大學(xué)物理光學(xué)PPT習(xí)題課

1、哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院兩光相干的條件：頻率相同、振動方向平兩光相干的條件：頻率相同、振動方向平 行、位相差恒定。行、位相差恒定。 1.1.光的干涉：光的干涉：形成明暗紋形成明暗紋的條件：的條件：2)122kk（明紋明紋暗紋暗紋(1)(1)楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉( (分波陣面法分波陣面法) )：, 2 , 1)21(, 1 , 0kkkkDxnd哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈

2、爾濱工程大學(xué)理學(xué)院明紋位置明紋位置2, 12)12(2, 1 ,0kndDkkndDkx暗紋位置暗紋位置相鄰明、暗條紋間距：相鄰明、暗條紋間距：ndDx (2)(2)薄膜干涉薄膜干涉( (分振幅法分振幅法) )：n2n1,n3或或 n2n1,n3 有有 /2 項項;n1 n2n3或或 n1 n2n3 沒有沒有 /2項項 2 , 1 , 02123 , 2 , 12sin222122kkkkinne哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院暗紋明紋2 , 1 , 02) 12 (2 , 122

3、kkkkne(3)劈尖干涉（垂直入射）：劈尖干涉（垂直入射）： 相鄰兩明紋或暗紋的間距：相鄰兩明紋或暗紋的間距： nnl2sin2 相鄰兩明紋（或暗紋）對相鄰兩明紋（或暗紋）對應(yīng)的空氣劈尖的厚度差：應(yīng)的空氣劈尖的厚度差： ne2哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院幾何關(guān)系幾何關(guān)系 r22Re 得得明紋：明紋：3 , 2 , 12) 12(knRkr暗紋：暗紋：,2,1 ,0knRkr相鄰兩明紋對應(yīng)的空相鄰兩明紋對應(yīng)的空氣劈尖的厚度差：氣劈尖的厚度差：ne2(4)(4)牛頓環(huán)（垂直入射）

4、：牛頓環(huán)（垂直入射）：暗環(huán)明環(huán)2 , 1 , 02) 12 (2 , 122kkkkne哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 2.光的衍射：光的衍射：(1) 單縫夫瑯和費衍射單縫夫瑯和費衍射：中央明紋明紋暗紋02 , 12) 12(2 , 1sinkkkka中央明紋的半角寬度：中央明紋的半角寬度： aarcsin垂直入射：垂直入射：2 , 1 , 0sinkkd(2)(2)光柵光柵衍射衍射哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題

5、課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院光學(xué)儀器的分辨率：光學(xué)儀器的分辨率： 22. 1DR 缺極條件缺極條件：2 , 1sin1 , 0sinkkakkd級條紋缺級第adadadkadk3,2,(3)(3)圓孔夫瑯和費衍射圓孔夫瑯和費衍射 D22.1愛里斑的半角寬度：愛里斑的半角寬度： 斜入射：斜入射： 2 , 1 , 0)sin(sinkkd哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院(4)晶體衍射：晶體衍射： 布喇格公式布喇格公式 2 , 1sin2kkd 3.光的偏振：光的偏振

6、：(1)(1)馬呂斯定律馬呂斯定律 I=I0cos2 (2)(2)布儒斯特定律布儒斯特定律 布儒斯特角布儒斯特角 tan(iB)=n2/n1哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院1.在雙縫干涉實驗中在雙縫干涉實驗中,單色光源單色光源S0到雙縫到雙縫S1和和S2的距離分別為的距離分別為l1和和l2,并且并且l1-l2=3 , 為入射為入射光的波長光的波長,雙縫之間的距離為雙縫之間的距離為d,雙縫到屏幕的雙縫到屏幕的距離為距離為D,如圖。求如圖。求: 零級明條紋到屏幕中央零級明條紋到屏幕中央

7、O點的距離。點的距離。 相鄰明條紋間的距離。相鄰明條紋間的距離。Dl2l1S0S1S2O哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院(1)在屏上距在屏上距O點為點為 x 處處P P0 0點的光程差為點的光程差為DP0r1r2l2l1S0S1S2Ox解解: :31212Ddxllrr零級明紋：零級明紋： k=0則則 dDx3(2)明紋的位置：明紋的位置：dDkxk/)3(相鄰明紋的間距：相鄰明紋的間距：dDxxxkk1明紋明紋2 , 1 , 0,kk哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第

8、1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院2.利用空氣劈尖的等厚干射條紋利用空氣劈尖的等厚干射條紋,可以測量經(jīng)精密加工后可以測量經(jīng)精密加工后工件表面上極小紋路的深度工件表面上極小紋路的深度,如圖如圖,在工件表面上放一平在工件表面上放一平板玻璃板玻璃,使其間形成空氣劈尖使其間形成空氣劈尖,以單色光垂直照射玻璃表以單色光垂直照射玻璃表面面,用顯微鏡觀察干涉條紋用顯微鏡觀察干涉條紋,由于工件表面不平由于工件表面不平,觀察到的觀察到的條紋如圖所示。試根據(jù)條紋彎曲的方向條紋如圖所示。試根據(jù)條紋彎曲的方向,說明工件表面上說明工件表面上紋路是凹的還是

9、凸的紋路是凹的還是凸的? 并證明。并證明。 ab2baH 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院解：解：表面的紋路是凹的表面的紋路是凹的sinaHsin2/b2baHab H哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院e0空氣空氣玻璃玻璃3.如圖所示如圖所示,牛頓環(huán)裝置的平凸透鏡與平板玻牛頓環(huán)裝置的平凸透鏡與平板玻璃有一縫隙璃有一縫隙e0,現(xiàn)用波長為現(xiàn)用波長為的單色光垂直照的單色光垂直照

