光学习题及提示6
光学课件全部习题
解：三列平面波的复振幅分别为
选z=0平面
~ E1 = A1e i ( − k sin θx + k cosθz ) = A1e − ik sin θx ~ ikz E2 = A2 e = 2 A1
~ E3 = A3e i ( k sin θx + k cosθz ) = A1e ik sin θx
~ ~* ~ ~ ~ ~* ~* ~* I = EE = ( E1 + E2 + E3 )( E1 + E2 + E3 )
wwwwenku1comview9c970f097eb60a1分布a2sinkz221有三列在xz平面内传播的同频率单色平面波其振幅分别为a1a2a3传播方向如图求xy平面上的光强分布可设三列波在坐标原点初相均为0
第二章部分典型习题答案
2h1 +
λ1
2
= m1λ1
2h1 +
λ2
2
= m2 λ2
2h2 + 2h2 +
λ1
2
kλ1 = (k + 1)λ2
= (m1 + k )λ1 = (m2 + k + 1)λ2
980λ1 = 981λ2
λ2
2
λ1 = 589.6nm λ1 = 589nm
第四章部分典型习题答案
4.10 单色平面波垂直照射图示的衍射屏,图中标出的是该处到轴上场点 的光程,屏中心到场点的光程为ro,阴影区为不透光区.试用矢量图解 法求场点的光强与波自由传播时该场点的光强的比值.
2
2
I = 5I F
r0 + λ r0 + λ / 4
1 A= 2 AF 4
光学题库及答案
光学题库及答案光学试题库（计算题）12401 已知折射光线和反射光线成900⾓，如果空⽓中的⼊射⾓为600，求光在该介质中的速度。
14402 在⽔塘下深h 处有⼀捕鱼灯泡，如果⽔⾯是平静的，⽔的折射率为n ，则从⽔⾯上能够看到的圆形亮斑的半径为多少？14403 把⼀个点光源放在湖⽔⾯上h 处，试求直接从⽔⾯逸出的光能的百分⽐（忽略⽔和吸收和表⾯透镜损失）。
23401 平⾏平⾯玻璃板的折射率为0n ，厚度为0t 板的下⽅有⼀物点P ，P 到板的下表⾯的距离为0l ,观察者透过玻璃板在P 的正上⽅看到P 的像，求像的位置。
23402 ⼀平⾯平⾏玻璃板的折射率为n ，厚度为d ，点光源Q 发出的近于正⼊射的的光束在上表⾯反射成像于'1Q ，光线穿过上表⾯后在下表⾯反射，再从上表⾯出射的光线成像于'2Q 。
求'1Q 和'2Q 间的距离。
23403 来⾃⼀透镜的光线正朝着P 点会聚，如图所⽰，要在'P 点成像，必须如图插⼊折射率n=的玻璃⽚.求玻璃⽚的厚度.已知?=2mm .23404 容器内有两种液体深度分别为1h 和2h ，折射率分别为1n 和2n ，液⾯外空⽓的折射率为n ，试计算容器底到液⾯的像似深度。
23405 ⼀层⽔（n=）浮在⼀层⼄醇（n=）之上，⽔层厚度3cm ，⼄醇厚5cm ，从正⽅向看，⽔槽的底好象在⽔⾯下多远？24401 玻璃棱镜的折射率n=，如果光线在⼀⼯作⾯垂直⼊射，若要求棱镜的另⼀侧⽆光线折射时，所需棱镜的最⼩顶⾓为多⼤？24402 ⼀个顶⾓为300的三棱镜，光线垂直于顶⾓的⼀个边⼊射，⽽从顶⾓的另⼀边出射，其⽅向偏转300 ，求其三棱镜的折射率。
24404 有⼀玻璃三棱镜，顶⾓为α，折射率为n ，欲使⼀条光线由棱镜的⼀个⾯进⼊，⽽沿另⼀个界⾯射出，此光线的⼊射⾓最⼩为多少？24405 玻璃棱镜的折射棱⾓A 为600，对某⼀波长的光的折射率为，现将该棱镜浸⼊到折射率为4/3的⽔中，试问当平⾏光束通过棱镜时，其最⼩偏向⾓是多少？32401 ⾼为2cm 的物体,在曲率半径为12cm 的凹球⾯镜左⽅距顶点4cm 处。
大学物理光学习题附答案
［
］
33．5649：在如图所示的夫琅禾费衍射装置中，将单缝宽
度 a 稍稍变窄，同时使会聚透镜 L 沿 y 轴正方向作微小平移(单缝与
屏幕位置不动)，则屏幕 C 上的中央衍射条纹将
(A) 变宽，同时向上移动
(B) 变宽，同时向下移动
(C) 变宽，不移动
(D)
变窄，同时向上移动
(E) 变窄，不移动
［
］
34．5650：在如图所示的单缝夫琅禾费衍射装置中，设中央明
的部分
(A) 凸起，且高度为 / 4
(B) 凸起，且高度为 / 2
(C) 凹陷，且深度为 / 2
(D) 凹陷，且深度为 / 4 ［
］
平玻璃
空气劈尖
工件
O
n=1.68
n=1.60 n=1.58
O
3507 图
