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#/3嘉應(yīng)學(xué)院物理與光信息科技學(xué)院學(xué)年第學(xué)期期中考試試卷《物理光學(xué)》試題(考試形式:閉卷,考試時間: 分鐘)題號 4二三四五六七總分復(fù)核人得分評卷人
二、簡述題(每題分,共分)自然界因何而五彩繽紛?試用所學(xué)的光學(xué)知識解釋之。原因:(1)太陽光本身具有不同波長顏色)成分;(2)物體對不同波長光波的選擇性吸收。顏色:(1)透明物體顏色是太陽光經(jīng)物體選擇性吸收后,透射光的顏色;(2)不透明物體顏色是太陽光經(jīng)物體選擇性吸收后,反射光的顏色….2分得分得分一、填空題(每題分,共分)“晴朗的天空呈淺藍色,早、晚的太陽呈紅色,正午的太陽呈白色?!痹囉盟鶎W(xué)的光學(xué)知識解釋之。1)晴朗的天空呈淺藍色這主要是大氣層對太陽光散射的結(jié)果。由瑞利散射定律可知,在1.已知為波長的單色光波在真空中的傳播速度為51014Hz;在折射為的透明介質(zhì)中傳播速度 為,其頻率v為s頻率為由大氣散射的太陽光中,短波長占優(yōu)勢,所以,太陽散射光在大氣層內(nèi)層,藍色的成分比紅色多,故天空呈淺藍色。………………51014Hz,波長為一平面單色光波的圓頻率為3、波矢為k,其在真空中的光場 用三角函數(shù)表示為E=Ecosk?r-wt),用復(fù)數(shù)表示為E=Eexpi(k?;-wt);若單色匯聚球面光波的圓頻⑵早、晚的太陽呈紅色,正午的太陽白色大氣層對太陽光的散射結(jié)果。早、口太陽斜射,穿過大氣層的厚度比正午時厚得多,被大氣散射掉的短波成分也多得多,僅剩下長波成分透過大氣到達觀察者,所以旭日和夕陽呈紅色。正午時太陽光衩大氣散射較少,口太一光波的波長為,一光波的波長為,其傳播方向與軸的夾角為,與軸的夾角為,則其率為3、波矢為k,其在真空中的光場用三角函數(shù)表示為E=(Ejr)cos(-k?r-3),用復(fù)數(shù)表示為E=EJrexpi(-k?r-wt);與軸的夾角為900,其空間頻率分別為1;32x106m-11x106m/[ 0;.光的干涉現(xiàn)象是兩光波相遇時,在相遇區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)穩(wěn)定的明暗條僦強強弱分布;出現(xiàn)此現(xiàn)象要求的條件是頻率相同、振動方向基本相同和觀察時間內(nèi)相位差恒;.在實驗室中獲得相干光波的方法有分振幅、分波面、分振動面等三種,楊氏雙縫干涉屬于分波面,邁克耳孫干涉屬于分振幅;光在介質(zhì)中的傳播速度小于真空中的速度,且隨介質(zhì)的折射率而變化,這稱為光的色散現(xiàn)象。正常色散特點隨光波長的的增大,折射率減小,反常色散特點隨光波長的的增大,折射率增大.光源影響干涉條紋對比度的因素有光源的單色性、光源的線度和振幅比;
陽光呈白色。………………、何謂“半波損失”?產(chǎn)生“半波損失”的條件是什么?“半波損失”是指,在光的反射過程中,反射光的振動方向與入射光的振動方向發(fā)生反向即相當于光在反射過程中突變相位差,或稱損失半個波長的光程差。3分條件:(1)光由光疏媒質(zhì)射向光密媒質(zhì);2)正射或掠射………… 2分.用白光光源進行雙縫實驗,若用一個純紅色的濾光片遮蓋一條縫,用一個純藍色的濾光片遮蓋另一條縫,在光波的疊加區(qū)域內(nèi)有無干涉條紋?為什么?無。………… 1分白光經(jīng)純紅色的濾光片后透射光為紅光,經(jīng)純藍色的濾光片后為藍光,紅、藍光頻率不同,……2分)疊加時不滿足干涉條件,故無干涉條紋。……2分)5.何謂“全反射”?發(fā)生全反射的條件是什么?5.何謂“全反射”?發(fā)生全反射的條件是什么?在反射現(xiàn)象中,當滿足一定條件時,沒有折射光,入射光全部反射回光密介質(zhì),這今=一一一一一,z=-3.3x10-2cos[2兀x1014( 0.65c現(xiàn)象稱為光的全反射。……2分條件:(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)……1分
