(完整版)物理光学实验题及答案
中国科学院大学《高等物理光学》期末知识点总结
20讲题目：平面波与球面波；空间频率；角谱：波的叠加；空间频率的丢失：卷积的物理意义；抽样定理；衍射与干涉；透过率函数；近场与远场衍射；“傅里叶变换与透镜”；対易：衍射的分析法：空品対易；全息；阿贝成像原理（4f 系统）；泽尼克相衬显微镜；CTF;OTF;非相干与相干成像系统；衍射的计算机实验；衍射的逆问题；叠层成像（Ptychography ）；如何撰写科技文章 抽样定理：利用梳状函数对连续函数 抽样，得 抽样 函数 ,由 函数的阵列构成，各个空间脉冲在 方向和 方向的间距分别为 。每个 函数下的体积正比于该点g 的函数值。利用卷积定理，抽样函数 的频谱为 空间域函数的抽样，导致函数频谱 的周期性复 现，以频率平面上 点为中心重复 见图。假定 是限带函数，其频谱仅在频率平面一个有限区域R 不为0.若 ， 分别表示包围R 的最小矩形，在 ， 方向上的宽度，则只要 ，X,Y 为抽样间隔。 中各 个频谱区域就不会出现混叠现象。这样就 有可能用滤波的方法从 中抽取出原函数频谱G ，而滤除其他各项，再由G 求出原函数，因而能由抽样值还原原函数的条件是1） 是限带函数2）在x ，y 方向上 抽样点最大允许间隔分别为 ， 通常 称为奈奎斯特间隔。显然，当函数起伏变化大，包含的细节多、频带范围较宽时，抽样间隔就应当较小。抽样数目最小应为 这是空间带宽积（函数在空域和频域中所占面积之积） 2.10若只能用 表示的有效区间上的脉冲点阵对函数进行抽样，即 试说明，及时采用奈奎斯特间隔抽样，也不在能用一个理想低通滤波器精确恢复 。解：因为表示的有限区域以外的函数抽样对精确恢复，也有贡献不可省略。用 表示的有限区间上的脉冲点阵对函数进行抽样，即 ，抽样函数 对应的频谱为 ,上式右端大 括号中的函数，是以 点为中心周期性重复出现的函数频谱 。对于限带函数，采用奈奎斯特间隔抽样， 中的各个频谱区域原本不会发生混叠现象，但是和二维 函数卷积后，由于 函数本身的延展性，会造成各函数频谱间发生混叠现象，因而不再能用低通滤波的方法精确恢复原函数 。从另一角度看，函数 被矩形函数限制范围后，成为 ,新的函数不再是限带函数，抽样时会发生频谱混叠，可以得出同样的解释。 2.11如果用很窄的矩形脉冲阵列对函数抽样（物理上并不可能在一些严格的点上抽样一个函数）即 式中， 、 为每个脉冲在 方 向的宽度。若抽样间隔合适，说明能否由 还原函数 。解：用很窄的矩形脉冲阵列对函数进行抽样，例如当采用CCD 采集图像，每个像素都有一定的尺寸大小。这时抽样函数 对应的频谱为 , )] sinc sinc ,由于 、 尺寸很小，二维 函数是平缓衰减的函数， 对 中各个以 点为中心的函数频谱 的高度给以加权衰减。上式也可以看成是用经 函数加权衰减的脉冲序列与 卷积，结果是一样的。由于各个重复出现的频谱 形状不变，带宽不变，不发生混叠，因而只要抽样间隔合适，仍然能通过低通滤波还原 . 空间频率的理解：传播矢量位于 平面时，由于 , 平面上复振幅分布为 等位相线方程为 与不同C 值相对应的等位相线是一些垂直于 轴的平行线，图画出了位相依次相差 的几个波面，与 平面相交得出的等位相线，这些等位相线接近相等，由于等位相线上的光振动相同，所以复振幅在xy 平面周期分布的空间周期可以用位相相差 的两相邻等位相线的间隔X 表示， 所以 用空间周期的倒数表示x 方向单位长度内变化的周期数，即 , 成称为复振幅分布在x 方向上的空间频率。 角谱理解： ， ， ， 称 作 平面上复振幅分布的角谱，引入角谱的概念，进一步理解复振幅分解的物理含义：单色光 波场中某一平面上的场分布可看做不同方向传播的单色平面波的叠加，在叠加时各平面波成分有自己的振幅和常量位相，它们的值分别取决于角谱的模和辐角。 泰伯效应：用单色平面波垂直照射一个周期性物体，在物体后面周期性距离上出现物体的像。这种自成像效应就称为泰伯效应，是一种衍射成像。 3.3余弦型振幅光栅的复振幅透过率为 式中， 为光栅的周期； 。 观察平面与光栅相距为z 。当z 分别取下述值时，试确定单色平面垂直照明光栅时在观察平面上产生的强度分布。解：1） 为泰伯距离，光栅透射光场为 式中，A 为平面波振幅值。该透射光场对应的空间频率为 根据菲涅尔衍射 的传递函数 可写出观察平面上得到广场的频谱为 当 时 则式（A ）变为 对上式做傅里叶逆变换可得到 观察平面上的光场复振幅分布为 强度分布为 强度分布与光栅透射场 分布相同。结论：在泰伯距离处，可以观察到物体的像；在 处观察到的是对比度反转的泰伯 像；在 处观察到的是泰伯副像，条纹频率变为原来的两倍。 