2022年最新光学原子物理习题答案资料.pdf
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1、精品文档精品文档光学习题答案第一章:光的干涉1、在杨氏双缝实验中,设两缝之间的距离为0.2mm ,在距双缝 1m 远的屏上观察干涉条纹,若入射光是波长为400nm至 760nm的白光 ,问屏上离零级明纹20mm处,哪些波长的光最大限度地加强 ? 解:已知:0.2dmm, 1Dm, 20lmm依公式 : 五种波长的光在所给观察点最大限度地加强。2、在图示的双缝干涉实验中,若用薄玻璃片(折射率11.4n)覆盖缝 S1,用同样厚度的玻璃片(但折射率21.7n)覆盖缝 S2,将使屏上原来未放玻璃时的中央明条纹所在处 O 变为第五级明纹,设单色波长480nm,求玻璃片的厚度 d(可认为光线垂直穿过玻璃片
2、)34 104000104009444.485007571.46666.7dlkDdklmmnmDknmknmknmknmknm11111故:1S2S1n2n1r2rod精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档屏O 2l1ld 1s2sD 0s解:原来,210rr覆盖玻璃后,221121821()()5()558.0 10rn ddrn ddnn ddmnn3、在双缝干涉实验中, 单色光源 S0到两缝 S1和 S2的距离
3、分别为12ll和,并且123ll-, 为入射光的波长,双缝之间的距离为d,双缝到屏幕的距离为D,如图,求:(1)零级明纹到屏幕中央O 点的距离。(2)相邻明条纹的距离。解: (1)如图,设0p为零级明纹中心,则:21022112112021()()03()/3/rrd p o Dlrlrrrllp oD rrdDd(2) 在屏上距 0 点为 x 处,光程差/3dx D明纹条件(1,2,3)kk(3 )/kxkDd在此处令 K=0,即为( 1)的结果,相邻明条纹间距1/kkxxxDd4、白光垂直照射到空气中一厚度为43.8 10enm的肥皂泡上, 肥皂膜的折射率1.33n,在可见光范围内44(4
4、.0107.6 10 ),那些波长的光在反射中增强?解:若光在反射中增强,则其波长应满足条件12(1,2,)2nekk精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档即4/(21)nek在可见光范围内,有42424/(21)6.739 1034/(21)4.403 10kneknmkneknm5、单色光垂直照射在厚度均匀的薄油膜上(n=1.3) ,油膜覆盖在玻璃板上(n=1.5) ,若单色光的波长可有光源连续可调,并观察到500
5、nm与 700nm 这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的最小厚度?解:有题意有:2(1/ 2)(1/ 2)2(1/ 2)500(1/ 2)700ndkkdnkkminmin5/ 277/23,2(31/ 2)50067321.3kkkkdnm即 56、两块平板玻璃,一端接触,另一端用纸片隔开,形成空气劈尖,用波长为的单色光垂直照射,观察透射光的干涉条纹。(1)设 A点处空气薄膜厚度为e,求发生干涉的两束透射光的光程差;(2)在劈尖顶点处,透射光的干涉条纹是明纹还是暗纹?解: (1)202ee光A 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳
6、 - - - - - - - - - -第 3 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档(2)顶点处0,0,e干涉加强是明条纹。7、如图测量细线直径,已知细线到棱边的距离D=28.880mm,用波长为 589.3nm的黄光测得 30 条亮线间的距离为4.295mm,求细线直径?Dd解:54.295,()295.75 10()22xmmdmhDxd由题意 相邻条纹间距又8、在双缝干涉实验中 , 波长 =5500? 的单色平行光垂直入射到宽度42 10dm的双缝上 , 屏到双缝的距离D = 2 m . 求: (1)中央明纹两侧的两条第10 级明纹中心的间距 ; (
7、2)用一厚度为66.6 10em、折射率为 n = 1.58的玻璃片覆盖一缝后 , 零级明纹 O处将有多少个条纹移过?解:明纹坐标xk=kD /d x=21kkxx=(k2k1)D /d=20D /d=0.11m (2) 零级明纹即光程差为零的明纹,玻璃片复盖上一条缝后,对中心 O 点有L= r2+e-r1+ ne= (n 1)e= k故玻璃片复盖一缝后 ,零级明纹 O 处移过的条纹数量k= (n 1)e/ =6.96=7 第二章:光的衍射精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 24
