物理光學(xué)練習(xí)冊答案完整版

1、物理光學(xué)知識點匯總一、 名詞：（共41個）1、 全 反 射：光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)，并且當(dāng)入射角大于臨界角時，在兩個不同介質(zhì)的分界面上，入射光全部返回到原介質(zhì)中的現(xiàn)象，就叫全反射。2、 折射定律：折射光位于由入射光和法線所確定的平面內(nèi)。折射光與入射光分居在法線的兩側(cè)。折射角與入射角滿足：。3、 瑞利判據(jù)：（注：考試時答哪個都對）定義一：一個點物衍射圖樣的中央極大與近旁另一點物衍射圖樣的第一極小重合，作為光學(xué)系統(tǒng)的分辨極限，認(rèn)為此時系統(tǒng)恰好可以分辨開兩個點物，稱此分辨標(biāo)準(zhǔn)為瑞利判據(jù)。定義二：兩個波長的亮條紋只有當(dāng)它們合強度曲線中央極小值低于兩邊極大值的0.81時才能被分辨開。4、 干 涉：在

2、兩個（或多個）光波疊加的區(qū)域，某些點的振動始終加強，另一些點的振動始終減弱，形成在該區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的光強強弱分布的現(xiàn)象。5、 衍 射：通俗的講，衍射就是當(dāng)入射光波面受到限制后，將會背離原來的幾何傳播路徑，并呈現(xiàn)光強不均勻分布的現(xiàn)象。6、 倏 逝 波：沿著第二介質(zhì)表面流動的波。7、 光拍現(xiàn)象：光強隨時間時大時小變化的現(xiàn)象。8、 相干光束會聚角：對應(yīng)干涉場上某一點P的兩支相干光線的夾角。9、 干涉孔徑角：對于干涉場某一點P的兩支相干光線從光源發(fā)出時的張角。10、 缺級現(xiàn)象：當(dāng)干涉因子的某級主極大值剛好與衍射因子的某級極小值重合，這些主極大值就被調(diào)制為零，對應(yīng)級次的主極大就消失了，這種現(xiàn)象就是缺級。11

3、、 坡印亭矢量（34、輻射強度矢量）：它表示單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向的，單位面積的電磁能量的大小。它的方向代表的是能量流動的方向，。12、 相干長度：對于光譜寬度為的光源而言，能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象的最大光程差。13、 發(fā)光強度：輻射強度矢量的時間平均值。14、 全偏振現(xiàn)象（15、布儒斯特角）：當(dāng)入射光是自然光，入射角滿足時，即反射光中只有波，沒有波，這樣的現(xiàn)象就叫全偏振現(xiàn)象。此時的入射角即為布儒斯特角， 16、馬呂斯定律：從起偏器出射的光通過一檢偏器，透過兩偏振器后的光強隨兩器件透光軸的夾角而變化，即稱該式表示的關(guān)系式為馬呂斯定律。17、 雙 折 射：一束光射向各向異性的介質(zhì)中，分為兩束的現(xiàn)

4、象。18、 光柵的色分辨本領(lǐng)：指可分辨兩個波長差很小的譜線的能力。，其中，為光柵能分辨的最小波長差；為級次；為光柵總縫數(shù)（光柵總線對數(shù)）。19、 自由光譜范圍：F-P干涉儀或標(biāo)準(zhǔn)具能分辨的最大波長差，用表示。20、 衍射光柵：能對入射光波的振幅或相位進行空間周期性調(diào)制，或?qū)φ穹拖辔煌瑫r進行空間周期性調(diào)制的光學(xué)元件稱為衍射光柵。21、 光源的臨界寬度：條紋對比度剛好下降為0時的光源寬度。22、 光源的許可寬度：一般認(rèn)為，當(dāng)光源寬度不超過其臨界寬度的時條紋對比度依然是很好的（），我們把此時的光源寬度稱為光源的許可寬度。23、 晶體的主平面：光線在晶體中的傳播方向與晶體光軸組成的平面稱為該光線的主

5、平面。24、晶體的主截面：晶體光軸和晶面法線組成的面為晶體的主截面。28、 線 色 散：把波長相差的兩條譜線分開的線距離。29、 角 色 散：把波長相差的兩條譜線分開的角距離。30、 光學(xué)成像系統(tǒng)的分辨率：是指它能分辨開兩個靠近的點物或物體細(xì)節(jié)的能力。31、 晶體的光軸：晶體中存在的一個特殊的方向，當(dāng)光在晶體中沿此方向傳播時不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。32、 標(biāo)準(zhǔn)具的自由光譜范圍：標(biāo)準(zhǔn)具能分辨的最大波長差，用表示。 38、 反射定律：反射光線位于由入射光線和法線所確定的平面內(nèi)；反射光線和入射光線位于法線兩側(cè)；反射角與入射角絕對值相等，符號相反，即。40、 相 速 度：等相面的傳播速度。41、 群 速 度

