光学期末考试.docx

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光学期末考试

光学期末考试

一、填空题：

1.平面镜在用发散光束入射的情况下，可以成虚像，这时的物是实物。

2.全反射的条件是光密物质入射光疏物质且入射角大于临界角。

★

3.牛顿环是等厚干涉，不用人工光源时看到的牛顿环是彩色的同心圆环。

4.在迈氏干涉仪的一臂的光路中，放入一折射率为n，厚度为d的介质，则两光路的光程差的改变量为2（n－1）d。

5.在菲涅耳圆孔衍射中，当孔径很小时，只露出一个半波带，p点的光强为去掉障碍物时p点的光强的4倍。

6.白光入射光栅，在同级条纹中看到的偏离中央条纹最远的颜色是红。

7.按偏振态分，光可分为5种。

8.二分之一波片的作用是使o光e光产生π的位相差。

9.与光的电磁波理论有很大矛盾的三个有名的实验是黑体热辐射、光电效应和康普顿效应。

10.平面偏振光通过某种液体时振动而发生变化的现象称旋光现象，它在制糖工业中常用到。

11.光具组有6个基点、4个基面。

12.望远镜的孔径全愈大愈好，显微镜所用光的波长愈短愈好。

13.起偏角是平面反射时反射光为线偏振光时的入射角又称为布儒斯特角，等于i10=arctg（n2/n1）。

14.劈尖状空气薄膜是等厚干涉，观察到的干涉条纹是明暗相间的平行条纹。

15.四分之一波片的作用是使o光e光产生π/2的位相差。

16.光由光密入射到光疏可能发生全反射。

17.劈尖干涉是等厚干涉，干涉条纹是明暗相间的平行条纹。

★

18.讨论菲涅耳圆孔衍射的方法是半波带法。

19.光栅方程是dsinθ=jλ，平面偏振光即是线偏振光，这种说法是正确。

20.尼科尔的作用是出射光成为平面偏振光。

21.对光量子理论有很大贡献的三个有名的科学家是普朗克、爱因斯坦和康普顿。

22.自然光入射两种物质的分界面会发生偏振现象，反射光为垂直入射面占优的部分偏振光，折射光为平行入射面占优的部分偏振光。

★

23.衍射可分为两种，一种是夫琅和费，另一种是菲涅耳。

24.用于讨论进入光学仪器的光束大小的两个物理量是光阑和光瞳。

25.平面反射是简单的光学系统保持光束的单心性；平面折射也是简单的光学系统破坏光束的单心性。

26.会聚的入射光束的中心是虚物，会聚的出射光束的中心是实像。

27.一个光具组的横向放大率大于0，说明该光具组的物和像同侧。

28.正常眼的明视距离为25cm，而近视眼的明视距离小于25cm，远视眼的明视距离大于25cm。

29.一个近视眼镜的度数为400度，则其屈光度－4。

30.测定一种金属的“红限”是ν红则这种金属的脱出功是hν红。

31.薄膜干涉可分为等厚干涉和等倾干涉两大类。

★

32.用来使o光和e光产生位相差的光学元件通过为1/4波片和1/2波片。

33.夫琅和费圆孔衍射的中央亮斑称爱里斑，其半角宽度为0.61λ/R。

★

34.单球面的曲率半径为L的物、象空间的折射率为n1和n2，则该单球面的物方焦距分别是－n1L/（n2－n1），n2L/（n2－n1）。

★

35.光强为I1和I2的入射光叠加后的最大光强和最小光强分别是I1+I2+2

，I1+I2－2

。

36.光由空气入射折射率为

的玻璃片，入射角为tg

，反射光为完全偏振光，对应的折射角为90°－tg

。

★

37.一灯泡挂在面积为半径为R的圆桌的中央，为使桌沿处的照度最大，灯泡离桌面的高度是（

）。

★

38.某晶体的no=1.658，ne=1.486，入射光的波长为589.3nm，用该晶体做成的半波片的最小厚度是。

39.用上题的晶体做成的四分之一波片的最小厚度是850.5nm。

40.双折射晶体可分为负晶体和正晶体。

41.说一半波片可用于不同波长的入射光是错误的。

42.用150ν加速的电子的德布罗意波长是0.1nm对应的周期是1.375×10

s。

43.光由光疏物质入射光密物质，光的光速和波长变小，频率不变。

44.牛顿环的第三级，第四级亮纹之间的距离比第九级、第十级亮纹之间的距离大；如将透镜换为曲率半径较大的，则牛顿环变疏。

45.o光的波面是球面，e光的波面是旋转椭球面。

★

46.水中有一镀银的单球面（光的入射方向与球心同侧）的曲率半径为r，则该单球面的物方焦距和象方焦距分别是－r/2，－r/2。

★

47.光强为Io的两束入射光叠加后的最大光强和最小光强分别是4Io，0。

