Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптика. Учебное пособие для СПО
.pdf
4 Объясните, почему в интерферометре Майкельсона интерференционная
картина смещается на одну полосу при перемещении одного из зеркал на расстояние, равное половине длины волны.
5 Каким образом интерферометр Майкельсона используют для точных
измерений длины?
6 Как можно оценить допустимые размеры источников для наблюдения
резких интерференционных полос?
7 Что такое полосы равной толщины и равного наклона? Где они локализованы?
8 Освещая тонкую плёнку из прозрачного материала монохроматическим
светом, падающим нормально к поверхности плёнки, на ней наблюдают параллельные чередующиеся равноудалённые тёмные и светлые полосы. Одинакова
ли толщина отдельных участков плёнки?
9 В чём заключаются цвета тонких пластин – окрашенность, вызванная
интерференцией отражённых лучей?
10 Когда и почему слой (слои) с оптической толщиной в четверть длины
волны служит (служат) для полного гашения отражённых лучей и для получения высокоотражающих покрытий?
11 Между двумя пластинками имеется воздушный клин, освещая который
монохроматическим светом наблюдают интерференционные полосы. Как изменится расстояние между полосами, если пространство заполнить прозрачной
жидкостью?
12 Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.
13 Как из наблюдения колец Ньютона можно измерить длину световых
волн или радиус поверхности линзы?
14 Объясните сущность явления дифракции света и механизм ее возникновения.
15 Как строят кольцевые зоны (зоны Френеля)? К каким выводам можно
прийти из таких построений?
16 Что представляет собой спираль Френеля?
141
17 Объясните особенности дифракции от круглого отверстия.
L
l
L
L
l
L
l
18 Объясните особенности дифракции от круглого непрозрачного экрана.
Объясните возникновение пятна Пуассона.
19 В каких случаях можно наблюдать дифракцию Френеля (дифракцию
Фраунгофера)?
20 Физические основы дифракции Фраунгофера на щели.
21 Назначение дифракционной решетки. Условие главных максимумов.
Характер распределения интенсивности света на экране.
22 Характеристики спектральных приборов (дисперсия, разрешающая
способность).
23 Особенности дифракции на пространственной решётке.
24 Где находит применение дифракция рентгеновских лучей?
25 Разъясните суть метода голографии.
26 Как оценить расстояние от препятствия (экрана или отверстия в нём)
до точки наблюдения, при котором становятся заметными дифракционные явления?
27 Сформулируйте критерий Рэлея.
28 Где находят применение явления интерференции и дифракции?
Тесты
1. Для определения длины световой волны использовали дифракционную
решетку с периодом d. На экране максимум первого порядка отстоит от центрального на расстоянии l. Экран отстоит от решетки на расстоянии L. Определите длину световой волны λ.
А) d
l
В) d
L
С) d
22
+
lL22+
Д) d
l
Е) d
22
+
lL22+
142
2. При дифракции монохроматического света с длиной волны λ на ди-
фракционной решетке с периодом d = 5λ максимум третьего порядка наблюда-
ется под углом:
А) arcsin0,3 В) arcsin0,6 С) arcsin0,5 Д) arcsin0,4 Е) arcsin0,2
3. Чему равна длина волны для линии в дифракционном спектре третьего
порядка, совпадающая с линией спектра четвертого порядка для длины волны
510 нм?
А) 340 нм В) 420 нм С) 510 нм Д) 640 нм Е) 680 нм
4. Определите число штрихов на 1 мм дифракционной решетки, если углу
ϕ = 300 соответствует максимум m = 4 порядка для монохроматического света с
длиной волны λ = 0,5 мкм.
А) 500 мм
−1
В) 100 мм−1 С) 1000 мм−1 Д) 250 мм−1 Е) 125 мм
−1
5. При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено
первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального и на
расстоянии 1,8 м от решетки. Найдите длину световой волны.
А) 0,6 мкм В) 0,55 мкм С) 0,5 мкм Д) 0,45 мкм Е) 0,4 мкм
6. Условие усиление света (дифракционные максимумы) при дифракции
на узкой щели:
А) ∆L = m λ (m = 0, 1, 2, 3…)
В) ∆L = (2 m − 1) λ / 2 (m = 0, 1, 2, 3…)
С) b sin φ = (2m + 1) λ / 2 (m = 0, 1, 2, 3…)
Д) b sin φ = m λ (m = 0, 1, 2, 3…)
143
Е) d sin φ = m λ (m = 0, 1, 2, 3…)
2
L
l
L
L
l
L
l
7. На плоскую щель шириною 0,01000 мм перпендикулярно к щели пада-
ет пучок лучей монохроматического света, длина волны которого 5,89·10-7м.