14．3507：如图所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全 部浸入 n＝1.60 的液体中，凸透镜可沿 OO 移动，用波长＝500 nm(1nm=109m)的单色光垂直入射。 从上向下观察，看到中心是一个暗斑，此时凸透镜顶点距平板玻璃 的距离最少是
(C) 向棱边方向平移，条纹间隔不变
(D) 向远离棱边的方向平移，条纹间隔不变
(E)
向远离棱边的方向平移，条纹间隔变小
［
］
19．5326：两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
一、选择题 1．3165：在相同的时间内，一束波长为的单色光在空气中和
在玻璃中
大物习题答案第6章 波动光学
第6章波动光学6.1基本要求1．理解相干光的条件及获得相干光的方法.2．掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系，了解半波损失，掌握半波损失对薄膜干涉极大值和极小值条件的影响。
3．能分析杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置4．了解迈克耳孙干涉仪的工作原理5．了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释.6．了解用波带法来分析单缝夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响.7．了解衍射对光学仪器分辨率的影响.8．掌握光栅方程，会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响.9．理解自然光与偏振光的区别.10．理解布儒斯特定律和马吕斯定律.11．了解线偏振光的获得方法和检验方法.6.2基本概念1．相干光若两束光的光矢量满足频率相同、振动方向相同以及在相遇点上相位差保持恒定，则这两束光为相干光。
能够发出相干光的光源称为相干光源。
2．光程光程是在光通过介质中某一路程的相等时间内，光在真空中通过的距离。
若介质的折射率为n，光在介质中通过的距离为L，则光程为nL。
薄透镜不引起附加光程差。
光程差∆与相位差ϕ∆的关系2πϕλ∆=∆。
3．半波损失光在两种介质表面反射时相位发生突变的现象。
当光从光疏介质（折射率较小的介质）射向光密介质（折射率较大的介质）时，反射光的相位较之入射光的相位跃变了π，相当于反射光与入射光之间附加了半个波长的光程差，所以称为半波损失。
4．杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉实验是利用波阵面分割法来获得相干光的。
用单色平行光照射一窄缝S ，窄缝相当于一个线光源。
S 后放有与其平行且对称的两狭缝S 1和S 2，两缝之间的距离很小。
两狭缝处在S 发出光波的同一波阵面上，构成一对初相位相同的等强度的相干光源，在双缝的后面放一个观察屏，可以在屏幕上观察到明暗相间的对称的干涉条纹，这些条纹都与狭缝平行，条纹间的距离相等。
5．薄膜干涉薄膜干涉是利用分振幅法来获得相干光的。
大学物理光学练习题及答案详解
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) 123n n -λ(C) λ2(D)122n n -λ17. 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)的单色光垂直照射．看到的反射光的干涉条纹如图(b)所示．有些条纹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 nm43. 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KS1L 2L xaEf54. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝宽度 a 稍稍变宽，同时使单缝沿x 轴正向作微小移动，则屏幕E 的中央衍射条纹将 [ ] (A) 变窄，同时上移(B) 变窄，同时下移 (C) 变窄，不移动 (D) 变宽，同时上移55. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝宽度a 稍稍变窄，同时使汇聚透镜L 2沿x 轴正方向作微小移动，则屏幕E 上的中央衍射条纹将[ ] (A) 变宽，同时上移(B) 变宽，同时下移 (C) 变宽，不移动 (D) 变窄，同时上移56. 