現(xiàn)代光學基礎試卷及答案

東南大學考試卷（A卷）課程名稱 現(xiàn)代光學基礎 考試學期10-11-2得分 適用專業(yè) 考試形式閉卷考試時間長度120分鐘題目四五.六七八總分得分批閱人自覺遵守考名場姓紀律一、選擇和填空題（共18題,共36分,每題二分）、自覺遵守考名場姓紀律將折射率為1.50的有機玻璃浸沒在油中，油的折射率為1.10，試問光線從有機玻璃射向有機玻璃與油的界面時全反射臨界角是（A）A、arcsin（1.10/1.50）；B、1.10/1.50；C、arctan（1.10/1.50）；D、arccos（1.10/1.50）；E、arctan（1.50/1.10）。楊氏實驗裝置中，光源的波長為600nm,兩狹縫的間距為2mm,試問在離縫300cm處的光屏上觀察到干涉花樣的間距是多少毫米（B）A、4.5mm；B、0.9mm；C、3.1mm；D、4.1mm；E、5.2mm。如考試作弊3．在下列光的實驗中,正確的說法是：（A）如考試作弊A、 法布里-珀羅干涉儀是多光束干涉儀；B、 邁克耳遜干涉儀是分波面干涉儀；C、 夫瑯禾費衍射是一種近場衍射；D、 楊氏雙縫干涉是分振幅干涉儀。此答卷無效一物體置于焦距為8cm的薄凸透鏡左邊12cm處，將另一焦距為6cm的薄凸透鏡放在第一個透鏡右側30cm處，最后成像的性質是：（E）此答卷無效A、倒立的實像；B、放大的虛像；C、放大的實像；D、縮小的虛像;E、 成像于無窮遠處。假定汽車車燈的波長是500nm的綠光，汽車兩個前車燈的間距為1.22m，人眼在夜間的瞳孔直徑D=5mm,考慮光波衍射所產生的影響，人眼能區(qū)分兩只汽車前燈的最大距離是多少公里（C）？A、1km；B、3km；C、10km；D、30km；E、100km。對于理想光具組基點和基面的描述，以下說法錯誤的是（B）主點是一對共軛點；B.焦點是一對共軛點；C.節(jié)點是一對共軛點；D.兩主平面上的任一對等高點共軛。在邁克爾遜干涉儀的一條光路中放入一折射率為n,厚度為d的透明介質片，放入后兩光路的光程差改變量為：（A）A、2(n-1)d； B、2nd； C、nd；D、(n-1)d。在真空中行進的單色自然光以布儒斯特角iB=57。入射到平玻璃板上，下列敘述中哪一種是不正確的？（D）A、玻璃板的折射率等于taniB；B、反射光與折射光夾角為90。；C、折射光為部分偏振光；D、反射光的電矢量振動面平行于入射面。線偏振光垂直入射到方解石波片上，線偏振光的振動面與主截面成0角，則與波片中的。光和e光對應的出射光的振幅比為：（C）A、sin0；B、cos0；C、tan0；D、ctg0。牛頓環(huán)實驗裝置為：以平凸透鏡置于一平板玻璃上構成。以平行單色光從上向下投射，并在反射方向觀察可看到許多明暗相間的同心圓環(huán)，這些圓環(huán)的特點為（D）A、 接觸點是明的，明暗條紋是等間距的同心圓環(huán)；B、 接觸點是明的，明暗條紋是不等間距的同心圓環(huán)；C、 接觸點是暗的，明暗條紋是等間距的同心圓環(huán)；D、 接觸點是暗的，明暗條紋是不等間距的同心圓環(huán)。轉動檢偏器觀察一束光，強度有最大但無消光位置。在檢偏器前置一1/4波片，使其光軸與上述強度最大方向平行，轉動檢偏器觀察時有一消光位置，問這束光是：（D）A、自然光；B、線偏振光；C、部分偏振光；D、橢圓偏振光。單色平面光波投射到一個小孔上，在孔對稱軸線上的一點P處進行觀測，圓孔恰好露出了3個半波帶。則此時P處的光強應為自由傳播時（無小孔）光強的（B）倍A、3倍；B、4倍； C、16倍；D、36倍。13．對于望遠鏡的放大本領而言，以下描述正確的是（C）A、 開普勒望遠鏡所成的是正立的像；B、 伽利略望遠鏡的物鏡和目鏡像方焦距均為正值；C、 伽利略望遠鏡的目鏡為凹透鏡；D、 望遠鏡的角放大率M=-f'/f'。目物夫瑯和費單縫衍射實驗中，若將透鏡垂直于軸線向上微微平移，則（A）。A、零級條紋跟著上移；B、零級條紋向相反方向移動；C、零級條紋保持不變；D、以上答案都不正確。將鈉燈發(fā)射的黃光垂直投射于某一衍射光柵。而這種黃光包含著鈉雙線的波長分別為5890A和5895.9A。若為了分辨第三級光譜中的鈉雙線，光柵的刻線數最少為：（B）A、222； B、333；C、444；D、555。以下說法錯誤的是（D）A、 隱失場是非傳播場；B、 隱失波的信息都包含在近場范圍內；C、 隱失波隨著離開物體表面在空間急劇衰減；D、 隱失場是輻射場。

