1.某单色光从空气射入水中,其频率、波速、波长是否变化?怎样变化?
解: 不变,为波源的振动频率;变小;变小.
2.什么是光程? 在不同的均匀介质中,若单色光通过的光程相等时,其几何路程是否相同?其所需时间是否相同?在光程差与相位差的关系式中,光波的波长要用真空中波长,为什么?
解:.不同媒质若光程相等,则其几何路程定不相同;其所需时间相同,为.
因为中已经将光在介质中的路程折算为光在真空中所走的路程。
3.在杨氏双缝实验中,作如下调节时,屏幕上的干涉条纹将如何变化?试说明理由。
(1)使两缝之间的距离变小;
(2)保持双缝间距不变,使双缝与屏幕间的距离变小;
(3)整个装置的结构不变,全部浸入水中;
(4)光源作平行于、连线方向的上下微小移动;
(5)用一块透明的薄云母片盖住下面的一条缝。
解: 由知,(1)条纹变疏;(2)条纹变密;(3)条纹变密;(4)零级明纹在屏幕上作相反方向的上下移动;(5)零级明纹向下移动.
4.在空气劈尖中,充入折射率为的某种液体,干涉条纹将如何变化?
解:干涉条纹将向劈尖棱边方向移动,并且条纹间距变小。
5.当将牛顿环装置中的平凸透镜向上移动时,干涉图样有何变化?
解:透镜向上移动时,因相应条纹的膜厚位置向中心移动,故条纹向中心收缩。
6.杨氏双缝干涉实验中,双缝中心距离为0.60mm,紧靠双缝的凸透镜焦距为2.5m,焦平面处有一观察屏。
(1)用单色光垂直照射双缝,测得屏上条纹间距为2.3mm,求入射光波长。
(2)当用波长为480nm和600nm的两种光时,它们的第三级明纹相距多远?
解:(1)由条纹间距公式,得
(2)由明纹公式,得
7.在杨氏双缝实验中,双缝间距=0.20mm,缝屏间距=1.0m。
(1)若第二级明条纹离屏中心的距离为6.0mm,计算此单色光的波长;
(2)求相邻两明条纹间的距离。
解: (1)由知,,∴
(
8.白色平行光垂直入射间距为mm的双缝上,距离cm处放置屏幕,分别求第一级和第五级明纹彩色带的宽度。设白光的波长范围是400nm~760nm,这里说的“彩色带宽度”指两个极端波长的同级明纹中心之间的距离。
解:由明纹公式可得各级明纹彩色带的宽度为
则第一级明纹彩色带的宽度
第五级明纹彩色带的宽度
9.在双缝装置中,用一很薄的云母片(n=1.58)覆盖其中的一条缝,结果使屏幕上的第七级明条纹恰好移到屏幕原零级明纹的位置.若入射光的波长为550 nm,则此云母片的厚度是多少?
解: 设云母片厚度为,则由云母片引起的光程差为
按题意
∴
10.一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上,油膜覆盖在玻璃板上.油的折射率为1.30,玻璃的折射率为1.50,若单色光的波长可由光源连续可调,可观察到500nm与700 nm这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜层的厚度。
解: 油膜上、下两表面反射光的光程差为,由反射相消条件有
①
当时,有 ②
当时,有 ③
因,所以;又因为与之间不存在满足
式
即不存在 的情形,所以、应为连续整数,
即 ④
由②、③、④式可得:
得
可由②式求得油膜的厚度为
11.白光垂直照射到空气中一厚度为380nm的肥皂膜上,设肥皂膜的折射率为1.33,试问该膜的正面呈现什么颜色?背面呈现什么颜色?
解: 由反射干涉相长公式有
得
, (红色)
, (紫色)
所以肥皂膜正面呈现紫红色.
由透射干涉相长公式
所以
当时, =505.4nm (绿色) 故背面呈现绿色.
12.在折射率=1.52的镜头表面涂有一层折射率=1.38的增透膜,如果此膜适用于波长=550nm的光,问膜的厚度最小应取何值?
