第五章 光的偏振
1. 试确定下面两列光波
E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）]
E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）]的偏振态。 解 ：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)]
=A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光
E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)]
=A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光
2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面
通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60°。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少？已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0,
入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600?(1-10%) 因此：
∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600?(1-10%) = 10.125%. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大？设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。
解：设：P 3与P 1夹角为α，P 2与P 1的夹角为 θ = 600 I 1 = 21
I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 0
2I cos 2αcos 2(θ-α)
要求通过系统光强最大，即求I 2的极大值
I 2 = I 2cos 2αcos 2(θ-α) = 0
2I cos 2α[1-sin 2(θ-α)]
=
08
I [cosθ+ cos （2α-θ）] 2
由 cos （2α-θ）= 1推出2α-θ = 0即α = θ/2 = 30°
∴I 2max = 21 I 0 cos 2αcos 2(θ-α) = 21 I 0 cos 230° cos 230°
= 9
32 I 0
N 1
题5.3图
4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转（见题
5.4图），若入射的自然光强为I 0，试证明透射光强为
I =16π
I 0（1-cos4ωt ）.
解: I = 12I 0 cos 2ωt cos 2（2π-ωt ） = 12 I 0cos 2ωtsin 2 ωt = 18 I 0 1-cos4t
2ω
= I 0（1-cos4ωt ）
`
5. 线偏振光入射到折射率为1.732的玻璃片上，入射角是60°，入射光的电失量与入射面成30°角。求由分界面上反射的光强占入射光强的百分比。
解：由电矢量在入射面的投影为A n = I 0 cos 230° A ⊥ = A 0sin30°
即I n = I 0 cos 230° = 3/4I 0 I s1 = I 0 cos 260°
= 1/4I 0
理论证明i s = I b = arctan 2
1n n = arctan1.732 = 600为布儒斯特角
∴反射光为只有垂直分量的线偏振光（相对入射面来说） 依据菲涅耳公式'112112sin()sin()s s A i i A i i -=-+ 0000
1260,906030i i ==-=
''0022110011'111401sin(6030)1()[]sin(6030)41
6.25%416
s s s s s s s I A I A I I I I -==-=+===
6.一线偏振光垂直入射到一方解石晶体上，它的振动面和主截面成30°角。两束折射光通过在方解石后面的一个尼科耳棱镜，其主截面与入射光的振动方向成500角。计算两束透射光的相对强度。
解：①当入射光振动面与尼科耳主截面分居晶体主截面两侧时
N
题
2011120211
2002021120002021120
2
1202120202113cos 3041
cos 604
cos (3050)sin 10cos (903050)cos 103
sin 10sin 10
43tan 100.093
1cos 10cos 104e o e e e o o o e e o
o I I I I I I I I I I I I I I I I I I ==
===+==--=====
②当入射光振动面与尼科耳主截面分居晶体主截面两侧时
20111202
11
200202021112002020
2221201202202120
220
23
cos 3041
cos 604
3
cos (5030)sin 70sin 704
1
cos (2*5030)cos 70cos 704
3cos 7043tan 7022.6451cos 704
cos 700.0443sin 70e o e e e o e o e
o
o e I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I =====-==
=-======= 7. 线偏振光垂直入射到一块光轴平行于表面的方解石波片上，光的振动面和波片的主截面成300角。求：（1）透射出来的寻常光和非常光的相对强度为多少？（2）用钠光入射时如要产生900的相位差，波片的厚度应为多少？（λ=589nm ） 解：①
200112011
1011sin 3043
cos 304
11433
4e e I I I I I I I I I I ==
==== ② λ = 589nm 时，ΔΨ = 900 Δδ = 2(21)
2k ππ
+0e （n -n ）d=λ
当k=0时为厚度最小值
∴
0(21)4()e k d n n +=
-λ
代入数值得d = 8.56?10-7m
8. 有一块平行石英片是沿平行于光轴方向切出的。要把它切成一块黄光的41
波片，问这块石英片应切成多厚？石英的n e = 1.552, n o = 1.543, λ = 589.3nm
()()()()()cm 1064.112412412300-??+=-+=
?+±=-k n n k d k n n d e e λλ
9. (1) 线偏振光垂直入射到一个表面和光轴平行的波片，透射出来后，原来在波片中的寻常光及非常光产生了大小为π的相位差，问波片的厚度为多少？已知n e = 1.5533, n o = 1.5442, λ = 500nm ；（2）问这块波片应怎样放置才能使透射出来的光是线偏振光，而且它的振动面
和入射光的振动面成900角？
解：①
()
()()()()cm 1075.212412122300-??+=-+=
