光學期末考試試卷及答案2

《光學》試題

—'

題號—四五總分

12345678

得分

說明：本試卷共4頁，五道大題，滿分為100分，請考生仔細檢查，以免漏答。

一、單項選擇題(每小題2分，共10分)

1.波長為400nm和800nm的兩條譜線的瑞利散射強度之比為：

(A)2(B)16(C)4(D)32[]

2.全息照片記錄的是

(A)被拍照物體表面光波光強的分布.

(B)拍照物體表血光波相位的分布.

(C)物光與參考光的干涉圖樣.

(D)被拍照物體的像.

(E)被攝物體的倒立實像.[]

3.一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃,貝小

(A)反射光束是垂直于入射面振動，而透射光束平行于入射面振動，并都為線偏光.

(B)反射光束是平行于入射面振動的線偏振光，而透射光束是部分偏振光.

(0反射光束是垂直于入射面振動的線偏振光，而透射光束是部分偏振光.

(D)反射光束和透射光束都是部分偏振光.

[]

4.在單縫夫瑯禾費衍射實驗中，若增大縫寬，其他條件不變，則中央明條紋

(A)寬度變小.

(B)寬度變大.

(C)寬度不變，且中心強度也不變.

(D)寬度不變，但中心強度變小.[]

5.僅用一個偏振片觀察一束單色光時，發(fā)現(xiàn)出射光存在強度為最大的位置(標出此方向

W),但無消光位置.在偏振片前放置塊四分之波片，且使波片的光軸與標出的方向

平行，這時旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察到有消光位置，則這束單色光是

(A)線偏振光.(B)橢圓偏振光.

(C)圓偏振光.(D)自然光.

得分

二、填空題（每小題3分，共24分）

1.

能量為2電子伏特的光子頻率為o

（e=1,6X10l9C,〃=6.63xl0-"/s）

2.

?束單色光波在折射率為n的介質(zhì)中山A點傳播到B點，位相改變了2口,問光程改

變了?

3.

光柵衍射中，欲使雙縫夫瑯禾費衍射的中央峰內(nèi)恰好含有11條干涉條紋，則縫寬和縫間

距需要滿足什么條件。

4.

用波長4=632.8nm的光源照明邁克耳孫干涉儀測量長度時，發(fā)現(xiàn)一鏡移動?段距離后，

干涉條紋移動2000條，這段距離為mm。

5.

如圖所示的劈形薄膜，當上表面BB，平行地向上移動忖，條紋將向移動。

6.

用波長為X的單色光垂直照射折射率為〃2的劈形膜，各部分折射率的關(guān)系是?1<?2<

觀察反射光的干涉條紋，從劈形膜尖開始向右數(shù)第5條明條紋中心所對應的厚度e=

?束單色線偏振光沿光軸方向通過厚度為/的旋光晶體后，若旋光晶體對該

光的旋光率為a,則線偏振光的振動面發(fā)生，旋轉(zhuǎn)的角度的表示式為.

8.

激光器的基本結(jié)構(gòu)包括三部分，即、和

三、計算題（8小題，共56分）

1.（本題6分）

若空氣中一均勻球形透明體能將平行光束會聚于其背面的頂點上,此透明體的折射率應

等于多少？

2.體題6分）

用波長為632.8nm的激光束測量單縫寬度，若測得中心附近兩側(cè)第五個極小間的距離

為6.3cm,縫與屏的距離為5m,試求縫寬？

用K9玻璃（n=1.5136）制成HeWe激光腔上的布儒斯特片。問窗片的法線與激光軸夾

角應為多大？

題3.7圖

4.（本題6分）

楊氏干涉的應用之一是測氣體的折射率，其原理性結(jié)構(gòu)如下圖所示。

在S1后面放置長度為/的透明容器，當待測氣體注入容器而將空氣排出的過程中，接收屏

上的干涉條紋就會移動。由干涉條紋移動的數(shù)目可以推知待測氣體的折射率。設(shè)待測氣體的

折射率為國,且大于空氣的折射率no。如果充入的氣體為氯氣，/=2.0cm,條紋移動的數(shù)目

△根=20,光波波長4=589.3nm,空氣的折射率〃=1.000276,問（1）干涉條紋如何移動?（2）

待測氯氣的折射率是多少？

5.（本題8分）

在兩個正交偏振片之間插入第三個偏振片，自然光依次通過三個偏振片。求:

（1）當最后透過的光強為入射光強的@時.，插入偏振片的方位角；

（2）為使最后透過的光強為零，插入的偏振片應如何放置？

（3）能否找到插入偏振片的合適方位，使最后透過的光強為入射自然光強的3?

