1202“物理光学”期中考试试题(答案)

第1页，共3页学院班级姓名学号…………………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为5x1014Hz；在折射为1.5的透明介质中传播速度v为2.0x108m/s，频率为5x1014Hz，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(trkEE0，用复数表示为)(exptrkiEE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()(trkrEE1，用复数表示为)(exptrkirEE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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)第2页，共3页学院班级姓名学号…………………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121nncsin……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zyxEtczEE],).(cos[,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zyxEtczEE],).(cos[,与标准式])(cos[0tvzAE进行对比，可得(1)(4分)振幅12CNA，频率Hz1414100121022.波长mmcv614109511001650...原点的初相位20(2)(2分)介质的折射率541650..cccn(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)(EkvB01可得磁场的表达式为itczitcziEjEkccEkvByy]).(cos[.]).(cos[..).(.)(2365010210332650102103310651650102650111421422140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BBnn,sinsin，时(3分)反射光为线偏振光。故入射角为012607321).arctan(arctannnB(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6m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S1、S2的光程为：512rr………3分插玻璃后，P点变为中央亮纹，P点到S1、S2的光程为0，即0])[(12nddrr。。。。。。。3分15112ddrrn)(51166005.mnmn。。。。。4分Pr2r1S2S1第3页，共3页学院班级姓名学号…………………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：2222knd，可得……2分波长：124knd，又760400故：5925..k，9876,,,k……2分反射光中能看到的光的波长为：……4分nmnmndnmnmndnmnmndnmnmnd424177200192448015720018245541372001724654117200162498765.(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(220mdn……3分相邻暗纹间空气薄膜的厚度为：02nd暗纹间距为：dmmcml)04.020(波长为：m56.0l2)cm20mm04.0(……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(20mdn3分暗纹间距为：mmnlnmmcmdmmcml92.052.14.12)04.020()04.020('……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件是：