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第11章《光的干涉》补充习题解答
2025-09-29 17:01:58 责编:小OO
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第11章 《光的干涉》补充习题解答

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

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  

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