一衍射光栅由宽300 nm 、中心间距为900 nm 的缝构成, 当波长为600 nm 的光垂直照射时, 屏幕上最多能观察到的亮条纹数为[ ] (A) 2条 (B) 3条 (C) 4条 (D) 5条57. 白光垂直照射到每厘米有5000条刻痕的光栅上, 若在衍射角ϕ = 30°处能看到某一波长的光谱线, 则该光谱线所属的级次为 [ ] (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 483. 如图所示，起偏器A 与检偏器B 的偏振化方向相互垂直，偏振片C 位于A 、B 中间且与A 、B 平行，其偏振化方向与A 的偏振化方向成30°夹角. 当强度为I 的自然光垂直射向A 片时，最后的出射光强为 [ ] (A) 0(B)2I (C)8I(D) 以上答案都不对84. 如图所示，一束光强为I 0的自然光相继通过三块偏振片P 1、P 2、P 3后，其出射光的强度为8I I =．已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直．若以入射光线为轴转动P 2, 问至少要转过多少角度才能出射光的光强度为零?[ ] (A) 30° (B) 45° (C) 60° (D) 90°IACI1P 32P86. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过．当其中一偏振片慢慢转动时, 投射光强度发生的变化为 [ ] (A) 光强单调增加(B) 光强先增加，后又减小至零 (C) 光强先增加，后减小，再增加(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零1. 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气和在玻璃中[ ] (A) 传播的路程相等，走过的光程相等 (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等 (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等 (D) 传播的路程不相等，走过的光程不相2. 真空中波长为的单色光, 在折射率为n 的均匀透明介质中从a 点沿某一路径传到b点．若a 、b 两点的相位差为π3，则此路径的长度为[ ] (A)n23λ (B)nλ3 (C)λ23 (D)λn 23 3. 相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及[ ] (A) 传播方向相同 (B) 振幅相同 (C) 振动方向相同 (D) 位置相同4. 如图所示，有两个几何形状完全相同的劈形膜：一个由空气中的玻璃形成玻璃劈形膜; 一个由玻璃中的空气形成空劈形膜．当用相同的单色光分别垂直照射它们时, 从入射光方向观察到干涉条纹间距较大的是[ ] (A) 玻璃劈形膜(B) 空气劈形膜(C) 两劈形膜干涉条纹间距相同 (D) 已知条件不够, 难以判定5. 用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜, 如果波长逐渐变小, 干涉条纹的变化情况为[ ](A) 明纹间距逐渐减小, 并背离劈棱移动 (B) 明纹间距逐渐变小, 并向劈棱移动 (C) 明纹间距逐渐变大, 并向劈棱移动 (D) 明纹间距逐渐变大, 并背向劈棱移动 6. 牛顿环实验中, 透射光的干涉情况是[ ] (A) 中心暗斑, 条纹为内密外疏的同心圆环 (B) 中心暗斑, 条纹为内疏外密的同心圆环 (C) 中心亮斑, 条纹为内密外疏的同心圆环 (D) 中心亮斑, 条纹为内疏外密的同心圆环7. 若用波长为的单色光照射迈克耳孙干涉仪, 并在迈克耳孙干涉仪的一条光路中放入一厚度为l 、折射率为n 的透明薄片, 则可观察到某处的干涉条纹移动的条数为[ ](A)λln )1(4- (B)λln(C)λln )1(2- (D)λln )1(-8. 如图12-1-44所示，波长为 的单色光垂直入射在缝宽为a 的单缝上, 缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜, 屏置于透镜的焦平面上, 若整个实验装置浸入折射率为n 的液体中, 则在屏上出现的中央明纹宽度为[ ] (A) na f λ(B) na f λ (C)naf λ2(D)anf λ2 9. 