8、页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档1、一块 15cm宽的光栅,每毫米内有120个衍射单元,用550nm的平行光照射,第三级主极大缺级,求 (1) 光栅常数 d;(2) 单缝衍射第二极小值的角位置;(3) 此光栅在第二级能分辨的最小波长差为多少?解:(1) 60.0018.333 10m120d(2) ,1,2 3djkjbk得:b1=2.7710-6m b2=5.5510-6m sinbj911162 55010sinsinsin0.39723.392.77 10jb第二值911162 55010sinsinsin0.19311.125.5510jb(3) jN955
9、0 100.01527nm2 18000jN2、请设计一个光栅,要求(1)能分辨钠光谱的-75.89010 m和-75.89610 m的第二级谱线。(2)第二级谱线的衍射角 =30o。 (3)第三级缺级。解:3、波长为 600nm单色光垂直入射在一光栅上,有两个相邻主极大的明纹分别出现在Sin1=0.20 和 Sin2=0.30 处,且第四级缺级,求(1)光栅常数,(2)光栅狭缝的最小宽度, (3)该光栅最多能看到第几级谱线?解:有题意有333491()sinsin302.36 10,30.79 10,1.57 10oRkNNkabkkababmmabamm bmma条又又第三级缺级 则精品资
10、料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档1221626min(1) ()sin)sin(1)()(sinsin)6 10sinsin()sin4sin411.5 104abkabkababmabakakababkam有:由于第四级缺级,则有当时,min(3)sin1100123567891048kababk光栅方程有能看到, ,级条纹,缺,级4、 绿光 5000Ao正入射在光栅常数为2.510-4cm , 宽度为 3cm的光栅
11、上,聚光镜焦距为 50cm ,求:1) 第一级光谱的线色散?2) 第一级光谱中能分辨的最小波长差?3) 该光栅最多能看到第几级光谱?解: (1)2 .0sin1dcosdjD56100.204.01105.25 .0cosdfjfDDl(2)44102.1105 .23NjN;精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档oAjN417.0102.150004(3)jd sin;5100 .5105.276dj(能看到第四级谱
12、线)5、 (1) 在单缝单缝夫琅和费衍射实验中, 垂直入射的光有两种波长 ,12400700nmnm, ,已知单缝宽度21.0 10acm,透镜焦距50fcm, 求两种光第一级衍射明纹中心之间的距离 . (2) 若用光栅常数31.0 10dcm的光栅替换单缝 , 其它条件和上一问相同, 求两种光第一级主极大之间的距离 . 解: (1) 单缝衍射明纹角坐标满足asink=(2k+1) /2 (k= 1, 2, 3, )线坐标xk=ftgkfsink=f(2k+1) /(2a) 两光第一级明纹间距x= x2 x1=3f( 21)/(2a)=2.7103m (2) 光栅方程式dsin =kxk=ft
13、gkfsink=fk /d 两光第一级明纹间距x= x2 x1=f(21)/d=1.8102m 6、一对双星的角间隔为0.05求: (1) 需要多大口径的望远镜才能分辨它们?(2)此望远镜的角放大率应设计为多少比较合理?(人眼的最好分辨角为1 )精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档2 解:Dm22.1mD22.1mAo7105.55500r a dm74104 .260109.205.005.0mD8 .2104.2
14、105.522.177倍人 眼 最 小 分 辨 角1 2 0 0104 .2109.2) 1(74meM第三章:几何光学1、一个双凸透镜( f = 6.0cm ) ;一个凹面反射镜( R =20cm ) ;一物体高4cm ,在透镜前12cm ,透镜在凹反射镜前2cm ,如图所示,计算其影像的位置。 其像是实像还是虚像,正立还是倒立。解:1111112s fssfcm 222152s RssRcm s3=5 2 = 3cm 333332s fssf最后成像于透镜左侧2cm 处。31212313ssssss倒立的实像精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下