?+=-k n n k d k n n d e e λ
πλ
π
② 由①可知该波片为1/2波片，要透过1/2波片的线偏振光的振动面和入射光的振动面垂直
即：
2904
π
θθ=?=
10. 线偏振光垂直入射到一块表面平行于光轴的双折射波片，光的振动面和波片光轴成250
角，问波片中的寻常光透射出来的相对强度如何？ 解：将入射的线偏振光分别向x,y 方向投影
得: 20
20
020
sin 25tan 25cos 25e I I I I ==
11 在两个正交尼科耳棱镜N 1和N 2之间垂直插入一块波片，发现N 2后面有光射出，但当
N 2绕入射光向顺时针转过200后，N 2的视场全暗，此时，把波片也绕入射光顺时针转过200，
N 2的视场又亮了。问（1）这是什么性质的波片；（2）N 2要转过多大的角度才能使N 2的视场又变为全暗。
解: ①因为N 1垂直于N 2 Δδ = 2(21)
k π
πλ
+0e （n -n ）d=（k=1,2,3…）
当Δδ =
(21)
k λ
+0e （n -n ）d=
2
时出现亮条纹，所以垂直插入的为1/2波片
②设波片顺时针方向转过200后，N 2要转过α才能使N 2的视场恢复原始的暗场 因为N 1输出为线偏振光，
12N N ⊥N 2视场本为暗场，垂直插入1/2波片后N 2
视场为亮场，
线偏振光经过1/2波片后仍为线偏振光，只是振动方向转过了2θ角
00222040αθ∴==?=
12 一束圆偏振光，（1）垂直入射到41波片上，求透射光的偏振状态；（2）垂直入射到81
波片上，求透射光的偏振状态。
解：1）圆偏振光可以看成相互垂直的两条线偏振光的合成，两者之间位相差为π/2 再经λ/4波片后，它们相位差又增了π/2，这样两线偏振光的位相差为π/2+π/2＝π，合成为线偏振光，所以一束圆偏振光经1/4波片后合成为线偏振光。
2）圆偏振光经1/8波片后成为椭圆偏振光。位相差为π/2。
13. 试证明一束左旋圆偏振光和一束右旋圆偏振光，当它们的振幅相等时，合成的光是线偏振光。
证明：左、右旋圆偏振光的振动表达式分别为：
E 1=A 0[e x cos （wt-k 1z ）+e y cos （wt-k 1z ）] E 2=A 0[e x sin （wt-k 2z ）+e y sin （wt-k 2z ）]
12021
2[()cos()]
2
x y E E E A E E t k k ωθθ=+=+--=
这说明光路上任一点振动的x 分量和y 分量对时间有相同的依赖关系，它们都决定于
cos()t ωθ-因此它们是同相位的，这说明它们合成的是线偏振光。
14. 设一方解石波片沿平行光轴方向切出，其厚度为0.0343mm ，放在两个正交的尼科耳棱镜间。平行光束经过第一尼科耳棱镜后，垂直地射到波片上，对于钠光（589.3nm ）而言。晶体的折射率为n e = 1.486,n o = 1.658,问通过第二个棱镜后，光束发生的干涉是加强还是减弱？如果两个尼科耳棱镜的主截面是相互平行的，结果又如何？ 解：
①当两个尼科耳棱镜垂直时，透射光强度是：
()??-=⊥cos 10I I
由
()d
ne n -=
?02λ
π
?可得π?20=?代入上式可得0I ⊥
=因此是减弱
②当两个尼科耳棱镜平行时，透射光强度是：
()??+=⊥cos 10I I
同理可得：
2
2I I =因此光强加强。
16 单色平行自然光垂直入射在杨氏双缝上，屏幕上出现一组干涉条纹。已知屏上A 、C 两点分别对应零级亮纹和零级暗纹，B 是AC 的中点，如题5.16图所示，试问：（1）若在双缝后放一理想偏振片P ，屏上干涉条纹的位置、宽度会有如何变化？（2）在一条缝的偏振片后放一片光轴与偏振片透光方向成450的半波片，屏上有无干涉条纹？A 、B 、C 各点的情况如何？
解：①若在双缝后放一理想偏振片不会影响S 1与S 2之间的原有光程差，
所以原有干涉条纹的位置和宽度都不变，由于自然光经过偏振片后光强减半，所以A 减光
强有变化，C 减是暗纹，光强仍为O 不变，I A =20I +20I +2.
200I I =4?2
I 0I ?=0
②若在一条缝的偏振片后放一片光轴与偏振片透光方向成450的半波片，则透过半波片
的线偏振光的振动方向偏转了00
24590α=?=与未经半波片的线偏振光的振动方向垂直，
使两束光的迭加不满足振动方向接近一致的相干条件。
17. 厚度为0.025mm 的方解石波片，其表面平行与光轴，放在两个交的尼科耳棱镜之间，光轴与两个尼科耳各成450，如果射入第一个尼科耳的光是波长为400nm-700nm 可见光，问透过第二个尼科耳的光中，少了那些波长的光？
解：由题意知凡是未通过第二个尼科耳棱镜的光都是与第二个尼科耳垂直的光 即
20I ⊥=∵ρ1⊥ρ2
α-θ = π/2 ()??-=⊥cos 102I I
20I ⊥=说明()1cos 0cos 1=??=?-??
又因为
()π
λ
π
?k d n n e 220±=-=
?
所以
0()e n n d k λ-=
的光未透过第二个尼科耳棱镜
因此在可见光范围内少了以下波长的光：
题5.16图
A B C
1567891011k k k k k k k k λλλλλλλλ========当时 =930nm 当时 =860nm 当时 =716.9nm 当时 =614.3nm 当时 =537.5nm 当时 =477.8nm 当时 =430nm 当时 =390nm
18. 把一块切成长方体的KDP 晶体放在两个正交的偏振片之间组成一个普克尔斯效应的装
置。已知电光常数γ=1.06*10-11
v
m
，寻常光在该晶体中的折射率,n o = 1.51，若入射光0的
波长为550nm 试计算从晶体出射的两束线偏振光相位差为π时，所需加在晶体上的纵向电压（叫做半波电压）。
解：线偏振光的相位差公式：
υγ
π?λ
π?υλγγλ
π
?33
0110301053.72550/1006.151.12?=?=
∴=?=?===
?-n U nm m n U
n
19．将厚度为1mm 且垂直于光轴切出的石英片放在两个平行的,尼科耳棱镜之间，使从第一个尼科耳出射的光垂直射到石英片上，某一波长的光波经此石英片后，振动面旋转了200。问石英片厚度为多少时,该波长的光将完全不能通过。
解：沿垂直于光轴方向切出的石英片为旋光镜片，当出射光矢量与入射光矢量垂直时，则光不能通过N2，即欲使光不能通过N2，使N1出射的光束经晶片后又转过(2k+1)π/2，此时该光束的振动面与N2的主界面垂直，亦即φ2=(2k+1)90°， 且φ1 = αd 1 = 20° 所以d 2 = (2k+1) · 0.45cm
20. 试求使波长为509nm 的光的振动面旋转1500的石英片厚度。石英对这种波长的旋光度
为29.70mm -1 解：
010
00
01
050929.7150150 5.05129.7nm mm mm
mm λψ???ψ--======已知：根据旋光度的定义可知：d=
21 将某种糖配置成浓度不同的四种溶液：100cm 3溶液中分别含有30.5克、22.76克、29.4克和17.53克的糖。分别用旋光量糖计测出它们每分米溶液转过的角度依次是49.50、
36.10、30.30、
、和26.80。根据这些结果算出这几种糖的旋光率的平均值是多少？
31333
23403
03
03
00.305/0.2276/0.294/0.1753/49.51162.30.
