光学答案

十一章1、一个平面电磁波可以表示为14

0,2cos[210()],02

x y z z E E t E c

π

π==?-+

=,求

(1)该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初相位？（２）拨的传播方向和电矢量的振动方向？（３）相应的磁场Ｂ的表达式？ 解：（1）平面电磁波

cos[2()]z

E A t c

πν?=-+ 对应有

1462,10,,3102

A Hz m π

ν?λ-===

=?。

（2）波传播方向沿z 轴，电矢量振动方向为y 轴。 （3）B E →

→

与垂直，传播方向相同，∴0

By Bz ==

814610[210()]2

z Bx CEy t c π

π===??-+

２. 在玻璃中传播的一个线偏振光可以表示2

15

0,0,10cos 10()0.65y z x z

E E E t c

π===-，试求（1）光的频率和波长；（2）玻璃的折射率。 解：（1）215

cos[2()]10cos[10()]0.65z z

E A t t c

c

πν?π=-+=- ∴

1514210510v Hz πνπν=?=?

72/2/0.65 3.910n k c m λππ-===?

（2）8

714310 1.543.910510n c c n v

λν-?==

==???

3.在与一平行光束垂直的方向上插入一片透明薄片，薄片的厚度0.01h mm =,折射率n=1.5,若光波的波长为500nm λ=,试计算透明薄片插入前后所引起的光程和相位的变化。

解：光程变化为

(1)0.0n h m m ?=-=

相位变化为)(202500

10005.026

rad πππλδ=??=?

=

5. 写出平面波8

100exp{[(234)1610]}E i x y z t =++-?的传播方向上的单位矢量0k 。

解：∵ exp[()]E A i k r t ω=- x y z k r k x k y k z ?=?+?+?

0000000000

2,3,4234x y z x y z k k k k k x k y k z x y z k x y z ===∴=?+?+?=++=+ 22. 利用波的复数表达式求两个波1cos()E a kx t ω=+和2cos()E a kx t ω=--的合成波。

解：

()()()()()()122]exp[]

12]exp[]exp []2sin [cos sin 2sin sin i t i t i E E E a i kx E E E a i kx a ikx e e a t kx i a kx ωωωωωωωωω-=--=+=--=-=+=-1与的复数表达式为E =aexp[i kx+t t aexp[i kx+t t t]

取实部Re E t

23. 一束沿z 方向传播的椭圆偏振光表00(,)cos()cos()4

E z t x A kz t y A kz t π

ωω=-+--，

试求偏振椭圆的方位角和椭圆长半轴及短半轴大小。 解：

12

22

1212221

121,2,1,2,4

4

22cos ,290,452sin 2sin 2sin 11.31,0.54,11a A a A kz kz a a tg a a A A tg tg A tg A A A A A tg π

π

ααδ?δ??εεβδε

εε====-=-

∴=

→∞∴=?=?

-∴===

+=

===>222221212由题知方位角即设长短半轴分别为，，则有A +A =a +a =2A 求得其中略掉项

3.一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到稳定的干涉条纹系。继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了２５个条纹，已知照明光波波长λ=656.28nm,空气折射率为000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。

0008229

.10005469.0000276.130

1028.6562525)(6

00=+=??=

-=-?-n n n n n l λ

４。垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，透射光经透镜会聚到焦点上。玻璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面的直线发生光波波长量级的突变d,问d 为多少时焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。

解：将通过玻璃板左右两部分的光强设为0I ,当没有突变d

时，

000004cos 2)(,0I k I I I I p I =???++==?

当有突变d 时d n )1('-=?

)

2

1()1(2)412(

1)

2,1,0(,2

)1(20'cos )(2

1

)(''cos 22'cos 2)('000000+-=+-=

±±=+

=-=?∴=?+=?++=m n m n d m m d n k p I p I k I I k I I I I p I λλ

π

πλ

π

６。若光波的波长为λ，波长宽度为λ?，相应的频率和频率宽度记为γ和γ?，证明：

λ

λ

ν

ν

?=

?，对于λ＝632.8nm 氦氖激光，波长宽度nm 8

102-?=?λ，求频率宽度和相干

长度。 解：

γγ

λ

λ

γγγγγ

λλ?=

?∴???

?

???-=???? ???-=?==C C D C CT 2

,/

当λ＝632.8nm 时

Hz Hz

c

48

14149

8105.18

.63210

21074.41074.48

.63210103?=???=?∴?=??=??==-γλλγγλγ 相干长度 )(02.20102)8.632(8

2

2max km =?=≈?-λλ ７。直径为0.1mm 的一段钨丝用作杨氏实验的光源，为使横向相干宽度大于1mm ，双孔必

须与灯相距多远？

m m

d b l l

d b b c c c 182105501011.0,96

=???=?=∴=?