Найти угол, под которым на экране будет располагаться второй дифракционный минимум.
А) φ = 30 22/ В) φ = 60 46
/
С) φ =100 10
/
Д) φ =90 28/
8. При каких значениях радиуса r диска происходит дифракция света дли-
ны волны λ в область его геометрической тени?
А) r <
λ
B) r > λ C) r ≈λ Д) r < 2λ E) При любых значениях r
9. Для определения длины световой волны использовали дифракционную
решетку с периодом d. На экране максимум первого порядка отстоит от центрального на расстоянии l. Экран отстоит от решетки на расстоянии L. Опреде-
лите длину световой волны λ.
А) d
l
В) d
l
Д) d
+
Е) d
22
L
С) d
22
+
lL22+
lL22+
10. Солнечный свет, освещая капли росы на листьях, заставляет их пере-
ливаться всеми цветами радуги. Какое физическое явление при этом наблюдается?
А) фотоэффект В) поляризация
С) дисперсия Д) дифракция Е) интерференция
144
11. При интерференции когерентных лучей с длиной волны 500 нм мак-
А
1
симум первого порядка возникает при разности хода …..
А) 750 нм В) 500 нм С) 250 нм Д) 125 нм
12. Основная формула, позволяющая рассчитать положение главных максимумов при дифракции света на дифракционной решетке, имеет вид:
А) dsinϕ = mλ В) dtgϕ = mλ С) dsinϕ = (2m + 1)λ/2 Д) λsinϕ = md
13. Для точки А оптическая разность хода лучей от двух когерентных источников S1 и S2 равна
S
1,2 мкм. Если длина волны в вакууме 600 нм, то в
точке А будет наблюдаться...
А) Минимум интерференции, так как разность хода равна чётному числу
полуволн.
В) Максимум интерференции, так как разность хода равна чётному числу
полуволн.
С) Максимум интерференции, так как разность хода равна нечётному
числу полуволн.
Д) Минимум интерференции, так как разность хода равна нечётному чис-
лу полуволн.
14. Какое из перечисленных явлений не характерно для дифракции света?
S
2
А) Отклонение от законов геометрической оптики.
В) Разложение белого света в спектр при прохождении через дифракци-
онную решетку.
С) Картина максимумов и минимумов.
145
Д) Изменение длины монохроматической волны при прохождении ее
λ
2
d
λ
d
λ
вблизи препятствий.
15. Посередине между двумя плоскими зеркалами, параллельными друг
другу помещен точечный источник света. С какими одинаковыми скоростями
должны двигаться оба зеркала, оставаясь параллельными друг другу, чтобы
первые мнимые изображения источника в зеркалах сближались со скоростями
4 м/с?
А) 1 м/с В) 2 м/с С) 4 м/с Д) 8 м/с Е) 16 м/с
16. Дифракционная решётка с периодом 2d освещается нормально падающим световым пучком с длиной волны λ. Какое из приведённых ниже выражений определяет угол φ, под которым наблюдается главный максимум?
А) sinϕ = 0 В) sinϕ =
d
С) cosϕ =
2
Д) sinϕ =
17. Чему равна длина волны для линии в дифракционном спектре третье-
го порядка, совпадающая с линией спектра четвертого порядка для длины волны 510 нм?
А) 340 нм В) 420 нм С) 510 нм Д) 640 нм Е) 680 нм
18. Если открыть все m зон Френеля, то интенсивность света от первой
зоны Френеля …..
А) уменьшится в 2 раза В) уменьшится в 4 раза
С) увеличится в 2 раза Д) увеличится в m раз
146
19. Дифракционная решётка с периодом d освещается нормально падаю-
λ
2
d
λ
d
λ
d
λ
щим световым пучком с длиной волны λ. Какое из приведённых ниже выражений определяет угол φ, под которым наблюдается второй главный максимум?
А) sinϕ =
d
В) sinϕ =
2
С) cosϕ =
2
Д) sinϕ =
20. Дифракция света наблюдается, если:
А) Размер преграды намного больше длины волны.
В) Размер преграды соизмерим с длиной волны.
С) Длина волны не имеет значения.
Д) Размер преграды не имеет значение.
21. Если на пути одного из двух интерферирующих лучей поставить синюю тонкую пластинку, а на пути второго – красную, то…
А) Интерференционная картина будет представлять чередование красных
и синих полос
В) Интерференционная картина будет представлять чередование фиоле-
товых полос
С) Интерференционная картина будет представлять чередование красных,
черных, синих полос
Д) Интерференционной картины не будет
22.
С помощью какого из оптических приборов можно разложить белый
свет на спектр?
А) поляризатор В) дифракционная решетка
С) фотоэлемент Д) микроскоп
147
23. Если закрыть все m зон Френеля, то интенсивность света от первой
зоны Френеля …..
