高二物理光学试题及答案详解
光学单元测试
一、选择题（每小题3分，共60分）
1
．光线以某一入射角从空气射人折射率为的玻璃中，已知折射角为30°，则入射角等于（ ）
A.30°
B.45°
C.60°
D.75° 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
D ．v a 4．两种单色 光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2。用n 1、n 2分别表示水 对两单色光的折射率，v 1、v 2分别表示两单色光在水中的传播速度（ ） A . n l ＜n 2、v 1＜v 2 B.n l ＜n 2、v 1>v 2 C.n l >n 2、v 1＜v 2 D.n l >n 2、v 1>v 2 5．如图所示，一束细的复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O 点，经折射分为a 、b 两束光，分别由P 、Q 两点射出玻璃体。PP ’、QQ ’均与过 O 点的界面法线垂直。设光线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 c a 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 （ ） A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、光电效应现象 10．光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前， 我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是 （ ） Ａ．光纤通信利用光作为载体来传播信息 Ｂ．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理 Ｃ．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 Ｄ．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝 11．现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时 电子的德布罗意波长设定为d /n ，其中n >1。已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为（ ） A 2 2 2med h n B 3 1322 2? ??? ? ?e n h md C 2222men h d D 22 22med h n 12．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中 原子间距相近．已知中子质量m=1．67x10—27kg ，普朗克常量h=6．63x10—34J ·s ，可以估算德布罗意波长λ=1．82x10-10m 的热中子动能的数量级为（ ） (A)10—17J (B)10—19J (C)10—21J (D)10—24 J 13．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0， A 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h υ0 C 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大，则逸出功增大 14． 水的折射率为n ，距水面深h 处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为 A.2 h tan(arc sin n 1 ) B.2 h tan(arc sin n) C.2 h tan(arc cos n 1 ) D.2 h cot(arc cos n) 15. 为了观察到纳米级的微小结构，需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜，下列说法中正确的是（ ） A 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此不容易发生明显衍射 B 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此不容易发生明显衍射 C 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，因此更容易发生明显衍射 D 、电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光长，因此更容易发生明显衍射 16．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是 （A ）牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的． （B ）光的双缝干涉实验显示了光具有波动性． （C ）麦克斯韦预言了光是一种电磁波． （D ）光具有波粒两象性性． 17．空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如 图 1所示。方框内有两个折射率 n=1.5的玻璃全反射棱镜。图 2给出了两棱镜四种放 置方式的示意图，其中能产生图 1效果的是 18．两束不同频率的单色光a 、b 从空气射入水中，发生了图所示的折射现象（α>β）。下列结论中正确的是 A ．光束b 的频率比光束a 低 B ．在水中的传播速度，光束a 比光束b 小 C ．水对光束a 的折射率比水对光束b 的折射率小 D ．若光束从水中射向空气，则光束b 的临界角比光束a 的临界角大 19．现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为c b a λλλ>>.用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定 A.a 光束照射时，不能发生光电效应 B.c 光束照射时，不能发生光电效应 C.a 光束照射时，释放出的光电子数目最多 D.c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 20.△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面。