大学物理课后选择及作业答案(5)

2020-04-14 03:14

题11-7 图

分析与解 由几何光学知识可知,在界面2 处反射光与折射光仍然垂直,因此光在界面2 处的入射角也是布儒斯特角,根据布儒斯特定律,反射光是线偏振光且光振动方向垂直于入射面.答案为(B).

11-12 一双缝装置的一个缝被折射率为1.40的薄玻璃片所遮盖,另一个缝被折射率为1.70 的薄玻璃片所遮盖.在玻璃片插入以后,屏上原来中央极大的所在点,现变为第五级明纹.假定λ=480nm,且两玻璃片厚度均为d,求d 值.

题11-12图

分析 本题是干涉现象在工程测量中的一个具体应用,它可以用来测量透明介质薄片的微小厚度或折射率.在不加介质片之前,两相干光均在空气中传播,它们到达屏上任一点P 的光程差由其几何路程差决定,对于点O,光程差Δ=0,故点O 处为中央明纹,其余条纹相对点O 对称分布.而在插入介质片后,虽然两相干光在两介质薄片中的几何路程相同,但光程却不同,对于点O,Δ≠0,故点O 不再是中央明纹,整个条纹发生平移.这时,干涉条纹空间分布的变化完全取决于光程差的变化.因此,对于屏上某点P(明纹或暗纹位置),只要计算出

插入介质片前后光程差的变化,即可知道其干涉条纹的变化情况.

插入介质前的光程差Δ1 =r1 -r 2 =k1 (λ对应k1 级明纹),插入介质后的光程差Δ2 =[(n1-1)d +r1 ]-[(n2 -1)d +r2 ]=k2 λ(对应k2 级明纹).光程差的变化量为

Δ2 -Δ1 =(n2 -n1 )d =(k2 -k1 )λ

式中(k2 -k1 )可以理解为移过点P 的条纹数(本题为5).因此,对于这类问题,求解光程差的变化量是解题的关键.

解 由上述分析可知,两介质片插入前后,对于原中央明纹所在点O,有

?2??1??n2?n1?d?5?

将有关数据代入可得

d?5??8.0μm

n2?n111-14 在折射率n3 =1.52 的照相机镜头表面涂有一层折射率n2 =1.38的MgF2 增透膜,若此膜仅适用于波长λ=550nm的光,则此膜的最小厚度为多少?

分析 在薄膜干涉中,膜的材料及厚度都将对两反射光(或两透射光)的光程差产生影响,从而可使某些波长的光在反射(或透射)中得到加强或减弱,这种选择性使薄膜干涉在工程技术上有很多应用.本题所述的增透膜,就是希望波长λ=550nm的光在透射中得到加强,从而得到所希望的照相效果(因感光底片对此波长附近的光最为敏感).具体求解时应注意在d>0的前提下,k 取最小的允许值.

解1 因干涉的互补性,波长为550nm 的光在透射中得到加强,则在反射中一定减弱,两反射光的光程差Δ2 =2n2 d,由干涉相消条件?2??2k?1??2 ,得

d??2k?1?取k =0,则dmin =99.6nm.

?4n2

解2 由于空气的折射率n1 =1,且有n1 <n2 <n3 ,则对透射光而言,两相干光的光程差?1?2n2d??2,由干涉加强条件Δ1 =kλ,得

d??2k?1?取k =1,则膜的最小厚度dmin =99.6nm.

?4n2

11-15 利用空气劈尖测细丝直径.如图所示,已知λ=589.3 nm,L =2.888 ×10-2m,测得30 条条纹的总宽度为4.259 ×10-3 m,求细丝直径d.

分析 在应用劈尖干涉公式d??2nbL 时,应注意相邻条纹的间距b 是N 条条纹的

宽度Δx 除以(N -1).对空气劈尖n =1.

解 由分析知,相邻条纹间距b??x,则细丝直径为 N?1d??2nbL???N?1?2n?x?5.75?10?5m

题11-15 图

11 -20 在利用牛顿环测未知单色光波长的实验中,当用已知波长为589.3 nm的钠黄光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为Δr =4.00 ×10-3 m;当用波长未知的单色光垂直照射时,测得第一和第四暗环的距离为Δr′=3.85 ×10-3 m,求该单色光的波长.

分析 牛顿环装置产生的干涉暗环半径r?kR?,其中k =0,1,2…,k =0,对应

牛顿环中心的暗斑,k=1 和k =4 则对应第一和第四暗环,由它们之间的间距

?r?r4?r1?R?,可知?r??,据此可按题中的测量方法求出未知波长λ′.

解 根据分析有

?r??? ??r?故未知光波长 λ′=546 nm


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