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《光学教程》(姚启钧)课后习题1-5章解答

《光学教程》（姚启钧）1-5章习题解答

第一章光的干涉

1、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，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。

解：1500nm λ= 7011180

500100.4090.022

r y cm d λ-?=

=??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022

r y cm d λ-?=

=??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?=

2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。

解：⑴ 7050640100.080.04

r y cm d λ-?=

=??= ⑵由光程差公式

210

sin y

r r d d

r δθ=-== 0224

y d

r π

π?δλ

?= ⑶中央点强度：2

04I A =

P 点光强为：2

21cos

4I A π??

=+ ??

012

(1)0.8542I I =+=

3、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级亮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。已知光波长为7610m -?

解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d

由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455

61061061010.5

d m cm n λ---==??=?=?-

4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02

r y cm d λ-?=

=??= 由干涉条纹可见度定义：

12min

2min

1221Max Max A A I I V I I A A ?? ?

-??=

=+??+ ???

由题意，设22

122A A =

，即

A A =

0.943

V ==

5、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

θ。

解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?=

由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式

()()()72sin 20180sin 700100.0035

22200.1

r L y r r L r y λ

θλ-+?=

++=

=??=???

180

sin 0.003560123.14

θθ'≈=?

6、在题1.6 图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长500nm λ=，问条纹间距是多少？⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹？（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得）

解：由图示可知：7

050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==?====

①70150500100.018750.190.4

r y cm mm d λ-?=

=??== ②在观察屏上可以看见条纹的区域为P 1P 2间

010.750.2

2 1.160.750.2P P mm -=

?=+

0.750.22 3.450.750.2

P P mm +=?=- 即21 3.45 1.16 2.29P P mm =-=，离屏中央1.16mm 上方的2.29mm 范围内可看见条纹。

2.29120.19

P P N y =

==?

P 2 P 1 P 0

题1.6图

7、试求能产生红光（700nm λ=）的二级反射干涉条纹的肥皂膜厚度。已知肥皂膜折射率为1.33，且平行光与法向成300角入射。

解：2700, 1.33nm n λ==

由等倾干涉的光程差公式：22

δ=

222

λ=

426d nm =

8、透镜表面通常镀一层如MgF 2（ 1.38n =）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： 1.38n =

物质薄膜厚度使膜上下表面反射光产生干涉相消，光在介质上下表面反射时均存在半波损失。

由光程差公式：

122nh δλ==

5550

99.611044 1.38

h nm cm n λ-====??

9、在两块玻璃片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600

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？设单色光源波长为500nm

解：

02cos602

n h

相邻亮条纹的高度差为：605005001012cos60212

h nm mm n λ

-?=

=???

可看见总条纹数6

0.0510050010H N h -=

==?? 则在玻璃片单位长度内看到的干涉条纹数目为： 1001010

N n l =

== 即每cm 内10条。

10、在上题装置中，沿垂直于玻璃表面的方向看去，看到相邻两条暗纹间距为1.4mm 。已知玻璃片长17.9cm ，纸厚0.036mm ，求光波的波长。

解：

当光垂直入射时，等厚干涉的光程差公式： 22

nh λ

δ=+

可得：相邻亮纹所对应的厚度差：2h n

由几何关系：

h H l l ?=?，即l h H l ??= 40.14

22210.00360.563110563.117.9

l n h n H cm nm l λ-?=?==???=?=

11、波长为400760nm :的可见光正射在一块厚度为61.210m -?，折射率为1.5的薄玻璃片上，试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强。