a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如题20图所示，由此可知 A.棱镜内a 光的传播速度比b 光的小 B.棱镜内a 光的传播速度比b 光的大 C.a 光的频率比b 光的高 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 二、计算题（共40分） 21．人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律。请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为eV 34.3，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电 子的最大速度为s m /106 ，求该紫外线的波长λ（电子质量kg m e 311011.9-?=，普朗克常量 s J h ??=-341063.6，J eV 191060.11-?=） 22．如图所示，一路灯距地面的高度为h ，身高为l 的人以速度v 匀速行走． (1)试证明人头顶的影子做匀速运动； (2)求人影长度随时间的变化率。 23．如图所示，一不透明的圆柱形容器内装满折射率n =2的 透明液体，容器底部正中央O点处有一点光源S，平面镜MN 与底面成45°角放置，若容器高为2dm，底边半径为（1+3） dm，OM = 1dm，在容器中央正上方1 dm 处水平放置一足 够长的刻度尺，求光源S 发出的光线经平面镜反射后，照射到刻度尺的长度。（不考虑容器侧壁和液面的反射） 24．一种用于激光治疗的氦分子激光器，输出337.1nm 波长的激光，激光脉冲的时间约为10 -9s，输出脉冲时的功率为106W，每秒输出的脉冲个数是100个。 （1）这种激光的频率是多少？属于电磁波谱中的哪个波段？ （2）这种激光器的平均输出功率是多少？ 25．如图所示，透明介质球球心位于O，半径为R，光线DC平行于直径AOB射到介质的C 点，DC与AB的距离H=3R/2，若DC光线进入介质球后经一次反 射再次回到介质球的界面时，从球内折射出的光线与入射光线平行，作 出光路图，并算出介质的折射率。 26．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质．1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)． (1)洛埃镜实验的基本装置如图所 示，S为单色光源，M为一平面镜．试用 平面镜成像作图法在答题卡上画出S经 平面镜反射后的光与直接发出的光在光 屏上相交的区域． (2)设光源S到平面镜的垂直距离和 到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹．写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式． 题号12345678910答案C B AD B A BD B B C AD 题号11121314151617181920答案D C AB A A BCD B C A BD 21．3．23*10-7m 22、(1)设t＝0时刻，人位于路灯的正下方O处，在时刻t，人走到S处，根据题意有 OS＝vt ① 过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M 为t时刻人头顶影子的位置，如图l所示，OM 为头顶影子到0点的距离．由几何关系，有 解式①、②得。因OM 与时间t 成正比，故人头顶的影子做匀速运动。 (2)由图l可知，在时刻t，人影的长度为SM，由几何关系，有 SM=OM－OS ③由式①～③得 因此影长SM与时间t成正比，影长随时间的变化率。 解：光路如图，光线经反射后到达介质与空气的界面时，入射角i’=r ，由折射定律可得折射角r’= i，折射光线PQ与入射光线DC平行，则∠POA=∠COA=i sin i= H/R =3R/2R = 3/2i=600，折射角r = i/2 = 300 sin r= 1/2折射率sin i/ sinr = 3 23、解：作图找出发光点S在平面镜中的像点S’，连接S’M 延长交直尺于H点，MH沿竖直方向，连接S’P，在RtΔPR S’ 中，R S’=3dm ，PR=3 dm ，∴∠r =300 由折射 定律可得：sin i/sin r = n 解得sin i = 2/2 ，∠i = 450，刻度尺上被照亮的范围QH = 1 dm+ 3dm = （1+3）dm 24、解：（1）f= c/λ= 3×108 / 337.1×10-9 HZ=8.9×1014 HZ ，属于紫外线（2）P=100×10-9×106W= 0.1W 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 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 O P ’P Q ’Q a b 光学单元测试 一、选择题 1．光线以某一入射角从空气射人折射率为3的玻璃中，已知折射角为30°，则入射角 等（） A.30° B.45° C.60° D.75° 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 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 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 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 光学单元测试 一、选择题（每小题3分，共60分） 1 ．光线以某一入射角从空气射人折射率为的玻璃中，已知折射角为30°，则入射角等于（ ） A.30° B.45° C.60° D.75° 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 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， 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 高二物理光学 一、主要内容 本章内容包括光的直线传播、棱镜、光的色散、光的反射、光的折射、法线、折射率、全反射、临界角、透镜（凸、凹）的焦点及焦距、光的干涉、光的衍射、光谱、红外线、紫外线、X射线、y射线、电磁波谱、光电子、光子、光电效应、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透镜成像公式、放大率计算式，光的波粒二象性等基本规律，还有光本性学说的发展简史。 