光学设计实验大学物理

大学物理光学实验（部分）

单缝衍射

一、 实验目的

1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点； 2.测量单缝衍射的相对光强分布。 二、 实验仪器

激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理

II??

照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n级亮条纹。暗条纹依次是1级、2级…..n级。

I0设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角

1.当?2.当?? 为的一处光强为 I?Isin2?0?2 （1）

?aSin??????(2)??0(??0)时，I??I0；称为主极大或零级亮条纹。 ?m?(m??1,?2????)，即Sin??m?时，I??0，出现暗条纹。暗am?2?条纹在??的方向上。主极大两侧暗条纹之间的夹角???，其余暗条

aa纹间的间距为????a。

3.其他亮条纹的位置：

dd??Sin2??3?? ???2Sin??Cos??Sin?/???2?????Cos??Sin??0,即??tg?时，I取 极大值。

可得：? 即：???1.43?，?2.46?，?3.47????

??1.43,?2.46,?3

一、选择题（每小题3分）

?1. 如图所示，波长为??的平行单色光垂直入射在折射率为n2的薄膜上，经上下两个表面反射的

两束光发生干涉．若薄膜厚度为e，而且n1n3，则两束光在相遇点的相位差为（ ） n

1(A) 4?n2 e / ? (B) (4?n2 e / ????? en2(C) (2?n2 e / ????? (D)??2?n2 e / ? ??

n32. 两块平玻璃构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹（ ）

(A)向棱边方向平移，条纹间隔变小 (B)向棱边方向平移，条纹间隔变大 (C)向远离棱边方向平移，条纹间隔不变 (D)向棱边方向平移，条纹间隔不变 (E)向远离棱边方向平移，条纹间隔变小

3．在双缝干涉实验中，缝是水平的。若双缝所在的平板稍微向上平移，其它条件不变，则屏上的干涉条纹( ) （A）向上平移，且间距改变 （B）向下平移，且间距不变 （C）不移动，但间距改变 （D）向上平移，且间距不变

4．在杨氏双缝实验中，若使双缝间距减小，屏上呈现的干涉条纹间

光学：

1．等厚薄膜干涉中，当反射光干涉增强时必有透射光干涉减弱；…..（）2．单缝衍射中，如以白光入射，则在中央明纹两侧由里到外依次为由红到紫。………………………………………………………………………….….（）

3.可以采取减小双缝间距的办法增大双缝干涉条纹的间距。（）

4.两束光产生相干叠加的条件相位差相同，频率相同，振动方向相同。（）

5、增大天文望远镜物镜的孔径主要是为了有效地提高其成像的放大率。（）

6、自然光射入各向异性晶体时一定会发生双折射现象。（）

7、从水面、柏油路面等反射的光通常都是部分偏振光。（）

8、在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹对应的衍射角变大。（）9.在单缝衍射中，将透镜沿垂直于透镜光轴稍微向上移动时，则观察屏上的衍射

图样会移动。（）

10. 若以相位的变化相同为条件, 光在折射率为n 的介质中传播L距离,相当于光在真空中传播的距离为nL。（）

2. 为了使双缝干涉的条纹间距变大，可以采取的方法是[ ]

A. 使屏靠近双缝； C. 使两缝的间距变小；

C. 使两缝的宽度稍微变小；

D. 改用波长较小的单色光源。

3. 一束平行的自然光以60度的入射角由空气入射到平行

一、选择题（每小题3分）

?1. 如图所示，波长为??的平行单色光垂直入射在折射率为n2的薄膜上，经上下两个表面反射的

两束光发生干涉．若薄膜厚度为e，而且n1n3，则两束光在相遇点的相位差为（ ） n

1(A) 4?n2 e / ? (B) (4?n2 e / ????? en2(C) (2?n2 e / ????? (D)??2?n2 e / ? ??

n32. 两块平玻璃构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃慢慢地向上平移，则干涉条纹（ ）