解：6

1.210, 1.5h m n -=?=

由光正入射的等倾干涉光程差公式：22

nh λ

δ=-

使反射光最强的光波满：足22

nh j λ

δλ=-=

()4172002121

nh nm j j λ=

=?++

5,654.5j nm λ==

6,553.8j nm λ== 7,480.0j nm λ== 8,423.5j nm λ==

12、迈克耳逊干涉仪的反射镜M 2移动0.25mm 时，看到条纹移过的数目为909个，设光为垂直入射，求所用光源的波长。

解：

光垂直入射情况下的等厚干涉的光程差公式：22nh h δ== 移动一级厚度的改变量为：2

h λ?=

60.25109092

60.25102

550.0909

nm λ??=

13、迈克耳逊干涉仪的平面镜的面积为244cm ?，观察到该镜上有20个条纹，当入射光的波长为589nm 时，两镜面之间的夹角为多少？

解：

由光垂直入射情况下的等厚干涉的光程差公式： 22nh h δ==

相邻级亮条纹的高度差：2

h λ?=

由1M 和2M '构成的空气尖劈的两边高度差为：

2010H h λ?=??=

10589100.0001472530.3944

H rad α-???''==== M 1

M 2

2M '

14、调节一台迈克耳逊干涉仪，使其用波长为500nm 的扩展光源照明时会出现同心圆环条纹。若要使圆环中心处相继出现1000条圆环条纹，则必须将移动一臂多远的距离？若中心是亮的，试计算第一暗环的角半径。（提示：圆环是等倾干涉图样，计

算第一暗环角半径时可利用21

sin ,cos 12

θθθθ≈≈-的关系。）

解：500nm λ=

出现同心圆环条纹，即干涉为等倾干涉对中心

2h δ=

210001100050010 2.5100.252

h h cm mm

--?=?=???=?=

15、用单色光观察牛顿环，测得某一亮环的直径为3mm ，在它外边第5个亮环的直径为4.6mm ，所用平凸透镜的凸面曲率半径为1.03m ，求此单色光的波长。

解：由牛顿环的亮环的半径公式：

r =

()2

32122j R r λ

+== ???

()2

22 4.62(5)122j R r λ

++== ???

以上两式相减得：

12.1654R λ= 3

12.160.590310590.345 1.0310

mm nm λ-==?=???

16、在反射光中观察某单色光所形成的牛顿环，其第2级亮环与第3级亮环间距为

1mm ，求第19和20级亮环之间的距离。

解：牛顿环的反射光中所见亮环的半径为：

即：

则：) 2019320.16

0.4 0.4

r r r r r mm ?=-==-==

第2章光的衍射

1、单色平面光照射到一小圆孔上，将其波面分成半波带。求第k 个带的半径。若极

点到观察点的距离0r 为1m ，单色光波长为450nm ，求此时第一半波带的半径。

解：

由公式

011H

R k r R λ??=+ ???

对平面平行光照射时，波面为平面，即：R →∞

0H R kr λ=

263

01450101100.45H R kr λ-==????=

H R =

2、平行单色光从左向右垂直射到一个有圆形小孔的屏上，设此孔可以像照相机光圈那样改变大小。问：⑴小孔半径应满足什么条件时，才能使得此小孔右侧轴线上距小孔中心4m 的P 点的光强分别得到极大值和极小值；⑵P 点最亮时，小孔直径应为多大？设此光的波长为500nm 。

解：⑴04400r m cm ==

H R =

当k 为奇数时，P 点为极大值当C 数时，P 点为极小值

⑵由()11

P k A a a =

±，k 为奇，取“+”

；k 为偶，取“-”

当1k =，即仅露出一个半波带时，P 点最亮。

10.141,(1)H R cm k ==，0.282D cm =

3、波长为500nm 的单色点光源离光阑1m ，光阑上有一个内外半径分别为0.5mm 和1mm 的透光圆环，接收点P 离光阑1m ，求P 点的光强I 与没有光阑时的光强0I 之比。

解：

()12

321

0.50.510111115001011H H R mm

k r R λ--=?????

+=+=

????

()22

2901110111145001011H H R mm

R k r R λ--=?????

=+=+= ? ????