在一光栅衍射实验中，若衍射光栅单位长度上的刻痕数越多, 则在入射光波长一定的情况下, 光栅的[ ] (A) 光栅常数越小(B) 衍射图样中亮纹亮度越小 (C) 衍射图样中亮纹间距越小(D) 同级亮纹的衍射角越小10. 一束平行光垂直入射在一衍射光栅上, 当光栅常数)(b a +为下列哪种情况时(a 为每条缝的宽度, b 为不透光部分宽度) , k = 3, 6, 9, …等级次的主极大均不出现．[ ] (A) a b a 2=+ (B) a b a 3=+ (C) a b a 4=+(D) a b a 6=+11. 自然光以 60的入射角照射到不知其折射率的某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则[ ](A) 折射光为线偏振光，折射角为 30 (B) 折射光为部分线偏振光，折射角为 30 (C) 折射光为线偏振光，折射角不能确定 (D) 折射光为部分线偏振光，折射角不能确定 12. 关于光的干涉，下面说法中唯一正确的是[ ](A) 在杨氏双缝干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的光程差为2λ (B) 在劈形膜的等厚干涉图样中, 相邻的明条纹与暗条纹间对应的厚度差为2λ (C) 当空气劈形膜的下表面往下平移2λ时, 劈形膜上下表面两束反射光的光程差将增加2λ (D) 牛顿干涉圆环属于分波振面法干涉二、 填空题1. 如图12-2-1所示，折射率为2n 、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折λfaE L射率分别为1n 和3n ，已知321n n n ><，若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下表面反射的光束（用①与②示意）的光程差是2. 真空中波长 = 400 nm 的紫光在折射率为 n =1.5 的介质中从A 点传到B 点时, 光振动的相位改变了5, 该光从A 到B 所走的光程为 ．4. 如图所示，在双缝干涉实验中SS 1=SS 2，用波长为λ的光照射双缝S 1和S 2，通过空气后在屏幕E 上形成干涉条纹．已知P 点处为第三级明条纹，则S 1和S 2到P 点的光程差为 ____________．若将整个装置放于某种透明液体中，P 点为第四级明条纹，则该液体的折射率n ＝ ____________．5. 两条狭缝相距2 mm, 离屏300 cm, 用600 nm 的光照射时, 干涉条纹的相邻明纹间距为___________mm.6. 将一块很薄的云母片(n = 1.58)覆盖在杨氏双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的中央明纹中心被原来的第7级明纹中心占据．如果入射光的波长λ = 550 nm, 则该云母片的厚度为___________．9. 如图所示，在玻璃(折射率n 3 = 1.60)表面镀一层MgF 2(折射n 2=1.38)薄膜作为增透膜．为了使波长为500 nm 的光从空气(折射率n 1=1.00)正入射时尽可能减少反射，MgF 2膜的最小厚度应是 ． 10. 用白光垂直照射厚度e = 350 nm 的薄膜，若膜的折射率n 2 = 1.4 , 薄膜上面的介质折射率为n 1，薄膜下面的介质折射率为n 3，且n 1 < n 2 < n 3．则透射光中可看到的加强光的波长为 ．14. 波长为λ的平行单色光垂直地照射到劈尖薄膜上，劈尖薄膜的折射率为n ，第二级明纹与第五条明纹所对应的薄膜厚度之差是 _____________． 15. 两玻璃片中夹满水(水的折射率34=n )形成一劈形膜, 用波长为λ的单色光垂直照射其上, 若要使某一条纹从明变为暗, 则需将上面一片玻璃向上平移 ．22. 若在迈克耳孙干涉仪的可动反射镜M 移动0.620mm 的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的波长为 ．23. 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 的透明介质薄片，放入后，这条光路的光程改变了 ．25. 如果单缝夫琅禾费衍射的第一级暗纹发生在衍射角为30=ϕ的方位上，所用的单色光波长为nm 500=λ，则单缝宽度为 ．