3.4孔径的透过率函数表示为 ,用向P 点汇聚的单色球面波照射孔径 ，P 点位于孔径后面有限短距离z 处得观察平面上，坐标是 .求观察平面上的光强分布，并说明该光强分布与孔径是什么关系;若该孔径是两个矩形孔，求观察平面上的光强分布，并画出沿y 轴方向的 光强分布曲线。解：孔径平面上透射波的光场分布为 把它代入菲涅尔衍射方程，得到衍射光场为 其 强 度 分 布 为 即证明了观察平面上强度 分布是以P 点为中心的孔径的夫琅禾费单缝衍射图样。以上分析表明，若采用向观察平面汇聚 的球面波照明孔径，在近距离上就可以观察到孔径的夫琅禾费单缝衍射分布。 双圆孔:振幅透过率表示 透射光场 傅里叶变换 夫琅禾费光场分布 强度分布 可双孔衍射图样的强度分布是单孔的衍射图样与双光束干涉图样相互调制结果。 双矩形：振幅透过率表示 透射光场 傅里叶变换 夫琅禾费光场分布 强度分布 可双矩形孔衍射图样的强度分布是单矩形孔的衍射图样与双光束干涉图样相互调制结果。 傅里叶透镜和普通透镜的区别：傅里叶变换透镜与普通透镜并无本质区别，只是根据作用的不同将透镜分为傅里叶变换透镜与普通透镜。为了能在较近的距离观察到物体的远场夫琅禾费衍射图样，通常是利用传统的光学元件----透镜，也就是说透镜可以用来实现物体的“傅里叶变换”，我们把实现这种功能的这类透镜称为傅里叶变换透镜。 4.2楔形棱镜，楔角为 ，折射率为n ，底边厚度为 .其位相变换函数，并利用它来确定平行光束小角度入射时产生的偏向角 。解：如图所示，棱镜的厚度函数为 则棱镜的位相调制可以表示为 忽略常系数，则棱镜的位相变换函数可表示为 对于小角度入射的平行光束（假设入射角为 ），其复振 幅分布为 与入射光相比，其传播角度发生了偏转，角度为 CTF:把相干脉冲响应的傅里叶变换定义为相干传递函数，即 }, OTF:非相干成像系统的光学传递函数，强度的传递函数，它描述非相干成像系统在频域的效应。 联系：CTF 与OTF 分别是描述同一个成像系统采用相干照明和非相干照明时的传递函数，它 们都取决于系统本身的物理性质，沟通二者的桥梁是 CTF 和OTF 分别定义为 } 利用傅里叶的自相关定理得到 因此，对 于同一系统来说光学传递函数 等于相干传递函数 的归一化自相关函数。 区别：截止频率：OTF 的截止频率是CTF 截止频率的两倍，但前者是对强度而言，后着是对复振幅而言的，两者由于对应物理量不同，不能从数值上简单比较，成像好坏也物体本身有关。两点分辨率：根据瑞丽分辨率判据，对两个等强度的非相干点光源，若一个点光源产生的艾里斑中心恰好与第二个点光源产生的艾里斑的第一个零点重合，则认为这两个点光源刚好能分辨，高斯像面的最小可分辨间隔是 ，l 是出瞳的直径，对于想干成像系统能否分辨两个 点光源，主要考虑两点间距外，还必须考虑他们的位相关系。相干噪声：想干成像系统在像面上会出现激光散斑或灰尘等产生的衍射斑，这些相干噪声对成像不利。非相干成像系统不产生相干噪声。 5.2一个余弦型光栅，复振幅透过率为 放在图上所示的成像系统的物面上，用单色平面波倾斜照明，平面波传播方向在 平面内，与z 轴夹角为 。透镜焦距为 ，孔径为 。1)求物体透射光场的频谱2)使像平面出现条纹的最大 角等于多少？求此时像面强度分布3）若 采用上述极大值，使像面上出现条纹的最大光栅频率是多少？与 时截止频率相比结论如何？解：1)倾斜单色平面波入射，在物平面上产生的入射光场为 （ ）则物平面的透射光场为 其频谱为 其频谱如图，物体有三个频率分量，与垂直入射 的情况相比，其频谱沿 轴整体平移 。本题 中简化计算， 。2)物体的空间频谱包括三个分量，其中任意一个分量都对应空间某一特 定传播方向的平面波。如果仅让一个分量通过系统，则在像面上不会有强度起伏，因此为了在像面上有强度起伏，即有条纹，至少要让两个频率分量通过系统。对于想干成像系统，其截止 频率为 ,式中 为透镜直径； 。因此选取的 角必须至少保证最低的两个 频率分量能通过系统，即最低的两个频率分量都在系统的通频带内，即要求 同时满足上述条件，需要 ， 角可以选取的最大值为 当 取该值时，只有两个频率分量通过系统，像的频谱为 对应的复振幅分布为 强度分布为 3）当 取该最大值时，要求光栅频率满足如下关系 即要求 或者是说 当 时，要求光栅频率不大于系统截止频率，即要求 或者是说 可见，当采用 倾斜角的平面波照明时，系统允许通过的物光栅的频 率比垂直照明时提高了一倍。 5.12图所示成像系统，双缝光阑缝宽为a ，中心间距为d 照明光波长为 求系统的脉冲响应和 传递函数并画出他们的截面图。