大學(xué)物理2,15.第十五章思考題

1、一束光垂直入射在偏振片上，以入射光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，觀察通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)變化過(guò)程。如果觀察到光強(qiáng)不變，則入射光是什么光？如果觀察到明暗交替變化，有時(shí)出現(xiàn)全暗，則入射光是什么光？如果觀察到明暗交替變化，但不出現(xiàn)全暗，則入射光是什么光？ 【答案：自然光；完全偏振光；部分偏振光】詳解：當(dāng)一束光垂直入射在偏振片上時(shí)，以入射光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，如果觀察到通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)不發(fā)生變化，入射光是由自然光；如果觀察到光強(qiáng)有明暗交替變化，并且有時(shí)出現(xiàn)全暗，則入射光是完全偏振光；如果觀察到光強(qiáng)有明暗交替變化，但不出現(xiàn)全暗，則入射光是部分偏振光。2、一束光是自然光和線偏振光的混合光，讓它垂直通過(guò)一個(gè)偏振片。若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光與線偏振光的光強(qiáng)比值為多少？ 【答案：1/2】詳解：設(shè)該光束中自然光和線偏振光的強(qiáng)度分別為I1和I2。當(dāng)以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，透射光強(qiáng)度的最大值和最小值分別為 依題意有Imax=5Imin，即解之得即入射光束中自然光與線偏振光的光強(qiáng)比值等于1/2。3、一束光強(qiáng)為I0的自然光相繼通過(guò)三個(gè)偏振片P1、P2、P3后，出射光的光強(qiáng)為0.125I0 。已知P1和P2的偏振化方向相互垂直，若以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)P2，要使出射光的光強(qiáng)為零，P2最少要轉(zhuǎn)過(guò)多大的角度？【答案：45】詳解：由于P1和P2的偏振化方向相互垂直，而自然光相繼通過(guò)三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)不等于零，說(shuō)明自然光通過(guò)偏振片的順序?yàn)镻1、P3、P2。qP1P3P2圖15-32如圖所示，設(shè)偏振片P1和P3的夾角為q，由馬呂斯定律得出射光強(qiáng)為由于I=0.125I0 ，代入上式解得要使出射光強(qiáng)為零，應(yīng)使P2和P3的偏振化方向垂直，因此P2最少要轉(zhuǎn)過(guò)的角度也等于45。4、一束光強(qiáng)為I0的自然光垂直穿過(guò)兩個(gè)偏振片，且這兩個(gè)偏振片的偏振化方向的夾角成45角，則穿過(guò)兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)是I0的多少倍？ 【答案：1/4】詳解：由馬呂斯定律得光強(qiáng)為I0的自然光垂直穿過(guò)兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為即穿過(guò)兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)是I0的1/4倍。5、三個(gè)偏振片P1，P2與P3堆疊在一起，P1與P3的偏振化方向相互垂直，P2與P1的偏振化方向間的夾角為30。強(qiáng)度為I0的自然光垂直入射于偏振片P1，并依次透過(guò)偏振片P1、P2與P3，則通過(guò)三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)是I0的多少倍？【答案：3/32】詳解：由馬呂斯定律得光強(qiáng)為I0的自然光垂直穿過(guò)這三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為即穿過(guò)這三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)是I0的3/32倍。6、兩個(gè)偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過(guò)。當(dāng)其中一個(gè)偏振片慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)180時(shí)，透射光強(qiáng)度將發(fā)生怎樣的變化？【答案：光強(qiáng)先增加，達(dá)到最大值后又減小至零】詳解：一束自然光垂直入射兩個(gè)堆疊的偏振片上時(shí)沒有光線通過(guò)，說(shuō)明這兩個(gè)偏振片的偏振化方向相互垂直。當(dāng)其中一個(gè)偏振片慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)90時(shí)，透射光強(qiáng)度逐漸增大到最大值。