?? 即从透光圆环所透过的半波带为：2，3，4 设1234a a a a a ==== 234P A a a a a =-+= 没有光阑时

()111

,011

P k k P

A a a k a A a a '=±→∞→'== 光强之比：2204

12I a I a ==

?? ???

4、波长为632.8nm 的平行光射向直径为2.76mm 的圆孔，与孔相距1m 处放一屏，试问：⑴屏上正对圆孔中心的P 点是亮点还是暗点？⑵要使P 点变成与⑴相反的情况，至少要把屏分别向前或向后移动多少？

解：

由公式

011H

R k r R λ??=+ ???

对平面平行光照射时，波面为平面，即：R →∞

0 2.7623632.8101

H R k r λ-?? ???===??，即P 点为亮点。则 0113k r R ??

=?+

???

，注：0,r R 取m 作单位 0

k r = 向右移，使得2k =，03 1.5, 1.510.52r m r m '==?=-=r

向左移，使得4k =，030.75,10.750.254

r m r m '==?=-=s

5、一波带片由五个半波带组成。第一半波带为半径1r 的不透明圆盘，第二半波带是半径1r 和2r 的透明圆环，第三半波带是2r 至3r 的不透明圆环，第四半波带是3r 至4r 的透明圆环，第五半波带是4r 至无穷大的不透明区域。

已知1234:::r r r r =

，

用波长500nm 的平行单色光照明，最亮的像点在距波带片1m 的轴上，试求：⑴1r ；⑵像点的光强；⑶光强极大值出现在哪些位置上。

解： ⑴

由1234:::r r r r =

波带片具有透镜成像的作用，2

R f k λ

129111150010,0.07r m r r cm

λ-=

?==?=

⑵2242,

4A a a a I a =+==

无光阑时，2

2011

24I a a ??== ???

即：016I I =，0I 为入射光的强度。 ⑶由于波带片还有11,35f f ''…等多个焦点存在，即光强极大值在轴上11

,35

m m …

6、波长为λ的点光源经波带片成一个像点，该波带片有100个透明奇数半波带（1,3,5,…,199）。另外100个不透明偶数半波带。比较用波带片和换上同样焦距和口径的透镜时该像点的强度比0:I I 。

解：由波带片成像时，像点的强度为： ()2

100I a =

由透镜成像时，像点的强度为： ()20200I a = 即014

I I =

7、平面光的波长为480nm ，垂直照射到宽度为0.4mm 的狭缝上，会聚透镜的焦距为

60cm 。分别计算当缝的两边到P 点的相位差为/2π和/6π时，P 点离焦点的距离。

解：

对沿θ方向的衍射光，缝的两边光的光程差为：sin b δθ= 相位差为：22sin b π

?δθλ

?==

对使2

??=

的P 点

2sin 2

b π

?θλ?=

sin 4b

θ=

148010tan sin 6000.18440.4

y f f f mm b λ

θθ-?'''=?≈?==?=? 对使6

??=

的P `

点

2sin 6

b π

?θλ

sin 12b

θ=

148010tan sin 6000.0612120.4

y f f f mm b λ

θθ-?'''=??==?=?B

8、白光形成的单缝衍射图样中，其中某一波长的第三个次最大值与波长为600nm 的光波的第二个次最大值重合，求该光波的波长。

解：对θ方位，600nm λ=的第二个次最大位 1sin 22b

λθθ??≈=+ ??

? 对 λ'的第三个次最大位 1sin 32b

λθθ'??≈=+

即：5722b b λλ'?=? 55

600428.677

nm λλ'==?=

9、波长为546.1nm 的平行光垂直地射在1mm 宽的缝上，若将焦距为100cm 的透镜紧贴于缝的后面，并使光聚焦到屏上，问衍射图样的中央到⑴第一最小值；⑵第一最大值；⑶第三最小值的距离分别为多少？

解：⑴第一最小值的方位角1θ为：1sin 1b θλ=?

111546.110tan sin 10000.551

y f f f mm b λ

θθ-?'''=≈==?=

⑵第一最大值的方位角1θ'为：

11sin 12b

θ??'=+ ???