1)相干照明2)非相干照明。解： 时间相干性：假定光源发出的光是由一个有限长度的波列所组成的，将波列在真空中的传播的长度称为相干长度 。单个波列持续的时间 称为相干时间。通常用相干长度和想干时间来衡量时间相干性的好坏。当时间延迟 远大于 或光程差远大于 观察不到干涉条纹。相干时间和光源谱宽之间的关系（时间相干性的反比公式）为 ， 为谱线宽度。谱线 越窄，相干时间和相干长度就越长，时间相干性越好，可以得到 ；讨论在空间某一点，在两个不同时刻光场之间的相关性.(同地异时)例如迈克尔孙干涉仪。同一光源形成 的光场中，同一地点不同时刻的光之间的相干性。 空间相干性：讨论在同一时刻 , 空间中两点光场之间的相关性。(同时异地)例如杨氏双缝干涉实验。同一光源形成的光场中，不同地点同一时刻的光之间的相干性。 6.7在图所示的杨氏干涉实验，采用宽度为a 的准单色缝光源，辐射强度均匀分布为 ， 。试1)写出计算 两点空间相干度 的公式。2)若a=0.1mm ，z=1m ，d=3mm ，求观察屏上杨氏干涉条纹对比度的大小。3)若z 和d 仍取上述值，欲使观察屏上干涉条纹对比 度下降为0.4，求缝光源宽度a 应为多少？解：1）缝光源的强度分布为 （
大学物理 光学答案
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3π，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5λ B. 1.5n λ C. 3λ D. 1.5λ/n 解： πλπ ?32==?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条 件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增π，因此原来是明条纹的将变为暗条纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. λ/4 B. λ/ (4n ) C. λ/2 D. λ/ (2n ) 6．在折射率为n '=1.60的玻璃表面上涂以折射率n =1.38的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为500.0nm 的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. 30.0nm C. 90.6nm D. 250.0nm 选择题3图
物理光学实验题及答案
物理光学实验题及答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第三章光学（一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。 （二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。
（2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作 --————————————————————————————————。（3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。 图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水 探究平面镜成像的特点 基础训练 1.平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上 呈现， 是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。
大学物理光学练习题及答案
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占 据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 1 23n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变 K S 1 L L x a E f
中科院研究生院物理学院毕业要求