6、：振幅恒值點的移動速度。45、 橫向相干寬度：當(dāng)光源寬度等于臨界寬度時，通過，兩點的光不能發(fā)生干涉，則稱此時的，之間的距離為橫向相干寬度。46、 空間相干性：若通過光波場橫方向上兩點的光在空間相遇時能夠發(fā)生干涉，則稱通過這兩點的光具有空間相干性。47、 時間相干性：若同一光源在相干時間內(nèi)不同時刻發(fā)出的光，經(jīng)過不同的路徑相遇時能夠產(chǎn)生干涉，則稱光的這種相干性為時間相干性。48、 相干時間：我們把光通過波列長度或相干長度所需的時間稱為相干時間。51、條紋位相差半寬度：條紋中強度等于峰值一半的兩點間的相位差距離。52、條紋精細(xì)度：相鄰的兩個條紋間的相位差距離與條紋位相差半寬度之比，記作，。57、 二

7、向色性：有些各向異性的晶體對不同振動方向的偏振光有不同的吸收系數(shù)，這種特性稱為二向色性；晶體的二向色性還與波長有關(guān)，即具有選擇吸收特性；此外，一些各向同性介質(zhì)在受到外界作用時也會產(chǎn)生各向異性，并具有二向色性。58、 條紋對比度/可見度：它表現(xiàn)了干涉場中某處條紋亮暗反差的程度，其中和分別是所考察位置附近的最大光強和最小光強。二、簡答知識點：1、用電磁理論說明日常生活中的金屬為什么都是不透明的。 光在金屬中的穿透深度一般為幾個納米。日常生活中的金屬，即使是金屬薄片，它的厚度也遠(yuǎn)大于這個尺寸，所以日常生活中的金屬都是不透明的。2、電磁場波動方程的數(shù)學(xué)表示式電場的波動方程：； 磁場的波動方程：3、平面

8、波、球面波、柱面波的一般式平面波：；球面波：；柱面波：4、電磁波是如何相互激發(fā)產(chǎn)生的變化的電場產(chǎn)生交變的磁場，交變的磁場產(chǎn)生變化的電場，從而，電場和磁場相互激發(fā)，以一定的速度由近及遠(yuǎn)傳播開來就形成了電磁波。5、原子發(fā)光特點實際原子發(fā)出的是一段兒一段兒有限大的波列；振幅在持續(xù)時間內(nèi)保持不變或變化緩慢；前后波列之間沒有固定的相位關(guān)系； 各個波列的振動方向不同。6、金屬中光波與倏逝波的異同點 相同點：都是平面波； 不同點：金屬中光波沿垂直界面方向傳播；倏逝波沿界面方向傳播。金屬中光波振幅在垂直界面方向按指數(shù)衰減，振幅衰減方向與傳播方向相同，能量迅速消耗；倏逝波的振幅在垂直界面方向按指數(shù)衰減，振幅衰減

9、方向與傳播方向相垂直，沒有能量損失。7、駐波是如何形成的，駐波的波節(jié)和波腹的位置是否隨時間而發(fā)生變化兩個頻率相同、振動方向相同、傳播方向相反的單色光波疊加而成。波節(jié)和波腹的位置不隨時間而變。8、平面電磁波性質(zhì)平面電磁波是橫波 ，并且構(gòu)成右手螺旋系 和同相位9、各向同性均勻介質(zhì)的物質(zhì)方程表示式及各個物理量的意義 電導(dǎo)率； 介電常數(shù)； 磁導(dǎo)率10、微分形式的麥克斯韋方程組及各物理量的意義電感強度； 磁感強度；電場強度；磁場強度；自由電荷體密度；傳導(dǎo)電流密度；位移電流密度。11、分波前法和分振幅法的區(qū)別及其典型代表分波前法，截取的是同一波面的不同部分，再度匯合并且干涉。典型代表：楊氏干涉分振幅法，截

