用单色光垂直入射，在反射 方向观察，环心是 暗的,在透射方向观察，环心是 亮的 。1119.通常牛顿环仪是用平凸透镜和平板玻璃接触而成，若平凸透镜的球面改为圆锥 面，则可观察到等距同心圆环。1120.在牛顿环中，将该装置下面的平板玻璃慢慢向下移动，则干涉条纹向环心缩小1121 .牛顿环是一组内疏外密的，明暗相间的同心圆环，暗环半径与其干涉级的二分之一次方 成正比。1122 .用

8、波长为入的单色光产生牛顿环干涉图样，现将该装置从空气移入水中(折射率为1n),则对应同一级干涉条纹的半径将是原条纹半径的 n 倍。1123 .当牛顿环装置中的平凸透镜与平板玻璃之间充以某种液体时，原来第 10个亮环的 直径由1.4 cm变为1.27 cm ,则这种液体的折射率为 1.10。1124 .在迈克尔逊干涉仪中，当观察到圆环形干涉条纹时，这是属于一等倾干涉。1125 .在迈克尔逊干涉仪实验中，当M1和M2垂直时，可观察到一组明暗相间的同心圆环状干涉条纹，环心级次最高,环缘级次 最低。1126 .观察迈克尔逊干涉仪的等倾圆环形条纹，当等效空气薄膜的厚度增大时，圆环形条 纹 沿法线放向外扩

9、大。1127 .在调整迈克尔逊干涉仪的过程中，在视场中发现有条纹不断陷入，这说明等效空气 膜的厚度在 变小。1128 .调整好迈克尔逊干涉仪，使M1和M2严格垂直的条件下， 干涉条纹将是一组同心圆环。当移动动镜使等效薄膜厚度连续增大，则视场中观察到干涉条纹从中心.涌出,条纹间距变大。1129 .调整好迈克尔逊干涉仪，使M1和M2严格垂直的条件下， 干涉条纹将是一组同心圆环。当移动动镜使等效薄膜厚度连续减小，则视场中观察到干涉条纹从中心缩进,条纹间距变生。一1130 .用波长为600nm的光观察迈克尔逊干涉仪的干涉条纹，移动动镜使视场中移过100个条纹，则动镜移动的距离为0.03mm。1131

10、.在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n,厚度为d的透明介质片，放入后两光路的程差改变 2 (n-1) d。1132 .迈克尔逊干涉仪的一臂重插有一折射率为n,厚度为h的透明膜片，现将膜片取走，为了能观察到与膜片取走前完全相同级次的干涉条纹，平面镜移动的距离为2h (n-1)二、选择题：2007.将扬氏双缝干涉实验装置放入折射率为n的介质中，其条纹间隔是空气中的(C )(A) J1倍(B)亦倍(C)1倍)n倍 2013.用迈克耳逊干涉仪观察单色光的干涉，当反射镜 M1移动0.1mm时，瞄准点的干涉 条纹移过了 400条，那么所用波长为(A )(A) 500nm。(B) 498.7nm。

11、(C) 250nm。( D)三个数据都不对。2015.用单色光观察牛顿环，测得某一亮环直径为 3mm,在它外边第5个亮环直径为4.6mm , 用平凸透镜的凸面曲率半径为1.0m,则此单色光的波长为( B )(A) 590.3 nm (B) 608nm(C) 760nm(D)三个数据都不对2024.以波长为650nm的红光做双缝干涉实验，已知狭缝相距10-4m,从屏幕上测量到相邻两条纹的间距为1cm,则狭缝到屏幕之间的距离为多少 m? ( B )(A) 2(B) 1.5(C) 1.8(D) 3.22025.玻璃盘中的液体绕中心轴以匀角速度旋转，液体的折射率为4/3,若以波长600nm的单色光垂直