研究生院物理科学学院研究生培养方案 为了进一步加强研究生培养工作，规范和优化研究生培养过程，提升研究生培养质量，以适应国家战略和社会需求，根据《中华人民共和国学位条例》、《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》，并根据研究生院直属院系学科特点，特制定培养方案总则，本方案适用于研究生院直属院系科学学位研究生。 一、培养目标 培养德智体全面发展、具有坚定的社会主义信念、爱国主义精神和社会责任感，具有进取、创新、协作、唯实的科研道德，具备严谨认真的科学态度，理论联系实际的工作作风的科学研究或专门技术领域的高级专业人才。 二、学科及研究方向 （0702）物理 （070201）理论物理 1. 基本粒子理论 2. 量子场论、弦论及数学物理 3. 粒子宇宙学 4. 原子分子物理 5. 凝聚态理论 6．统计物理、非线性动力学及复杂系统理论 7．天体物理 8．生物物理 （070202）粒子物理与原子核物理 1.粒子物理
2.原子核物理 3.核技术及应用 4.加速器物理 （070203）原子与分子物理 1．原子分子激发、电离和解离的实验和理论研究 2、天体物理、等离子体中的原子分子过程； 3、量子物理与量子信息、 （070205）凝聚态物理 1.凝聚态理论物理 2.凝聚态实验物理 3.原子分子物理 4.量子物理和量子信息理论 （0801）力学 （070102）固体力学 1.冲击动力学 2.弹塑性力学 3.非线性动力学 4.结构动力学 （080103）流体力学 1. 生物流体力学 2. 空气动力学与气动热力学 3. 电磁流体力学 4. 流动稳定性及湍流 5. 非定常流与涡运动 6. 计算流体力学 7. 实验流体力学 8. 环境流体力学
物理光学实验题及答案
物理光学实验题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第三章光学 （一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。（二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。 （2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作？--————————————————————————————————。（3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。
图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水 探究平面镜成像的特点 基础训练 1. 平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上 呈现， 是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。 2.水平桌面上放置一平面镜，镜面与桌面成45度角，小球沿着桌面向镜滚去，如图5-3所示，那么镜中小球的像如何云动？5—3
大学物理演示实验
大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级：资源1242 姓名：王延平 学号：1201431226
斯特林热机演示实验 试验目的： 初步了解热机的工作原理以及热机正向和逆向循环工作的用途。 实验原理： 斯特林热机（Stirling Engine），是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的封闭往复式发动机。它由苏格兰牧师斯特林提出。 斯特林热机采用封闭气体进行循环，工作气体可以是空气、氮气、氦气等。如图1所示，在热机封闭的气缸内充有一定容积的工作气体。汽缸一端为热腔，另一端为冷腔。置换器活塞推动工作气体在两个端之间来回运动，气体在低温冷腔中被压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。如此循环不休，将热能转化为机械能，对外做功。 理论上，斯特林热机的热效率很高，其效率接近理论最大效率（称为卡诺循环效率）。但二者又有所不同，前者由两个等温过程和两个等容过程构成，如图2所示。而后者由两个等温过程和两个绝热过程构成。 斯特林热机属于可逆热机，既可用于制热，又可用于制冷；既可将热能→机械能，又可将机械能→热能。如果用于制冷，则图2中的四个热力学循环将沿逆时针方向进行。 图2 斯特林热机的四个循环过程图1 斯特林热机 下面结合循环图（图2）和活塞运动图（图3），来详细分析一下斯特林热机的四个循环过程。 一个装有两个对置活塞的气缸，在两个活塞之间设置一个回热器。可以把回热器设想成一块交替放热和吸热的热力海绵。回热器和活塞之间形成了两个空间。