111546.110tan sin 1.431000 1.430.781

y f f f mm b λ

θθ-?''''''=≈=?=??=

⑶第3最小值的方位角3θ为：3sin 3b

θ=?

333546.110tan sin 310003 1.651

y f f f mm b λ

θθ-?'''=≈=?=??=

10、钠光通过宽0.2mm 的狭缝后，投射到与缝相距300cm 的照相底片上。所得的第一最小值与第二最小值间的距离为0.885cm ，问钠光的波长为多少？若改用X 射线（0.1nm λ=）做此实验，问底片上这两个最小值之间的距离是多少？

解：

单缝衍射花样最小值位置对应的方位θ满足：

sin ,1,2,3,....k k b

θ==±±±

则 11sin 1b

θθ≈=?

22sin 2b

θθ≈=?

()21x L L b

θθ?=?-=

40.28.85 5.9105903000

b x mm nm L λ-=

?=?=?= 7

40.110300 1.5100.02

x L cm b λ

--?'?==?

11、以纵坐标表示强度，横坐标表示屏上的位置，粗略地画出三缝的夫琅禾费衍射（包括缝与缝之间的干涉）图样。设缝宽为b ，相邻缝间的距离为d ，3d b =。注意缺级问题。

12、一束平行白光垂直入射在每毫米50条刻痕的光栅上，问第一级光谱的末端和第二光谱的始端的衍射角θ之差为多少？（设可见光中最短的紫光波长为400nm ，最长的红光波长为760nm ）

解：每毫米50条刻痕的光栅，即1

0.0250

d mm mm =

= 第一级光谱的末端对应的衍射方位角1θ末为

111sin 1sin d d

θλλθθ=?≈=

红

末红末末

第二级光谱的始端对应的衍射方位角2θ始为

1sin 22sin d d

θλλθθ=?≈=

2始紫

紫2始2始 ()()66321112240010760102100.02

rad d θθθλλ---?=-=-=??-?=?红始末紫

13、用可见光（760400nm :）照射光栅时，一级光谱和二级光谱是否重叠？二级和三级怎样？若重叠，则重叠范围是多少？

解：光谱线对应的方位角θ：sin k d

θθ≈=

21400760

21d d

θθ=?

>=?

始末即第一级光谱与第二级光谱无重叠 2376015204001200

23d d d d

θθ=?

=>=?=

末始即第二级光谱与第三级光谱有重叠由215201520

3,506.73

nm nm d d

θλ=

=?=

=末即第三级光谱的400506.7nm :的光谱与第二级光谱重叠。

14、用波长为589nm 的单色光照射一衍射光栅，其光谱的中央最大值和第二十级主最大值之间的衍射角为01510'，求该光栅1cm 内的缝数是多少？

解：第20级主最大值的衍射角由光栅方程决定 20sin 20d θλ= 2020sin 20

d λ

θθ==

156010

20180603.14

λ?+=?

解得2

0.4510d cm -=?

222/N cm d

==条

15、用每毫米内有400条刻痕的平面透射光栅观察波长为589nm 的钠光谱。试问：⑴光垂直入射时，最多功能能观察到几级光谱？⑵光以030角入射时，最多能观察到几级光谱？

解：61

,58910400

d mm mm λ-=

⑴光垂直入射时，由光栅方程：sin d j θλ= 61

sin 4.24458910400

j d θλ

?=≈?

即能看到4级光谱

⑵光以30o

角入射

()

sin sin 30o d j θλ+= ()1sin sin 304162o

j θλ??

=+=+= ???