12、入射时，即可在反射光中形成等厚干涉条纹，如果观察到中央是两条纹， 第一条纹的半径为10.5mm,则液体的旋转速度为多少 rad/s? ( B )(A) 0.638(B) 0.9(C) 1.04( D) 0.1042096,两光强均为I的相干光干涉的结果，其最大光强为( C )(A) I(B) 2I(C) 4I(D) 8I2097,两相干光的振幅分别为A和4 ,他们的振幅增加一倍时，干涉条纹可见度( C )(A)增加一倍(B)增加1/2倍 (C)不变(D)减小一半2098，两相干光的光强度分别为I1和I2,当他们的光强都增加一倍时，干涉条纹的可见度(C )(A) 增加一倍(B) 增加1/2倍 (

13、C)不变(D) 减小一半2099，两相干光的振幅分别为 A1和2A1,他们的振幅都减半时，干涉条纹的可见度( C ) (A)增加一倍(B)增加1/2倍 (C)不变(D)减小一半2100，两相干光的光强分别为ID2I1,当他们的光强都减半时，干涉条纹的可见度( D )(A)减小一半(B)减为1/4(C)增大一倍(D)不变2101,在杨氏干涉花样中心附近，其相邻条纹的间隔为( B )(A)与干涉的级次有关(B)与干涉的级次无关(C)仅与缝距有关(D)仅与缝屏距有关2102,在杨氏双缝干涉试验中，从相干光源S和S2发出的两束光的强度都是I。，在双缝前面的光屏上的零级亮条纹的最大光强度为(D )(A)

14、 I o(B) 2I。(C) 3I o(D) 4I o2103,在杨氏双缝干涉试验中，如果波长变长，则( A )(A)干涉条纹之间的距离变大(B)干涉条纹之间的距离变小(C)干涉条纹之间的距离不变(D)干涉条纹变红2104.在杨氏双缝干涉试验中，若将两缝的间距加倍，则干涉条纹的间距(D )(A)是原来的两倍(B)是原来的四倍(C)是原来的四分之一(D)是原来的二分之一2105,将整个杨氏试验装置(双缝后无会聚透镜)，从空气移入水中，则屏幕上产生的干涉条纹(C )(A)间距不变(B)间距变大(C)间距变小(D)模糊2106,在杨氏双缝干涉试验中，若用薄玻璃片盖住上缝，干涉条纹将( A)(A)上移

15、(B)下移 (C)不动 (D)变密2107，若用一张薄云母片将杨氏双缝干涉试验装置的上缝盖住，则( D )(A)条纹上移，但干涉条纹间距不变(B)条纹下移，但干涉条纹间距不变(C)条纹上移，但干涉条纹间距变小(D)条纹上移，但干涉条纹间距变大2108,用白光作杨氏干涉试验，则干涉图样为( A )(A)除了零级条纹是白色，附近为内紫外红的彩色条纹(B)各级条纹都是彩色的(C)各级条纹都是白色的(D)零级亮条纹是白色的，附近的为内红外紫的彩色条纹2109,日光照在窗户玻璃上，从玻璃上、下表面反射的光叠加，看不见干涉图样的原因是(D )(A)两侧光的频率不同(B)在相遇点两束光振动方向不同(C)在相

16、遇点两束光的振幅相差太大(D)在相遇点的光程差太大 2110，雨后滴在马路水面上的汽油薄膜呈现彩色时，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，当肥皂膜的厚度趋于零时，从反射光方向观察肥皂膜(D )(A)还是呈彩色(B)呈白色(C)呈黑色(D)透明无色2112，单色光垂直入射到两平板玻璃板所夹的空气劈尖上，当下面的玻璃板向下移动时，干涉条纹将(A )(A)干涉条纹向棱边移动，间距不变(B)干涉条纹背离棱编移动，间距不变(C)干涉条纹向棱边密集(D)干涉条纹背向棱边稀疏2113，单色光垂直入射到两