一个称为膨胀腔，使它保持高温Tmax；另一个称为压缩腔，使它保持低温Tmin。因此，在回热器两端有一个温度梯度Tmax-Tmin。假设回热器在纵向没有热传导，与卡诺循环情况一样，假设活塞在运动中无摩擦，工作气体在气缸中无泄露损失。 循环开始时，设压缩腔活塞处于外止点，膨胀腔活塞处于内止点并紧靠回热器端面。这样，全部工作气体都处于冷的压缩腔内。因为此时的容积为最大值，所以工作气体的压力和温度都处于最小值，用图2和图3中的点1表示。 在压缩过程1~2，压缩腔活塞向内止点运动，膨胀腔活塞保持不动，工作气体在压缩腔内被压缩，压力增加。因为热量Qc已经通过压缩腔汽缸壁排放到环境中，故工作气体的温度保持不变。此过程中，工作物质等温冷却收
大学物理光学练习
单元四 (二) 杨氏双缝实验 一、填空题 1. 相干光满足的条件是1）频率相同；2）位相差恒定；3）光矢量振动方向平行，有两束相干光, 频率为ν，初相相同，在空气中传播，若在相遇点它们几何路程差为r r 21-,则相位差 )r r (c 212-= πν ??。 2. 光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 0I 4。可能出现的最小光强是0。 3. 在真空中沿Z 轴负方向传播的平面电磁波，O 点处电场强度)3 t 2cos(300E x π πν+ = (SI)，则O 点处磁场强度：)3 t 2cos(300 H 00y π πνμε+-=。用图示表明电场强度、磁场强度和传播速度之间的关系。 4. 试分析在双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化? (A) 双缝间距变小：条纹变宽； (B) 屏幕移近： 条纹变窄； (C) 波长变长： 条纹变宽； (D) 如图所示，把双缝中的一条狭缝挡住，并在两缝垂直平分线上放一块平面反射镜： 看到的明条纹亮度暗一些，与杨氏双缝干涉相比较，明暗条纹相反； (E) 将光源S 向下移动到S'位置：条纹上移。 二、计算题 1. 在双缝干涉的实验中，用波长nm 546=λ的单色光照射，双缝与屏的距离D=300mm ，测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹之间的间距为1 2.2mm ，求双缝间的距离。 * 由在杨氏双缝干涉实验中，亮条纹的位置由λk d D x = 来确定。 用波长nm 546=λ的单色光照射，得到两个第五级明条纹之间的间距：λ?10d D x 5= ) 4(填空题) 3(填空题
初二物理光学练习测试题附参考答案
精心整理一、光的直线传播、光速练习题： 一、选择题 1.下列说法中正确的是（CD） A.光总是沿直线传播 B.光在同一种介质中总是沿直线传播 C.光在同一种均匀介质中总是沿直线传播 D.小孔成像是光沿直线传播形成的 2.下列关于光线的说法正确的是(BD) A.光源能射出无数条光线 B.光线实际上是不存在的 C.光线就是很细的光束 D.光线是用来表示光传播方向的直线 3. (BCD) A. C. 4. A. C. 5. A. C. 6 A C 7 A C 8.如图1 A. C. 9 10.身高1.6m的人以1m/s的速度沿直线向路灯下走去，在某一时刻，人影长1.8m，经2s，影长变为1.3m，这盏路灯的高度应是__8或2.63_m。 11.在阳光下，测得操场上旗杆的影长是3.5m。同时测得身高1.5m同学的影子长度是0.5m。由此可以算出旗杆的高度是__10.5_m。 二、光的反射、平面镜练习题 一、选择题 1.关于光的反射，正确的说法是（C） A.反射定律只适用于平面镜反射 B.漫反射不遵循反射定律 C.如果甲从平面镜中能看到乙的眼睛，那么乙也一定能通过平面镜看到甲的眼睛
D.反射角是指反射线和界面的夹角 2.平面镜成像的特点是(ABCD) A.像位于镜后，是正立的虚像 B.镜后的像距等于镜前的物距 C.像的大小跟物体的大小相等 D.像的颜色与物体的颜色相同 3.如图1两平面镜互成直角，入射光线AB经过两次反射后的反射光线为CD，现以两平面镜的交线为轴，将两平面镜同向旋转15°,在入射光方向不变的情况下，反射光成为C′D′，则C′D′与CD关系为(A) A.不相交，同向平行 B.不相交，反向平行 C.相交成60° D.相交成30° 4.两平面镜间夹角为θ，从任意方向入射到一个镜面的光线经两个镜面上两次反射后，出射线与入射线之间的夹角为(C) A.θ/2 B.θ C.2θ D.与具体入射方向有关 5.