二、基本方法 本章涉及到的方法有：运用光路作图法理解平面镜、凸透镜、凹透镜等的成像原理，并能运用作图法解题；根据透镜成像规律，运用逻辑推理的方法判断物象变化情况。 三、错解分析 在本章知识应用的过程中，初学者常犯的错误主要表现在：解题操作过程不规范导致计算错误；将几何光学与物理光学综合时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分析。 例1 波长为0.65μm的红光，从空气射入水中，水相对空气的折射率为1.33。求该光在水中的波长，并判断在水中该光的颜色。 【错解】 得波长0.49μm的光是蓝色。 【错解原因】 上述求得光在水中的波长为0.49μm是正确的，但用光谱表查得光的颜色却错了。人眼对光的色觉决定于光的频率而不是波长。 【分析解答】 当光从一种媒质进入另一种媒质时，波长变化了，波速也相应变化了，但它的频率却不变。所以在水中该光仍是红色。 【评析】 物理规律的因果关系是有条件的，记忆规律时应该首先弄清规律成立的条件。凡是波，无论是机械波还是电磁波，只要振源的频率不变，波的频率就不变。 例2 一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？ （1）入射角为50” （2）入射角为30° 【错解】 r=30°3′ r=19°4′ 【错解原因】 此解法中没有先分析判断光线是从光疏媒质进入光密媒质，还是从光密媒质进入光疏媒质，会不会发生全反射。而是死套公式，引起错误。 【分析解答】 光线由玻璃里射入空气中，是由光密媒质射入光疏媒质，其临界角为 由已知条件知，当i=50°时，i＞A，所以光线将发生全反射，不能进入空气中。当i=30°时，i＜A，光进入空气中发生折射现象。 光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激 高二物理【光学】测试题 一、选择题(1-8单选，每题3分；9-12多选，每题4分，部分2分；共计40分 ) 1、光由一种介质进入另一种不同介质（） A、传播速度发生变化 B、频率发生变化 C、波长保持不变 D、频率和波长都发生变化 2、光从甲介质射入乙介质，由图可知（） A、甲介质是光疏介质，乙是光密介质 B、入射角大于折射角 C、光在甲介质中的传播速度较小 D、若甲为空气，则乙的折射率为6／2 3、表面有油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在玻璃片表面和边缘分别看到彩 色图样，这两种现象（） A、都是色散现象 B、前者是干涉现象，后者是色散现象 C、都是干涉现象 D、前者是色散现象，后者是干涉现象 4、华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”．光纤 通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是( )． A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大 D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大 5、如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λ a 、 λ b ，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为n a 、n b，. 则( ) A．λ a <λ b ，n a >n b B. λ a >λ b ，n a 习题13 13.1选择题 （1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ] (A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小． (C) 把两个缝的宽度稍微调窄． (D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C] （2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移． (D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A] （3）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[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )． (C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B] （4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ] (A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ． (E) ( n -1 ) d ． [答案：A] （5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］ (A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D] 13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离 为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处 (O S O S 21=)，两束相干光的相位差为 ________________． [答案：2sin /d πθλ] （2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为?x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝ 1 / 8 光学单元测试 一、选择题（每小题3分，共60分） 1 ．