10、取的是同一波面的相同部分，再度匯合并且干涉。典型代表：平行平板雙光束干涉。12、常見的獲取相干光波的方法答：分波前法：對于波動場截取同一波面的不同部分，再度匯合并且干涉；分振幅法：對于波動場截取同一波面的相同部分，再度匯合并且干涉。13、發(fā)生干涉的條件 答：頻率相同； 振動方向相同；相位差恒定； 光程差小于波列長度。14、影響干涉條紋對比度的因素 兩相干光束的振幅比； 光源的大小； 光源的非單色性。15、定域條紋和非定域條紋的區(qū)別非定域條紋：由單色點源照明所產(chǎn)生的光波疊加區(qū)域，任何一個平面上都能觀察到的干涉條紋。定域條紋：只能在定域面及其附近觀察到的干涉條紋。定域面，指當(dāng)光源為擴展光源時，總可

11、以找到一個平面，在該平面及其附近可觀察到清晰的干涉條紋，此平面就是定域面。16、用眼比用儀器更易找到條紋的原因人眼具有自動調(diào)節(jié)能力，能使最清晰的干涉條紋成像在視網(wǎng)膜上；人眼的瞳孔比一般的透鏡的孔徑小得多，限制了擴展光源的實際有效尺寸，加大了人眼觀察干涉條紋區(qū)域的定域深度；綜上所述，用人眼更容易找到干涉條紋。17、肥皂泡為什么是彩色的、明暗相間的構(gòu)成肥皂泡的水膜很薄，且受重力影響導(dǎo)致上薄下厚，形成薄楔板；楔板在自然光照射下形成干涉，薄楔板干涉的定域面在楔板附近，因此人們看到的條紋在肥皂泡上。又因為入射光為復(fù)色光，干涉條紋的形成與波長相關(guān)，所以形成彩色的明暗相間條紋。18、彩色肥皂泡在快要破裂時會

12、變暗的原因形成肥皂泡的水膜構(gòu)成楔板，并在肥皂泡附近形成彩色的干涉條紋；楔板光程差：，在快要破裂時，為暗紋，因此肥皂泡在快要破裂時會失去色彩并變暗。19、雙光束干涉與多光束干涉在條紋上的差異，哪一種更好雙光束干涉條紋的亮條紋與暗條紋的寬度近似相等，而多光束干涉條紋則非?！懊麂J”。雙光束干涉條紋的亮暗過度比較平緩不夠鮮明而多光束干涉條紋則明暗分界特別清晰。雙光束干涉條紋的條文對比度較差而多光束干涉條紋的條紋對比度較高。綜上，多光束干涉更好。20、泰曼-格林干涉儀與邁克爾遜干涉儀的區(qū)別25光源：泰曼-格林干涉儀使用單色點光源。邁克爾遜干涉儀使用擴展光源，且可用復(fù)色光。結(jié)構(gòu)：泰曼-格林干涉儀不用補償板

13、。邁克爾遜干涉儀必用補償板。21、圓孔、圓屏菲涅耳衍射現(xiàn)象及圓孔的夫瑯和費衍射現(xiàn)象三者區(qū)別圓孔菲涅耳衍射：圖樣是一組亮暗交替的同心圓環(huán)條紋，中心可能是亮點也可能是暗點。圓屏菲涅耳衍射：是中心為亮點，周圍有一些亮暗相間的圓環(huán)條紋圓孔的夫瑯和費衍射：產(chǎn)生的是明暗相間，非等間隔同心圓環(huán)形條紋，其中央“愛里斑”集中了80%以上的能量。22、望遠(yuǎn)鏡、照相物鏡、顯微鏡的分辨率定義及相應(yīng)公式望遠(yuǎn)鏡：恰好分辨時，兩點物對望遠(yuǎn)物鏡的張角（）。瑞利叛據(jù)； 道威叛據(jù)。照相物鏡：像面上每毫米能分辨的線對數(shù)（N）。瑞利叛據(jù)； 道威叛據(jù)。顯微鏡：用能分辨的物方的最小線值（）。瑞利叛據(jù)； 道威叛據(jù)。23、惠更斯菲涅耳原理（

