題目列表(包括答案和解析)
(25分)圖1所示為楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖,取紙面為yz平面。y、z軸的方向如圖所示。線光源S通過z軸,雙縫S1、S2對(duì)稱分布在z軸兩側(cè),它們以及屏P都垂直于紙面。雙縫間的距離為d,光源S到雙縫的距離為l,雙縫到屏的距離為D,
,
。
1.從z軸上的線光源S出發(fā)經(jīng)S1、S2不同路徑到P0點(diǎn)的光程差為零,相干的結(jié)果產(chǎn)生一亮紋,稱為零級(jí)亮紋。為了研究有一定寬度的擴(kuò)展光源對(duì)于干涉條紋清晰度的影響,我們先研究位于軸外的線光源S′形成的另一套干涉條紋,S′位于垂直于z軸的方向上且與S平行,兩者相距
,則由線光源S′出發(fā)分別經(jīng)S1、S2產(chǎn)生的零級(jí)亮紋
,
與P0的距離![]()
2.當(dāng)光源寬度為
的擴(kuò)展光源時(shí),可將擴(kuò)展光源看作由一系列連續(xù)的、彼此獨(dú)立的、非相干的線光源組成。這樣,各線光源對(duì)應(yīng)的干涉條紋將彼此錯(cuò)開,在屏上看到的將是這些干涉條紋的光強(qiáng)相加的結(jié)果,干涉條紋圖像將趨于模糊,條紋的清晰度下降。假設(shè)擴(kuò)展光源各處發(fā)出的光強(qiáng)相同、波長皆為
。當(dāng)
增大導(dǎo)致零級(jí)亮紋的亮暗將完全不可分辨,則此時(shí)光源的寬度![]()
3.在天文觀測(cè)中,可用上述干涉原理來測(cè)量星體的微小角直徑。遙遠(yuǎn)星體上每一點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)地球處都可視為平行光,從星體相對(duì)的兩邊緣點(diǎn)發(fā)來的兩組平行光之間的夾角
就是星體的角直徑。遙遠(yuǎn)星體的角直徑很小,為測(cè)量如些微小的角直徑,邁克爾遜設(shè)計(jì)了測(cè)量干涉儀,其裝置簡(jiǎn)化為圖2所示。M1、M2、M3、M4是四個(gè)平面反射鏡,它們兩兩平行,對(duì)稱放置,與入射光(a、 a′)方向成45°角。S1和S2是一對(duì)小孔,它們之間的距離是d。M1和M2可以同步對(duì)稱調(diào)節(jié)來改變其中心間的距離h。雙孔屏到觀察屏之間的距離是D。a、 a′和b、 b′分別是從星體上相對(duì)著的兩邊緣點(diǎn)發(fā)來的平行光束。設(shè)光線a、 a′垂直雙孔屏和像屏,星光的波長是
,試導(dǎo)出星體上角直徑
的計(jì)算式。
注:將星體作圓形擴(kuò)展光源處理時(shí),研究擴(kuò)展光源的線度對(duì)于干涉條紋圖像清晰度的影響會(huì)遇到數(shù)學(xué)困難,為簡(jiǎn)化討論,本題擬將擴(kuò)展光源作寬度為
的矩形光源處理。
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(25分)圖1所示為楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的示意圖,取紙面為yz平面。y、z軸的方向如圖所示。線光源S通過z軸,雙縫S1、S2對(duì)稱分布在z軸兩側(cè),它們以及屏P都垂直于紙面。雙縫間的距離為d,光源S到雙縫的距離為l,雙縫到屏的距離為D,
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1.從z軸上的線光源S出發(fā)經(jīng)S1、S2不同路徑到P0點(diǎn)的光程差為零,相干的結(jié)果產(chǎn)生一亮紋,稱為零級(jí)亮紋。為了研究有一定寬度的擴(kuò)展光源對(duì)于干涉條紋清晰度的影響,我們先研究位于軸外的線光源S′形成的另一套干涉條紋,S′位于垂直于z軸的方向上且與S平行,兩者相距
,則由線光源S′出發(fā)分別經(jīng)S1、S2產(chǎn)生的零級(jí)亮紋
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與P0的距離![]()
2.當(dāng)光源寬度為