光线以某一入射角从空气射人折射率为的玻璃中，已知折射角为30°，则入射角等于（ ） A.30° B.45° C.60° D.75° 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 篇一：大学物理实验报告 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： 姓名： 学号： 辉光盘 【实验目的】： 观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】：大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的 惰性气体（如氩气等）。控制器中有一块振荡 电路板，通过电源变换器，将12v低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后，振荡电路产生高频电压电场， 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故 所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。 【实验步骤】： 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小； 2. 插上220v电源，打开开关； 3. 调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光； 4. 用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化； 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。 【注意事项】： 1. 闪电盘为玻璃质地，注意轻拿轻放； 2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力，避免控制器与盘面连接断裂； 3. 闪电盘不可悬空吊挂。 辉光球 【实验目的】 观察辉光放电现象，了解电场、电离、击穿及发光等概念。 【实验步骤】 1．将辉光球底座上的电位器调节到最小； 2．插上220v电源，并打开开关； 3. 调节电位器，观察辉光球的玻璃球壳内，电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光； 4.用手触摸玻璃球壳，观察到辉光随手指移动变化； 5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失，对辉光球拍手或说话，观察辉光随声音的变化。 选修3-4光学测试题 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的，请把它填在括号内. 1.夏日的白天,在大树下乘凉时,经常发现在树阴中间有许多圆形亮斑.关于其原因下列说法正确的是 A.大树的缝隙是圆的,所以地面上有许多圆斑 B.是很多树叶将太阳光反射到地面形成的圆斑 C.这是经很多不规则的树叶缝隙所形成的太阳的像 D.这是太阳光经树叶缝隙衍射形成的 2.对于某单色光,玻璃的折射率比水大,则此单色光在玻璃中传播时 A.其速度比在水中大,其波长比在水中长 B.其速度比在水中大,其波长比在水中短 C.其速度比在水中小,其波长比在水中短 D.其速度比在水中小,其波长比在水中长 3.下列关于偏振光的说法中正确的是 A.自然光就是偏振光 B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光 D.单色光就是偏振光 4.为了减少光学元件的反射损失,可在光学元件表面镀上一层增透膜,利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n ,厚度为d ,它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消,那么绿光在真空中的波长λ0为 A. 4 d B.4nd 5.一束光线从折射率为的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为45°.下面四个光路图中正确的是 6.关于双缝干涉实验,若用白光作光源照射双缝,以下说法不正确的是 A.屏上会出现彩色干涉条纹,因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的 B.当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时,屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹 C.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上有亮光，但一定不是干涉条纹 D.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上无亮光 7.细红光束和细蓝光束垂直于AB 面进入楔形棱镜,并能从AC 面射出,如图所示. 这两束 大学物理演示实验感想 通过此次光学演示实验使我了解了光的实质，就是原子核外电子得到能量跃迁到更高的轨道上之后由于所处轨道不稳定，电子还要跃迁回去，跃迁回去会释放出一个光子，就是以光的形式向外发出能量，跃迁的能级不同，释放出来的能量不同，光子的波长就不同，光的颜色就不一样了。当复色光进入棱镜或光栅后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。使我深刻认识到光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象及其原理，还有发生这种现象的外部条件。通过对这些特性的理解，使我从现实方面认识到光的波粒二象性，认识到光在什么条件下表现粒子性，在什么条件下表现波动性。通过激光传播信号的演示实验中我知道光不但给人以美的感受还有诸多其它方面的用处。在光的色散实验中，我对牛顿环的印象最深刻，通过对牛顿环现象的认识，我加深了对等厚干涉的了解，尤其是半波损失对牛顿环的应用，对半波损失有了进一步的了解和记忆。 我觉得我们做的虽然是演示实验，但也很有收获，这是我们对课上所学知识的一个更直观的了解，通过此次光学演示实验使我对光有了一种感性的认识，加深了对光学现象及原理的认识，为今后光学的学习打下深厚的基础，此次演示实验把理论与现实相结合，让大家在现实生活中理解光波的本质，这给我们每天的理论学习增添了一点趣味。虽然说演示实验的过程是简单的，但它的意义绝非如此。