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1、光的衍射计算题1. 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两秏波长l1和l2，垂直入射于单缝上假如l1的第一级衍射极小与l2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，是否还有其他极小相重合？ 解：(1) 由单缝衍射暗纹公式得 由题意可知 , 代入上式可得 3分 (2) (k1 = 1, 2, ) (k2 = 1, 2, ) 若k2 = 2k1，则q1 = q2，即l1的任一k1级极小都有l2的2k1级极小与之重合 2分2. 波长为600 nm (1 nm=10-9 m)的单色光垂直入射到宽度为a=0.10 mm的单缝上，观察夫琅
2、禾费衍射图样，透镜焦距f=1.0 m，屏在透镜的焦平面处求： (1) 中央衍射明条纹的宽度D x0； (2) 第二级暗纹离透镜焦点的距离x2 解：(1) 对于第一级暗纹，有a sinj 1l因j 1很小，故 tg j 1sinj 1 = l / a 故中央明纹宽度 Dx0 = 2f tg j 1=2fl / a = 1.2 cm 3分(2) 对于第二级暗纹，有 a sinj 22l x2 = f tg j 2f sin j 2 =2f l / a = 1.2 cm 2分3. 在用钠光(l=589.3 nm)做光源进行的单缝夫琅禾费衍射实验中，单缝宽度a=0.5 mm，透镜焦距f=700 mm求
3、透镜焦平面上中央明条纹的宽度(1nm=10-9m)解： a sinj = l 2分 = 0.825 mm 2分 Dx =2x1=1.65 mm 1分4. 某种单色平行光垂直入射在单缝上，单缝宽a = 0.15 mm缝后放一个焦距f = 400 mm的凸透镜，在透镜的焦平面上，测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm，求入射光的波长解：设第三级暗纹在j3方向上，则有 a sinj3 = 3l 此暗纹到中心的距离为 x3 = f tgj3 2分因为j3很小，可认为tgj3sinj3，所以 x33f l / a 两侧第三级暗纹的距离是 2 x3 = 6f l / a = 8.0m
4、m l = (2x3) a / 6f 2分 = 500 nm 1分5. 用波长l=632.8 nm(1nm=109m)的平行光垂直照射单缝，缝宽a=0.15 mm，缝后用凸透镜把衍射光会聚在焦平面上，测得第二级与第三级暗条纹之间的距离为1.7 mm，求此透镜的焦距解：第二级与第三级暗纹之间的距离 Dx = x3 x2f l / a 2分 f a Dx / l=400 mm 3分6. (1) 在单缝夫琅禾费衍射实验中，垂直入射的光有两种波长，l1=400 nm，l2=760 nm (1 nm=10-9 m)已知单缝宽度a=1.010-2 cm，透镜焦距f=50 cm求两种光第一级衍射明纹中心之间
5、的距离 (2) 若用光栅常数d=1.010-3 cm的光栅替换单缝，其他条件和上一问相同，求两种光第一级主极大之间的距离解：(1) 由单缝衍射明纹公式可知 (取k1 ) 1分 1分 , 由于 , 所以 1分 1分则两个第一级明纹之间距为 =0.27 cm 2分 (2) 由光栅衍射主极大的公式 2分且有 所以 =1.8 cm 2分 7. 一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，l1=440 nm，l2=660 nm (1 nm = 10-9 m)实验发现，两种波长的谱线(不计中央明纹)第二次重合于衍射角j=60的方向上求此光栅的光栅常数d解：由光栅衍射主极大公式得 4分当两谱线重合
6、时有 j1= j2 1分即 1分两谱线第二次重合即是 ， k1=6， k2=4 2分由光栅公式可知d sin60=6l1 =3.0510-3 mm 2分8. 一束具有两种波长l1和l2的平行光垂直照射到一衍射光栅上，测得波长l1的第三级主极大衍射角和l2的第四级主极大衍射角均为30已知l1=560 nm (1 nm= 10-9 m)，试求: (1) 光栅常数ab (2) 波长l2解：(1) 由光栅衍射主极大公式得 3分 (2) nm 2分9. 用含有两种波长l=600 nm和500 nm (1 nm=10-9 m)的复色光垂直入射到每毫米有200 条刻痕的光栅上，光栅后面置一焦距为f=50 c
7、m的凸透镜，在透镜焦平面处置一屏幕，求以上两种波长光的第一级谱线的间距Dx解：对于第一级谱线，有： x1 = f tgj 1， sinj 1= l / d 1分 sinj tgj x1 = f tgj 1f l / d 2分l和l两种波长光的第一级谱线之间的距离 Dx = x1 x1= f (tg j 1 tgj 1) = f (ll) / d=1 cm 2分10. 以波长400 nm760 nm (1 nm10-9 m)的白光垂直照射在光栅上，在它的衍射光谱中，第二级和第三级发生重叠，求第二级光谱被重叠的波长范围解：令第三级光谱中l=400 nm的光与第二级光谱中波长为l 的光对应的衍射角都
8、为q， 则 d sinq =3l，d sinq =2 = (d sinq / )2=600nm 4分第二级光谱被重叠的波长范围是 600 nm-760 nm 1分11. 氦放电管发出的光垂直照射到某光栅上，测得波长l1=0.668 mm的谱线的衍射角为j=20如果在同样j角处出现波长l2=0.447 mm的更高级次的谱线，那么光栅常数最小是多少？解：由光栅公式得 sinj= k1 l 1 / (a+b) = k2 l 2 / (a+b)k1 l 1 = k2 l 2将k2 / k1约化为整数比k2 / k1=3 / 2=6 / 4=12 / 8 . k2 / k1 = l 1/ l 2=0.668 / 0.447 3分取最小的k1和k2 ， k1=2，k2 =3， 3分则对应的光栅常数(a + b) = k1 l 1 / sinj =3.92 mm 2分 12. 用钠光(l=589.3 nm)垂直照射到某光栅上，测得第三级光谱的衍射角为60 (1) 若换用另一光源测得其第二级光谱的衍射角为30，求后一光源发光的波长 (2) 若以白光(400 nm760 nm) 照射在该光栅上，求其第二级光谱的张角(1 nm= 10-9 m) 解：(1) (a + b) sinj = 3l a + b =3l / sinj ， j=60 2分