14、1）惠更斯原理：波前（波面）上的一點都可以看作為一個發(fā)出球面子波的次級擾動中心，在后一個時刻這些子波的包絡(luò)面就是新的波前。（2）菲涅耳在惠更斯原理的基礎(chǔ)上補充了“子波相干疊加”。24、垂直入射及任意角入射時的光柵方程垂直入射時的光柵方程：。任意角入射時的光柵方程：。25、閃耀光柵的光柵方程（分光線垂直單個槽面入射和光線垂直光柵面入射兩種情況）光線垂直單個槽面入射：。光線垂直光柵面入射：。26、產(chǎn)生偏振光的方法利用折反射產(chǎn)生線偏振光； 利用二向色性產(chǎn)生線偏振光；利用雙折射產(chǎn)生線偏振光； 利用光的色散產(chǎn)生線偏振光。27、波片的分類方法、作用、材料 常用材料：云母 分類：全波片、半波片、波片（1）全

15、波片：相位延遲的波片。其作用是：產(chǎn)生整數(shù)倍的相位延遲，不改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。（2）半波片：相位延遲的波片。其作用是：使入射的線偏振光振動方向發(fā)生改變；使入射的圓偏振光改變旋向。（3）波片：相位延遲的波片。其作用是：改變偏振類型。28、自然光獲取圓偏振光或橢圓偏振光的方法（1）自然光獲取橢圓偏振光：自然光先通過一個起偏器，產(chǎn)生線偏振光，再通過一個波片，波片的的快（慢）軸與起偏器的透光軸夾角不為和時，出射橢圓偏振光。（2）自然光獲取圓偏振光：自然光先通過一個起偏器，產(chǎn)生線偏振光，再通過一個波片，當(dāng)波片的的快（慢）軸與與起偏器的透光軸夾角為時，出射圓偏振光。待測線偏振光檢偏器光電倍增管29、測定線偏

16、振光振動方向的方法 答：裝置如圖，旋轉(zhuǎn)檢偏器，并將檢偏器停在消光位置，則被測線偏振光振動方向恰與檢偏器透光軸方向垂直。30、橢圓偏振光（或圓偏振光）的旋向如何判定 答：右旋，左旋，31、區(qū)別橢圓偏振光、自然光+橢圓偏振光、自然光+線偏振光的方法檢偏器接收器波片待區(qū)分光 答：將檢偏器停在透射光強最大位置之后，在檢偏器前放入波片，并使它的快軸與檢偏器透光軸平行，然后轉(zhuǎn)動檢偏器進行觀察。當(dāng)橢圓偏振光入射時，通過波片后變成了線偏振光，轉(zhuǎn)動檢偏器可以看到有兩個消光位置；當(dāng)線偏振光與自然光混合而成的部分線偏振光入射時，通過波片后仍為部分線偏振光，若將波片轉(zhuǎn)過45，它將變?yōu)椴糠謭A偏振光，因此檢偏器轉(zhuǎn)動時光強

17、不變；當(dāng)橢圓偏振光與自然光混合而成的部分橢圓偏振光入射時，通過波片后將變?yōu)椴糠志€偏振光，若將波片轉(zhuǎn)過45，它仍然是部分橢圓偏振光，因此轉(zhuǎn)動檢偏器時仍然出現(xiàn)光強的明暗變化。三、作圖題：1、楊氏干涉裝置，不同位置處的干涉圖樣，干涉場上任意P點的干涉孔徑角和相干光束會聚角畫法。 在和連線的垂直平面上，得到的交線形成圓環(huán)形條紋。而在、連線的等分線的遠(yuǎn)方，得到的是等距直條紋。LMPS在其他平面上得到雙曲線狀條紋。2、平面菲索干涉儀的裝置原理圖，平面度計算公式。平面度計算公式：。 3、邁克耳遜干涉儀的裝置原理圖，各元器件的功能及測波長公式。、：平面鏡，作用：改變光路方向。D：分光板，作用：將光路一分為二。

18、C：補償板，作用：補償由色散引起的光程差。L：透鏡，作用：合二為一形成干涉。測波長公式：，其中，移動的距離。 冒出或縮進條紋的個數(shù)。4、法布里珀羅干涉儀的原理光路圖，及其干涉條紋的特點。干涉條紋特點：條紋為多光束干涉等傾條紋，特別明銳。5、光線垂直照射時，多縫的夫瑯和費衍射光強分布曲線圖（已知N、d、a）。 以四縫為例N=4，a=0.1mm，d=0.3mm ，n=1，m=3；n=2，m=6；n=3，m=9（圖略）6、作圖法確定楔板的定域面S7、格蘭棱鏡、渥拉斯頓棱鏡、洛匈棱鏡產(chǎn)生偏振光的原理光路及其特點。 （1）格蘭棱鏡： （3）洛匈棱鏡：（二）SP （一）自然光73 SP自然光（一）（二）特

