物理光學復習題

1、1. 何謂半波損失？當平面波在接近正入射或掠入射下從光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)的分界面反射時，反射光振動相對于入射光振動發(fā)生了位相躍變。通常把反射時發(fā)生的位相躍變稱為“半波損失”。2. 天空呈現(xiàn)淺藍色，而旭日和夕陽呈現(xiàn)紅色的原因是什么？ 太陽白光被大氣瑞利散射，瑞利散射光強與波長的四次方成反比短波長的散射光強強于長波長的散射光強，因此天空呈現(xiàn)淺藍色旭日和夕陽的光線入射到地球上時經(jīng)歷更厚的大氣層，短波長的光波被大量散射，因此看起來呈現(xiàn)紅色3.簡述波帶片和透鏡有何區(qū)別與聯(lián)系？波帶片與透鏡都有聚光作用。 (1) 波帶片：焦距不是單值的，因此一平行光入射到這種波帶片上，在許多位置都會出現(xiàn)亮點，有一系列虛焦點，

2、成像時在像點周圍會形成一些亮暗相間的同心環(huán)。 (2) 透鏡：焦距是單值的，因此一平行光入射到透鏡上只有一個亮點，成像時也只是一個亮點。4.牛頓環(huán)與等傾干涉條紋有何異同？實驗中如何區(qū)分這兩種干涉圖樣？（1）相同點i 干涉條紋都是同心圓環(huán)ii 等傾干涉：條紋越向邊緣環(huán)的半徑越大，條紋越密 等厚干涉：越向外條紋越密（2）不同點： i 等傾干涉：h固定、=0的是中央條紋，光程差和干涉級次最大；當環(huán)半徑增大時，對應增大，D減小，干涉級次減小 ii等厚干涉：環(huán)的半徑增大時，干涉級次和光程差都在增大(3)實驗區(qū)別的方法，可以采用改變h值的方法(用手壓h減小，反之h增大) 等傾干涉：當h變小時，環(huán)向中心收縮

3、等厚干涉：當h變小時環(huán)向外擴張.5.簡述輻射強度矢量的定義，并寫出其表達式。 輻射強度矢量S，矢量的大小等于單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向的單位面積的電磁能量，矢量的方向取能量的流動方向。 S= 1（EB）S的方向是電磁場的傳播方向，并且傳播方向、E的方向和B的方向三者互相垂直，組成右手螺旋系統(tǒng)。6.簡述光波的相干條件。 相干光波的光矢量振動方向相同，頻率相同，位相差恒定。7.在大風天和霧天，為了避免和對面來的車相碰，汽車必須打開霧燈，請解釋霧燈為什么是橘紅色的？大風天和霧天時，空氣中飄浮很多塵埃和霧滴，其線度大小恰使光發(fā)生瑞利散射。根據(jù)瑞利散射定律光強與波長的四次方成反比，波長愈短的光愈容易被

4、這些微粒散射掉。為了使光線能透過這些微粒傳得遠一些，汽車上的信號燈，必須選用波長偏長的光。橘紅色光的波長較長，因此霧燈采用橘紅色光。8.何謂愛里斑及瑞利判據(jù)愛里斑：由于光的波動性，光通過小孔會發(fā)生衍射，光能絕大部分集中于中央亮斑內(nèi)，這一亮斑通常稱為愛里斑。瑞利判據(jù)：一個點物衍射圖樣的中央極大與近旁另一個點物衍射圖樣的第一極小重合，作為光學成像系統(tǒng)的分辨極限，認為此時系統(tǒng)恰好可以分辨開兩個物點。9.何謂復色波的群速度？何謂復色波的相速度？什么介質(zhì)中復色波的群速度大于其相速度？什么介質(zhì)中復色波的群速度小于其相速度？復色波的相速度：等相位面的傳播速度復色波的群速度：等振幅面的傳播速度正常色散介質(zhì)中相

5、速度大于群速度反常色散介質(zhì)中相速度小于群速度1. 一個平面電磁波可以表示為Ex=0，Ey=2cos21014ZC-t+2，求：（1） 該電磁波的頻率、波長和振幅；（2） 波的傳播方向和電矢量的振動方向解: 由E=Acos（kz-t-） k=2/ =1/T=V/ =2 =0/n振幅A=2，頻率=2=1014Hz，波長=2k=310-6m 平面電磁波沿Z軸正方向傳播，又因Ex=0，Ez=0，故矢量的振動取y軸方向2. 在楊氏雙縫干涉的雙縫后面分別放置n1=1.4和n2=1.7，但厚度同為t的玻璃片后，原來的中央極大所在點被第5條亮紋占據(jù)，設=480nm，求玻璃片的厚度t及條紋遷移的方向。解： （n

6、2-n1）t= 5 t=5n2-n1=8m 如果n1和n2分別放置于上縫和下縫，則條紋往下移3. 若要使用照相機感光膠片能分辨2m的線距:(1) 感光膠片的分辨率至少是每毫米多少線數(shù)？(2) 照相機鏡頭的相對孔徑至少為多大？（設光波波長為550nm）解：分辨本領 N=1210-3mm=500mm-1照相機物鏡的最大分辨能力為 N=11.22Df因此，相對孔徑至少為Df=1.22N=1.2255010-6500=0.344.已知汞綠線的超精細結(jié)構(gòu)為546.0753nm，546.0745nm，546.0734，546.0728nm，它們分別屬于汞的同位素Hg198，Hg200，Hg202，Hg20

7、4，問用F-P標準具分析這一結(jié)構(gòu)時如何選取標準具的間距？（假定標準具的反射率R=0.9）解：標準具的自由光譜范圍()S.R=22h.而根據(jù)題給的條件有 =546.0753+546.0745+546.0734+546.07284=546.074nm超精細結(jié)構(gòu)的最大波長差為()max=546.0753-546.0728=0.0025nm因此，欲使()S.R=22h()max，必須選取h22()max=59.64mm 標準具的分辨本領為()m=0.97ms=0.972hR1-R因而標準具的分辨極限為()m=20.972h1-RR它必須小于超精細結(jié)構(gòu)的最小波長差: ()min=546.0734-546

8、.0728=0.0006nm ()min=20.972h1-RR=546.07420.9720.00061-0.93.140.9=8.6mm所以標準具的間距應滿足59.64mmh8.6mm。5.波長為500nm的單色光垂直照射到由兩塊光學平板玻璃構(gòu)成的空氣劈尖上，在觀察反射光的干涉現(xiàn)象中，距離劈尖棱邊l=1.56cm的A處是從棱邊算起的第四條暗條紋中心。求此空氣劈尖的劈尖角。 解：由薄膜公式，有2ek+12=（k+12）1，（k=0，1，2.）對第四條暗紋，k=3，有 2e4+12=（3+12）1所以A處膜厚：e4=321由于e4=l，1=500nm，l=1.56cm，故得 =312l=4.810-5rad6.用等厚條紋測量玻璃板的楔角時，在長達50mm的范圍內(nèi)共有15個條紋，玻璃的折射率n=1.5，所用的波長=600nm，則該玻璃的楔角為多大？解：條紋間隔e=5015mm等厚條紋間隔與楔角的關系為e=2n =2ne=610-5rad7.波長為500nm的平行光垂直照射扎起寬度為0.025mm的單縫上，以焦距為50cm的會聚透鏡將衍射光聚焦于焦面上進行觀察。求單縫衍射中央亮紋的腳半寬度和第一亮條紋到衍