16、白光垂直照射到一个每毫米250条刻痕的平面透射光栅上，试问在衍射角为030处会出现哪些波长的光？其颜色如何？

解：1

250

d mm =

在30o

的衍射角方向出现的光，应满足光栅方程：sin 30o

d j λ=

11111sin 3020002502o d mm nm j j j

λ=

=??=? 3,667j nm λ==

4,500j nm λ== 5,400j nm λ==

17、用波长为624nm 的单色光照射一光栅，已知该光栅的缝宽b 为0.012mm ，不透明部分的宽度a 为0.029mm ，缝数N 为310条。求：⑴单缝衍射图样的中央角宽度；⑵单缝衍射图样中央宽度内能看到多少级光谱？⑶谱线的半宽度为多少？

解：0.012,

0.029b mm a mm ==

0.041d a b mm =+= 1000N =

⑴6

062410220.1040.012

rad b λ

θ-??==?

= ⑵j 级光谱对应的衍射角θ为：

11sin sin 1d j d

θλ

λθθ==?

112 3.43d k b

θθ?===→

即在单缝图样中央宽度内能看到()2317?+=条（级）光谱 ⑶由多缝干涉最小值位置决定公式：sin j Nd

θ'=?

512

62410 1.521010000.041rad Nd λ

θ--??===??

第3章几何光学的基本原理

1、证明反射定律符合费马原理证明：

设A 点坐标为()10,y ，B 点坐标为()22,x y 入射点C 的坐标为(),0x 光程ACB

为：

令

2sin sin 0x x d i i dx -?'==-=

即：sin sin i i '=

*2、根据费马原理可以导出近轴光线条件下，从物点发出并会聚到像点的所有光线的光程都相等。由此导出薄透镜的物像公式。

3、眼睛E 和物体PQ 之间有一块折射率为1.5的玻璃平板（见题3.3图），平板的厚度d 为30cm 。求物体PQ 的像P `Q`与物体PQ

之间的距离2d 为多少？

12sin sin i n i =

由图：()121211tan tan sin sin 1sin BB d i d i d i i d i n ??

'=-≈-=-

???

1111130110tan sin 1.5BB BB CE d cm i i n ''???

?=≈=-=-= ? ?????

4、玻璃棱镜的折射角A 为060，对某一波长的光其折射率n 为1.6，计算：⑴最小偏向角；⑵此时的入射角；⑶能使光线从A 角两侧透过棱镜的最小入射角。

解：

⑴ 由()()()121

2112211i i i i i i i i i i A θ'''''=-+-=+-+=+- 当11

i i '=时偏向角为最小，即有221

302

o i i A '=== 12i A θ=- 121

sin sin 1.60.82

i n i ==?

= 15308o

i '=

25308604616o o o

θ''=?-=

⑵15308o

i '=

《光学教程》姚启钧课后习题解答

《光学教程》（姚启钧）习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 改用2700nm λ= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π? ? =+ ?? ? 3、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级亮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。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'= -

4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义：由题意，设2 2 122A A = ，即 1 2 A A = 5、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θ。解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?= 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题1.6 图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长500nm λ=，问条纹间距是多少？⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹？（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得）解：由图示可知：7 050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==?==== P 2 P 1 P 0 题1.6图

《光学教程》(姚启钧)课后习题1-5章解答

《光学教程》（姚启钧）1-5章习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 7011180 500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ?

012 (1)0.8542I I =+= 3、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级亮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。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 0.943 V == 5、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 θ。解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?=

《光学教程》(姚启钧)课后习题解答

《光学教程》（姚启钧）习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-==

0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 012 (1)0.8542I I =+= 3、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级亮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。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A =

《光学教程》(姚启钧)课后习题解答

《光学教程》（启钧）习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A =

P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 012 (1)0.8542I I =+= 3、把折射率为1.5的玻璃片插入氏实验的一束光路中，光屏上原来第5级亮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。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 0.943 V == 5、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