А) уменьшится в 2 раза В) уменьшится в 4 раза
С) увеличится в 2 раза Д) увеличится в m раз
24. На дифракционную решётку с периодом 3 мкм падает монохроматический свет с длиной волны 650 нм. Чему равен наибольший порядок дифракционного максимума?
А) 1 В) 2 С) 3 Д) 4 Е) 5
25. Дифракционная решётка освещается зелёным светом. При освещении
решётки красным светом картина дифракционного спектра…
А) сузится В) расширится С) исчезнет
Д) не изменится Е) справа сузится
Упражнения для самоконтроля
2.1. На стеклянный клин (n = 1,5) нормально падает монохроматический
свет (λ = 698 нм). Определить угол между поверхностями клина, если расстоя-
ние между двумя соседними интерференционными минимумами в отражённом
свете равно 2 мм. [4']
2.2. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим нормально. При заполнении пространства между
линзой и стеклянной пластинкой прозрачной жидкостью радиусы тёмных колец
в отражённом свете уменьшились в 1,21 раза. Определить показатель преломления жидкости. [1,46]
148
2.3. На линзу с показателем преломления 1,55 нормально падает моно-
хроматический свет с длиной волны 0,55 мкм. Для устранения потерь отражённого света на линзу наносится тонкая плёнка. Определить: 1) оптимальный показатель преломления плёнки; 2) толщину плёнки. [1) 1,24; 2) 0,11 мкм]
2.4. В опыте с интерферометром Майкельсона для смещения интерференционной картины на 450 полос зеркало пришлось переместить на расстояние
0,135 мм. Определить длину волны падающего света. [0,6 мкм]
2.5. На пути одного из лучей интерференционного рефрактометра помес-
тили откачанную трубку длиной 10 см. При заполнении трубки хлором интерференционная картина сместилась на 131 полосу. Определить показатель преломления хлора, если наблюдение производится с монохроматическим светом с
длиной волны 0,59 мкм. [1,000773]
2.6. Плоская световая волна с длиной волны 0,6 мкм падает нормально на
диафрагму с круглым отверстием диаметром 1 см. Определить расстояние от
точки наблюдения до отверстия, если отверстие открывает: 1) две зоны Френеля; 2) три зоны Френеля. [1) 20,8 м; 2) 13,9 м]
2.7. Дифракционная картина наблюдается на расстоянии 1 м от точечного
источника монохроматического света (λ = 0,5 мкм). Посередине между источ-
ником света и экраном находится диафрагма с круглым отверстием. Опреде-
лить радиус отверстия, при котором центр дифракционной картины на экране
будет наиболее тёмным. [0,55 мм]
2.8. На щель шириной 0,2 мм падает нормально монохроматический свет
с длиной волны 0,5 мкм. Экран, на котором наблюдается дифракционная картина, расположен параллельно щели на расстоянии 1 м. Определить расстояние
между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны центрального фраунгоферова максимума. [5 см]
2.9. Определить число штрихов на 1 мм дифракционной решетки, если
углу π/2 соответствует максимум пятого порядка для монохроматического света с длиной волны 0,5 мкм. [400 мм-1]
149
2.10. Узкий параллельный пучок монохроматического рентгеновского из-
лучения падает на грань кристалла с расстоянием 0,28 нм между его атомными
плоскостями. Определить длину волны рентгеновского излучения, если под углом 300 к плоскости грани наблюдается дифракционный максимум второго порядка. [140 пм]
2.11. Определить постоянную дифракционной решётки, если она в первом
порядке разрешает две спектральные линии калия (λ1 = 578 нм и λ2 = 580 нм).
Длина решётки 1 см. [34,6 мкм]
Глава 3 Поляризация света
§ 3.19 Естественный и поляризованный свет
Как известно, свет представляет собою электромагнитные волны малой
длины. Следовательно, световые явления должны описываться теми же уравнениями Максвелла, которые описывают возникновение и распространение электромагнитных волн. Электромагнитные волны, как мы знаем, поперечны. Вместе с тем световые волны обычно не обнаруживают
асимметрии относительно направления распространения (луча). Это обусловлено тем, что в естественном свете имеются колебания вектора Е, совер-
Рисунок 63
шающиеся в самых различных направлениях, перпендикулярных к лучу, быстро и беспорядочно сменяя друг друга (рисунок 63).
В § 1.6 было указано, что световая волна слагается из множества цугов волн,
испускаемых отдельными атомами. Плоскость колебаний для каждого цуга
Луч
ориентирована случайным образом. Поэтому в результирующей волне колебания различных направлений представлены с равной вероятностью.
В естественном свете колебания различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Свет, в котором направления колебаний упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если колебания свето-
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]