物理学专业《光学》考试大纲

物理专业光学考试大纲理学院光学课程建设组2006年7月光学考试大纲一、关于考试要求的说明识记：要求学生能知道本章中有关的名词、概念、原理的含义，并能正确认识和表述。领会：要求在识记的基础上，能全面把握本章中的基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系。简明应用：要求在领会的基础上，能运用本章中的基本概念、基本方法中的少量知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题。综合应用：要求在简单应用的基础上，能运用本章中或几章中学过的多个知识点，综合分析和解决比较复杂的问题或实际应用的问题。二、考试题型及分数分配选择题（5题、10分）、填空题（5题、10分）、简答题和作图题（3或4题、24分）、计算题（4题、56分）。三、课程考核办法期末考试(闭卷)60%，平时作业10%，出勤5%，课堂讨论10%，课程论文15%。第一章几何光学的基本原理一、考核知识点：反、折射定律、独立传播定律、光路可逆原理、费马原理、惠更斯原理；物、像的概念和性质；光束的同心性；全反射的条件及应用；三棱镜折光特性；符号法则；光在单球面上的反、折射成像规律；高斯公式；牛顿公式；透镜的成像公式；像的横向放大率、角放大率和轴向放大率；拉格朗日－亥姆霍兹定理；光学系统的主点、焦点与节点；作图求像法。二、考核要求：1、识记：光路可逆原理、独立传播定律；反、折射定律；光束、光线概念；物、像概念；像似深度、侧向位移、纵向位移；全反射临界角；各种棱镜的特点和应用，三棱镜的最小偏向角；透镜的焦点、焦距、光焦度；各种光学系统对应的高斯公式、牛顿公式；理想光学系统的基点、基面和特征。2、领会：费马原理、惠更斯原理的物理本质；物象共轭和虚实关系；符号法则；透镜的成像规律；作图求像方法。3、简明应用：运用几何光学基本原理解释相关现象；运用各种光学系统成像公式计算物像性质；运用放大率计算物像变化特征；运用作图方法确定简单光学系统的成像规律。4、综合应用：计算比累对切透镜和梅斯林获得干涉光强分布及其规律；光学仪器基点的计算和作图，复杂光学系统的计算、基点的确定和作图。第二章光学仪器的基本原理一、考核知识点：人眼的结构特征和人眼的校正；放大镜、惠更斯目镜、冉斯登目镜、显微镜、望远镜等仪器的结构特征；各种光学仪器的放大本领、分辩本领、聚光本领；光阑；象差；光度学基本概念；角色散率；色度学的基本概念。二、考核要求：1、识记：人眼结构特征、简化眼的物理参数、非正常眼的校正；放大镜、惠更斯目镜、冉斯登目镜、显微镜、望远镜等仪器的结构及其光路图；各种光学仪器的放大本领、分辩本领、聚光本领；有效光阑、视场光阑、入射光瞳、出射光瞳、入射窗、出射窗、球差、慧差、象面弯曲、象形畸变、色差；辐射通量、光通量、发光强度、亮度、照度等光度学基本概念及其单位；颜色的三要素、三原色、颜色的组合及应用等光度学的基本概念。2、领会：显微镜、望远镜的工作原理、光阑的功能、象差的成因、非正常眼的校正原理、光度学的物理量的意义、色度学的物理量的意义。3、简明应用：分析各种光学仪器的放大本领、分辩本领，人眼的校正计算，光度学的简单计算。4、综合应用：各种光学元件组合效果（成像的性质、放大本领、分辩本领、聚光本领、光阑的应用、像差的考虑，光度学的考虑）。第三章光的干涉一、考核知识点：光的电磁理论；光波的独立性、叠加性、相干性；干涉的必要条件和附加条件；光程；位相差与光程差的关系；干涉条纹的极值条件；普通光源发光机制；分波前获得双光干涉（杨氏实验、菲涅耳双镜、洛埃镜等）条纹的特征；分振幅获得双光干涉（等倾、等厚）条纹特征；半波损失及引起的附加程差；迈克尔逊干涉仪、牛顿环、劈尖干涉的应用；增透膜、增反膜的原理和应用。二、考核要求：1、识记：光波波长范围、频率范围、相干叠加光强分布公式、干涉条纹的极值条件、杨氏型双缝干涉位相差公式、强度分布公式、条纹分布的特点、分振幅双光干涉位相差公式和条纹特点。2、领会：迈克尔逊干涉仪工作原理、薄膜干涉附加程差的判断、双光干涉光强分布的物理意义、牛顿环的形成、干涉的应用。