大学物理波动光学

大学物理 波动光学

一、选择题：（每题3分）

1、在真空中波长为?的单色光，在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3?，则此路径AB的光程为 (A) 1.5??． (B) 1.5 ?? n．

(C) 1.5 n??． (D) 3??． ［ ］

2、在相同的时间内，一束波长为?的单色光在空气中和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等． (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等． (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等．

(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等． ［ ］

3、如图，S1、S2是两个相干光源，它

大学物理 波动光学

一、选择题：（每题3分）

1、在真空中波长为?的单色光，在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3?，则此路径AB的光程为 (A) 1.5??． (B) 1.5 ?? n．

(C) 1.5 n??． (D) 3??． ［ ］

2、在相同的时间内，一束波长为?的单色光在空气中和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等． (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等． (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等．

(D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等． ［ ］

3、如图，S1、S2是两个相干光源，它

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

人类对光的认识过程牛顿的微粒说： 光的直线传播 → 微粒 → 以力学定 律运动，解释了反射、折射

惠更斯创立波动说：

波动说由杨、菲涅耳的实验验证19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹 →光是电磁波，媒质是以太G c ρ

光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性 1900 年，普朗克提出量子论 → 光子，解释了热辐射 、光电效应、光压现象——微粒性

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

两种理论无法解释对方的现象→无法统一 20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一 光和物质一样都具有波粒二象性 20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期 激光、纤维光学(光纤)、红外技术 光学分类 几何光学——光的直线传播规律

大学物理

物理光学 波动光学 ——干涉、衍射、偏振 量子光学 ——光和物质的相互作用 现代光学 1960年 第一台红宝石激光器 非线性光学、激光光谱、信息光学、全息、 光纤通讯、集成光学、统计光学等

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理 补充 8.3 电磁波

变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及 远以

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

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大学物理

人类对光的认识过程牛顿的微粒说： 光的直线传播 → 微粒 → 以力学定 律运动，解释了反射、折射

惠更斯创立波动说：

波动说由杨、菲涅耳的实验验证19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹 →光是电磁波，媒质是以太G c ρ

光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性 1900 年，普朗克提出量子论 → 光子，解释了热辐射 、光电效应、光压现象——微粒性

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

两种理论无法解释对方的现象→无法统一 20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一 光和物质一样都具有波粒二象性 20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期 激光、纤维光学(光纤)、红外技术 光学分类 几何光学——光的直线传播规律

大学物理

物理光学 波动光学 ——干涉、衍射、偏振 量子光学 ——光和物质的相互作用 现代光学 1960年 第一台红宝石激光器 非线性光学、激光光谱、信息光学、全息、 光纤通讯、集成光学、统计光学等

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理 补充 8.3 电磁波

变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及 远以

题库答案

一 计算题 (共267分)

1. (本题 5分)(0419)

解：已知：d＝0.2 mm，D＝1 m，l＝20 mm

d

依公式： S=l=kλ

Ddl

∴ kλ=＝4×10-3 mm＝4000 nm 2分

D

故当 k＝10 λ1＝ 400 nm k＝9 λ2＝444.4 nm k＝8 k＝7 k＝6

λ3＝ 500 nm λ4＝571.4 nm λ5＝666.7 nm

这五种波长的光在所给观察点最大限度地加强． 3分

2. (本题 5分)(0636)

解：设S1、S2分别在P点引起振动的振幅为A，干涉加强时，合振幅为2A，所以 Imax∝4A2 1分

1

因为 r2 r1=λ

3

所以S2到P点的光束比S1

第十二章 波动光学

几何光学： 几何光学：研究光在透明介质中传播问题 光学 波动光学：以光的波动性为基础， 波动光学：以光的波动性为基础，研究光

的传播及其规律问题

量子光学：以光的量子理论为基础， 量子光学：以光的量子理论为基础，研

究光与物质相互作用的规律

光的干涉

波动光学

光的衍射 光的偏振

光的干涉（Interference

§12. 1 光源 单色光

light） of light）

相干光

光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（ 一、光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（波 长在400 760nm 是对人眼能产生视觉的电磁波。 长在 400～760nm ) ， 是对人眼能产生视觉的电磁波 。

电磁波是横波。 电磁波是横波。

X E u Z H

引起视觉和化学效 应的是电磁波中的 Y 电场强度矢量E， 因此，常把 E 矢 量称为“ 光矢量” 量称为 “ 光矢量 ” 。

二、电磁波谱

波长： 波长： ~ 105 电磁波： 电磁波：工业电 10-3 m ~ 770 nm 红外线 10-7 ~ 10-13 X射线 104 ~ 1 无线电波 760 ~ 400 nm 1 ~ 10-3 (m) 微波 400 ~ 1 nm 紫外线 <10-14 (m) 宇宙射线

