()“物理光学”期中考试试题(答案)

()“物理光学”期中考试试题(答案)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：23 / 5学院 班级 姓名 学号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………嘉应学院物理与光信息科技学院2012-2013学年第2学期期中考试试卷《物理光学》试题（考试形式：闭卷，考试时间：100分钟）题号 一 二 三 四 五 六 七 总分 复核人得分评卷人一、 填空题（每题3分，共21分）1．已知为波长600nm 的单色光波在真空中的传播速度为 3.0x108m/s ，其频率ν为5x 1014Hz ；在折射为 1.5的透明介质中传播速度v 为 2.0x108m/s ，频率为5x 1014Hz ，波长为 400nm ；2.一平面单色光波的圆频率为ω、波矢为k ，其在真空中的光场E 用三角函数表示为)cos(t r k E E ω-⋅=0，用复数表示为)(exp t r k i E E ω-⋅=0；若单色汇聚球面光波的圆频率为ω、波矢为k ，其在真空中的光场E 用三角函数表示为)cos()(t r k r E E ω-⋅-=1，用复数表示为)(exp t r k i r E E ω-⋅-=1；3.一光波的波长为500nm ，其传播方向与x 轴的夹角为300，与y 轴的夹角为600，则其与z 轴的夹角为900 ，其空间频率分别为1.732x106m -1 、 1x106m -1 、 0 ； 4．光的干涉现象是两光波相遇时，在相遇区域内出现稳定的明暗条纹(光强强弱分布) ；出现此现象要求的条件是频率相同 、 振动方向基本相同 和 观察时间内相位差恒定 ；5．在实验室中获得相干光波的方法有分振幅 、分波面 、 分振动面 等三种，杨氏双缝干涉属于分波面 ，迈克耳孙干涉属于分振幅 ；6.光在介质中的传播速度 小于 真空中的速度，且随 介质的折射率 而变化，这称为光的色散现象。

正常色散特点 随光波长的的增大，折射率减小 ，反常色散特点随光波长的的增大，折射率增大7．光源影响干涉条纹对比度的因素有 光源的单色性 、 光源的线度 和 振幅比 ；二、 简述题（每题5分，共25分）1. 自然界因何而五彩缤纷？试用所学的光学知识解释之。

原因：(1)太阳光本身具有不同波长(颜色)成分；(2)物体对不同波长光波的选择性吸收。

……3分 颜色：(1)透明物体颜色是太阳光经物体选择性吸收后，透射光的颜色；(2)不透明物体颜色是太阳光经物体选择性吸收后，反射光的颜色。

..….2分2.“晴朗的天空呈浅蓝色，早、晚的太阳呈红色，正午的太阳呈白色。

”试用所学的光学知识解释之。

1)晴朗的天空呈浅蓝色这主要是大气层对太阳光散射的结果。

由瑞利散射定律可知，在由大气散射的太阳光中，短波长占优势，所以，太阳散射光在大气层内层，蓝色的成分比红色多，故天空呈浅蓝色。

………………2分(2)早、晚的太阳呈红色，正午的太阳白色大气层对太阳光的散射结果。

早、晚太阳斜射，穿过大气层的厚度比正午时厚得多，被大气散射掉的短波成分也多得多，仅剩下长波成分透过大气到达观察者，所以旭日和夕阳呈红色。

正午时太阳光衩大气散射较少，故太阳光呈白色。

………………3分3、何谓“半波损失”？产生“半波损失”的条件是什么？“半波损失”是指，在光的反射过程中，反射光的振动方向与入射光的振动方向发生反向，即相当于光在反射过程中突变π相位差，或称损失半个波长的光程差。

…3分 条件：（1）光由光疏媒质射向光密媒质；（2）正射或掠射 …………2分4．用白光光源进行双缝实验，若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤光片遮盖另一条缝，在光波的叠加区域内有无干涉条纹？为什么？无。

…………1分白光经纯红色的滤光片后透射光为红光，经纯蓝色的滤光片后为蓝光，红、蓝光频率不同，(……2分) 叠加时不满足干涉条件，故无干涉条纹。

(……2分)4 / 5学院 班级 姓名 学号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………5.何谓“全反射”？发生全反射的条件是什么？在反射现象中，当满足一定条件时，没有折射光，入射光全部反射回光密介质，这个现象称为光的全反射。

