大学物理学-习题解答 习题14

习题十四14-1 衍射的本质是什么?衍射和干涉有什么联系和区别?答：波的衍射现象是波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的展衍现象其实质是由被障碍物或孔隙的边缘限制的波阵面上各点发出的无数子波相互叠加而产生而干涉则是由同频率、同方向及位相差恒定的两列波的叠加形成14-2 在夫琅禾费单缝衍射实验中，如果把单缝沿透镜光轴方向平移时，衍射图样是否会跟着移动?若把单缝沿垂直于光轴方向平移时，衍射图样是否会跟着移动?答：把单缝沿透镜光轴方向平移时，衍射图样不会跟着移动单缝沿垂直于光轴方向平移时，衍射图样不会跟着移动14-3 什么叫半波带?单缝衍射中怎样划分半波带?对应于单缝衍射第3级明条纹和第4级暗条纹，单缝处波面各可分成几个半波带?答：半波带由单缝、首尾两点向方向发出的衍射线的光程差用来划分对应于第级明纹和第级暗纹，单缝处波面可分成个和个半波带由 14-4 在单缝衍射中，为什么衍射角愈大（级数愈大）的那些明条纹的亮度愈小?答：因为衍射角愈大则值愈大，分成的半波带数愈多，每个半波带透过的光通量就愈小，而明条纹的亮度是由一个半波带的光能量决定的，所以亮度减小14-5 若把单缝衍射实验装置全部浸入水中时，衍射图样将发生怎样的变化?如果此时用公式来测定光的波长，问测出的波长是光在空气中的还是在水中的波长?解：当全部装置浸入水中时，由于水中波长变短，对应，而空气中为，即，水中同级衍射角变小，条纹变密如用来测光的波长，则应是光在水中的波长(因只代表光在水中的波程差)14-6 在单缝夫琅禾费衍射中，改变下列条件，衍射条纹有何变化?(1)缝宽变窄；(2)入射光波长变长；(3)入射平行光由正入射变为斜入射解：(1)缝宽变窄，由知，衍射角变大，条纹变稀；(2)变大，保持，不变，则衍射角亦变大，条纹变稀；(3)由正入射变为斜入射时，因正入射时；斜入射时，保持，不变，则应有或即原来的级条纹现为级14-7 单缝衍射暗条纹条件与双缝干涉明条纹的条件在形式上类似，两者是否矛盾?怎样说明?答：不矛盾单缝衍射暗纹条件为，是用半波带法分析(子波叠加问题)相邻两半波带上对应点向方向发出的光波在屏上会聚点一一相消，而半波带为偶数，故形成暗纹；而双缝干涉明纹条件为，描述的是两路相干波叠加问题，其波程差为波长的整数倍，相干加强为明纹14-8 光栅衍射与单缝衍射有何区别?为何光栅衍射的明条纹特别明亮而暗区很宽?答：光栅衍射是多光束干涉和单缝衍射的总效果其明条纹主要取决于多光束干涉光强与缝数成正比，所以明纹很亮；又因为在相邻明纹间有个暗纹，而一般很大，故实际上在两相邻明纹间形成一片黑暗背景14-9 试指出当衍射光栅的光栅常数为下述三种情况时，哪些级次的衍射明条纹缺级?(1)a+b=2a;(2)a+b=3a;(3)a+b=4a.解：由光栅明纹条件和单缝衍射暗纹条件同时满足时，出现缺级即可知，当时明纹缺级(1)时，偶数级缺级；(2)时，级次缺级；(3)，级次缺级14-10 若以白光垂直入射光栅，不同波长的光将会有不同的衍射角问(1)零级明条纹能否分开不同波长的光?(2)在可见光中哪种颜色的光衍射角最大?不同波长的光分开程度与什么因素有关?解：(1)零级明纹不会分开不同波长的光因为各种波长的光在零级明纹处均各自相干加强(2)可见光中红光的衍射角最大，因为由，对同一值，衍射角14-11 一单色平行光垂直照射一单缝，若其第三级明条纹位置正好与6000的单色平行光的第二级明条纹位置重合，求前一种单色光的波长解：单缝衍射的明纹公式为 当时，时，重合时角相同，所以有得 14-12 单缝宽0.10mm，透镜焦距为50cm，用的绿光垂直照射单缝求：(1)位于透镜焦平面处的屏幕上中央明条纹的宽度和半角宽度各为多少?(2)若把此装置浸入水中(n=1.33)，中央明条纹的半角宽度又为多少?解：中央明纹的宽度为半角宽度为(1)空气中，所以 (2)浸入水中，所以有 14-13 用橙黄色的平行光垂直照射一宽为a=0.60mm的单缝，缝后凸透镜的焦距f=40.0cm，观察屏幕上形成的衍射条纹若屏上离中央明条纹中心1.40mm处的P点为一明条纹；求：(1)入射光的波长；(2)P点处条纹的级数；(3)从P点看，对该光波而言，狭缝处的波面可分成几个半波带?解：(1)由于点是明纹，故有，由故当 ，得，得(2)若，则点是第级明纹；若，则点是第级明纹(3)由可知，当时，单缝处的波面可分成个半波带；当时，单缝处的波面可分成个半波带14-14 用的钠黄光垂直入射到每毫米有500条刻痕的光栅上，问最多能看到第几级明条纹?解： 由知，最多见到的条纹级数对应的,所以有，即实际见到的最高级次为.14-15 波长为500nm的平行单色光垂直照射到每毫米有200条刻痕的光栅上，光栅后的透镜焦距为60cm 求：(1)屏幕上中央明条纹与第一级明条纹的间距；(2)当光线与光栅法线成30斜入射时，中央明条纹的位移为多少?解： (1)由光栅衍射明纹公式，因,又所以有 即 (2)对应中央明纹，有正入射时，所以斜入射时，即因，故 这就是中央明条纹的位移值14-16 波长的单色光垂直入射到一光栅上，第二、第三级明条纹分别出现在与处，第四级缺级求：(1)光栅常数；(2)光栅上狭缝的宽度；(3)在90-90范围内，实际呈现的全部级数解：(1)由式对应于与处满足：得 (2)因第四级缺级，故此须同时满足解得 取，得光栅狭缝的最小宽度为(3)由当，对应 因，缺级，所以在范围内实际呈现的全部级数为共条明条纹(在处看不到)