15、载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档2、 如图所示,折射率为 1.5 的厚透镜上下表面的曲率半径均为3cm , 中心厚度为122OOcm,将其放在折射率为1.2 的溶液上方,一个高度为2ymm的小物放在厚透镜下方位于溶液中的光轴上,小物与厚透镜下表面中心点的距离为14QOcm,求在傍轴条件下最后成像的位置、高度、像的倒正、放缩和虚实?解:第一次成像:3, 5.1,2 .1, 4111rnns32 .15.15.142.11s,5.71s,5 .145 .1)5. 7(2. 111111snsnV第
16、二次成像:3,0.1,5 .1,5.95.722212rnnsds35 .1115 .95.12s,cms1142,185. 911145 .122222snsnV,27185 .121VVV,mmyVy54272成像在厚透镜上表面中心的上方114厘米处,像高 54毫米成倒立、放大的实像。3、凸透镜1L和凹透镜2L的焦距分别为 20cm和 40cm ,2L在1L之右 40cm处,近轴小物体放在1L之左 30cm处,分别用作图法和公式法求出像的位置和横向放大率。解:1)作图法PQ1P1QQP1L2L1F2F1F2FO1 O2 Qy精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - -
17、 - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档由图:4V(倒立实像)2)高斯公式,第一次成像,111111ssf,其中11130,2060sfs横向放大率为:1112sVs(倒立)第二次成像,222111ssf,其中22220,4040sfs横向放大率为:2222sVs(正立)两次成像的横向放大率为:124VVV3)牛顿公式第一次成像:1111x xf f,其中111110,2040 xffx横向放大率为:1112xVf(倒立)第二次成像:2222x xf f,其中222220,4080 x
18、ffx横向放大率为:2122xVf(正立)两次成像的横向放大率为:124VVV4、在制作氦氖激光管的过程中,往往采用内调焦平行光管粘贴凹面反射镜,其光学系统如图所示,图中1F是目镜1L的焦点,2F是物镜2L的焦点,已知目镜和物镜的焦距均为2cm,凹面镜3L的曲率半径为8cm。调节2L,使1L与2L之间的距离为5cm,2L与3L之间的距离为10cm,试求位于2L左1cm处的 P点经光学系统后所成像的位置。1L2L3LPC1F2F精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页,共 24 页 - -
19、- - - - - - - - 精品文档精品文档二、解: P对1L直接成像,由薄透镜成像公式:111sfs4,24sfs,成像于1L之左4cm处其次是 P先通过2L成像,1,22sfs,成像于2L之左,在其物方焦点上。该像点对3L来说是物,由反射镜成像公式:112srs12,86srs,成像于3L之左6cm处,其再对2L成像,4,24sfs,成像于2L之左4cm处,最后再对1L成像1,22sfs,成像于1L之右像方焦点上。可以看出,成像不在同一个点,所以像不清晰。第五章:光的偏振1、如果起偏振器和检偏振器的偏振化方向之间的夹角为300,(1) 假定偏振片是理想的,则非偏振光通过起偏振器和检偏振
20、器后,其出射光强与原来光强之比是多少?(2) 如果起偏振器和检偏振器分别吸收了10% 的可通过光线,则出射光强与原来光强之比是多少? 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页,共 24 页 - - - - - - - - - - 精品文档精品文档解:(1)设自然光光强为 I0,通过第一偏振片后的光强为012II通过起偏器后的光强为:22001coscos 302III20013cos 3028II(2)22001(1 10%)cos(1 10%)cos 302III22001(1 10%)
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