激光掃描共焦顯微鏡運用了空間濾波技術來提高系統(tǒng)的信噪比，為了達到上述目的，在系統(tǒng)中（B）A、 運用激光作為照明光源；B、 光探測器前放置了小孔光闌；C、 插入了光束掃描裝置；D、 運用了計算機數據采集軟件。波長為九=555nm輻通量為1瓦的光源其對應的光通量為（683或Km）流明，波長為九=800nm輻通量為10瓦的光源其對應的光通量為（0 ）流明。二、問答題（共三題,共24分,每題8分）1、（8分）如圖所示的夫瑯禾費衍射裝置，若分別用（a）遮住S］縫；（b）遮住S2縫；（c）S1縫、S2縫均開啟，試分析出現(xiàn)在觀察屏上的條紋分布（分析主最大位置、最小值位置等）。觀察屏觀察屏解：（a）夫瑯和費單縫衍射的中央主最大在透鏡的主軸上，最小值位置在sin9=比；b（b） 夫瑯和費單縫衍射花樣和（a）完全一樣，不發(fā)生變化或位移；（c） 夫瑯和費雙縫衍射，主最大位置為sin9= j=0,±1，±2…，d其中d=a+b；整個花樣受單縫衍射調制，雙縫干涉最小值位置是,j'尢sin9= j'H±2,±4,±6…；2d整個花樣受單縫衍射調制，單縫衍射最小值位置是sin9=令2、（8分）設晶體是負單軸晶體，玻璃的折射率為n分別繪出下列兩種情形下自然光經過如圖所示的棱鏡后雙折射光線的傳播方向和振動方向。（注：其中折射時折射角不必精確，但必需能看出是大于、等于還是小于入射角）

自然光?\晶體倉\光軸自然光?\晶體倉\光軸J玻璃\ ?o光e光1)n=neo光e光3、（8分）汽車的后視鏡都采用凸面反射鏡，請證明凸面反射鏡前任意位置（IS|>0）的實物經凸面反射鏡所成的像為一縮小的正立虛像。112證明：根據丄+1=2，根據符號法則，對于凸面反射鏡而言，假定光從左側s'sr1212121入射總有：r>0；-s>0；即有一；=———=—+ =+-srsr-srIsI對上式進行改寫可得：邑=IsI2l￡l+1r上式右邊始終為正，可見所成的像與物在凸面鏡的兩側，故實物所成的為正立的一<1，所成的像始終為縮小的像。+一<1，所成的像始終為縮小的像。+1r三、計算題（共四題,共40分,.每題10分）IsI21sI1、（10分）折射率為1.5的平凹透鏡與平板玻璃構成如圖所示的干涉裝置，中間的空腔充滿折射率為1.33的水，波長為589.3nm的平行光垂直入射時可看到反射光的4個圓環(huán)形干涉暗條紋及中心暗斑：（1）圖中邊緣處條紋是暗條紋還是亮條紋？（2） 求水溶液中心處的厚度？（3） 若將空腔中溶液換成折射率為1.62的CS2溶液，圖中邊緣處的條紋是暗紋還是亮紋？此時能看到幾條暗條紋？解：（1）根據圖判斷，干涉條紋的暗紋公式為：2nh+-=（2j+1）-，圖中邊緣處厚度為0,對應的應該是0級暗條紋。即邊緣處22為暗條紋。（2）4條暗條紋對應的干涉級數分別為0，1，2，3。故水溶液中心可能的最大厚度處應該對應j=4，此時厚度為：

hmax_4九_4x0.5893hmax2n 2x1.33（3）如空腔中的溶液折射率改為1.62，對應的干涉條紋的暗紋公式仍為：2nh+-_（2j+1）-，圖中邊緣處厚度為0,對應的仍是0級暗條紋。即邊緣處為22暗條紋。對應的條紋數應為j=INT（ ）+1=5九此時能看到5條暗條紋。2.（102.（10分）如圖所示，單色平行光斜入射到透射式衍射光柵上，入射方向與光柵解：①如圖（a）所示，入射光線方向與衍射方向位于法線兩側，則1級衍射角為:dsin0-dsin0_X0如圖（b）所示，入射光線方向與衍射方向位于法線同側，則1級衍射角為:dsin0'+dsin0_X0聯(lián)立求解上述兩式，得：sin0sin00_2(sin0-sin0')即0_arcsin[—(sin50o-sin20。)_12.2。02②X_d(sin0一sin0。)_1x(sin50°一sinl2.2°)_0.555pm3?10分）顯微鏡物鏡的焦距為1cm，物鏡的數值孔徑為0.25；目鏡焦距為3cm,兩鏡間距為20cm。求此顯微鏡的放大本領是多少？如照明光源的波長為0.58um,求此顯微鏡的分辨本領是多少？物體置于物鏡左側的何處時，才能最終成像在目鏡左方25厘米處？解：(1)已知f解：(1)已知f1'=1cm，f2'=3cm，l=20cm，根據顯微鏡放大本領計算公式：l25cm_166.6122）根據顯微鏡分辨本領計算公式?=0-61nsinu=。間般=14152⑶s2'=-25cm，代入成像公式1 11由——-一= 得s2=—2.68cm.s's f' 2222s2=-(20-S]')cm,得S]'=17.32，代入成像公式11s's1得11s's1得S]=—1.06cm.物體應放在物鏡左方1.06厘米處。4、（10分）如圖所示，在兩個偏振片P］和P2中插入厚度d滿足（n°-ne）d=—九/3的石英波片W,波片的光軸與偏振片P1和P2透振方向的夾角分別為45°和30°。光強為I0的單色平行自然光垂直入射到該裝置，忽略吸收和反射等損耗，求出射光波的偏振態(tài)和光強。光軸光軸解：（1）從第一個偏振片出來的是線偏振光，偏振光方向沿著P1透振方向，1區(qū)光強為I0/2。（2） 經過玻片后分解為o光和e光2冗A=Asin45°,A=Acos4