TOC\o"1-5"\h\z—^ —> —>kxEj)=-1.65x10-2Eiy y兀z 3兀_—-1)+-]i=3.3x10-2cos[2兀x1014(-1)+一]i2 0.65c 2(2)入射角大于臨界角,臨界角=sin-1” ……2分c n1得分三、計算題(共分)分求:一個平面電磁波的在某介質(zhì)傳播時,其電場可以表示為:E=0,E=2cos[2兀x1014(0.65c兀-1)+-],E=02z該電場波的振幅、頻率、波長和原點的初相位;該介質(zhì)的折射率;該電場波的傳播方向和電矢量的振動方向;分一束光入射到空氣和火石玻璃折射率為 界面,問在什么角度下入射恰可使得反射光為線偏振光?此偏振光的光矢量方向如何?解:由布儒斯特定律可得:nsin6=nsin6,6+6=900,時1B2 2B2反射光為線偏振光。故入射角為n6=arctan—=arctanQ.732)=600此偏振光的光矢量方向:垂直入射面該電磁波的磁場表達式。解:將題中所給電場表達式分把厚度為N解:將題中所給電場表達式在的位置變?yōu)橹醒肓翖l紋,試求插入的玻璃片的折射率。已知光的波長為 0Z、兀r.=0,E=2cos[2兀x1014( 1)+一],E=0y 0.65c 2z與標準式E=Acosp(z-1)+。]進行對比,可得解:未插玻璃時,對P點而言到S1、S的光程為:r-r=5九(1)(4分)振幅A=2N-C-i,頻率V= 2兀2兀x1014—— =1.0x1014Hz2兀插玻璃后,尸點變?yōu)橹醒肓良y,尸點到S1、 sS2的光程為0,即Sr-[(r-d)+nd]=00.65c m1.0X1014兀=1.95x10-6m原點的初相位匕=-。。。。。3分分介質(zhì)的折射率n二Vn=(r-r)/d+1=5九/d+1n=5x600nm66從m分該電場波的傳播方向為軸正方向,電矢量的振動方向為軸向.一1一一 分由B=1(kxE)可得磁場的表達式為v0分波長為的可見光正入射到一塊厚度為1折射率為5.分在兩塊玻璃片之間一端放一條厚紙,另一端相互壓緊形成尖劈如圖,上面的薄玻璃片上,試問從玻璃片反射的光中哪些波長的光最強?解:反射光中能看到的應(yīng)是干涉相長的光,……1分光由空氣正入射玻璃,反射過程中有半波損失……1分一塊玻璃的折射率為4下面一塊為 6在空氣中,沿垂直于玻璃片表面的方向看去,看到相鄰兩條暗紋間距為,已知玻璃片長c紙厚4()求光波的波長。()若將整個劈放入折射率為的杉木油中,則條紋的間距變?yōu)槎嗌?()定性說明當劈浸入油后干涉條紋將如何變化?由干涉相長條件:波長:九二翟1故:5.2<k<9.52nd+-=2k?-,可得又400<X<760k:6,7,8,9反射光中能看到的光的波長為:4nd2x6—14nd2x7-14nd2x8—14nd2x9—1 177200nm=654nm7200 nm=554nm1JT~7200nm=480nm157200 …nm=424nm解:(I)放在空氣中時,兩玻璃間形成空氣劈,上、下表面反射光間有額外光程差入/2件是:2nd
0故反射光中出現(xiàn)暗紋的條圖相鄰暗紋間空氣薄膜的厚度為:Ad=九/2n0暗紋間距為:Al=(20cm/0.04mm)?Ad波長為:九二(0.04mm/20cm)?2Al=0.56日m(2)放在杉油中時,兩玻璃間形成杉油劈,上、下表面反射光間無額外光程差,
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