該偏振片沿原方向繼續(xù)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)90時(shí)，透射光強(qiáng)度將逐漸減小到0。因此，當(dāng)其中一個(gè)偏振片慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)180時(shí)，透射光強(qiáng)度將先增加，達(dá)到最大值后又減小至零。7、使光強(qiáng)為I0的平面偏振光先后通過(guò)兩個(gè)偏振片P1和P2。P1和P2的偏振化方向與原入射光光矢量振動(dòng)方向的夾角分別是a 和90，則通過(guò)這兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)I是多少？ 【答案：】詳解：依題意，由馬呂斯定律得光強(qiáng)為I0的平面偏振光先后通過(guò)這兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為8、要使一束線偏振光通過(guò)偏振片之后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)90，至少需要讓這束光通過(guò)幾塊理想偏振片？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來(lái)光強(qiáng)的多少倍？【答案：3；1/4】a詳解：由圖可以看出，要使一束線偏振光通過(guò)偏振片之后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)90，至少需要讓這束光通過(guò)3塊理想偏振片。由馬呂斯定律得透射光強(qiáng)為可見，當(dāng)時(shí)，透射光強(qiáng)最大，其值為圖15-8I0P1IP2P39、如圖15-8所示，P1、P2為偏振化方向夾角為a 的兩個(gè)偏振片。光強(qiáng)為I0的平行自然光垂直入射到P1表面上，則通過(guò)P2的光強(qiáng)等于多少？如果在P1、P2之間插入第三個(gè)偏振片P3，則通過(guò)P2的光強(qiáng)發(fā)生了變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以光線為軸旋轉(zhuǎn)P2，使其偏振化方向旋轉(zhuǎn)q 角后，發(fā)生消光現(xiàn)象，從而可以推算出P3的偏振化方向與P1的偏振化方向之間的夾角a 等于多少？ (假設(shè)題中所涉及的角均為銳角，并且a a。) 【答案：；或】詳解：由于P1、P2偏振化方向夾角為a ，因此通過(guò)P2的光強(qiáng)為在P1、P2之間插入第三個(gè)偏振片后，使P2旋轉(zhuǎn)角度q后發(fā)生消光現(xiàn)象，則必有P2與P3的偏振化方向垂直。由于題中所涉及的角均為銳角，并且a no，透過(guò)因此o光進(jìn)入方解石后的折射角45。據(jù)此得光路圖15-（b）。6、原來(lái)是光學(xué)各向同性的介質(zhì)，如果在機(jī)械應(yīng)力作用下，顯現(xiàn)出光學(xué)各向異性，即產(chǎn)生了雙折射現(xiàn)象，這是什么效應(yīng)？如果在外加電場(chǎng)作用下發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這是什么效應(yīng)？如果在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這又是什么效應(yīng)？ 【答案：彈性效應(yīng)（或應(yīng)力雙折射）；克爾效應(yīng)；科頓-穆頓效應(yīng)（或磁致雙折射效應(yīng)）】詳解：光某些各向同性的透明物質(zhì)受到機(jī)械力作用發(fā)生形變時(shí)表現(xiàn)出各向異性的性質(zhì)的現(xiàn)象叫做彈性效應(yīng)（或應(yīng)力雙折射）；某些各向同性的透明物質(zhì)在外電場(chǎng)的作用下表現(xiàn)出各向異性的性質(zhì)的現(xiàn)象叫做克爾效應(yīng)；某些各向同性的透明物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下表現(xiàn)出各向異性的性質(zhì)的現(xiàn)象叫做科頓-穆頓效應(yīng)（或磁致雙折射效應(yīng)）。7、對(duì)波長(zhǎng)為589.3 nm的鈉光，石英的旋光率a = 21.71/mm。如果將一塊石英晶體垂直其光軸切割制成晶片，放在兩個(gè)偏振化方向互相平行的偏振片P1、P2之間，使三者互相平行放置并使鈉光垂直于P1射入，則當(dāng)石英晶片的厚度等于多少mm時(shí)，沒有光通過(guò)P2？ 【答案：4.15mm】詳解：由于P1、P2的偏振化方向互相平行，因此偏振光通過(guò)石英后沒有光通過(guò)P2，偏振光必然是旋轉(zhuǎn)了90。 由旋光公式得石英晶片的厚度為8、一束單色線偏振光沿光軸方向通過(guò)厚度為d的旋光晶體，組成線偏振光的右旋和左旋圓偏振光在通過(guò)旋光晶體后產(chǎn)生的相位差為 其中nR和nL表示什么物理量？【答案：nR表示旋光晶體對(duì)于右旋圓偏振光的折射