光学教程第四版(姚启钧)期末总结

第一章小结 ● 一、光的电磁理论 ● ①光是某一波段的电磁波，其速度就是电磁波的传播速度。 ● ②光波中的振动矢量通常指的是电场强度。 ● ③可见光在电磁波谱中只占很小的一部分，波长在 390 ~ 760 n m 的狭窄范围以内。 ● ④光强（平均相对光强）： I =A ^2 。二、光的干涉： ● ①干涉：满足一定条件的两列或两列以上的波在空间相遇时，相遇空间的光强从新分布：形成稳定的、非均匀的周期分布。 ● ②相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 ● ③干涉光强： )cos(2122122212??-++=A A A A A 三、相位差和光程差真空中均匀介质中 nr =? r n =?=1 ct r c nr == =?υ 光程：光程差： 12r r -=δ 1122r n r n -=δ ) t t (c r c r c 1211 22 -=- = υυδ 相位差： ()() 1212 22r r k r r -=-= = ?λ π δλ π ?()1,2 1 ==n o o ? ?空间角频率或角波数--=λπ2k 四、干涉的分类： ?? ?? ? ???? ?9.5311.17.1.b 1.109.18.1.a 25.14.11）分振动面干涉（、等倾干涉、、等厚干涉）分振幅干涉（、）分波面干涉（ .五、干涉图样的形成：（1）干涉相长()() 2,1,0,22:222:1212±±==-?=-?=?j j r r then j r r j if λ πλπ π?则：

（2）干涉相消： ()()()() 2,1,0,212:12212:1212±±=+=-+=-+=?j j r r then j r r j if λ πλ π π?则六、干涉条纹的可见度：七、 ??? ??≥≈≈==+= 条纹便可分辨一般情况模糊不清不可以分辨当清晰条纹反差最大时当,7.0V ,,0V ,I I ,1,V ,0I I I I -I V min max min min max min max 21212 2121222121I I I I 2)A /A (1) A /A (2A A A 2A V +=+=+= 七、半波损失的结论：当光从折射率小的光疏介质向折射率大的光密介质表面入射时，反射过程中反射光有半波损失。八、杨氏双缝：九、()c b a ,2,1,02 12,2,1,00 00 、、激光器条纹间距：暗纹：亮纹：λλλd r y j d r j y j d r j y = ?±±=+=±±== 九、等倾干涉：薄膜干涉时，当膜的上下表面平行即膜的厚度处处相等，面光源入射，凡入射角相同的就形成同一条纹，即同一干涉条纹上的各点都具有同一的倾角——等倾干涉条纹。 2,1,02)2(2)12(sin 2cos 21 2 2 12 22 2 ±±=???????+=-=∴j j j i n n h i h n 相消相长λλ . 十、等厚干涉：薄膜干涉时，当膜的上下表面不平行，即膜的厚度不相等，点光源入射，对应于每一直线条纹的薄膜厚度是相等的——等厚干涉条纹。 )()()()相消相长即：相消相长亦很小很小，都有半波损1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2211 2 2 1221 2 sin 22,1,0sin 2212 122sin 22i n n j h j i n n j h j j h n n or n n i n n h CD n BC AB n -=±±=-??? ??+=?? ???+=∴>>--=--+=λ λλλδλλλ δ .十一、迈克耳孙干涉仪：N h or N h ?= ? =?2:2 λλ 十二、劈尖：

《光学教程》[姚启钧]课后习题解答

《光学教程》(姚启钧)习题解答第一章光的干涉 1、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,两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解:1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?==??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?==??= 两种光第二级亮纹位置的距离为: 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在杨氏实验装置中,光源波长为640nm ,两狭缝间距为0.4mm ,光屏离狭缝的距离为50cm ,试求:⑴光屏上第1亮条纹与中央亮纹之间的距离;⑵若P 点离中央亮纹为 0.1mm 问两束光在P 点的相位差就是多少？⑶求P 点的光强度与中央点的强度之比。解:⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?==??= ⑵由光程差公式 210sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r πππ?δλλ?==?= ⑶中央点强度:204I A =