26. 一束平行光束垂直照射宽度为1.0 mm 的单缝上，在缝后放一焦距为2.0 mm 的汇聚透镜．已知位于透镜焦平面处的中央明纹的宽度为2.0 mm ，则入射光波长约为 ． 29 用半波带法讨论单缝衍射暗条纹中心的条件时，与中央明条纹旁第三个暗条纹中心相对应的半波带的数目是__________．30. 平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅禾费衍射．若屏上P 点处为第三级暗纹，则单缝处波面相应地可划分为___________ 个半波带．若将单缝宽度缩小一半，P 点处将是_________级________纹．36. 一衍射光栅, 狭缝宽为a , 缝间不透明部分宽为b ．当波长为600 nm 的光垂直照射时, 在某一衍射角 ϕ 处出现第二级主极大．若换为400 nm 的光垂直入射时, 则在上述衍射角 ϕ 处出现缺级, b 至少是a 的 倍．38. 已知衍射光栅主极大公式(a ＋b ) sin ϕ＝±k λ，k ＝0, 1, 2, …．在k ＝2的方向上第一条缝与第六条缝对应点发出的两条衍射光的光程差∆＝_____________．40. 当自然光以58︒角从空气射入到玻璃板表面上时, 若反射光为线偏振光, 则透射光的折射角为_________．41. 一束自然光入射到空气和玻璃的分界面上, 当入射角为60︒时反射光为完全偏振光, 则此玻璃的折射率为_________．44. 一束由自然光和线偏振光组成的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的7倍；那么入射光束自然光和线偏振光的光强比为_____________．三、 计算题8. 用白光垂直照射置于空气中的厚度为0.50 μm 的玻璃片．玻璃片的折射率为1.50．在可见光范围内(400 nm ~ 760 nm)哪些波长的反射光有最大限度的增强? 13. 图12-3-13所示为一牛顿环装置，设平凸透镜中心恰好与平玻璃接触，透镜凸表面的曲率半径是R ＝400 cm ．用单色平行光垂直入射，观察反射光形成的牛顿环，测得第5个明环的半径是0.30 cm ．(1) 求入射光的波长；(2) 设图中OA =1.00 cm ，求在半径为OA 的范围内可观察到的明环数目．18. 在某个单缝衍射实验中，光源发出的光含有两种波长1λ和2λ，并垂直入射于单缝上．假如1λ的第一级衍射极小与2λ的第二级衍射极小相重合，试问：(1) 这两种波长之间有何关系?(2) 在这两种波长的光所形成的衍射图样中，是否还有其它极小相重合?19. 某种单色平行光垂直地入射在一单缝上, 单缝的宽度a = 0.15 mm ．缝后放一个焦距f = 400 mm 的凸透镜，在透镜的焦平面上，测得中央明条纹两侧的两个第三级暗条纹之间的距离为8.0 mm ，求入射光的波长．30. 一衍射光栅，每厘米有200条透光缝，每条透光缝宽为a = 2⨯10-3 cm ，在光栅后方一焦距f = 1 m 的凸透镜．现以nm 600=λ的单色平行光垂直照射光柵，求：(1) 透光缝a 的单缝衍射中央明区条纹宽度； (2) 在透光缝a 的单缝衍射中央明纹区内主极大条数.31. 波长λ = 600nm 的单色光垂直入射到一光柵上，测得第二级主级大的衍射角为30o ，且第三级是缺级．(1) 光栅常量(a ＋b )等于多少?(2) 透光缝可能的最小宽度a 等于多少?(3) 在选定了上述(a ＋b )和a 之后，求在屏幕上可能呈现的全部主极大的级次．36 两个偏振片叠在一起，欲使一束垂直入射的线偏振光经过这两个偏振片之后振动方向转过了90°，且使出射光强尽可能大，那么入射光振动方向和两偏振片的偏振化方向之间的夹角应如何选择？这种情况下的最大出射光强与入射光强的比值是多少?。
光学 赵凯华 习题解答
《光学》赵凯华 （钟锡华）习题解答第一章P23—5 （1-4）证一： 对平行平板上下表面分别两次运用折射定律，并考虑到平板上下是同一介质，便可证明最后出射光线与当初入射光线的方向一致。
根据几何关系可得侧向位移量为)cos sin cos (sin 2211 )sin cos cos (sin cos )sin(211221i i i i t i i i i ti i AB X −=−=−=Δ122i折射定律 sini =nsini 在i 2<i 1<<1的条件下, 取小角近似 sini 1≈i 1,cosi 1≈cosi 2≈1于是有 n n X 1−≈Δt i 1证二：)1())sin(11n n t l x ()sin(cos 11t t−=−−=θθθθ=−=θθθθP23—7（1-6）证一：由于光线垂直入射，故光线在第一个界面不发生折射，仅在第二个界面有折射。