一束光线沿与水平方向成40°角的方向传播，现放一平面镜，使入射光线经平面镜反射后沿水平方向传播，则此平面镜与水平方向所夹锐角为：(AD) A.20° B.40° C.50° D.70° 6.下列说法正确的是(ABCD) A.发散光束经平面镜反射后仍为发散光束 B.本应会聚到一点的光线遇到平面镜而未能会聚，则其反射光线一定会聚于一点 C.平行光束经平面镜反射后仍平行 D.平面镜能改变光的传播方向，但不能改变两条光线间的平行或不平行的关系 7.在竖直的墙壁上挂一平面镜，一个人站在平面镜前刚好能在平面镜中看到自己的全身像.当他向后退的过程中，下列说法正确的是(C) A.像变小，他仍能刚好看到自己的全身像 B.像变大，头顶和脚的像看不到了 C.像的大小不变，他仍能刚好看到自己的全身像 D.像的大小不变，他仍能看到自己的全身像，但像未占满全幅镜面 9.a、b、c三条光线交于一点P，如图3如果在P点前任意放一块平面镜MN，使三条光线皆能照于镜面上，则(B) A.三条光线的反射光线一定不交于一点 B.三条光线的反射光线交于一点，该点距MN的距离与P点距MN的距离相等 C.三条光线的反射光线交于一点，该点距MN的距离大于P点距MN的距离 D.三条光线的反射光线的反向延长线交于一点 10.一点光源S通过平面镜成像，如图4光源不动，平面镜以速度v沿OS方向向光源平移，镜面与OS方向之间夹角为30°，则光源的像S′将(D) A.以速率v平行于OS向右运动 B.以速率v垂直OS向下运动 D.以速率v沿S′S连线向S运动 二、填空题 13.一个平行光源从地面竖直向上将光线投射到一块和光线垂直的平面镜上，平面镜离地面3m 高，如果将平面镜绕水平轴转过30°，则水平地面上的光斑离光源3根号3__m。 17.一激光束从地面竖直向上投射到与光束垂直的平面镜上，平面镜距地面的高度为h.如果将平面镜绕着光束的投射点在竖直面内转过θ角，则反射到水平地面上的光斑移动的距离为.htg2θ__. 三、作图题 19.如图7所示，MN为一平面镜，P为一不透光的障碍物，人眼在S处，试用作图法画出人通过平面镜能看到箱子左侧多大范围的地面。要求画出所有必要光线的光路图，并在直线CD上用AB 线段标出范围。
大学物理光学实验
大学物理光学实验 平行光管的调整及使用 1．测量凸透镜及透镜组的焦距 １）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。 ２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。 ３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。 ４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。 ５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。 2．用平行光管测凸透镜的鉴别率 （１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。 （２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。 （３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。 （４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验 若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。 【实验目的】 1. 观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识； 2. 掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径； 3. 学习用逐差法处理实验数据。 【实验原理】 在一块平滑的玻璃片B 上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A 、B 之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。 设透镜的曲率半径为R ，与接触点O 相距为r 处的空气膜厚度为e ，则2222222)(r e eR R r e R R ++-=+-=由于e R >>，式中可略去2e 得到： R r e 22 = (1) 两束相干光的光程差为 2 2λ +=?e (2) 其中2/λ是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程 图1 牛顿环实验装置