10.30536.11158.61.
10.227630.31103.06.
10.29426.81lc lc
m
c g cm v
m m m
c g cm c g cm c g cm v v v cm dm g cm dm g cm dm g ?
?αααααα=?=
=
=========?==?==?=1234解：根据它们的物质量浓度分别为：代入数值可得:
3
3
1152.88.
0.17531144.2.
4cm dm g cm dm g
ααααα=?+++=
=1234
则
22. 如图题5.22所示装置中，S 为单色光源置于透镜L 的焦点处，P 为起偏器，L 1为此单色光的1/4波片，其光轴与偏振器的透振方向成α角，M 为平面反射镜。已知入射偏振器的光束强度为I 0，试通过分析光束经过各元件后的光振动状态，求出光束返回后的光强I 。各元件对光束的损耗可忽略不计
解：单色光源S 发出的光经过透镜L 后变为平行光，光强为I 0.经P 后为线偏振光，光强为
12p I I =
经1/4波片后，成为椭圆或圆偏振光，因各种元件对光束的损耗可忽略不计，所以
光强不变只是振动方向偏转了α角。经M 平面镜反射，光强仍为012I 只是发生了左右对换，
偏转角还是α，所以发射光还是圆或椭圆偏振光。
反射椭圆偏振光再经1/4波片后变为线偏振光，振动方向又增加了α角，所以反射线偏振光的振动方向与起偏器P 的透振方向夹角为2α，强度不 变。
根据马吕斯定律，反射线偏振光再经P 返回后的光强为：
201
cos 22I I α=
23. 一束椭圆偏振光沿Z 方向传播，通过一个线起偏器，当起偏器透振方向沿X 方向时，透射强度最大，其值为1.5I 0；当透振方向沿Y 方向时，透射强度最小，其值为I 0。（1）当透振方向与X 轴成θ角时，透射光的强度为多少？（2）使原来的光束先通过一个1/4波片后再通过线起偏器，1/4波片的光轴沿x 方向。现在发现，当起偏器透光轴与x 轴成300角时，透过两个元件的光强最大，求光强的最大值，并确定入射光强中非偏振成分占多少？
()()
222222()22()2200,1.)cos sin cos sin ()cos ()sin 1.5cos sin 2.)u e u e e ex ey ex ey u e u ex u ey I I I I I I E E I I I I I I I I I I I I θθθθθθθθθθθθθθθθ
=+=+=+=+=+++∴=+解：设非偏振光经偏振片后的光强为椭圆偏振光经偏振片后的光强为椭圆的长短轴分别为x,y 轴，是偏振片透光轴与光轴的夹角设透过偏振片的总依据题意，02000max 0000
1/4,tan 301
()0.75,0.25,0.753
1.751.5
2.5220.7560%
2.5ey ex ey ey
ex ey u ex
ex ex ey u u x y E E I E I I I I I I I E I I I I I I I I I I I I I ====∴====++==+=?==0椭圆偏振光经过波片后的线偏振光的振动方向与x 轴成30角时得的分量之比为：非偏振光与总光强之比为：
24. 有下列几个未加标明的光学元件：（1）两个线偏振器；（2）一个1/4波片；（3）一
个半波片；（4）一个圆偏振器，除了一个光源和一个光屏外不借助其它光学仪器，如何鉴别上述光学元件。
解：首先，透过这五个元件观察光源光强不变的为1/4波片和半波片；光强减半的为两个线偏振器和圆偏振器。然后，把这三个光强减半的器件两两组合，透过该光学系统观察光源，若光强变暗且有消光现象的则为两个线偏振器的组合，由此鉴别出两个线偏振器，且剩余的一个为圆偏振器；然后，分别把两个波片放到两个偏振器之间，并旋转靠近眼睛的那个偏振器，透过该光学系统观察光源，若有消光现象则为半波片；反之，为1/4波片
题5.22图
M
25. 一束汞绿光以600角入射到磷酸二氢钾（KDP ）晶体表面，晶体的n e =1.470,n o =1.512,设光轴与晶面平行，并垂直于入射面，试求晶体中o 光与e 光的夹角。
解：已知
?
====601470.1512.110θn n n e
根据公式 2211sin sin θθn n =
可得 573
.0512.123
60sin sin 010==?=n n
θ
589
.0470.123
60sin sin 1==?=e e n n
θ
由上两式可得
?
=?=0955.3634094230e θθ
由此可得：o 光与e 光的夹角
?=?-?=-=?1535.19423.340955.360θθθe
26. 通过尼科耳棱镜观察一束椭圆偏振光时，强度随尼科耳棱镜的旋转而改变，当强度为极
小值时，在尼科耳棱镜（检偏器）前插入一块1/4波片，转动1/4波片使它的光轴平行于检偏器的透振方向，再把检偏器沿顺时针方向转动200就完全消光。问（1）该椭圆偏振光是右旋还是左旋的？（2）椭圆长短轴之比是多少？
解：尼科耳转至光强最小处，则主截面方向即为入射光的短轴方向。N1为短轴方向。 λ/4片光轴与N1主截面平行，故短轴上的振动为e 光，长轴为o 光。 N2与N1顺差20?时全暗，说明经λ/4片后的线偏振光的振动面在逆时针转70?的位置上（二、四象限）。说明o 光的位相落后于e 光π（或－π）。即δ＝π（或－π）。 因为线偏振光在70?的方向上，故入射椭圆的长短轴之比Ay/Ax=tan70?。
石英是正晶体，经λ/4片后，e 光的位相落后于o 光π/2，即δ2＝－π/2。因此，入射到λ/4片的光所具有的初始位相为δ1＝δ－δ2＝－3π/2（或π/2）。此为一个右旋的椭圆偏振光。 综合以上结果有：在未放λ/4片时的入射光偏振态为：一个右旋椭圆偏振光，长短轴之比为Ay/Ax=tan70?，短轴方向在N1主截面方向。
27. 推导出长短轴之比为2:1，长轴沿Ｘ轴的右旋和左旋椭圆偏振光的琼斯矢量，并计算两个偏振光叠加的结果．
解：对于长、短轴之比为2:1，长轴沿x 轴的右旋椭圆偏振光的电场分量为
ikz ikz X X ae e A E 2==
()??? ??