可见光

1． 有一弹簧，当其下端挂一质量为m的物

－2

体时，伸长量为9.8 ? 10m。若使物体上下振动，且规定向下为正方向。（1）t =

－2

0时，物体在平衡位置上方8.0 ? 10m处，由静止开始向下运动，求运动方程。（2）t = 0时，物体在平衡位置并以0.60 m/s的速度向上运动，求运动方程。 题1分析：

求运动方程，也就是要确定振动的三个特征物理量A、?，和?。 其

中振动的角频率是由弹簧振子系统的固有性质（振子质量m及弹簧劲度系数k）决定的，即??k/m，k可根据物体受力平衡时弹

?簧的伸长来计算；振幅A和初相需要根据

初始条件确定。 解：

物体受力平衡时，弹性力F与重力P的大小相等，即F = mg。 而此时弹

?2?l?9.8?10m。簧的伸长量 则弹

簧的劲度系数k?F/?l?mg/?l。 系统作简谐运动的角频率为

??k/m?g/?l?10s?1

（1）设系统平衡时，物体所在处为坐标原点，向下为x轴正向。 由初始条件t = 0时，

x10?8.0?10?2m，

v10?0可得振幅

A?x210?(v10/?)2?8.0?10?2m；应用旋转矢量法

???1可确定初相。则运动方程为

x1?(8.0?10?2m)cos[(10s?

第十二章 波动光学

几何光学： 几何光学：研究光在透明介质中传播问题 光学 波动光学：以光的波动性为基础， 波动光学：以光的波动性为基础，研究光

的传播及其规律问题

量子光学：以光的量子理论为基础， 量子光学：以光的量子理论为基础，研

究光与物质相互作用的规律

光的干涉

波动光学

光的衍射 光的偏振

光的干涉（Interference

§12. 1 光源 单色光

light） of light）

相干光

光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（ 一、光是电磁波：是频率在一定范围内电磁波（波 长在400 760nm 是对人眼能产生视觉的电磁波。 长在 400～760nm ) ， 是对人眼能产生视觉的电磁波 。

电磁波是横波。 电磁波是横波。

X E u Z H

引起视觉和化学效 应的是电磁波中的 Y 电场强度矢量E， 因此，常把 E 矢 量称为“ 光矢量” 量称为 “ 光矢量 ” 。

二、电磁波谱

波长： 波长： ~ 105 电磁波： 电磁波：工业电 10-3 m ~ 770 nm 红外线 10-7 ~ 10-13 X射线 104 ~ 1 无线电波 760 ~ 400 nm 1 ~ 10-3 (m) 微波 400 ~ 1 nm 紫外线 <10-14 (m) 宇宙射线

可见光

班级______________学号____________姓名________________

练习 一 一、选择题 1． 一个平面简谐波沿x轴负方向传播，波速ｕ=10m/s。x=0处，质点振动曲线如图所示，则该波的表式为 ) ( ) y ( m（A）y?2cos(（B）y?2cos(（C）y?2sin(（D）y?2sin(?2t?t?t?t??20x?x?x?x??2)m； )m；

2?22?20?2??2?20?2o)m； )m。

1234t(s)?20?2?22． 一个平面简谐波沿x轴正方向传播，波速为u=160m/s，t=0时刻的波形图如图所示，则该波的表式为 y ( m ) ( ) （A）y?3cos(40?t?（B）y?3cos(40?t?（C）y?3cos(40?t?（D）y?3cos(40?t??4x?x?x?x??2)m； )m； )m； )m。

3?u?4?2ox(m)?4?248?4?2?33． 一个平面简谐波在

振动波动

一、例题 （一）振动

1.证明单摆是简谐振动，给出振动周期及圆频率。

2. 一质点沿x轴作简谐运动，振幅为12cm，周期为2s。当t = 0时, 位移为6cm，且向x轴正方向运动。 求: (1) 振动表达式；

(2) t = 0.5s时，质点的位置、速度和加速度；

(3)如果在某时刻质点位于x=-0.6cm，且向x轴负方向运动，求从该位置回到平衡位置所需要的时间。

3. 已知两同方向，同频率的简谐振动的方程分别为：

x 1= 0.05cos (10 t + 0.75?) x2?0.06cost(?10?0.2 5)(SI)求：(1)合振动的初相及振幅.

(2)若有另一同方向、同频率的简谐振动x 3 = 0.07cos (10 t +?为多少时 x 1 + x 3 的振幅最大?又? 3为多少时

3 ),

则当? 3

x 2 + x 3的振幅最小?

（二）波动

1. 平面简谐波沿x轴正方向传播，振幅为2 cm，频率为 50 Hz，波速为 200 m/s。在t = 0时，x = 0处的质点正在平衡位置向y轴正方向运动， 求：(1)波动方程

(2)x = 4 m处媒质质点振动的表达式及该点在t = 2 s时的振动速