48.光由水入射折射率为

的玻璃片，入射角等于tg

时，反射光为完全偏振光，对应的折射角等于90°－arctg

。

49.上题的入射角称为布儒斯特角。

50.说半波片的最小厚度为波长的二分之一是错误的

51.说将两块四分之一波片叠起可作半波片使用是正确的。

52.光强为Io自然光通过一偏振片后的光强为Io/2，如再通过一与原偏振片成θ角的偏振片后的光强为Iocos2θ/2。

53.说一半波片只可用于一种波长的入射光是正确的。

54.用较大的电压加速的电子的德布罗意波长较短、对应的周期较小。

55.光由光疏物质入射光密物质，光的频率不变，光速变小。

56.牛顿环的第五级、第四级亮纹之间的距离比第十一级、第十级亮纹之间的距离大；如将平板玻璃换为平面向下的平凸透镜，则牛顿环变疏。

★

57.光顺光轴方向入射将不发生双折射，半波片上的光轴应是平行表面。

★

58.光强为Io的两束入射光叠加后的最大光强和不干涉叠加的光强分别是4Io、2Io。

59.光由空气入射水，入射角等于tg

时，反射光为完全偏振光，对应的折射角等于90°－tg

。

60.上题的入射角称为布儒斯特角。

61.说半波片的光轴和表面垂直是错误的。

62.说四分之一波片的最小厚度为波长的四分之一是错误的。

★

63.一圆偏振光通过一偏振片后的光强为Io/2，如再通过一与第一偏振片成θ角的偏振片后的光强为Iocos2θ/2。

64.用较小电压加速的电子的德布罗意波长较长、对应的周期较大。

65.光由光密物质入射光疏物质，光的频率不变，光速变大。

66.牛顿环是将平凸透镜叠在平板玻璃构成的。

★

67.爱因斯坦将光子概念用于解释光电效应，其方程为爱因斯坦光电效应方程。

68.光强为I1和I2的入射光叠加后的最小光强和不干涉叠加的光强分别是I1+I2－2

，I1+I2。

69.利用折射取得完全偏振光的装置称为玻璃片堆，它与反射取得完全偏振光比较，一个优点是不需严格限制入射角为布儒斯特角。

★

70.上题的另一个优点是得到的偏振光的光强较大。

71.一圆偏振光通过一偏振片后的光强为Io/2，如再通过一与第一偏振片正交的偏振片后的光强为0。

72.说一四分之一波片可用于各种波长的入射光是错误的。

73.光子的能量等于hν，动量等于h/λ。

★

74.将平凸透镜置于平板玻璃上，观察到的干涉称为牛顿环，该实验也可将平凸透镜置于其他透镜之上。

75.光电效应是物理学家爱因斯坦解释的，所用的方程表达式为hν=W+mv2/2。

76.将一曲率半径为r的镀银的单球面置于折射率为n的媒质中，则该单球面的物方焦距和象方焦距分别是－r/2，－r/2。

（光的入射方向与球心同侧）

77.对人眼和光学仪器起作用的是物理量光强和电场强度E的振幅成正比。

★

78.利用光在媒质分界面的反射和折射可取得完全偏振光，其中由反射取得完全偏振光的方法是以布儒斯特角入射，由折射取得完全偏振光的方法是玻璃片堆。

79.用双折射晶体制得的检偏和起偏元件称为尼科尔。

80.说四分之一波片的最小厚度为波长的四分之一是错误的。

81.一圆偏振光通过一偏振片后的光强为Io/2，如再通过一个与第一偏振片成θ角的偏振片后的光强为Iocos2θ/2。

82.说偏振片可用于各种波长的入射光是正确的。

83.光子的能量和频率成正比，动量和波长成反比。

84.光由光疏物质入射光密物质，不可能发生全反射。

正确

85.观察牛顿环时，如将平凸透镜和平板玻璃间注入油，则观察到的干涉条纹变密，如将平凸透镜换成曲率半径较大的，则观察到的干涉条纹变疏。

★

86.X射线入射晶体发生波长变长的现象称为康普顿效应，该效应不能用电磁波理论进行解释。

87.折射率为n的双凸透镜，前后两球面的曲率半径均为r，其物方焦距是－r/2（n－1），屈光强度是2（n－1）/r。

88.杨氏双缝、洛埃镜和菲涅耳双面镜干涉都是属于波前分离法。

★

89.有效光阑是指一光具组中有多个光阑，其中真正起限制入射光束大小的光阑。

90.用来解决菲涅耳圆孔衍射的方法是半波带法。

★

91.历史上第一个成功测定光速的实验是旋转齿轮法。

★

92.康普顿效应是指X射线入射晶体后波长变大的现象。

93.说二分之一波片的作用是取得圆偏振光是错误的。

94.历史上“紫外灾难”是指黑体热辐射的实验规律和电磁波理论的解释在短波范围互相矛盾的问题，大约出现十九世纪。

95.理想光具组需满足近轴物点和近轴光线两个条件。

二、简述题:

1.保持和破坏光束单心性是什么意思？

什么系统能严格保持光束单心性？

答：

单心光束入射系统后仍为单心光束称系统保持光束单心性；单心光束入射系统后不是单心光束称系统破坏光束单心性，如：

平面镜反射。

2.“缺级”是什么？

答：

按光栅方程某衍射角对应光强最大角，即应出现一条谱线，但因该衍射角又满足单缝衍射的最小值，所以该条谱线没出现，这种现象称为缺级。

3.要将一线偏振光的振动面转动90度，需如何操作？

答：

将线偏振光垂直入射二分之一波片，线偏振光的振动面与二分之一波片的主截面成45度角。

4.“红限”是什么？

答：

有关光电效应的一个物理量，当入射光的频率小于红限时，将不发生光电效应。

5.夫琅和费衍射和菲涅尔衍射的区别是什么？

答：

当光源和障碍物的距离与障碍物和屏的距离两者都为无穷大时，称为夫琅和费衍射；而只要有一个距离是有限大，则称菲涅尔衍射。

6.几何光学的五个基本实验规律是什么？

答：

直线传播定律；独立传播定律；反射定律；折射定律；光路可逆原理。

7.光电效应有哪些规律？

答：

（1）饱和电流与入射光强成正比；

（2）遏止电压与频率成正比；（3）当入射光的频率小于红限时，将不发生光电效应；（4）效应的即时性。

8.费马原理的表述是什么？

答：

用费马原理说明光的直线传播定律。

光线由一点传播到一点，其路径的光程为极值。

均匀媒质中一点传播到一点，直线的距离最小。

9.历史上的“紫外灾难”是指什么？

答：

黑体热辐射在短波长段的实验结果与电磁波理论推出的结果互相矛盾。

10.光电效应是什么？

试说明光电效应的实验规律与光的电磁波理论互相矛盾的其中任何一个。

答：

光入射金属后，有电子脱出的现象。

效应的即时性。

11.双缝干涉和多缝干涉的干涉条纹的区别是什么？

答：

多缝干涉的条纹较为锐利。

12.图示分别过F、K的光线通过光具组后的方向，过F的光线，通过光具组后，则平行光轴，过K的光线，通过光具组后，则过K且平行原入射光线。

13.要将一线偏振光的振动面转动70度，需如何操作？

答：

将线偏振光垂直入射二分之一波片，线偏振光的振动面与二分之一波片的主截面成35度角。

14.提出一个与黑体最接近的实验模型？

答：

一个开小孔的封闭曲面，其小孔的表面。

15.简单扼要说明夫琅和费单缝衍射的讨论方法？

答：

用旋转矢量法。

16.全反射入情入理需符合什么条件？

简述全反射的一种应用。

答：

全反射发生在光由折射率大的媒质向折射率小的媒质入射，且入射角需大于临界角。

光学纤维就是全反射的一种应用。

17.什么是助视仪器的分辨本领？

怎样提高助视仪器的分辨本领？

答：

助视仪器的分辨本领为助视仪器对微量的分辨能力。

提高助视仪器的分辨本领可用大口径的镜头和较短的波长。

18.讨论光学仪器的分辨本领的准则是什么？

怎样提高显微镜的分辨本领？

答：

瑞利准则：

物体成像，不同物点所发光波是不相干的，因此，不同物点的衍射光斑不相干的重叠在一起，若重叠的厉害，则分辨不出是两个物点。

两物点的衍射光斑，若其中一个的中央极大，恰与另一个的第一极小相重，则认为这两物点恰可分辨。

提高显微镜分辨本领的途径：

（1）增大数值孔径.采用油浸物镜,可使分辨率提高n倍。

（2）采用短波,用紫外光,但是透紫外光的材料种类有限,无法教正各种像差。

19.简述干涉和产生干涉的三条件。

答：

两波叠加后产生的合振动在某点加强，某点减弱，在叠加区域振动强度按空间周期性变化的现象，产生干涉的三条件是两波频率相等、波动不间断、振动方向为同一直线。

20.什么是遏止电压？

实验规律说明遏止电压和什么量有关？

答：