如图， 根据折射定律 nsini 2=sini ’2 以及几何关系 i 2=α, 故 nsinα=sini ’2当α很小时, 有sinα≈α,sini ’2≈i ’2 则上式可写成nα=i ’2所以偏向角为αααδ)1(2'2−=−=−=n n i i这个近似公式, 在干涉、衍射、偏振中经常要用到, 我们应当记住。
证二：αααα+δ+⇒δ=)sin(n →sin （当0α时）得出：δα)1(−n＝P23—11（1-10）解：设棱镜的折射率为n ，水的折射率为n ’，先求得n=60.15023550sin=+D DD 2sin再由 n=n ’2sin2sin αα+δm 得D25sin 33.160.1sin=+2sin 2′=αδαn nm'132305080.0sin 2D ==+−mδα最后求出此棱镜放在水中的最小偏向角为'411D =m δp23—14（1-13）解 ：根据折射定律，得到n 0sin22111sin 1sin θθθ−=n n 21'1cos θ==n 因为光线在玻璃芯和外套的界面上发生全反射的条件为sin122n n ≥θ所以，欲使光线在纤维内发生全反射，1θ必需满足n 0sin2121)(1n n n −1≤θ故数值孔径为 n 0sin221n n −=θ'sin sin i DEF n g =∠n g DEF EDF ∠−=∠D90n n g 21光导纤维的数值孔径反映集光本领，是导光传象的重要性能参数之一。
光学(难题篇)经典题解版
一、单选题1. 根据分子动理论可知，在使两个分子间的距离由很远（r ≥10-9m）到很难再靠近的过程中，分子间的作用力的大小将（ ）A ．先减小后增大B ．先增大后减小C ．先增大后减小再增大D ．先减小后增大再减小2. 如图甲所示的电路中，变压器为理想变压器，两定值电阻的阻值分别为，，电压表、电流表均为理想电表，当a 、b 两端接入交流电源，交流电的电压随时间变化的规律如图乙所示，电阻和消耗的功率相等，则下列说法正确的是（ ）A ．电压表的示数为27VB ．电流表的示数为1.8AC ．变压器原副线圈的匝数比为7∶1D ．电源的输出功率为64.8W3. “中国载人月球探测工程”计划在2030年前实现中国人首次登陆月球。
设想在地球和月球上有两个倾角相同的山坡，简化为如图所示的足够长的倾角为θ的斜面。
现分别从这两个山坡上以相同大小的速度v 0水平抛出两个完全相同的小球，小球再次落到山坡上时速度大小分别记为v 1、v 2，速度方向与坡面的夹角分别记为θ1、θ2。
已知地球与月球表面重力加速度分别为g 、，不计小球在地球上运动时的空气阻力，以下关系正确的是（ ）A ．θ2＞θ1B ．θ2＜θ1C ．v 2＜v 1D ．v 2＝v 14.狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布如图甲所示，距离它处的磁感应强度大小为（为常数，其磁场分布与负点电荷的电场如图乙所示分布相似。
现假设磁单极子和负点电荷均固定，有带电小球分别在极和附近做匀速圆周运动。
则关于小球做匀速圆周运动的判断不正确的是（ ）A ．若小球带正电，其运动轨迹平面可在的正上方，如图甲所示B．若小球带负电，其运动轨迹平面可在的正下方，如图乙所示C ．若小球带负电，其运动轨迹平面可在的正上方，如图甲所示D ．若小球带正电，其运动轨迹平面可在的正下方，如图乙所示5. 如图，某同学将一足球静止摆放在收纳架上。
他估测得足球的直径约为20 cm ，质量约为0. 48 kg ，收纳架两根平行等高的横杆之间的距离d 约为12 cm 。
大学物理---光学部分练习题及答案解析
PS 1 S 2r 1n 1n 2t 2r 2t 1大学物理---光学部分练习题及答案解析一、选择题1. 有一平面透射光栅，每毫米有500条刻痕，刻痕间距是刻痕宽度的两倍。