P 点光强为:221cos 4I A π? ?=+ ??? 012 (1)0.8542I I =+= 3、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级亮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。已知光波长为7610m -? 解: 1.5n =,设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为:()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()7645561061061010.5 d m cm n λ---= =??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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,求干涉条纹间距与条纹的可见度。解: 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?==??= 由干涉条纹可见度定义: 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ?-??==+??+ ??? 由题意,设22122A A =, 即12A A = 0.943 V = = 5、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

光学教程习题解答

《光学教程》（姚启钧）习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= ~ 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 01(10.8542I I ==

3、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级亮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。已知光波长为7610m -? $ 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 、 0.943 V == 5、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 θ。解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?=

《光学教程》(姚启钧)课后习题解答

《光学教程》(姚启钧)习题解答第一章光得干涉 1、波长为得绿光投射在间距为得双缝上,在距离处得光屏上形成干涉条纹,求两个亮条纹之间得距离。若改用波长为得红光投射到此双缝上,两个亮纹之间得距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置得距离。解: 改用两种光第二级亮纹位置得距离为: ２、在杨氏实验装置中,光源波长为,两狭缝间距为,光屏离狭缝得距离为,试求:⑴光屏上第１亮条纹与中央亮纹之间得距离;⑵若P点离中央亮纹为问两束光在P点得相位差就是多少？⑶求P点得光强度与中央点得强度之比。解:⑴ ⑵由光程差公式 ⑶中央点强度: P点光强为: ３、把折射率为得玻璃片插入杨氏实验得一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所在

得位置变为中央亮条纹,试求插入得玻璃片得厚度。已知光波长为解:,设玻璃片得厚度为由玻璃片引起得附加光程差为: 4、波长为得单色平行光射在间距为得双缝上。通过其中一个缝得能量为另一个得倍,在离狭缝得光屏上形成干涉图样,求干涉条纹间距与条纹得可见度。解: 由干涉条纹可见度定义: 由题意,设,即代入上式得 5、波长为得光源与菲涅耳双镜得相交棱之间距离为,棱到光屏间得距离为,若所得干涉条纹中相邻亮条纹得间隔为,求双镜平面之间得夹角。解: 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题１、6 图所示得劳埃德镜实验中,光源S到观察屏得距离为,到劳埃德镜面得垂直距离为。劳埃德镜长,置于光源与屏之间得中央。⑴若光波波长,问条纹间距就是多少？⑵确定屏上可以瞧见条纹得区域大小,此区域内共有几条条纹?(提示:产生干涉得区域P1P2可由图中得几何关系求得)

解:由图示可知:7 050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==?==== ① ②在观察屏上可以瞧见条纹得区域为P 1P ２间即,离屏中央上方得范围内可瞧见条纹。７、试求能产生红光()得二级反射干涉条纹得肥皂膜厚度。已知肥皂膜折射率为,且平行光与法向成300角入射。解: 由等倾干涉得光程差公式: 8、透镜表面通常镀一层如MgF ２()一类得透明物质薄膜,目得就是利用干涉来降低玻璃表面得反射。为了使透镜在可见光谱得中心波长()处产生极小得反射,则镀层必须有多厚？解 : P 2 P 1 P 0 题1.6图

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《光学教程》（姚启钧）习题解答第一章光的干涉 1、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，两个亮纹之间的距离为多少算出这两种光第2级亮纹位置的距离。解：1500nm λ= 改用2700nm λ= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 ⑶中央点强度：204I A = P 点光强为：221cos 4I A π? ?=+ ?? ? 3、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级亮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。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=-

4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义：由题意，设22122A A = ，即1 2 A A = 5、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θ。解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?= 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长 500nm λ=，问条纹间距是多少⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得） P 2 P 1 P 0 题图

光学教程姚启钧课后习题解答

光学教程姚启钧课后习题解答文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。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： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义：由题意，设22122A A = ，即1 2 A A = 5、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θ。解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?= 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长 500nm λ=，问条纹间距是多少⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得） P 2 P 1 P 0 题图