刚体重点:刚体的定轴转动定律、刚体的角动量守恒定律、机械能守恒定律。
主要公式:1. 转动惯量:,转动惯性大小的量度。
3. 角动量:
质点: 刚体:
4.转动定律:
5.角动量守恒定律:当合外力矩。
6. 刚体转动的机械能守恒定律:
转动动能:
势能:(为质心的高度。)
振动 重点:旋转矢量法、 简谐振动的方程、能量和合成。主要公式:
弹簧振子:,
2.能量守恒:
动能:,势能:,机械能:
3.两个同方向、同频率简谐振动的合成:仍为简谐振动:
其中:a. 同相,当相位差满足:时,振动加强,;
b. 反相,当相位差满足:时,振动减弱,。
波动 重点:时间推迟法、 波动方程三层物理意义、波的干涉。
主要公式:1.波动方程:
或: 2.相位差与波程差的关系:
3.干涉波形成的条件:振动方向相同、频率相同、相位差恒定。
4.波的干涉规律:
a.当相位差满足:时,干涉加强,;
b.当相位差满足:时,干涉减弱,。
6.多普勒效应。
波动光学。重点:杨氏双缝干涉、增透膜增反膜、劈尖干涉、单缝衍射、衍射光栅、光的偏振(马吕斯定理和布儒斯特角)
主要公式:1.光程差与半波损失。
光程差:几何光程乘以折射率之差:,另外在薄膜干涉中还要考虑是否因为半波损失而引起附加光程差。
半波损失:当入射光从折射率较小的光疏介质投射到折射率较大的光疏密介质表面时,反射光比入射光有。(若两束相干光中一束发生半波损失,而另一束没有,则附加的光程差;若两有或两无,则无附加光程差。
)3.杨氏双缝干涉:(d-缝屏距;d-双缝间距;k-级数)
条纹特征:明暗相间均匀等间距直条纹,**为零级明纹。条纹间距与缝屏距d成正比,与入射光波长成正比,与双缝间距d成反比。
4.增透膜、增反膜原理:(先分析折射率关系)
6.单缝衍射:(f-透镜焦距;a-单缝宽度;k-级数)
菲涅尔半波带法。
条纹特征:明暗相间直条纹,**为零级明纹,宽度是其它条纹宽度的两倍。条纹间距与透镜焦距成正比,与入射光波长成正比,与单缝宽度成反比。
7.衍射光栅:(为光栅常数,为衍射角)
光栅方程:
缺级现象:
光栅明纹公式:
可见光光谱波长范围:
条纹特征:条纹既有干涉又有衍射,干涉条纹受到衍射网络线的包络。
8.光的偏振:(为入射光强度,为两偏振化方向夹角)
马吕斯定律:
布儒斯特角:(为入射角,为折射角)
当入射角满足上述条件时,反射光为完全偏振光,且偏振化方向与入射面垂直;折射光为部分偏振光,且反射光线与折射光线垂直,即:
例题1 】某单色光从空气射入水中,其频率、波速、波长是否变化?怎样变化?
解:不变,为波源的振动频率;变小;变小.
例题2】 在杨氏双缝实验中,作如下调节时,屏幕上的干涉条纹将如何变化?试说明理由.
1)使两缝之间的距离变小;
2)保持双缝间距不变,使双缝与屏幕间的距离变小;
3)整个装置的结构不变,全部浸入水中;
4)光源作平行于,联线方向上下微小移动;
5)用一块透明的薄云母片盖住下面的一条缝.
解: 由知,(1)条纹变疏;(2)条纹变密;(3)条纹变密;(4)零级明纹在屏幕上作相反方向的上下移动;(5)零级明纹向下移动.
例题3】 什么是光程? 在不同的均匀媒质中,若单色光通过的光程相等时,其几何路程是否相同?其所需时间是否相同?在光程差与位相差的关系式_中,光波的波长要用真空中波长,为什么?
解:.不同媒质若光程相等,则其几何路程定不相同;其所需时间相同,为.
因为中已经将光在介质中的路程折算为光在真空中所走的路程。
例题7】 在杨氏双缝实验中,双缝间距=0.20mm,缝屏间距=1.0m,试求:
1)若第二级明条纹离屏中心的距离为6.0mm,计算此单色光的波长;
2)相邻两明条纹间的距离.
解: (1)由知,2
例题8】 在双缝装置中,用一很薄的云母片(n=1.58)覆盖其中的一条缝,结果使屏幕上的第七级明条纹恰好移到屏幕**原零级明纹的位置.若入射光的波长为5500,求此云母片的厚度.
解: 设云母片厚度为,则由云母片引起的光程差为。
按题意 例题9】 洛埃镜干涉装置如图所示,镜长30cm,狭缝光源s在离镜左边20cm的平面内,与镜面的垂直距离为2.0mm,光源波长7.2×10-7m,试求位于镜右边缘的屏幕上第一条明条纹到镜边缘的距离.