若用600nm 的平行光垂直照射该光栅，问第几级亮条纹缺级？能观察到几条亮条纹？ ( C )A. 第1级，7条B. 第2级，6条C. 第3级，5条D. 第2级，3条2. 下列情形中，在计算两束反射光线的光程差时，不需要计算因半波损失而产生的额外光程的是：（ D ）A BCD3. 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气中和在玻璃中（ C ） (A) 传播的路程相等，走过的光程相等 (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等 (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等 (D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等4. 如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2。
路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1、折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过厚度为t 2、折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于( B )(A) )()(111222t n r t n r +-+(B) ])1([])1([111222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r ---空气油膜n=1.4 水MgF 2 n=1.38 空气玻璃 n=1.5油膜n=1.4 空气 水空气MgF 2 n=1.38玻璃 n=1.5(D) 1122t n t n -5、如图所示，平行单色光垂直照射到薄膜上，经上下两表面反射的两束光发生干涉，若薄膜的厚度为e ，并且n 1＜n 2＞n 3，1λ为入射光在折射率为n 1的媒质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为 ( C )(A) )/(2112λπn e n (B) πλπ+)/(4121n e n (C) πλπ+)/(4112n e n(D) )/(4112λπn e n6、在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ，若A 、B 两点相位差为3π，则此路径AB 的光程为（ A ）(A) 1.5 λ(B) 1.5 λ / n(C) 1.5n λ(D) 3 λ7、一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的透振方向成45°角，则穿过两个偏振片后的光强I 为（ B ）(A) 24/0I（B ）4/0I（C ）2/0I(D)2/20I8、波长为λ的单色光垂直入射于光栅常数为d 、缝宽为a 、总缝数为N 的光栅上。
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光学习题及提示
（西北工业大学理学院赵建林）
第6章光的双折射与光调制
6-1 一块水晶平板厚0.85mm，光轴与表面平行。
用钠灯的黄光（λ=589.3nm）垂直照射，求o光和e光在晶体中的光程以及两者的相位差。
提示：由已知两个条件：光轴与表面平行，自然光垂直照射，进入晶体中的两个正交分量（o光和e光）同向传播，但速度不同，因而相位延迟不同。
可由o光和e光折射率n o 光和n e及水晶厚度确定。
6-2 一束钠黄光掠入射到冰晶平板上，晶体的光轴与入射面垂直，平板厚度为4.20mm，求o光和e光射到平板下表面上两点的间距。
已知冰对于钠黄光的主折射率n o=1.3090, n e=1.3104。
提示：根据题意，o光和e光均满足折射定律，只是各自折射率不同，故分别按o光和e光的主折射率计算o光和e光各自的折射角。
6-3 如图所示，单色自然光以θ =60o角由空气入射到某单轴晶体表面，晶体的光轴与其表面平行且垂直于入射面，对该单色光的主折射率分别为n o=1.512，n e=1.470。
（1）试画出透射光及其偏振方向。
（2）设晶体厚度h=1cm，试求晶体出射面上两光束的间距。
习题6-3图
提示：同习题6-2。
6-4 如图所示，一束自然光垂直进入由负晶体制成的棱镜，图中虚线为光轴c的方向。
试确定光束在棱镜中以及出射后的传播方向和偏振方向。
习题6-4图
提示：在第一块棱镜中，光束不发生双折射，两个正交分量均为o光。