10、射射,已知平凸透鏡的曲率半徑為已知平凸透鏡的曲率半徑為R,求反射光形求反射光形成的牛頓環(huán)的各暗環(huán)半徑。成的牛頓環(huán)的各暗環(huán)半徑。哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 解：解：由幾何關(guān)系：由幾何關(guān)系：r22Re 干涉減弱的條件干涉減弱的條件 2e+2e0+ /2=(2k+1) /2)2(0ekRrk為整數(shù)，且為整數(shù)，且/20ek e0空氣空氣玻璃玻璃er哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大

11、學(xué)理學(xué)院4.（1）單縫夫瑯和費衍射實驗中，）單縫夫瑯和費衍射實驗中， 垂直垂直入射的光有兩種波長，入射的光有兩種波長， 1=4000, 2=7600. 已知單縫寬度已知單縫寬度 b=1.010-2cm，透鏡焦距透鏡焦距 f=50cm。求求: 兩種光第一級衍射兩種光第一級衍射明紋中心之間的距離。明紋中心之間的距離。()若用光柵常數(shù)若用光柵常數(shù)d=1.010-3cm的光柵替的光柵替換單縫，其它條件和上一問相同，求兩種換單縫，其它條件和上一問相同，求兩種光第一級主極大明紋之間的距離。光第一級主極大明紋之間的距離。哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運

12、動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院解：解：（1）) 1(232) 12(sin111kkb) 1(232) 12(sin222kkbcm27. 023231212bfbfxxx)1(sin111kkd)1(sin222kkd（2）cm8 . 11212dfdfxxxsintanffx哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 5. =6000A的單色光垂直入射到一光柵的單色光垂直入射到一光柵上，測得第二級主極大的衍射角為上，測得第二級主極大的衍射角為30o，且且第三級

13、是缺級。第三級是缺級。 （）光柵常數(shù)（）光柵常數(shù)(a+b)等于多少？等于多少？ （）透光縫可能的最小寬度（）透光縫可能的最小寬度a等于多少等于多少？ （）在選定了上述（）在選定了上述(a+b)和和a之后，求在之后，求在衍射角衍射角- /2 /2范圍內(nèi)可能觀察到的全范圍內(nèi)可能觀察到的全部主極大的級次。部主極大的級次。哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院解：解：（1）230sin)(oba)2 , 1 , 0(sin)(kkbam104 . 26bad233oraba( 2 )缺級缺級:3

14、 , 2 , 1sin2 , 1 , 0sin)(kkakkbakabak第三級缺級第三級缺級, 則則3k3kaba哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院41sinmaxbakbak個主極大明紋共明紋實際呈現(xiàn)級52, 1,0km10837baaa最小為最小為(3)(3)缺級9, 6, 3k由由(2)知：知：)2 , 1 , 0(sin)(kkba3maxk哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工

15、程大學(xué)理學(xué)院6. 兩偏振片疊在一起兩偏振片疊在一起,其偏振化方向夾角為其偏振化方向夾角為45o，由強度相同的自然光和線偏振光混合由強度相同的自然光和線偏振光混合而成的光束垂直入射到偏振片上而成的光束垂直入射到偏振片上,入射光中入射光中線偏振光的光矢量振動方向與第一偏振片線偏振光的光矢量振動方向與第一偏振片的偏振化方向間的夾角為的偏振化方向間的夾角為30o。 (1) 若忽略偏振片對透射光強分量的反若忽略偏振片對透射光強分量的反射和吸收射和吸收,求穿過每個偏振片后的光強與入求穿過每個偏振片后的光強與入射光之比射光之比; (2) 若考慮每個偏振片對透射光的吸收若考慮每個偏振片對透射光的吸收率為率為1

16、0%,穿過每個偏振片后的透射光強與穿過每個偏振片后的透射光強與入射光強之比又是多少入射光強之比又是多少?哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院解解: 設(shè)入射光強為設(shè)入射光強為I0, 則自然光、線偏光各為則自然光、線偏光各為I0/2I1= I0/4 + (I0/2)cos230o =5I0/8經(jīng)過第一個偏振片，光完全是線偏振光，則經(jīng)過第一個偏振片，光完全是線偏振光，則經(jīng)過第二個偏振片后經(jīng)過第二個偏振片后I2= I1cos245o =5 I0/16經(jīng)過兩個偏振片后的光強與入射光強之經(jīng)過兩個偏

17、振片后的光強與入射光強之比分別為比分別為5/8和和5/16(1) (1) 忽略吸收忽略吸收, , 則經(jīng)過第一片偏振片后自然光則經(jīng)過第一片偏振片后自然光光強為光強為I0/4, , 線偏光光強為線偏光光強為(I0/2)cos230o, , 則則哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院(2) 若考慮吸收若考慮吸收, 則經(jīng)過兩個偏振片后的光強則經(jīng)過兩個偏振片后的光強分別為分別為I1= I0/4 + (I0/2)cos230o(1-10%)=9I0/16I2= I1cos245o (1-10%) =81 I0/320經(jīng)過兩個偏振片后的光強與入射光強之經(jīng)過兩個偏振片后的光強與入射光強之比分別為比分別為9/16和和81/320哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院 第第1章章 質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)牛頓運動定律牛頓運動定律習(xí)題課習(xí)題課哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院7. 如圖安排的透明介