17、块平板玻璃板所形成的空气劈尖上，当劈尖角度逐渐增大时，干涉条纹如何变化(A )(A)干涉条纹向棱边密集(B)干涉条纹背向棱边密集(C)干涉条纹向棱边稀疏(D)干涉条纹内向棱边稀疏2114，单色光垂直照射在空气劈尖上形成干涉条纹，若要使干涉条纹变宽，可以(C )(A)增大劈角(B)增大光频(C)增大入射角(D)充满介质2115,在两块光学平板之间形成空气薄膜，用单色光垂直照射，观察等厚干涉若将平板间的空气用水代替，则(A )(A)干涉条纹移向劈棱，条纹间距变小(B)干涉条纹移向劈背，条纹艰巨变小(C)干涉条纹移向劈背，条纹间距变大(D)干涉条纹移向劈棱，条纹间距变大2116,利用劈尖干涉装置可以

18、检验工件表面的平整度，在钠光垂直照射下， 观察到平行而且等距的干涉条纹，说明工作表面是(A )(A)平整的(B)有凹下的缺陷(C)有突起的缺陷(D)有缺陷但是不能确定凸凹 2117.利用劈尖干涉装置可以检测工件表面的平整度，在钠光垂直照射下，观察到在平行而且等距的干涉条纹中，有局部弯曲背向棱边的条纹，说明工作表面是(B )(A)平整的(B)有凹下的缺陷 (Q有突起的缺陷(D)有缺陷但是不能确定凸凹2118,在两块光学平板玻璃板形成劈形空气膜，当上面的玻璃板向下移动时，干涉条纹( B(A)向棱边移动(B)背向棱边移动用单色光垂直入射时， 观察到平行干涉条纹, )(C)不动(D)向中心移动2119

19、,在两块光学平板玻璃板形成劈形空气膜，用单色光垂直入射时，观察到平行干涉条纹,当上面的玻璃板向下移动时，干涉条纹( B )(A)向棱边移动(B)背向棱边移动(C)不动(D)向中心移动2120.用力下压牛顿环实验装置的平凸透镜时，干涉条纹将(B)(A)向中心收缩(B)向外扩散(C)不动(D)变窄2121,在透射光中观察白光所形成的牛顿环，则零级条纹是(D)(A)暗(B)红色亮斑(C)紫色亮斑(D)白色亮斑 2122，等倾干涉花样和牛顿环相比，他们的中心明暗情况是( C )(A)等倾干涉花样中心是亮的，牛顿环中心是暗的(B)等倾干涉和牛顿环干涉花样中心都是亮的(C)等倾干涉和牛顿环干涉花样的中心都

20、是暗的(D)等倾干涉花样的中心可亮可暗，牛顿环干涉花样中心一定是暗的 2123,等倾干涉花样和牛顿环干涉花样干涉级分布是( B )(A)等倾干涉，干涉级向外递增，牛顿环干涉级向外递减(B)等倾干涉，干涉级向外递减，牛顿环干涉级向外递增(C)等倾干涉和牛顿环干涉级都是向外递增(D)等倾干涉和牛顿环干涉级都是向外递减 2124,迈克尔孙干涉仪的两块平面反射镜互相垂直时，从该干涉仪中观察到的干涉图样是一组同心圆圈，他们是：(C )(A )内圈的干涉级数高于外圈的等厚干涉条纹；(B)内圈的干涉级数低于外圈的等厚干涉条纹；(C)内圈的干涉级数高于外圈的等倾干涉条纹；(D)内圈的干涉级数低于外圈的等倾干涉

21、条纹； ，一 2125在迈克尔孙干涉仪实验中，倜整平面镜M2的像M 2与另一平面镜之间的距离 d,当d增加时：(B )(A)干涉圈环不断在中心消失，且环的间距增大；(B)干涉圈环不断在中心冒出，且环的间距增大；(C)干涉圈环不断在中心消失，且环的间距减小；(D)干涉圈环不断在中心冒出，且环的间距减小；2126在迈克尔孙的等倾干涉实验中，可以观察到环形干涉条纹，干涉仪的平面反射镜M2由分光板所成的像为 M 2,当M 2与干涉仪的另一块平面反射镜Mi之间的距离变小时，则：( B )(A)条纹一个一个地从中间冒出，条纹间距变小；(B)条纹一个一个地向中间陷入，条纹间距变大；(C)条纹不变，但条纹的可