在第二块棱镜中，振动方向垂直于入射面的分量仍为o光，故不偏折；振动方向平行于入射面的分量变为e 光，故将向偏离法线方向折射，自棱镜端面出射时继续向偏离法线方向折射。
6-5 两尼科耳棱镜的主截面之间夹角由30︒变到45︒，透射光的强度如何变化？设入射自然光的强度为I0。
提示：利用马吕斯定律I=I0cos2θ。
6-6 单色线偏振光垂直入射到方解石晶体上，其偏振面与主截面成30︒角，两折射光再经过置于方解石晶体后的尼科耳棱镜，其主截面与原入射光的偏振面成50︒角，试求最终透过尼科耳棱镜的两束光的相对强度。
提示：注意，主截面是包含晶体光轴与界面法线的平面。
光束偏振面与主截面成30︒角，意味着进入晶体后将分解成垂直和平行于主截面两个平面偏振光分量，前者为o光，后者为e光。
这两个分量自方解石晶体出射后，再次进入尼科耳棱镜时，每个分量又分解为垂直和平行于尼科耳棱镜主截面的两个分量。
根据尼科耳棱镜的特点，最后出射的只有平行于尼科耳棱镜主截面的偏振光分量。
6-7 用尼科耳棱镜观察部分偏振光，当尼科耳棱镜相对于强度极大值位置转过60︒时，透射光强度减为一半，求光束的偏振度。
提示：本题涉及三个概念，即部分偏振光的定义、马吕斯定律和偏振度的定义。
部分偏振光可分解成两个相位随机变化、振动方向正交、振幅不相等的两个平面偏振光分量，设其强度分别为I max和I min。
按照题意，两个正交平面偏振光各自在与强度极大值分量偏振面夹角θ=60︒方向的投影分量的强度之和应满足：I max cos2θ+I min cos2(π/2-θ)=I max/2。
6-8 用一个λ/4片和一个偏振片组合检验一束椭圆偏振光。
达到消光位置时，λ/4片的光轴与偏振片透振方向相差22︒，求椭圆的长短轴之比。
提示：按照题意，椭圆偏振光透过λ/4片后变为平面偏振光，且偏振面与偏振片透振方向正交，同时，椭圆偏振光的两个轴分别平行和垂直于λ/4片的光轴。
因此，透射平面偏振光的振幅在平行和垂直于λ/4片光轴方向的投影即椭圆偏振光的两个半轴长度。
6-9两尼科耳棱镜主截面夹角为60︒，中间插入一块冰晶材料的λ/4片，其主截面平分两尼科耳棱镜主截面的夹角，入射自然光的强度为I0。
试求：（1）透过λ/4片的光波的偏振状态；（2）透过第二个尼科耳棱镜的光波强度。
提示：（1）利用（6.3-1）和（6.3-4）确定透过λ/4片的光波的偏振状态；（2）利用公式（6.4-6）确定透过第二个尼科耳棱镜的光波强度。
6-10 强度为I0的单色平行自然光通过两个正交放置的尼科耳棱镜。
现在两个尼科耳棱镜之间插入一个λ/4片，其主截面与第一个尼科耳棱镜的主截面成60︒角，求出射光的强度（忽略反射、吸收等损耗）。
提示：利用正交布置下的叠加强度公式（6.4-8）并考虑附加相位差。
6-11 一块0.025mm厚的方解石晶片，表面平行于光轴，放在两个正交尼科耳棱镜之间。
晶片的主截面与两个正交尼科耳棱镜主截面均成45︒角。
试问：（1）在可见光范围内哪些波长的光不能通过？（2）如果将第二个尼科耳棱镜的主截面转到与第一个平行，哪些波长的光不能通过？
提示：不能通过意味着这些波长的单色光发生了相消干涉。
（1）利用正交布置下的叠加强度公式（6.4-8）并考虑附加相位差；（2）利用平行布置下的叠加强度公式（6.4-7），或者利用平行布置与正交布置下干涉特性互补特性，求出在前一种情况下满足相长干涉条件的波长成分。
6-12 一束强度为I o的自然光垂直穿过三块平行放置的偏振片P1、P2和P3，已知P2和P3的透振方向分别与P1的透振方向成45o和90o角，求出射光强I。
提示：同题6-5。
6-13 已知强度为I0的自然光依次通过两个尼科耳棱镜，并测得透射光的强度取极大值。
现将其中一个棱镜以光的传播方向为转轴旋转θ 角，假设棱镜材料的吸收损耗可以忽略。
试求：（1）初始时两尼科耳棱镜主截面之间的夹角θ0=？（2）θ=300、600、900时，透射光的强度和振幅。
提示：同题6-5。
光强取极大值意味着两个尼科耳棱镜主截面平行。
6-14 一块表面垂直于光轴的水晶片恰好抵消10cm长且浓度为20%的麦芽糖溶液对钠黄光偏振面所引起的旋转。
已知水晶对此波长的旋光率为α=21.75︒/mm，麦芽糖的比旋光率为[α]=144︒/dm(g/cm3)，求此水晶片的厚度。
提示：利用公式（6.6-2）和（6.6-3）。
6-15 长度为15cm的左旋葡萄糖溶液使钠黄光的偏振面旋转了25.6︒，已知该溶液的比旋光率为[α]=-51.4︒/dm(g/cm3)，求溶液浓度。
提示：利用公式（6.6-4）。