19、點：“一入一出，產(chǎn)生S線偏振光” （2）渥拉斯頓棱鏡： （二）（一）自然光PS 特點：“一入二出，水平出射P線偏振光，傾斜出射S線偏振光”特點：“一入二出，產(chǎn)生夾角為的兩支線偏振光”四、計算重點題： 第十一章：303頁6、一束線偏振光以45角從空氣入射到玻璃的界面，線偏振光的電矢量垂直于入射面，試求反射系數(shù)和透射系數(shù)。設(shè)玻璃折射率為1.5。解：由折射定律有所以，反射系數(shù)為 透射系數(shù)為 7、太陽光（自然光）以60角入射到窗玻璃（）上，試求太陽光的透射比。解： 12、一個光學(xué)系統(tǒng)由兩片分離透鏡組成，兩透鏡的折射率分別為1.5和1.7，求此系統(tǒng)的反射光能損失。如透鏡表面鍍上增透膜，使表面反射比降為0

20、.01，問此系統(tǒng)的光能損失又為多少？設(shè)光束以接近正入射通過各反射面。解：設(shè)4個面反射比依次為，其透射比分別為， ，則有：， ， ， 即損失20鍍膜后：， ， 即損失414、線偏振光在玻璃-空氣界面上發(fā)生全反射，線偏振光的方位角，問線偏振光以多大角度入射才能使反射光的s波和p波的相位差等于45，設(shè)玻璃折射率。解：已知， 即： 又代入上式21、兩束振動方向相同的單色光在空間某一點產(chǎn)生的光振動分別表示為和，若，和，求和振動的表示式。解：該點的合振動為 其中： 綜上 ：24、 有一菲聶耳棱體，其折射率為1.5，入射線偏振光的電矢量與入射面成45角，求：（1）棱體的頂角多大時，從棱體能射出圓偏振光？解：

21、產(chǎn)生圓偏振光，即出射與入射s波與p波總相位差為，則每次反射， 需滿足即，第十二章：334頁2、在楊氏實驗中，兩小孔距離為1mm，觀察屏離小孔的距離為50cm，當(dāng)用一片折射率為1.58的透明薄片貼住其中一個小孔時，發(fā)現(xiàn)屏上的條文系移動了0.5cm，試確定試件厚度。解：加入薄片前加入的薄片后3、一個長30mm的充以空氣的氣室置于楊氏裝置中的一個小孔前，在觀察屏上觀察到穩(wěn)定的干涉條紋系。繼后抽去氣室中的空氣，注入某種氣體，發(fā)現(xiàn)條紋系移動了25個條紋，已知照明光波波長，空其折射率。試求注入氣室內(nèi)氣體的折射率。解： 8、在等傾干涉實驗中，若照明光波的波長，平板厚度h=2mm，折射率n=1.5，其下表面涂

22、上某種高折射率介質(zhì)。問（1）在反射光方向觀察到的圓條文中心是暗還是亮？（2）由中心向外計算，第10個亮環(huán)的半徑是多少？（觀察望遠(yuǎn)物鏡的焦距為20cm）；（3）第10個亮環(huán)處的條紋間距是多少？解：（1）因為平板下表面有高折射率膜，所以 9、用氦氖激光照明邁克耳遜干涉儀，通過望遠(yuǎn)鏡看到視場內(nèi)有20個暗環(huán)，且中心是暗斑，然后移去反射鏡，看到暗環(huán)條紋收縮，并且一一在中心消失了20個環(huán)，此時視場內(nèi)只有10個暗環(huán)，試求（1）移動前中心暗斑的干涉級次（0設(shè)干涉儀分光版不鍍膜）；（2）移動后第5個暗環(huán)的角半徑。解：（1）移動前：中心： 邊緣： 移動前：中心： 邊緣： - - 代入，有 把代入再減，有 把代入，（2）中心為暗紋，從中心，往外第N個暗環(huán)角半徑為19、F-P標(biāo)準(zhǔn)具的間隔為2.5mm，問對于 光，條紋系中心的干涉級是多少？如果照明光波包含波長500nm和稍小于500nm的兩種光波，它們的環(huán)條紋距離為條紋間距，問未知光波的波長是多少？解：(1) (2) 又， 第十三章：376頁2、波長的單色光垂直入射到邊長為3cm的方孔上，在光軸（它通過孔中心并垂直方孔平面）附近離孔z處觀察衍射，試求出夫瑯和費衍射區(qū)的大致范圍。解：因為