我们学习的知识重在应用，对大学生来说，演示实验不仅开动了我们思考的马达，也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去，使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探究的好奇心，我想这是一个人做学问最最重要的一点。因此我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门 光学： 1．等厚薄膜干涉中，当反射光干涉增强时必有透射光干涉减弱；…..（ ） 2．单缝衍射中，如以白光入射，则在中央明纹两侧由里到外依次为由红到紫。………………………………………………………………………….….（ ） 3.可以采取减小双缝间距的办法增大双缝干涉条纹的间距。 （ ） 4.两束光产生相干叠加的条件相位差相同，频率相同，振动方向相同。 （ ） 5、增大天文望远镜物镜的孔径主要是为了有效地提高其成像的放大率。（ ） 6、自然光射入各向异性晶体时一定会发生双折射现象。 （ ） 7、从水面、柏油路面等反射的光通常都是部分偏振光。 （ ） 8、在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹对应的衍射角变大。 （ ） 9.在单缝衍射中，将透镜沿垂直于透镜光轴稍微向上移动时，则观察屏上的衍射 图样会移动。 （ ） 10. 若以相位的变化相同为条件, 光在折射率为n 的介质中传播L 距离,相当于光在真空中传播的距离为nL 。 （ ） 2. 为了使双缝干涉的条纹间距变大，可以采取的方法是 [ ] A. 使屏靠近双缝； C. 使两缝的间距变小； C. 使两缝的宽度稍微变小； D. 改用波长较小的单色光源。 3. 一束平行的自然光以60度的入射角由空气入射到平行玻璃表面上，反射光成 为完全线偏振光，则知 [ ] A 折射光的折射角为30度，玻璃的折射率为1.73 B 折射光的折射角为60度，玻璃的折射率为1.73 C 折射光的折射角为30度，玻璃的折射率为1.50 D 折射光的折射角为60度，玻璃的折射率为1.50 4．波长为λ的单色平行光垂直入射到一狭缝上，若第一级暗纹的位置对应的衍 射角为30°，则缝宽的大小为 [ ] λ= a A . 2.λ=a B λ2.=a C λ3.=a D 大学物理演示实验报告 实验一锥体上滚 【实验目的】： 1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨 道上滚的现象，使学生加深了解在重力 场中物体总是以降低重心，趋于稳定的 运动规律。 2．说明物体具有从势能高的位置向势能 低的位置运动的趋势，同时说明物体势 能和动能的相互转换。 【实验仪器】：锥体上 滚演示仪 【实验原理】：能量最 低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。 【实验步骤】： 1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚； 2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去； 3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。 【注意事项】： 1．不要将锥体搬离轨道。 2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。 实验二避雷针 【实验目的】：气体放 电存在多种形式，如电晕放电、电弧放 电和火花放电等，通过此演示实验观察 火花放电的发生过程及条件。 【实验仪器】：高压电 源、一个尖端电极、一个球型电极及平 板电极。 【实验原理】：首先让 尖端电极和球型电极与平板电极的距离 相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多（尖端电极处），两极之间的电场越强，空气层被击穿。反之越少（球型电极处），两极之间的电场越弱，空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时，其间的电场较弱，不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近，放电只能在此处发生。 【实验步骤】： 1、将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，接通电源，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源并放电。 2、用手按下绝缘柄，使顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体，可听到金属球放电的声音明显减小，而尖端金属物体放电声音不断增大。可以看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。 3、让当尖端的金属缓慢下降，观察金属球何时发生明显放电现象。 4、演示完毕后，关闭电源并放电。 【注意事项】： 1、实验时，身体不能碰触仪器的金属部分。 2、实验过程中，应注意关闭电源后再对仪器进行相关操作。 3、实验完毕，应先关闭电源并及时放电。 实验三弹性碰撞仪 【实验目的】： 1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深 对动量原理的理解。 2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。 3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能 量变化过程有更清晰的理解。 【实验仪器】：弹性碰 撞仪 【实验原理】：由动量 守恒和能量守恒原理可知：在理想情况 下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量 守恒和能量守恒。当两个等质量刚性球 弹性正碰时，它们将交换速度。多个小 球碰撞时可以进行类似的分析。事实上， 由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰 撞，还是有能量损失的，故最后小球还 是要静止下来。 【实验步骤】： 本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ? 2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。大学物理 光学答案
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