-?+==2π?kz i kz i y y ae e A E
故
()a
a a A A y X 522
222=+=
+
这一偏振光的归一化琼斯矢量为
???
???-=????
????=????????+=
-?i e a a e A A A A A
E i i y X y X R 2512512
22π?
若为左旋椭圆偏振光，
2π
?=?，故其琼斯矢量为 ?
?????=????????=
i e E i L 2512512π
两偏振光叠加的结果为：
?
?????=??????=??????+-+=??????+??????-=
+=015404512251251251i i i i E E E L
R 合成波为光矢量沿x 轴的线偏振光，其振幅为椭圆偏振光x 分量振幅的2倍。
光的偏振 1．下列关于偏振光的说法中正确的是() A．自然光就是偏振光 B．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 C．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光 D．单色光就是偏振光 答案：C 解析：自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光。所以选项C正确。 2．(2010·石家庄市第一中学高二检测)P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示) 为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光 答案：ABD 解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。
3．在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q。在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是() A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变 B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱 C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变 D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱 答案：BD 解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。 4. 如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则() A．图中a光为偏振光 B．图中b光为偏振光 C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 答案：BD 解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然
《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角． (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态． (2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？ 解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245?＝I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245?＝I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行． 2分 (2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变． 1分 2. 两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成α1＝30°时，观测一束单色自然光．又在α2＝45°时，观测另一束单色自然光．若两次所测得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比． 解：令I 1和I 2分别为两入射光束的光强．透过起偏器后，光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律，透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意，21I I '='，于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起．已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直．一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16．求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角． 解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ．透过第一个偏 振片后的光强 I 1＝I 0 / 2． 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2，由马吕斯定律， I 2＝(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3， I 3 ＝I 2 cos 2(90°－θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3＝I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2， () 2/2sin 211-=θ＝22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60，一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角． (1) 求透过每个偏振片后的光束强度； (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光，求透过每个偏振片后的光束强度．
光的偏振（附答案） 一． 填空题 1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变；若入射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗；若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗. 2. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光. 3. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这束 光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍. 4. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振片 后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为（取锐角）是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角（取锐角）相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0. 5. 某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于450, 则光从空气射向此媒 质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光. 6. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上（空气折射率为1）, 当折射角为300 时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732. 7. 一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面, 晶体厚度为0.05 mm, 对钠黄光方解石的主折射率n 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad. 8. 在杨氏双缝干涉实验中, 若用单色自然光照射狭缝S, 在屏幕上能看到干涉 条纹. 若在双缝S 1和 S 2后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹. 二． 计算题 9. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取 向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例. 解：设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:
习题20 20-1．从某湖水表面反射来的日光正好是完全偏振光，己知湖水的折射率为33.1。推算太阳在地平线上的仰角，并说明反射光中光矢量的振动方向。 解：由布儒斯特定律：tan n i =，有入射角：arctan1.3353i == ， ∴仰角9037i θ=-= 。 光是横波，光矢量的振动方向垂直于入射光线、折射光线和法线在所在的平面。 20-2．自然光投射到叠在一起的两块偏振片上，则两偏振片的偏振化方向夹角为多大才能使： （1）透射光强为入射光强的3/1； （2）透射光强为最大透射光强的3/1。(均不计吸收) 解：设两偏振片的偏振化方向夹角为α，自然光光强为0I 。 则自然光通过第一块偏振片之后，透射光强 012I ，通过第二块偏振片之后：α20cos 21I I =， （1）由已知条件，透射光强为入射光强的13，得：2 0011cos 23 I I α=，有： 35.26α== （2）同样由题意当透射光强为最大透射光强的3/1时，得：2 00111cos ()232 I I α=，有： 54.73α== 。 20-3．设一部分偏振光由一自然光和一线偏振光混合构成。现通过偏振片观察到这部分偏振光在偏振片由对应最大透射光强位置转过 60时，透射光强减为一半，试求部分偏振光中自然光和线偏振光两光强各占的比例。 解:由题意知：max 012max 011211cos 6022I I I I I I =?????+=+?? ?max 01 max 01 12111224 I I I I I I ????=+=+????01I I =， ∴即得0111I I =::。 20-4．由钠灯射出的波长为589.0nm 的平行光束以 50角入射到方解石制成的晶片上，晶片光轴垂直于入射面且平行于晶片表面，已知折射率 1.65o n =， 1.486e n =，求： （1）在晶片内o 光与e 光的波长； （2）o 光与e 光两光束间的夹角。 解：（1）由c n v = ，而c λν=，有：c o o n λλ=，c e e n λλ= ∴589.0 356.971.65c o o nm n λλ===，589.0396.371.486 c e e nm n λλ===； （2）又∵sin sin i n γ=，有：sin50arcsin 27.66o o n γ== ，sin 50arcsin 31.03e e n γ== ， ∴o 光与e 光两光束间的夹角为： 3.37e o γγγ?=-= 。
光的衍射偏振习题 班级姓名学号 一、选择题 1．在夫琅和费衍射中，若缝微微上平移，则【】 (A) 衍射条纹上移(B) 衍射条纹下移(C) 衍射条纹不动(D) 衍射条纹宽度变化 2．在单缝衍射实验中，缝宽a=0.2mm，透镜焦距f=0.4m，入射光波长λ=500nm，则在屏上中央亮纹中心位置上方2mm处是亮纹还是暗纹？从这位置看去可以把波阵面分为几个半波带? 【】 (A) 亮纹, 3个半波带(B) 亮纹, 4个半波带(C) 暗纹, 3个半波带(D) 暗纹, 4个半波带 3．一束单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数(a+b)为下列哪种情况时（a为缝宽），k=3,6,9等主极大缺级？【】 (A) a+b=2a(B) a+b=3a(C) a+b=4a(D) a+b=6a 4．测量单色光的波长时，下列方法中哪一种最为准确？【】 (A) 双缝干涉(B) 牛顿环(C) 单缝(D) 光栅衍射 5．自然光从空气连续射入介质A和B，光入射角i0=60°时得到的反射光R A和R B都是完全偏振光（振动方向垂直入射面），由此可知，介质A和介质B的折射率之比为【】 1(B)3(C) 1/2 (D) 2/1 (A)3 6．一束光强为I0的自然光，相继通过三个偏振片P1、P2、P3后出射光强为I0/8。已知P1和P3的偏振化方向相互垂直。若以入射光线为轴旋转P2，要使出射光强为零，P2至少应转过的角度是【】 (A) 30°(B) 45°(C) 60°(D) 90° 二、填空题 1．惠更斯引入了的概念提出了惠更斯原理，菲涅耳再用的思想补充了惠更斯原理，发展了惠更斯-菲涅耳原理。 2．光的干涉和衍射现象反映了光的性质，光的偏振现象说明光波是。 3．光栅衍射图像是和综合的结果 4．光学仪器的分辨本领与和有关，透镜的孔径越大，分辨本领越，光的波长越长，分辨本领越。 5．一束自然光以布儒斯特角入射到平板玻璃上，就偏振状态来说，则反射光为，反射光矢量的方向，透射光为。 三、计算题 1．波长λ=500nm的平行光，垂直地入射于一宽度为a=1.0mm的单缝上，若在缝的后面有一焦距为f=100cm的凸透镜，使光线聚焦于屏上，试问从衍射图样的中心到下列各点的距离如何？(1) 第一级极小处；(2)第一级亮条纹的极大处；(3)第三级极小处。
光的偏振 一、光的偏振的相关知识 (1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光． (2)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振 (3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光． 二、光的偏振的理解 1、偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把 自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器． (2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间 的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直． 特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了． 2、偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵 波．光的偏振现象说明了光波是横波． (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等． 三、相关练习 1、如图所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光 答案ABD 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透
第十九章 光的偏振 一 选择题 1. 把两块偏振片一起紧密地放置在一盏灯前，使得后 面没有光通过。当把一块偏振片旋转180?时会发生何种现象：（ ） A. 光强先增加，然后减小到零 B. 光强始终为零 C. 光强先增加后减小，然后又再增加 D. 光强增加，然后减小到不为零的极小值 解：)2π(cos 20+=αI I ,α从0增大到2π的过程中I 变大；从2 π 增大到π的过程中I 减小到零。 故本题答案为A 。 2. 强度为I 0的自然光通过两个偏振化方向互相垂直的 偏振片后，出射光强度为零。若在这两个偏振片之间再放入另一个偏振片，且其偏振化方向与第一偏振片的偏振化方向夹角为30?，则出射光强度为：（ ） A. 0 B. 3I 0 / 8 C. 3I 0 / 16 D. 3I 0 / 32
解：0000202032 341432)3090(cos 30cos 2I I I I =??=-=。 故本题答案为D 。 3. 振幅为A 的线偏振光，垂直入射到一理想偏振片上。若偏振片的偏振化方向与入射偏振光的振动方向夹角为60?，则透过偏振片的振幅为：（ ） A. A / 2 B. 2 / 3A C. A / 4 D. 3A / 4 解：0222'60cos A A =，2/'A A =。 故本题答案为A 。 4. 自然光以60?的入射角照射到某透明介质表面时， 反射光为线偏振光。则（ ） A 折射光为线偏振光，折射角为30? B 折射光为部分偏振光，折射角为30? C 折射光为线偏振光，折射角 不能确定 D 折射光为部分偏振光，折射 角不能确定 解：本题答案为B 。 5. 如题图所示，一束光垂直投射于一双折射晶体上， e o 选择题5图