22、见度下降；(D)条纹不变，但条纹的可见度提高。2127.在迈克尔孙干涉仪的一条光路中放入一折射率为n,厚度为d的透明介质片，两光路的光程差改变：(D )(A) nd;(B) (n-1)d;(C) 2nd;(D) 2(n-1)d.三、简答题3001.光的干涉分哪几类？答：分振幅干涉分波面干涉3003.你对迈氏干涉仪”知多少？答：迈氏干涉仪设计的很精巧，能用来产生干涉图案，做精密测量，迈克尔逊用迈氏干涉仪否定了以太说，为狭义相对论奠定了实验基础3005.光的相干条件是什么？答：光的相干条件为两波频率相等、相位差始终不变和传播方向不相互垂直。3006 .何为 光程”？答：光在媒介中通过一段几何路程相

23、应的折射率和路程的乘积3007 .何为 干涉相长”？何为 干涉相消”？ 答：前者和振动最强后者和振动最弱3008.杨氏双缝干涉实验中亮、暗条纹的位置及间距如何确定？答:.当到该点的光程差为j入时为亮条纹 当光程差为(2j+1)入时为暗条纹 (j=0,上1,±2,.)3009.影响干涉条纹可见度大小的主要因素是什么? 答：光源的光强和相干性程度3010 .计算干涉条纹可见度大小的常用公式有哪几个?2A1A2答: A12A22I MAXI MINI MAXI MIN3011 .光源的非单色性对干涉条纹有什么影响? 答:会产生彩色条纹，不方便测量3012.光源的线度对干涉条纹有什么影响？答

24、：产生干方法不同对光源线度的要求也不同。如等厚干涉中需要点光源，用面光源的话则会是干涉条纹发生弯曲。而等倾干涉中则需要面光源，用点光源就看不到明显的干涉图像。3013.在什么情况下哪种光有半波损失？答：当光由光疏介质射入光密介质且入射角为90o或垂直入射时发生的反射会出现半波损失。3014 .何为等倾干涉”？何为等厚干涉”？答：因为等倾干涉时只要光的入射角度一样则形成同一级条纹，所以叫等倾干涉。而在等厚干涉时只要劈肩的厚度一样初便形成同一级条纹，因此命明为等厚干涉3015 .迈克耳孙干涉仪的基本原理和主要计算公式是什么?2d0 coS2答：它是根据分振幅干涉原理制成的。主要计算公式为相长相消j

25、0,123016.法布里-珀罗干涉仪的基本原理是什么？答：分振幅干涉中的多光束干涉3017.试比较法氏干涉仪与迈氏干涉仪的异同。答：都是利用分振幅干涉原理，前者利用单光束进行干涉，后者利用多光束进行干涉3018.干涉现象有哪些重要应用？答：主要用于一些精密的测量如光学仪器平整度，光的波长，介质的折射率，热膨胀现象等等.3019 .你对 劈尖”知多少？答：等厚干涉的劈尖的几何因素对该干涉时有影响的3020 .你对牛顿环”知多少？答：牛顿环能产生干涉现象，通常利用它的这一特性用来测量3021 .将杨氏双孔干涉装置分别作如下单项变化，屏幕上干涉条纹有何改变?(1) 将双孔间距d变小；答：条纹间距变大