有关光电效应的一个物理量，当反向电压等于遏止电压时，就能阻止所有的光电子逸出，光电流为零。

用某种金属做实验时，遏止电压和入射光的频率有关。

当频率愈大，遏止电压愈大。

21.一般的照相记录了光的振幅，而全息照相记录了光的什么信息？

它有什么特点？

答：

全息照相记录了光的振幅和位相。

它有以下几个特点

（1）全息照相再现是逼真的立体象；

（2）全息相片的一部分都可再现物体的整个图象；（3）同一底片可多次曝光；（4）全息相片较易复制。

22.简述几何光学的符号法则。

答：

几何光学的符号法则共三点：

（1）对长度量的规定，光线和主轴交点的位置由顶点算起，在顶点右方者为正，在顶点左方者为负。

物点和象点至主轴的距离，在主轴上方为正，在下方为负。

（2）对角度量的规定：

光线的倾斜角由主轴（或法线）算起，取绝对值小于π/2，由主轴（或法线）转向有关光线，如顺时针为正，逆时针为负。

（3）对标示的规定：

所有长度量、角度量的标示都用正值。

23.杨氏双缝和洛埃镜的干涉条纹有何差异？

答：

杨氏双缝和洛埃镜的干涉条纹差异主要有两点：

（1）镜的条纹只有杨氏双缝的一半，级数只取正整数，而不是整数。

（2）镜的条纹和杨氏双缝的条纹的明暗位置刚好相反，这是由半波损失引起的。

24.简述牛顿环。

答：

将一平凸透镜放在一平板玻璃上，则在透镜的球面和平板玻璃间形成一空气薄膜，该空气薄膜产生的同心圆环状的干涉条纹即为牛顿环。

25.什么是临界角？

什么是起偏角？

分别等于什么？

答：

临界角是产生全反射的最小入射角，iC=arcsin

；起偏角，是反射光为全偏振光时的入射角，i10=arctg

。

26.什么是康普顿效应？

为什么说光的电磁波理论不能解释康普顿效应？

答：

康普顿效应是X射线经某些物质的散射而有部分射线的波长变长的现象。

光的电磁波理论认为散射光的频率应与入射光一样，即波长不改变，故不能解释康普顿效应。

27.人眼的明视距离是多少？

正常人眼的近点和远点在哪里？

近视眼、远视眼的近点和远点怎样？

近视眼和远视眼怎样矫正？

答：

人眼的明视距离是25cm。

正常人眼的近点在10～15cm左右；正常人的远点在无穷远。

近视眼是远点变近；而远视眼是近点变远。

近视眼需配置一定光焦度的透镜。

28.简述有效光阑、入射光瞳、出射光瞳这三个概念。

望远镜的有效光阑是什么？

答：

有效光阑是光具组中对光束的大小起限制作用的光阑；入射光瞳是有效光阑对其前面部分的光具组所成的象；出射光瞳是有效光阑对其后面部分的光具组所成的象。

望远镜的有效光阑和入瞳为其物镜的边缘。

29.什么是半波损失，发生条件是什么？

答：

光由光疏介质入射到光密介质时，在掠射和正射两种情况；反射光的振动方向相对于入射光的振动方向都几乎相反；我们将之称为半波损失。

发生条件即是光由光疏介质入射到光密介质，在掠射和正射两种情况。

30.衍射可分为哪两种？

用人眼观察天空的星星可看成什么衍射？

答：

衍射可分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射。

用人眼观察天空的星星可看成夫琅和费衍射。

31.什么是光的波粒二象性？

答：

光的波粒二象性是指光一方面和实物粒子一样具有集中的能量、质量、动量，即其微粒性，这主要是光和其他物质作用时较明显；另一方面是指光分布在空间、呈现波动性。

这主要是在光传播过程较明显。

32.干涉可分为哪两类？

试举出两例说明。

答：

干涉可分为波前分离法和振幅分离法。

如杨氏双缝和薄膜干涉。

33.讨论光的衍射的原理是什么？

答：

作一简单的表述，是惠更斯—菲涅耳原理。