5.3 光的衍射和偏振 三维教学目标 1、知识与技能 （1）认识光的衍射现象，使学生对光的波动性有进一步的了解； （2）了解光产生明显衍射的条件，及衍射图样与波长、缝宽的定性关系。 2、过程与方法 （1）通过观察实验，培养学生对物理现象的观察、表述、概括能力； （2）通过观察实验培养学生观察、表述物理现象，概括规律特征的能力，学生亲自做实验培养学生动手的实践能力。 3、态度、情感、价值观 （1）通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到任何理论都必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准。 教学重点：通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性；光的衍射现象与干涉现象根本上讲都是光波的相干叠加。 教学难点：正确认识光发生明显衍射的条件；培养学生动手实验能力，教育学生重视实验，重视实践 1、常见的衍射现象有那些？ 小孔衍射、小屏衍射、单缝衍射、边缘衍射。 例1：在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的日光灯管或线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到 ( ) A.黑白相间的直条纹 B.黑白相间的弧形条纹 C.彩色的直条纹 D.彩色的弧形条纹 例2：在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹.若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时( ) A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮 D.屏上无任何光亮 2、为什么平时很难见到光的衍射现象？ （发生衍射现象的条件）因为发生明显衍射现象的条件为：逢、孔、障碍物的尺度与波长接近时。由于光的波长很短，所以生活中很难看到光的衍射现象。 例1：如图4-2所示，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图案.其中图A是光的_____(填“平行”或“衍射”)图象，由此可判断出图A所对应的圆孔的孔径_____(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径。 3、什么是“泊松亮斑”？ 谁提出了“泊松亮斑”？提出的目的是什么？谁证实了“泊松亮斑”的存在？你从中能体会到什么？ 著名数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出：把一各不透光的小圆盘放在光束中，在小圆盘后方的光屏上，圆盘阴影中央出现一个亮斑。后人称此亮斑为泊松亮斑。泊松指望这 用心爱心专心- 1 -
第五章 光的偏振 1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）] E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）]的偏振态。 解 ：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面 通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60°。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少？已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600?(1-10%) 因此： ∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600?(1-10%) = 10.125%. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大？设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。 解：设：P 3与P 1夹角为α，P 2与P 1的夹角为 θ = 600 I 1 = 21 I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 0 2I cos 2αcos 2(θ-α) 要求通过系统光强最大，即求I 2的极大值 I 2 = I 2cos 2αcos 2(θ-α) = 0 2I cos 2α[1-sin 2(θ-α)] = 08 I [cosθ+ cos （2α-θ）] 2 由 cos （2α-θ）= 1推出2α-θ = 0即α = θ/2 = 30° ∴I 2max = 21 I 0 cos 2αcos 2(θ-α) = 21 I 0 cos 230° cos 230° = 9 32 I 0 4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转（见题 5.4图），若入射的自然光强为I 0，试证明透射光强为 N 1 题5.3图
第4课时光的干涉衍射和偏振 导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 一、光的干涉 [基础导引] 1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率 6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．2．描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置．为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ [知识梳理] 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹；路程差是半波长的________时出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________． 2．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________． 特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样． 2．单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹． 二、光的衍射 [基础导引] 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔．太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理． [知识梳理] 1．光________________________________的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)． 特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． 2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 三、光的偏振 [基础导引]
光的干涉光的衍射和偏振激光 一．选择题： 1．下列哪些现象属于波的特有现象（） A．波的折射 B．波的干涉 C．波的衍射 D．多普勒效应 2．下列哪些波能发生偏振现象（） A．声波 B．电磁波 C．光波 D．弹簧波波 3．能产生干涉现象的两束光是（） A．频率相同、振幅相同的两束光 B．频率相同、相位差恒定的两束光 C．两只完全相同的灯光发出的光 D．同一光源的两个发光部分发出的光 4．下列衍射现象的结果哪些是正确的（） A．用白光做衍射实验时，得到的亮纹是彩色的 B．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清 C．用圆屏作障碍物，影的中心全是暗斑 D．窄缝衍射图样的中心条纹最亮最宽 5．某些特定环境下照像时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰，关于其原理，下列说法中正确的是（） A．增强透射光的强度 B．减弱所拍摄景物周围反射光的强度 C．减弱透射光的强度 D．增强所拍摄景物周围反射光的强度 6．关于激光的应用问题，以下说法正确的是（） A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息 B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光的相干性特点来进行的 C．医学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 7．用黄光照射一不透明的圆板时，在圆板的背影中恰能观察到一黄色光斑，若用红色光、绿色光和紫色光照射圆板，能够观察到光斑的是（） A．只有红色光 B．只有紫色光 C．只有红色光和紫色光 D．三种色光都能 8．如图1所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说 法中正确的是（） A．人从右侧向左看，可看到彩色条纹 B．人从左侧向右看，可看到彩色条纹 图1