(A)向棱边方向平移，条纹间隔变小 (B)向棱边方向平移，条纹间隔变大 (C)向远离棱边方向平移，条纹间隔不变 (D)向棱边方向平移，条纹间隔不变 (E)向远离棱边方向平移，条纹间隔变小

3．在双缝干涉实验中，缝是水平的。若双缝所在的平板稍微向上平移，其它条件不变，则屏上的干涉条纹( ) （A）向上平移，且间距改变 （B）向下平移，且间距不变 （C）不移动，但间距改变 （D）向上平移，且间距不变

4．在杨氏双缝实验中，若使双缝间距减小，屏上呈现的干涉条纹间

光学部分

一 选择题

1. （3分，答C）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

2.（3分，答案：B）在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹.若在两缝后放一个偏振片，则

(A) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强. （B）干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱. （C）干涉条纹的间距变窄，但明纹的亮度减弱. （D）无干涉条纹.

3.（3分，答案：B）在双缝干涉实验中，设缝是水平的．若双缝所在的平面稍微向上平移，其它条件不变，则屏上的干涉条纹

(A) 向下平移，且间距不变． (B) 向上平移，且间距不变．

(C) 不移动，但间距改变． (D) 向上平移，且间距改变．

4. （3分，答案：B）如图，S1、S2是两个相干光源，和它们到P点的距离分别为r1和r2．路径S1P垂直穿过一块厚度为t1，折射率为n1的介质板，路径S2P垂直穿过厚度为t2，折射率为n2的介质板，其余部分可看作真空，这两路径的光程差等于

大学物理光学实验基本常识和知识

一. 基本常识

1. 所有光学镜片(透镜、平面镜、棱镜、光栅、波片、偏振片、分光镜等等)通光面不能用手触摸，需要清洁时必须用专用镜头纸。 2. 用于固定镜片的支架上的固定螺钉和调节螺钉要轻扭。

3. 白炽灯是复色光源（白光－由红、澄、黄、绿、青、蓝、紫色光混合而成）；汞灯是由部分线状谱的光混合成的复色光源；钠灯是准单色光源（有两条非常相近的波长），可以用于干涉实验的光源，只是光强较弱不方便观测；激光是单色光源（一种波长），是用于干涉实验的光源。

4. 用于实验的光学仪器，在做实验前应首先了解各部分的调节功能、作用和调节范围，以及标尺的读数方法。 二.基本知识

1. 光学实验仪器（如：分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、棱镜摄谱仪），可以用来做多种测试实验。分光计可以用于三棱镜的顶角角度测量，某一波长的色散及色散曲线（n-λ曲线）测量，光栅衍射及光谱观测，某透明体的折射率测量。实验用光源有汞灯、钠灯或激光器。迈克尔逊干涉仪可以用于未知激光波长的实验测量，微位移的测量，当用平行光入射时，还可以进行面形、面形变、气体折射率或温度场的实验观测。读数显微镜以钠灯为光源可以进行微小尺寸、球面半径的测量，还可以进行固体热胀系

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

1.两块平玻璃构成的空气劈肩，左边为棱边，用单色平行光垂直入射，若上面的平玻璃慢慢向上平移，则干涉条纹（C）

A间隔变小，向棱边方向平移 B间隔变大，向棱边方向平移 C间隔不变，向棱边方向平移

D间隔不变，向远离棱边方向平移 2.如图，用单色光垂直照射在牛顿环装置上，当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离玻璃时，可以观察到这些环状干涉条纹( B )

A向右平移 B向中心收缩 C向外扩张 D静止不动

3.一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想气体，若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后（A） A温度不变，熵增加 B温度升高，熵增加 C温度变低，熵增加 D温度不变，熵不变

4.根据热力学第二定律，判断下列说法哪种正确（D ）

A热量能从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 B功可以全部变为热，但热不可以全部变为功 C有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量

D气体能够自由膨胀，但不能够自动收缩

5.关于温度的意义有下列几种说法

（1） 气体的温度是气体平均平动动能的量度

（2） 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义 （3） 温度的高低反映物质内部

《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