初二物理光学实验题专项练习【含答案】
初二物理光学实验题专项练习 一、光的反射定律 实验序号入射光线入射角反射角 1 AO 50°50° 2 CO 40°40° 3 EO 20°20° 1．如图1所示为研究光的反射规律的实验装置，其中O点为入射点，ON为法线，面板上每一格对应的角度均为10°．实验时，当入射光为AO时，反射光为OB；当入射光为CO时，反射光为OD；当入射光为EO时，反射光为OF．请完成下列表格的填写． 分析上述数据可得出的初步结论是：当光发生反射时，反射角等于入射 角． 2、如图2是探究光的反射规律的两个步骤 （1） 请你完成以下表格的填写。
实验序号入射角反射角 1 50°50 2 40°40° 3 20°20° （2）实验中，纸板应_“垂直”）__于平面镜。（填“平行”或“垂直”） （3）由甲图我们可以得到的结论是：_____当光发生反射时，反射角等于入 射角 ____； （4）由乙图我们可以得到的结论是：___当光发生反射时，反射光线和入射 光线、法线在同一平面内___。 （5）如果光线沿BO的顺序射向平面镜，则反射光线____会_____（填“会”或“不会”）与OA重合，说明了______当光发生反射时，_光路是可逆的 _ ____。 3、如图3在研究光的反射定律实验中，第一步：如图3A改变入 射光线的角度，观察反射光线角度是怎样改变？实验结论是：_当光发生反射时，反射角等于入射角；第二步：如图3B把纸张的右半面向前折或向后折，观察是否还能看到反射光线，实验结论是：看不到，说明当光发生反射时，反射光线和入射光线、法线在同一平面内。
4、如图4所示，课堂上，老师用一套科学器材进行“研究光的反射定律” 的实验演示，其中有一个可折转的光屏，光屏在实验中的作用是：(写出两条) ①显示光的传播路径，②探究反射光线、入射光线、法线是否共面 实验序号入射角反射角 1 15°75° 2 30°60° 3 45°45° （2）根据光的反射定律，如果入射角为20o，则反射角的大小是 20o。 （3）课后，某同学利用同一套实验器材，选择入射角分别为15o、30o、45o 的三条光线进行实验，结果得到了不同的数据，如图所示。经检查，三次试验中各 角度的测量值都是准确的，但总结的规律却与反射定律相违背。你认为其中的原因 应该是将反射光线与反射面（或镜面）的夹角作为反射角。 5、为了探究光反射时的规律，小明进行了如图5所示的实验。 ⑴请在图5中标出反射角的度数。
大学物理演示实验报告正式版
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 大学物理演示实验报告正 式版
大学物理演示实验报告正式版 下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成
不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。 简单操作：打开电源，观察弧光产生。并观察现象。（注意弧光的产生、移动、消失）。 实验现象： 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布（yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。 注意事项：演示器工作一段时间后，
中国科学院大学硕士研究生入学考试
中国科学院大学硕士研究生入学考试 《光学》考试大纲 一、考试科目基本要求及适用范围概述 《光学》考试大纲适用于“光学”、“光学工程”、“物理电子学”等专业的硕士研究生入学考试。本课程考试旨在考查学生对光学的基础理论、基本知识和基本技能掌握的程度，以及运用所学理论解决基本实际问题的能力。 二、考试形式和试卷结构 本课程考试形式为闭卷笔试，考试时间180分钟，总分150分。考试内容包括物理光学和应用光学两部分，各占比例约60%和40%。考试内容中基本概念和基本理论的考核占60%，综合和实际应用的考核占40%。主要题型有：简答题，计算题等。 三、考试内容 物理光学部分 （一）光的电磁理论基础 1. 光波的特性：光波场的数学表示，光波的速度，光波场的时域、空域频谱，光波场的横波性及偏振态表示。 2. 光波在介质界面上的反射和折射：反射定律和折射定律，菲涅耳公式，反射率和折射率，反射和折射的相位、偏振特性，全反射。 （二）光的干涉 1. 光波干涉的基本条件，光的相干性； 2. 双光束干涉、平行平板的多光束干涉； 3. 光学薄膜：增透膜，高反射膜，干涉滤光片； 4. 典型的干涉仪：迈克尔逊干涉仪，马赫-泽德干涉仪，法布里-珀罗干涉仪。 （三）光的衍射 1. 光衍射的基本理论； 2. 夫朗和费衍射：单缝衍射，圆孔衍射，多缝衍射，巴俾涅原理； 3. 菲涅耳衍射：菲涅耳圆孔衍射，菲涅耳直边衍射；