3、简明应用：运用分波前双光干涉测量介质折射率和厚度，运用薄膜干涉测量长度微变量，运用迈克尔逊干涉仪测量光波长、折射率、波长差，运用干涉确定平面和球面的质量。4、综合应用：结合几何光学成像原理获得各种分波前干涉，结合衍射和偏振的干涉，结合实际的薄膜设计。第四章光的衍射一、考核知识点：惠更斯－菲涅耳原理；菲涅耳半波带；菲涅耳圆孔和圆屏衍射的光强分布特征；半波带理论；波带片；衍射与干涉的区别与联系；夫琅和费衍射的强度分布公式和条纹特征；光栅衍射的强度分布公式、极值条件、条纹特征；光栅方程；缺级；光栅光谱；X射线的衍射；光学仪器的分辨本领。二、考核要求：1、识记：衍射的定义、分类；惠更斯－菲涅耳原理数学表达；单缝夫琅和费衍射的光强分布、极值条件；圆孔夫琅和费衍射的光强分布；爱里斑的半角宽度；光栅的定义、分类、光栅衍射光强分布；光栅常数；谱线及光谱的概念；谱线的半角宽度；干涉与衍射的区别和联系；光学仪器的分辨本领。2、领会：波带片的成像特征；单缝夫琅和费衍射光强分布的物理本质；光栅方程的物理意义；分辨本领的物理意义；菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的条件。3、简明应用：运用半波带理论解释相关衍射现象；运用夫琅和费衍射规律求谱线重叠范围；应用光栅衍射规律测量谱线宽度；X射线衍射的应用，应用衍射测波长、波长差、分析光学仪器的分辨本领。4、综合应用：结合干涉现象解释条纹的物理实质；解决各类光栅衍射的光强分布问题，光谱仪的设计和应用。第五章光的偏振一、考核知识点：偏振光、偏振度；马吕斯定理；双折射现象；晶体光轴与主截面；o光与e光的特征；单轴晶体的特征；布儒斯特定律；晶体主折射率；偏振光的获得；尼科耳棱镜；渥拉斯顿棱镜；波晶片；补偿器；偏振片；波片的功能；晶体的二向色性；平面光波在晶体中传播特征；椭圆和圆偏振光的产生、旋转特征；偏振光的检验；偏振光的干涉条件和干涉特点；色偏振的现象；旋光现象；应用惠更斯原理作光在晶体的折射。二、考核要求：1、识记：偏振的概念；自然光与偏振光的联系；偏振度；马吕斯定理；双折射现象；o、e光的概念及其特征；布儒斯特定律及其几何表述；晶体主折射率；波片的功能；补偿器的类型；各种偏振仪器的结构、工作原理；惠更斯原理作图的方法；偏振光干涉的类型和强度分布；偏原地光的产生和检验。2、领会：双折射现象的机理；平面光波在晶体中传播特征和作图方法；正负晶体波面的特征；各种偏振仪器的工作原理；偏振光干涉的类型和条件。3、简明应用：运用布儒斯特定律判断反、折射获得偏振光的基本方法；运用马吕斯定理分解光波振幅；运用波片改变光波的偏振态；运用偏振仪器产生和鉴定偏振光；运用惠更斯原理作晶体中光的传播特征；运用偏振光干涉分析晶体和光波的特点。4、综合应用：结合光波干涉的综合运用类型，结合实际的偏振器件设计和应用，结合实际的偏振光干涉的应用，结合实际的双折射的应用。第八章量子光学基础一、考核知识点：辐射的概念；物体的发射本领、吸收本领；基尔霍夫定律；绝对黑体概念；斯特藩－波耳兹曼定律；维恩定律和公式；瑞利－金斯定律；普朗克公式；光电效应规律；爱因斯坦光子理论；光电效应方程；康普顿效应规律、解释和公式；光子性质；光的波粒二象性；实物粒子的波粒二象性二、考核要求：1、识记：辐射与热辐射的概念；物体的发射本领、吸收本领概念；绝对黑体概念；斯特藩－波耳兹曼定律；维恩定律和公式；瑞利－金斯定律；普朗克公式；光电效应方程；光电效应规律；康普顿效应的规律和公式。2、领会：基尔霍夫定律的物理意义；光电效应的物理本质；光电效应方程的物理意义；爱因斯坦光子理论的物理意义；康普顿效应的物理本质；光的波粒二象性的物理本质；实物粒子波粒二象性的物理本质；普朗克公式的物理意义。3、简明应用：解释光电效应的规律、应用光电效应的分析物质的情况；应用康普顿效应分析光子、电子和物质的情况；应用普朗克公式分析辐射的特点。4、综合应用：应用普朗克公式分析实际的辐射问题，应用光电效应和康普顿效应分析材料的性质和特征。第六章光的吸收、散射和色散识记：光的吸收、散射和色散的现象，吸收、散射和色散的经典的解释。第七章现代光学基础识记：激光的工作原理和特征；全息照相的原理；傅里叶光学的基本概念；光学信息处理的基本方法。第九章光速的测定识记：经典的和近代的测量光速的方法；群速度和相速度的概念。