……2分条件：(1) 光从光密介质射向光疏介质 ……1分 (2) 入射角大于临界角，临界角121n n c -=sin θ ……2分 三、 计算题（共54分）1.(12分)一个平面电磁波的在某介质传播时，其电场可以表示为：026501022014=+-⨯==z y x E t c z E E ],).(cos[,ππ 求：(1)该电场波的振幅、频率、波长和原点的初相位；(2)该介质的折射率；(3)该电场波的传播方向和电矢量的振动方向；. (4)该电磁波的磁场表达式。

解：将题中所给电场表达式026501022014=+-⨯==z y x E t c z E E ],).(cos[,ππ 与标准式])(cos[0φω+-=t vzA E 进行对比，可得(1)(4分)振幅12-⋅=C N A ，频率Hz 1414100121022⨯=⨯==.πππων 波长m m c v 614109511001650-⨯=⨯==...νλ 原点的初相位20πφ= (2)(2分)介质的折射率541650..===ccc n ν(3)(3分)该电场波的传播方向为z 轴正方向，电矢量的振动方向为y 轴向(4) (3分)由)(E k vB ρρρ⨯=01可得磁场的表达式为it c z i t c z iE j E k c c E k v B y y ρρρρϖρρρ]).(cos[.]).(cos[..).(.)(2365010210332650102103310651650102650111421422140πππππ+-⨯⨯=+-⨯⨯-=⨯-=⨯⨯=⨯=---2.(8分)一束光入射到空气和火石玻璃(折射率为1.732)界面，问在什么角度下入射恰可使得反射光为线偏振光？此偏振光的光矢量方向如何？解：由布儒斯特定律可得：0222190=+=θθθθB B n n ,sin sin ，时 (3分)反射光为线偏振光。

故入射角为012607321===).arctan(arctann n B θ (2分) 此偏振光的光矢量方向：垂直入射面 (3分)2.(10分)把厚度为6μm 的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中，光屏上原来第5 级亮条纹所在的位置变为中央亮条纹，试求插入的玻璃片的折射率。

已知光的波长为600nm 。

解：未插玻璃时，对P 点而言到S 1、S 2的光程为：λ512=-r r ………3分插玻璃后，P 点变为中央亮纹，P 点到S 1、 S 2的光程为0，即0])[(12=+--nd d r r 。

3分15112+=+-=d d r r n λ)(51166005.=+⨯=m nm n μ 。

4分Prr SS5 / 5学院 班级 姓名 学号…………………密……………封……………线……………密……………封……………线…………………4. (10分)波长为400—760nm 的可见光正入射到一块厚度为1.2x10-6m 、折射率为1.5的薄玻璃片上，试问从玻璃片反射的光中哪些波长的光最强？解：反射光中能看到的应是干涉相长的光， ……1分光由空气正入射玻璃，反射过程中有半波损失 ……1分 由干涉相长条件：2222λλ⋅=+k nd ，可得 ……2分波长：124-=k ndλ，又760400<<λ 故：5925..<<k ，9876,,,=k ……2分 反射光中能看到的光的波长为： ……4分nmnm nd nm nm nd nmnm nd nmnm nd 42417720019244801572001824554137200172465411720016249876==-⨯===-⨯===-⨯===-⨯=λλλλ5. (14分)在两块玻璃片之间一端放一条厚纸，另一端相互压紧形成尖劈(如图3.1)，上面一块玻璃的折射率为1.45，下面一块为1.62。

在空气中，沿垂直于玻璃片表面的方向看去，看到相邻两条暗纹间距为1.4mm ，已知玻璃片长20cm ，纸厚0.04mm ，（1）求光波的波长。

（2）若将整个劈放入折射率为1.52的杉木油中，则条纹的间距变为多少？（3）定性说明当劈浸入油后干涉条纹将如何变化？图3-12)12(220λλ+=+m d n ……3分相邻暗纹间空气薄膜的厚度为： 02n d λ=∆暗纹间距为： d mm cm l ∆⋅=∆)04.020( 波长为：m 56.0l 2)cm 20m m 04.0(μ∆λ=⋅= ……3分 (2)放在杉油中时，两玻璃间形成杉油劈，上、下表面反射光间无额外光程差λ/2，故反射光中出现暗纹的条件是2)12(20λ+=m d n 3分暗纹间距为：mmn l nmm cm d mm cm l 92.052.14.12)04.020()04.020('==∆=⋅=∆⋅=∆λ……3分(3)放在杉油中时，上、下表面反射光的干涉条纹将变密，劈尖处由空气中的暗纹变成亮纹。

23分解：(1)放在空气中时，两玻璃间形成空气劈，上、下表面反射光间有额外光程差λ/2，故反射光中出现暗纹的条。