26、(2 )将屏幕远离双孔屏；答：条纹间距变大(3 )将钠光灯改变为氮速激光；答：条纹间距变大(4 )将单孔S沿轴向双孔屏靠近；答：条纹间距不变(5 )将整个装置浸入水中；答：条纹间距变窄(6 )将单孔S沿横向向上作小位移；答：条纹沿与S光源移动的相反方向移动(7)将双孔屏沿横向向上作小位移；答：条纹沿与双孔屏移动的方向移动(8)将单孔变大；答：干涉图像可见度降低(9)将双孔中的一个孔的直径增大到原来的两倍. 答：干涉条纹变宽四、计算题：解：(1)由y j d则j 1 y4001.在杨氏实验装置中，光源波长为 640 nm ,两狭缝间距为0.4 mm,光屏离狭缝的距离 为50 cm。试求： 光屏上

27、第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离； 若P点离中央亮条 纹为0.1 mm,则两束光在 P点的相位差是多少？j 0, 1, 2.0.8mmy13.2mm(2)光程差为r2 r1 d sind'0相位差为d ： ? 2r0代入数据的4007.波长为500 nm的单色平行光射在间距为 0.2 mm的双狭缝上，通过其中一个缝的 能量为另一个的 2倍，在离狭缝50 cm的光屏上形成干涉图样， 试求干涉条纹的间距和可见度。解：由y 凡 y 1.25mm d由V MAX 向丛 设其中一束光强为 I另一束光强为 2II MAX 1 MIN2II1V2II34020.氨颊激光的单色性为 6X10-10,则

28、其相干长度是多少? 解：氨颊激光的的波长为 600nm2由 maxmax 0.6mm4021.波长为500nm的绿光投射在间距 d为0.022cm的双缝上，在距离 180cm处的光屏上 形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm的红光投射到此双缝上，两个亮条纹之间的距离又为多少？算出这两种光第2级亮条纹的位置。解：由 y d当 700nm500nmy2 5.727mmy1 4.091mm. r。 jdy1 8.182mm0, 1, 2.j=2代入数据得''y2 11.054mm4022.在杨氏实验装置中，光源波长为 640nm,两狭缝的间距为 0.4mm光屏离

29、狭缝的距离 为50cmo试求：（1）光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离； （2）若P点离中央亮条纹为0.1mm,问两束光在P点的相位差是多少？（3）求P点的光强度和中央点的强度之比。y 0.8mm则在p点的光强为解：（1）y j® j 0, 1, 2. j 1 d光程差为r2 r1dsin d-0代入数据的y 2 d上？一 相位差为u r ,【04（3）设该光源振幅为 A则在中心处的光强为4A22A2 2A2COS-12 A241 x 2其比值为44023 .把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级两条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的厚度。

30、已知光波长为6.0X 10-7m。解：未加玻璃片时的光程差 r2 r15加玻璃片时中心处的光程差r2r1h nh0, r 2 rl5_ 4联立两式h 610 cmn 10.54024.波长为500nm的单色平行光射在间距为 0.2mm的双狭缝上。通过其中一个缝的能量 为另一个的2倍，在离狭缝50cm的光屏上形成干涉图样。 求干涉条纹间距和条纹的可见度。解:I max2IminI maxI maxIminIminQV4025.波长为700nm的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm,棱到光屏间的距离 L为180cm,若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为1mm,求双镜平面之间的夹角0 。sinr

31、 l解：由 y 2r sinarcsin 3.5 1044026.透镜表面通常镀一层如MgF2 (n=1.38) 一类的透明物质薄膜，目的是利用干涉来降低玻璃表面的反射。为了使透镜在可见光谱的中心波长(550nm)处产生极小的反射，则镀层必须有多厚？解：由于上下表面都是有光密介质反射到光疏介质所以光程差为2nhcosi2 2nh满足干涉相消时则2j1 22j2nh j 0,1,2.14n550当j0厚度取小 h 99.64nm4n 4 1.384027.在两块玻璃之间一边放一条厚纸， 另一边相互压紧。玻璃片l长10cm ,纸厚为0.05mm , 从60o的反射角进行观察，问在玻璃片单位长度内看到的干涉条纹数目是多少班单色光源波长为500nm。.1解：由 d0 j - j 0,1,2.022