解: 镜面反射光有半波损失,且反射光可视为虚光源发出.所以由与发出的两光束到达屏幕上距镜边缘为处的光程差为。
第一明纹处,对应。
例题10 】一平面单色光波垂直照射在厚度均匀的薄油膜上,油膜覆盖在玻璃板上.油的折射率为1.30,玻璃的折射率为1.50,若单色光的波长可由光源连续可调,可观察到5000与7000这两个波长的单色光在反射中消失.试求油膜层的厚度.
解: 油膜上、下两表面反射光的光程差为,由反射相消条件有。
当时,有。当时,有。
因,所以;又因为与之间不存在满足。
式。即不存在的情形,所以、应为连续整数,即 ④
由②、③式可得:
得。可由②式求得油膜的厚度为。
例题11】 白光垂直照射到空气中一厚度为3800的肥皂膜上,设肥皂膜的折射率为1.33,试问该膜的正面呈现什么颜色?背面呈现什么颜色?
解: 由反射干涉相长公式有。
得。 (红色)
(紫色)所以肥皂膜正面呈现紫红色.
由透射干涉相长公式。
所以。当时, =5054 (绿色)
故背面呈现绿色.
例题12】 在折射率=1.52的镜头表面涂有一层折射率=1.38的mg增透膜,如果此膜适用于波长=5500的光,问膜的厚度应取何值?
解: 设光垂直入射增透膜,欲透射增强,则膜上、下两表面反射光应满足干涉相消条件,即。
令,得膜的最薄厚度为.
当为其他整数倍时,也都满足要求.
例题15】 衍射的本质是什么?衍射和干涉有什么联系和区别?
答:波的衍射现象是波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的展衍现象.其实质是由被障碍物或孔隙的边缘限制的波阵面上各点发出的无数子波相互叠加而产生.而干涉则是由同频率、同方向及位相差恒定的两列波的叠加形成.
例题17】什么叫半波带?单缝衍射中怎样划分半波带?对应于单缝衍射第3级明条纹和第4级暗条纹,单缝处波面各可分成几个半波带?
答:半波带由单缝、首尾两点向方向发出的衍射线的光程差用来划分.对应于第级明纹和第级暗纹,单缝处波面可分成个和个半波带.
由 例题18】在单缝衍射中,为什么衍射角愈大(级数愈大)的那些明条纹的亮度愈小?
答:因为衍射角愈大则值愈大,分成的半波带数愈多,每个半波带透过的光通量就愈小,而明条纹的亮度是由一个半波带的光能量决定的,所以亮度减小.
例题19】若把单缝衍射实验装置全部浸入水中时,衍射图样将发生怎样的变化?如果此时用公式来测定光的波长,问测出的波长是光在空气中的还是在水中的波长?
解:当全部装置浸入水中时,由于水中波长变短,对应,而空气中为,∴,即,水中同级衍射角变小,条纹变密.
如用来测光的波长,则应是光在水中的波长.(因只代表光在水中的波程差).
例题20】 在单缝夫琅禾费衍射中,改变下列条件,衍射条纹有何变化?(1)缝宽变窄;(2)入。
射光波长变长;(3)入射平行光由正入射变为斜入射.
解:(1)缝宽变窄,由知,衍射角变大,条纹变稀;
2)变大,保持,不变,则衍射角亦变大,条纹变稀;
3)由正入射变为斜入射时,因正入射时;斜入射时,,保持,不变,则应有或.即原来的级条纹现为级.
例题21】单缝衍射暗条纹条件与双缝干涉明条纹的条件在形式上类似,两者是否矛盾?怎样说明?
答:不矛盾.单缝衍射暗纹条件为,是用半波带法分析(子波叠加问题).相邻两半波带上对应点向方向发出的光波在屏上会聚点一一相消,而半波带为偶数,故形成暗纹;而双缝干涉明纹条件为,描述的是两路相干波叠加问题,其波程差为波长的整数倍,相干加强为明纹.
例题22】 光栅衍射与单缝衍射有何区别?为何光栅衍射的明条纹特别明亮而暗区很宽?
答:光栅衍射是多光束干涉和单缝衍射的总效果.其明条纹主要取决于多光束干涉.光强与缝数成正比,所以明纹很亮;又因为在相邻明纹间有个暗纹,而一般很大,故实际上在两相邻明纹间形成一片黑暗背景.
例题24】若以白光垂直入射光栅,不同波长的光将会有不同的衍射角.问(1)零级明条纹能否分开不同波长的光?(2)在可见光中哪种颜色的光衍射角最大?不同波长的光分开程度与什么因素有关?
解:(1)零级明纹不会分开不同波长的光.因为各种波长的光在零级明纹处均各自相干加强.
2)可见光中红光的衍射角最大,因为由,对同一值,衍射角.【例题25】一单色平行光垂直照射一单缝,若其第**明条纹位置正好与6000的单色平行光的第二级明条纹位置重合,求前一种单色光的波长.
解:单缝衍射的明纹公式为:
当时, 时,
重合时角相同,所以有。
得。例题26】单缝宽0.10mm,透镜焦距为50cm,用的绿光垂直照射单缝.求:
(1)位于透镜焦平面处的屏幕上**明条纹的宽度和半角宽度各为多少?(2)若把此装置浸入水中(n=1.33),**明条纹的半角宽度又为多少?
解:**明纹的宽度为。
半角宽度为。
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