光栅衍射和偏振光
12.7 衍射光栅和光栅光谱 一.光栅( grating ) 1. 光栅：由大量等宽、等间距的平行狭缝 (或反射面)构成的光学元件。 广义讲，任何具有空间周期性的衍射屏 都可叫作光栅。 2.光栅分类：透射光栅 反射光栅 我们只讨论透射光栅。 3.光栅常量(grating constant) a ：相邻两刻痕边缘间距（透光宽度） b ：刻痕宽度（不透光宽度） 光栅常量 d = a + b （相邻两狭缝中心之间距） 是光栅的重要参数。 反射光栅 d d 透射光栅 光栅 (a) (b)
·实用光栅：刻痕数 几十条/mm ~ 几千条/mm ·用电子束刻制刻痕数可达几万条/mm ?d ~ 数万?。 ·光栅是现代科技中常用的重要光学元件。 二.实验装置 1.光栅衍射装置 衍射角：θ o P f 缝平面透镜L λ θ d sinθ d θ
光栅常量：d，缝数为N，单色光垂直入射 2.光栅衍射(多缝衍射) （1）每条缝发的光都是单缝衍射光。 各条缝的衍射光在屏上的光强分布位置相同。 （2）多缝衍射是N束单缝衍射光的干涉。或N个单缝衍射图样的相干叠加 （3）光栅衍射是单缝衍射和多光束干涉的综合 三.条纹特点 1.主极大 （1）明纹条件： 光栅方程 d sinθ = ±kλ (k = 0,1,2,…) ·是主极大的必要条件，不是充分条件 (还有缺级问题，见后)。 （2）位置： x=f（tgθ）=f（sinθ）=±f(kλ/d) (k = 0,1,2,…)
和缝数N 无关 （3）亮度：各条缝的光在主极大处引起的分振动同相。 主极大处的合振幅是同一方向(同 θ 角)单缝衍射光振幅A 单 的 N 倍。 主极大处的亮度是同一方向(同 θ 角)单缝衍射光强I 单 的N 2 倍。 （4）主极大的最高级次： 1sin 2 0
13-11 一单色平行光垂直照射一单缝，若其第三级明条纹位置正好与6000ο A 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： sin (21) 2a k λ ?=+ 设x λλ=时，3=k ，由已知：当6000=λo A 时，2=k ，二者重合时?角相同，所以有 )132(2 6000 ) 122(sin +?=+?=?a 2x λ 解得 428660007 5 =?=x λ(o A )=428.6 ( nm) 13-12 单缝宽0.10mm ，透镜焦距为50cm ，用5000=λo A 的绿光垂直照射单缝．求： (1) 位于透镜焦平面处的屏幕上中央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)，中央明条纹的半角宽度又为多少? 解：单缝衍射暗纹公式为：sin na k ?λ=，k =1时，有1sin na λ ?= 单缝衍射中央明纹的半角宽度为一级暗纹的角宽度，故1 01sin ()na na λ λ ??-==≈ 单缝衍射中央明纹的宽度为：11122tan 2sin 2x x f f f na λ ???==≈=暗， (1) 空气中，1=n ，所以有：33 10 100.510 10.01050005.02---?=????=?x (m ) 10101 3 033 500010500010sin 5.0100.10100.1010?------??=≈=??? (rad ) (2) 浸入水中，33.1=n ，所以有：3 3 101076.310 10.033.110500050.02---?≈?????=?x (m ) 10101 3 033 500010500010sin 3.76101.330.110 1.330.110 ?------??=≈≈????? (rad ) 13-15 波长为5000o A 的平行单色光垂直照射到每毫米有200条刻痕的光栅上，光栅后的透镜焦距为60cm ．求： (1) 屏幕上中央明条纹与第一级明条纹的间距； (2) 当光线与光栅法线成 30°斜入射时，中央明条纹的位移为多少? 解：由已知，光栅常数为： 31mm 5.010200 a b -+= =?mm =6100.5-?m (1) 由光栅衍射明纹公式：λ?k b a =+sin )(，对中央明纹0k =， 00sin 0,0x ?=∴=， 对第一级明条纹1=k , 有：1016500010sin 0.15.010a b λ ?--?===+?，又11 tan x f ?=，所以
第十九章 光的偏振 一 选择题 1. 把两块偏振片一起紧密地放置在一盏灯前，使得后面没有光通过。当把一块偏振片旋转180?时会发生何种现象：（ ） A. 光强先增加，然后减小到零 B. 光强始终为零 C. 光强先增加后减小，然后又再增加 D. 光强增加，然后减小到不为零的极小值 解：)2π(cos 20+=αI I ,α从0增大到2π的过程中I 变大；从2 π 增大到π的过程中I 减小到零。 故本题答案为A 。 2. 强度为I 0的自然光通过两个偏振化方向互相垂直的偏振片后，出射光强度为零。若在这两个偏振片之间再放入另一个偏振片，且其偏振化方向与第一偏振片的偏振化方向夹角为30?，则出射光强度为：（ ） A. 0 B. 3I 0 / 8 C. 3I 0 / 16
D. 3I 0 / 32 解：0000202032 341432)3090(cos 30cos 2I I I I =??=-=。 故本题答案为D 。 3. 振幅为A 的线偏振光，垂直入射到一理想偏振片上。若偏振片的偏振化方向与入射偏振光的振动方向夹角为60?，则透过偏振片的振幅为：（ ） A. A / 2 B. 2 / 3A C. A / 4 D. 3A / 4 解：0222'60cos A A =，2/'A A =。 故本题答案为A 。 4. 自然光以60?的入射角照射到某透明介质表面时，反射光为线偏振光。则（ ） A 折射光为线偏振光，折射角为30? B 折射光为部分偏振光，折射角为30? C 折射光为线偏振光，折射角 不能确定 D 折射光为部分偏振光，折射 角不能确定 解：本题答案为B 。 光轴 e o 光波阵面 选择题5图
高中物理光的偏振知识点归纳 1、高中物理光的偏振发现说明 1808年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。 2、高中物理光的偏振产生方法 从自然光获得线偏振光的方法有以下四种： 1、利用反射和折射。 2、利用二向色性。 3、利用晶体的双折射。 4、利用散射。 另外，线偏振光可以经过波晶片产生圆偏振光和椭圆偏振光。 3、高中物理光的偏振度 在部分偏振光的总强度中，完全偏振光所占的成分叫做偏振度。 特征：偏振度的数值愈接近1，光线的偏振化程度就愈纯
粹，一般偏振度都小于1。 4、高中物理光的偏振应用 页 1 第 电子表的液晶显示用到了偏振光 两块透振方向相互垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光。这束光在通过液晶时，如果上下两极板间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90度(这种性质叫做液晶的旋光性)，于是它能通过第二块偏振片。第二块偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质改变了，旋光性消失，于是光线通不过第二块偏振片，这个电极下的区域变暗，如果电极刻成了数字的笔画的形状，用这种方法就可以显示数字。 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光
光的衍射（附答案） 一．填空题 1.波长λ = 500 nm（1 nm = 10?9 m）的单色光垂直照射到宽度a = 0.25 mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，在凸透镜的焦平面上放置一屏幕，用以观测衍射条纹．今测得屏幕上中央明条纹之间的距离为d = 12 mm，则凸透镜的焦距f为3 m． 2.在单缝夫琅禾费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小，若钠黄光（λ1 ≈ 589 nm）中央明纹宽度为 4.0 mm，则λ2 ≈ 442 nm（1 nm = 10?9 m）的蓝紫色光的中央明纹宽度为3.0 mm． 3.平行单色光垂直入射在缝宽为a = 0.15 mm的单缝上，缝后有焦距为f = 400 mm的凸透镜，在其焦平面上放置观察屏幕．现测得屏幕上中央明纹两侧的两个第三级暗纹之间的距离为8 mm，则入射光的波长为500 nm（或5×10?4mm）． 4.当一衍射光栅的不透光部分的宽度b与透光缝宽度a满足关系b = 3a 时， 衍射光谱中第±4, ±8, …级谱线缺级． 5.一毫米有500条刻痕的平面透射光栅，用平行钠光束与光栅平面法线成30° 角入射，在屏幕上最多能看到第5级光谱． 6.用波长为λ的单色平行红光垂直照射在光栅常数d = 2 μm（1 μm = 10?6 m） 的光栅上，用焦距f = 0.500 m的透镜将光聚在屏上，测得第一级谱线与透镜主焦点的距离l = 0.1667 m，则可知该入射的红光波长λ=632.6或