波面上各点看为次波源，各次波源在该点的振动的叠加即为空间该点的振动。

34.怎样使光栅衍射的谱线的宽度变小和谱线间的距离变大？

（光的波长不变）答：

缝数N和光栅常数d变大将使光栅衍射的谱线的宽度变小；光栅常数d变小将使谱线间的距离变大。

35.简述正负双折射晶体中o光和e光波面的情况。

答：

o光和e光波面分为球面和旋转椭球面，正晶体是球面包着旋转椭球面，负晶体是旋转椭球面包着球面，在光轴方向两者相切。

36.激光是什么辐射？

有什么基本性质？

答：

激光是受激辐射。

基本性质：

方向性强；能量高度集中；单色性好；相干性好。

37.简单说明光学测微。

答：

光学测微是指利用薄膜干涉测得微小的角度和长度的方法。

通常用已知波长的光入射，测得的长度量一般和波长同一数量级或接近的数量级。

38.菲涅耳半波带和菲涅耳波带片是否相同？

简单说明。

答：

菲涅耳半波带和菲涅耳波带片不同。

菲涅耳半波带是一种讨论菲涅耳圆孔衍射的方法。

菲涅耳波带片是一种光学元件，在很多情况下可代替透镜。

39.怎样用最简单的方法观察到夫琅和费单缝衍射？

答：

透过一有小缝的纸片看远方的光源可观察到夫琅和费单缝衍射。

40.用来表示光的偏振程度的物理量是什么？

自然光和线偏振光对应的这个量的值是多少？

答：

偏振度P；P=0和P=1。

41.饱和电流？

实验规律说明饱和电流和什么量有关？

答：

发生光电效应时，入射光的频率一定，增大入射光的强度，而光电流增大到一固定值。

该值称饱和电流。

该值和入射光的频率有关，入射光的频率愈大，饱和电流愈大。

42.夫琅和费圆孔衍射的中央亮斑称为什么？

其半角宽度等于多少？

答：

夫琅和费圆孔衍射的中央亮斑称爱里斑，半角宽度Δθ=0.61λ/R。

43.光的干涉、衍射和偏振现象分别说明光的什么性质？

答：

光的干涉、衍射现象说明光的波动性，而偏振现象说明光为横波。

光的五种偏振态：

自然光、平面偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光。

44.什么是旋光现象？

试举其一个应用。

答：

旋光现象指平面偏振光入射某种物质时光的振动面发生转动的现象。

该现象的一个应用是制糖厂利用该现象来测定糖液的浓度。

45.什么是爱因斯坦的光电效应方程？

对其中各量作一简单的解释。

答：

爱因斯坦的光电效应方程hν=A+mv2/2；hν是光子的能量，A是光电子由金属逸出的脱出功，mv2/2是光电子的动能。

46.衍射有哪两种？

怎样用实验方法验证？

47.获取相干光的方法？

具体的例子？

三、计算题:

1.凸透镜L1和凹透镜L2的焦距分别为20.0cm和40.0cm，L2在L1右侧40.0cm处。

近轴小物体放在L1左侧30.0cm，物高0.1cm。

求其成像位置、像的大小和性质。

2.图示一种利用干涉现象测定气体折射率的原理图。

在缝S1后面放一长为l的透明容器，在待测气体注入容器而将空气排出的过程中，屏幕上的干涉条纹就会移动。

通过测定干涉条纹的移动数可以推知气体的折射率，问：

（1）若待测气体的折射率大于空气折射率,干涉条纹如何移动？

（2）设l=2.0cm，光波波长λ=6328Å,空气折射率为1.000276,充以某种气体后，条纹移过10条，这种气体的折射率为多少（不计透明容器的器壁厚度）？

3.利用一个每厘米刻有4000条缝的光栅，在白光垂直照射下，可以产生多少完整的光谱？

问哪一级光谱中的哪个波长的光开始与其它谱线重叠？

4.以纵坐标表示强度，横坐标表示屏上位置，粗略画出四缝的夫琅和费衍射图样（d=3b的情况）