解: 设光垂直入射增透膜,欲透射增强,则膜上、下两表面反射光应满足干涉相消条件,即
∴
令,得膜的最薄厚度为.
当为其他整数倍时,也都满足要求.
13.如图所示,波长为680 nm的平行光垂直照射到=0.12m长的两块玻璃片上,两玻璃片一边相互接触,另一边被直径=0.048mm的细钢丝隔开。求:
(1)两玻璃片间的夹角;
(2)相邻两明条纹间空气膜的厚度差;
(3)相邻两暗条纹的间距;
(4)在这0.12m内呈现的明条纹的数目。
习题13图
解: (1)由图知,,即
故 (rad)
(2)相邻两明条纹空气膜厚度差为
(3)相邻两暗纹间距
(4)条
14.折射率为的两块标准平板玻璃形成一个空气劈尖,用波长600nm的单色光垂直入射,产生等厚干涉图样。当在劈尖内充满折射率为1.40的液体时,相邻明纹间距缩小了0.5mm,求劈尖角的大小。
解:没充液体时,相邻明纹间距为
充满液体时,相邻明纹间距为
则 ,得
15.有一劈尖,折射率n=1.4,劈尖角rad,在某一单色光的垂直照射下,可测得两相邻明条纹之间的距离为0.25cm,(1)试求此单色光在空气中的波长;(2)如果劈尖长为3.5cm,那么总共可出现多少条明条纹?
解:(1)相邻明纹间距为,得
(2)可出现的明条纹条数为条
16.用波长为500nm的平行光垂直入射劈形薄膜的上表面,从反射光中观察,劈尖的
棱边是暗纹。若劈尖上面介质的折射率大于薄膜的折射率(=1.5)。求:
(1)膜下面介质的折射率与的大小关系;
(2)第十条暗纹处薄膜的厚度;
(3)使膜的下表面向下平移一微小距离,干涉条纹有什么变化?若=2.0µm,原来的第十条暗纹处将被哪级暗纹占据?
解: (1).因为劈尖的棱边是暗纹,对应光程差,膜厚处,有,只能是下面媒质的反射光有半波损失才合题意;
(2) (因第10条暗纹为第9级暗纹)
(3)膜的下表面向下平移,各级条纹向棱边方向移动.若μm,原来第条暗纹处现对应的膜厚为
有 现被第级暗纹占据.
17.(1)若用波长不同的光观察牛顿环,=600nm,=450nm,观察到用时的第k个暗环与用时的第k+1个暗环重合,已知透镜的曲率半径是190cm。求用时第k个暗环的半径。(2)如在牛顿环中用波长为500nm的第五个明环与用波长为的第六个明环重合,求未知波长。
解: (1)由牛顿环暗环公式
据题意有
∴,代入上式得
(2)用照射,级明环与的级明环重合,则有
∴
18.曲率半径为的平凸透镜放在一标准平板上面,当以单色光垂直照射透镜时,观察反射光的干涉条纹。如果测得牛顿环的第条和第条明环之间的距离为,求入射光的波长?
解:由明环半径公式
有
得
19.牛顿环装置的平凸透镜与平板玻璃有一高度为的间隙。现用波长为的单色光垂直照射,已知平凸透镜的曲率半径为,试求反射光形成的牛顿环各暗环半径。
解:设第k级暗环的半径为,对应的空气层厚度为,则根据几何关系有:
通过近似运算得
根据暗环形成条件
代入上式即可得
20.把折射率为=1.632的玻璃片放入迈克耳逊干涉仪的一条光路中,观察到有150条干涉条纹向一方移过。若所用单色光的波长为=500nm,求此玻璃片的厚度。
解: 设插入玻璃片厚度为,则相应光程差变化为
∴
21.利用迈克耳逊干涉仪可测量单色光的波长.当移动距离为0.322mm时,观察到干涉条纹移动数为1024条,求所用单色光的波长。
解: 由
得