6.（本題8分）

?塊平面透射光柵，在1mm內(nèi)有500條狹縫，現(xiàn)對鈉光譜（彳=0-5893用11）進行觀察。

試求：

當光束垂直入射到光柵上時，最多能看到幾級光譜？（2）當光束以30°角入射時，情況如

何？

7.（本題8分）

光電管的陰極用逸出功為/=2.2eV的金屬制成，今用一單色光照射此光電管，陰極發(fā)

射出光電子，測得遏止電勢差為|“1=5.0V,試求：

（1）光電管陰極金屬的光電效應紅限波長；

（2）入射光波長.

（普朗克常量力=6.63X1034j.基本電荷e=1.6X10l9C）

8.（本題8分）

在通常亮度下，人眼瞳孔直徑約為3mm,若視覺感受最靈敏的光波長為550nm（1nm=

109m）,試問：

（1）人眼最小分辨角是多大？

（2）在教室的黑板上，畫的等號的兩橫線相距2mm,坐在距黑板10m處的同學能否看

清？（要有計算過程）

四、作圖（本題5分）

一束平行的自然光從空氣中垂直入射到方解石上，方解石（負晶體）的光軸在紙面內(nèi)，

方向如圖所示，試用惠更斯作圖法示意地畫出方解石中折射線的方向，并標明。光和e光及

其光矢量振動方向.

空氣

/光軸/'光軸

五、簡答題（5分）

實驗中常用半波片改變圓偏振光和橢圓偏振光的光矢量旋轉(zhuǎn)方向。試說明理由，并指出

半波片應如何放置？

第一學期

《光學》試卷標準答案及評分標準

所在院（系）：理學院

考試專業(yè)班級：應用物理專業(yè)

一、單項選擇題（每題2分，共10分）

1、B,2、C,3、C,4、A,5、B

二、填空題（每小題3分，共24分）

1.4.8xlO14Hz

2.4

d,

-=6

3.a

4.0.63mm

5.向下移動

2A

6.%

7.A0=al

8：工作物質(zhì)、激勵能源、光學諧振腔

三、計算題（56分）

1.（6分）

解設(shè)球體的半徑為R

據(jù)題意球面的焦距於2A

n—nn,

由=~^=73分

f'=-^R=2R

有n'-n

以小1代入，得〃'=2.06分

2.（6分）

解：激光束入射到單縫上可視為平行光入射，在縫后5m接收，這是夫瑯禾費衍

射。

單縫夫瑯禾費衍射，產(chǎn)生極小值的條件為

asm0=mAm=±l,±2-3分

sin^3-15xl°-2

據(jù)題意:5

5x632.8x10-9x5

=5xl0_4m=0.5mm

3.15x10-26分

3.（6分）

解窗片法線與激光軸間的夾角應為光從空氣入射到窗片上的布儒斯特角。

=tan-1也=tan-1"吼=56.595°=56°35'42〃

〃i1

4.（6分）

解（1）條紋向上移動。2分

,20/1

AM=W-W=-

⑵(%-〃o)乙=202,104分

,20x5893x10-1。

nr=+△〃=〃<?>■!------2-x-1-0-2;----

=1.000276+0.0005893=1.00086536分

5.（8分）

解據(jù)題意：設(shè)第三個偏振片與第一和第二個偏振片的透光軸夾角分別為夕和

--0

2,則透過三個偏振片后的光強為:

2222

/=—/0cos0cos(—-^)=—cosdsin?0=—sin20

22283分

]_

(1)若出射光強為入射光強的W,則sin220=l,J=45°5分

⑵若斤0,貝iJsiMz*。,6=0或90°7分

/=勾

⑶若2,sin2261=4,sin20=2

I=S

這是不可能的，即無論J為何值，都不會有28分

6.（8分）

解據(jù)題意有：當光垂直入射時

d=—=2x10-3mm

5001分

dsin6d.,.

機=----=—3.14,,

2%取整數(shù)34分

當光以30°角入射時

d（sin30°+sin0）=mA.

t/（sin30°+sin90"）

機max=-------2-------

3

2X10~（0.5+1）G

0.589xlO-3（取整數(shù)）6分

答：光線垂直入射時最多能看到第3級光譜

光線以30°角時最多能看到第5級光譜。8分

7.（8分）

解：⑴由A=hvQ=he/A。

4_he_

得°A5.65X101m=565nm4分

2

|wv=epa\hv=^=^\ua\+A

(2)由

幾_

7

得L73X10m=173nm8分

8.(8分)

解：⑴已知d=3mm,幾=550nm,人眼的最小分辨角為：

8=1.22/l/d=2.24X10'rad4分

(2)設(shè)等號兩橫線相距x=2mm時，人距黑板/剛好看清，則

/=Av/9=8.9m6分

所以距黑板10m處的同學看不清楚.8分

四