的擴(kuò)展光源時(shí),可將擴(kuò)展光源看作由一系列連續(xù)的、彼此獨(dú)立的、非相干的線光源組成。這樣,各線光源對(duì)應(yīng)的干涉條紋將彼此錯(cuò)開,在屏上看到的將是這些干涉條紋的光強(qiáng)相加的結(jié)果,干涉條紋圖像將趨于模糊,條紋的清晰度下降。假設(shè)擴(kuò)展光源各處發(fā)出的光強(qiáng)相同、波長皆為
。當(dāng)
增大導(dǎo)致零級(jí)亮紋的亮暗將完全不可分辨,則此時(shí)光源的寬度![]()
3.在天文觀測(cè)中,可用上述干涉原理來測(cè)量星體的微小角直徑。遙遠(yuǎn)星體上每一點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)地球處都可視為平行光,從星體相對(duì)的兩邊緣點(diǎn)發(fā)來的兩組平行光之間的夾角
就是星體的角直徑。遙遠(yuǎn)星體的角直徑很小,為測(cè)量如些微小的角直徑,邁克爾遜設(shè)計(jì)了測(cè)量干涉儀,其裝置簡(jiǎn)化為圖2所示。M1、M2、M3、M4是四個(gè)平面反射鏡,它們兩兩平行,對(duì)稱放置,與入射光(a、 a′)方向成45°角。S1和S2是一對(duì)小孔,它們之間的距離是d。M1和M2可以同步對(duì)稱調(diào)節(jié)來改變其中心間的距離h。雙孔屏到觀察屏之間的距離是D。a、 a′和b、 b′分別是從星體上相對(duì)著的兩邊緣點(diǎn)發(fā)來的平行光束。設(shè)光線a、 a′垂直雙孔屏和像屏,星光的波長是
,試導(dǎo)出星體上角直徑
的計(jì)算式。
注:將星體作圓形擴(kuò)展光源處理時(shí),研究擴(kuò)展光源的線度對(duì)于干涉條紋圖像清晰度的影響會(huì)遇到數(shù)學(xué)困難,為簡(jiǎn)化討論,本題擬將擴(kuò)展光源作寬度為
的矩形光源處理。
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圖1
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圖2
(6分) 如圖所示表示兩列相干水波某時(shí)刻的波峰和波谷位置,實(shí)線表示波峰,虛線表示波谷,相鄰實(shí)線與虛線間的距離為0.2 m,波速為1 m/s,在圖示范圍內(nèi)可以認(rèn)為這兩列波的振幅均為1cm,C點(diǎn)是相鄰實(shí)線與虛線間的中點(diǎn),則( )
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A.圖示時(shí)刻A、B兩點(diǎn)的豎直高度差為2cm
B.圖示時(shí)刻C點(diǎn)正處于平衡位置且向水面上運(yùn)動(dòng)
C.F點(diǎn)到兩波源的路程差為零
D.經(jīng)0.2s,A點(diǎn)的位移為零
2005年諾貝爾物理學(xué)將授予對(duì)激光研究作出了杰出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家.上世紀(jì)60年代開始,激光技術(shù)取得了長足的發(fā)展,但對(duì)于光本身特性的描述上則遇到了一些困難,這幾位科學(xué)家在當(dāng)時(shí)提出了“相干性的量子理論”,奠定了量子光學(xué)的基礎(chǔ),開創(chuàng)了一門全新的學(xué)科,如圖所示是研究激光相干性的雙縫干涉示意圖,擋板上有兩條狹縫S1 、S2 ,由S1 、S2 發(fā)出的兩列波到達(dá)屏上時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋,已知入射激光的波長是λ,屏上的P點(diǎn)到兩狹縫S1 、S2的距離相等,如果把P處的亮條紋記作第0號(hào)條紋,由P向上數(shù),與0號(hào)亮紋相鄰的亮紋依次是1號(hào)條紋、2號(hào)條紋……則P1處的亮紋恰好是10號(hào)亮紋.設(shè)直線S1P1 的長度為L1 ,S2P1 的長度為L2,則L2—L1 等于:[ ]
A.5λ B.10λ C.20λ D.40λ
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