4. 衍射的应用：光栅，波带片，小孔、细线直径测量，狭缝测量； 5. 傅里叶光学基础。 （四）光在各向异性介质中的传播特性 1. 光在晶体中传播特性的解析法描述、几何法描述，光在各向同性介质、单轴晶体中的传播特性； 2. 平面光波在晶体界面上的反射和折射特性：双折射，双反射； 3. 晶体光学元件：偏振棱镜，波片和补偿器； 4. 晶体的偏光干涉； 5. 晶体的旋光性。 （五）晶体的感应双折射 1. 晶体的线性电光效应及应用； 2. 声光效应（喇曼-乃斯衍射、布喇格衍射）及应用； 3. 法拉第效应。 （六）光的吸收、色散和散射 光的吸收、色散和散射基本概念。 应用光学部分 （七）几何光学基础 1. 基本概念和基本定律：光的直线传播定律，折射和反射定律，费马原理，马吕斯定律； 2. 基本光学元件及其成像特性：符号规则，折射球面及其近轴区物像关系，反射球面镜及其近轴区物像关系，反射平面镜成像的特点和应用，平板的成像公式及其应用，反射棱镜及其成像，透镜及其成像，共轴球面光学系统及其成像。 （八）理想光学系统及其成像关系 1. 理想光学系统的基点和基面及其性质； 2. 图解法确定理想光学系统的物像关系和基点、基面； 3. 解析法确定理想光学系统的物像关系—成像公式和放大率公式； 4. 理想光学系统的组合（双光组组合公式、截距法和正切法求解多光组组合公式）。（九）光学系统像差基础和光路计算 1. 光学系统的像差及光路计算：像差的基本概念，共轴球面光学系统中近轴区的光路计算，共轴球面光学系统中子午面内光线的光路计算；
大学物理光学实验报告材料
实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上 。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远 镜观察第一、二级衍射条纹。 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 （）
'111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ λ ?= ?= 结果表示：()nm λλλ=±?= nm 。 七、思考题
物理选修光学试题及答案详解
物理选修光学试题及答案 详解 Prepared on 22 November 2020
光学单元测试一、选择题（每小题3分，共60分） 1 30°，则入射角等于（） °°°° 2．红光和紫光相比，（） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速 度较小 3．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两 束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则（） A．n a>n b B．n a
a、b在玻璃体内穿行所用时间分别为t a、t b，则t a: t b等于（） （A）QQ’:PP’ （B）PP’:QQ’ （C）OP’:OQ’ （D）OQ’:OP’ 6．图示为一直角棱镜的横截面，? = ∠ ? = ∠60 , 90abc bac。一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（） A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 7．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、 b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的（） 8．如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（） Ａ．红光的偏折最大，紫光的偏折最小 Ｂ．红光的偏折最小，紫光的偏折最大 Ｃ．玻璃对红光的折射率比紫光大 Ｄ．玻璃中紫光的传播速度比红光大 9．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（） b c a o