633nm． 7.一会聚透镜，直径为3 cm，焦距为20 cm．照射光波长550nm．为了可以分 辨，两个远处的点状物体对透镜中心的角必须不小于 2.24×10?5rad．这时在透镜焦平面上两个衍射图样中心间的距离不小于4.47μm． 8.钠黄光双线的两个波长分别是589.00 nm和589.59 nm（1 nm = 10?9 m），若 平面衍射光栅能够在第二级光谱中分辨这两条谱线，光栅的缝数至少是500． 9.用平行的白光垂直入射在平面透射光栅上，波长为λ1 = 440 nm的第3级光 谱线将与波长为λ2 =660 nm的第2级光谱线重叠（1 nm = 10?9 m）． 10.X射线入射到晶格常数为d的晶体中，可能发生布拉格衍射的最大波长为 2d． 二．计算题 11.在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长λ1和λ2，垂直入射于 单缝上．假如λ1的第一级衍射极小与λ2的第二级衍射极小相重合，试问： (1) 这两种波长之间有何关系？(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样 中，是否还有其它极小相重合？ 解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得 a sinθ 1= 1 λ 1 a sinθ 2 = 2 λ 2 由题意可知θ 1 = θ 2 , sinθ 1 = sinθ 2 代入上式可得λ1 = 2 λ2 (2) a sinθ 1= k 1 λ 1 =2 k 1 λ 2 (k 1 =1, 2, …) sinθ 1= 2 k 1 λ 2 / a
光的衍射和偏振习题 班级 姓名 学号 成绩 一、选择题 1、根据惠更斯-菲涅耳原理，若已知光在某时刻的波阵面为S ，则S 的前方某点P 的光强决定于波阵面上所有面元发出的子波各自传到P 点的【 】 （A ）振动振幅之和 （B ）光强之和 （C ）相干叠加 （D ）振动振幅之和的平方 2、在单缝衍射实验中，缝宽2.0=a mm ，透镜焦距m 4.0=f ，入射光波长nm 500=λ，则在屏上中央亮纹中心位置上方2mm 处是亮纹还是暗纹？从这位置看去可以把波阵面分为几个半波带? 【 】 （A ）暗纹，4个半波带 （B ）亮纹，3个半波带 （C ）暗纹，3个半波带 （D ）亮纹，4个半波带 3、在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽（还可以衍射），其他条件不变，则中央明条纹【 】 (A) 宽度不变，且中心强度也不变 (B) 宽度变小 (C) 宽度变大 (D) 宽度不变，但中心强度增大 4、某元素的特征光谱中含有波长分别为λ1＝450 nm 和λ2＝750 nm (1 nm ＝10- 9 m)的光谱线．在 光栅光谱中，这两种波长的谱线有重叠现象，重叠处λ2的谱线的级数将是【 】 (A) 2，3，4，5 ．．． (B) 3，6，9，12．．．(C) 2，5，8，11．．． (D) 2，4，6，8 ．．． 5、一束单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数)(b a +为下列哪种情况时（a 为缝宽）， 9,6,3=k 等主极大缺级？【 】 （A ）a b a 4=+ （B ）a b a 6=+ （C ）a b a 2=+ （D ）a b a 3=+ 6、自然光从空气连续射入介质A 和B ，光入射角 600=i 时得到的反射光A R 和B R 都是完全偏振光（振动方向垂直入射面），由此可知，介质A 和介质B 的折射率之比为【 】 （A ）21 （B ）31 （C ）12 （D ）3 7、一束光强为0I 的自然光，相继通过三个偏振片1P 、2P 、3P 后出射光强为80I 。 已知1P 和3P 的偏振化方向相互垂直。若以入射光线为轴旋转2P ，要使出射光强为零，2P 至少应转过的角度 是【 】 （A ）30° （B ）45° （C ）60° （D ）90° 8、自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是【 】 (A) 垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光 (B) 在入射面内振动的完全线偏振 (C) 平行于入射面的振动占优势的部分偏振光 (D) 垂直于入射面振动的完全线偏振光 二、填空题 1、惠更斯引入了 的概念提出了惠更斯原理，菲涅耳再用 的思想补充了惠更斯原理，发展了惠更斯-菲涅耳原理。 2、光的干涉和衍射现象反映了光的 性质，光的偏振现象说明光波是 。 3、用波长λ=632.8nm(1nm=10-9m) 的平行光垂直入射在单缝上，缝后用焦距f=40cm 的凸透镜把衍射光会聚于焦平面上．测得中央明条纹的宽度为 3.4mm ，单缝的宽度为 。 4、一束平行单色光垂直入射在一光栅上，若光栅的透明缝宽度a 与不透明部分宽度b 相等，则可能看到的衍射光谱的级次为 。 5、一束光垂直入射在偏振片P 上，以入射光线为轴转动P ，观察通过P 的光强的变化过程。若入射光是 光，则将看到光强不变；若入射光是 光，则将看到明暗交替变化，有时出现全暗；若入射光是 光，则将看到明暗交替变化，但不出现全暗。 6、在单缝衍射中，若单缝两端A 、B 发出的单色平行光到空间某点P 的光程差为 23sin λ?=a ，则A 、B 间可分为 个半波带，P 点处为 条纹。若光程差为λ2，则A 、 B 间可分为 个半波带，P 点处为 条纹。单缝衍射时中央明条纹的角宽度应为 。 ７、今有电气石偏振片，它完全吸收平行于长链方向振动的光，但对垂直于长链方向振动的光吸收%20。当光强为0I 的自然光通过该偏振片后，出射光强为 ，再通过一电气石偏振片（作为检偏器）后，光强的范围在 8、如图所示的杨氏双缝干涉装置，若用单色自然光照射狭缝S ，在屏幕上能看到干涉条纹．若在双缝S 1和S 2的一侧分别加一同质同厚的偏振片P 1、P 2，则当P 1与P 2的偏振化方向相互______________时，在屏幕上仍能看到很清晰的干涉条纹． 三、计算题 1、波长500=λnm 的平行光，垂直地入射于一宽度为0.1=b mm 的单缝上，若在缝的后面有一焦距为100=f cm 的凸透镜，使光线聚焦于屏上，试问从衍射图样的中心到下列各点的距离如何？（1）第一级极小处（2）第一级亮条纹的极大处（3）第三级极小处。 P 2 P 1
第3、4节光的衍射与偏振__激光 1.障碍物或孔的尺寸比波长小或与波长相差不多时，光将发生明显的 衍射现象。 2．单色光的单缝衍射图像是中央一条较宽较亮的条纹，两边是对称 而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过单 缝产生的衍射图像中央是一条白条纹，两边是很快减弱的彩色条 纹。 3．自然光透过偏振片后形成线偏振光，偏振光通过偏振片的情况与 光的偏振方向和偏振片的偏振方向的夹角有关。 4．激光是人工产生的相干光，是原子受激辐射产生的光，具有频率 单一、强度大、相干性好等特点。 (1)定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现亮条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑。 (2)衍射图样：衍射时产生的明暗条纹或光环。 (3)单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为一条较宽较亮的条纹，两边是对称而明暗相间的条纹，亮条纹的强度向两边很快减弱。白光通过狭缝时，中央为白条纹。两边是很快减弱的彩色条纹。 (4)圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 (5)泊松亮斑：障碍物的衍射现象。 在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 [跟随名师·解疑难] 1．三种衍射图样的特点比较 (1)单缝衍射图样： ①中央条纹最亮，越向两边越暗；条纹间距不等，越靠外，条纹间距越小。 ②缝变窄通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低。 ③中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关，入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 ④用白光做单缝衍射时，中央亮条纹仍然是最宽最亮的白条纹。 (2)圆孔衍射图样： ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条