=?--λλλβ

8。在等倾干涉实验中，若照明光波的波长nm 600=λ，平板的厚度h=2mm ，折射率n=1.5，

其下表面涂高折射率介质（n>1.5），问（1）在反射光方向观察到的贺条纹中心是暗还是亮？（2）由中心向外计算，第10个亮纹的半径是多少？（观察望远镜物镜的焦距为20cm ） （3）第10个亮环处的条纹间距是多少？

b d

z 解：（1）因为平板下表面有高折射率膜，所以2cos 2nh Δ??=

4

460210 101600

1066006625.121cos 应为亮条纹，级次为＝＝＝时，中心当－∴??==?

=???=nm mm m mm

λ?)

(67.0 )(00336.0012067.02600

5.1'2 )3()

4.13067.020 843.3)(067.0110

2600

5.11'1 2106

1216

1m m R rad h n n m m R rad q q N h n n N o

N ＝＝

（＝）（?=????=?=?==+??=+-≈

θλθλθ

注意点：（1）平板的下表面镀高折射率介质 (2) 10≤

当中心是亮纹时q=1 当中心是暗纹时q=0.5 其它情况时为一个分数

11.用等厚条纹测量玻璃楔板的楔角时,在长达5cm 的范围内共有15个亮纹,玻璃楔板的折射

率n=1.52,所用光波波长为600nm,求楔角.

e

e cm rad e n mm N l e 个个亮条纹相当于个条纹

范围内有注意　解1415 14

5

155:)

(106.550

52.1214600/2

)( 1450

:5=?=???====-λα

14.长度为10厘米的柱面透镜一端与平面玻璃相接触,另一端与平面玻璃相隔0.1mm,透镜的曲率半径为1m.问:(1)在单色光垂直照射下看到的条纹形状怎样?(2)在透镜长度方向及与之垂直的方向上,由接触点向外计算,第N 个暗条纹到接触点的距离是多少?设照明光波波长为 光疏～光密 有半波损失

也有半波损失 22nhcos θ

)

(25.0)500( 500N 2

500 )20001000(2N (1)2 2 2)12(22 (2)(1)

---20001000210001 2|| ||||2)( 1000 1000

1

100011000.1(1):2

22

222

222mm N m x z N x z x N h N h N h z x R z x h R

z y y y R y R R z mm x x kx y k =?≈-

=+=?=?=+=+

=?=+=+==

-=+-=≤≤====

μλλλ

λλλ解得式得代入常数斜率解

15.假设照明迈克耳逊干涉仪的光源发出波长为1λ和2λ的两个单色光波, λλλ?+=12, 1

λλ<

周期性变化.(1)试求条纹可见度随光程差的变化规律;(2)相继两次条纹消失时,平面镜M1移动的距离h ?;(3)对于钠灯,设nm nm 6.5892

,0.5891==λλ均为单色光,求h ?值.

?

?=∴????????++=?

????????+=??

?

?

?????-??++=??

??????????? ??-?????? ??++=?+?+=+==+=++=?++=++=?++=πλ

λ

δπλλπλλ

λππλλλπλλλλπλπλπλπλπ

λπλπ

λλπ

λ2cos cos 2cos 12 2

cos 2cos B 2A 221cos 2212cos B 2A 221221cos 221221cos 22 )

2

2cos 12(cos 2'2I '1I I

2

I 1I 2B 21A 22

2cos 212212cos 21221'2 2 21

2cos 212211cos 21221'1 1:A B k A B A B A B A I I h

I I I I k I I I I I h

I I I I k I I I I I 设的干涉光强的干涉光强解

)

(289.0589)

(589.62589

589.6 (3)2 2 1 )2(2

12

2

2mm h h h m

m k m m =-??=

??=??=?=?=?∴?=?∴=??λ

λλδδδλλδλλππλ

λ得且令最大满足关系条纹

18.将一个波长稍小于600nm 的光波与一个波长为600nm 的光波在F-P 干涉仪上比较,当F-P

干涉仪两镜面间距改变1.5cm 时,两光波的条纹就重合一次,试求未知光波的波长.

nm nm h m h m h h h m m m m h m h m h m h 599.880.12-600 0.1210

1.52(600)2 1.5mm 1 2 222 224 224 1cos )

( cos 2 22cos 22:6

2

212

12

1211222

2111====??=?=?=?=????=???=???? ??+-???? ??+=-=?=+=+?==?=+??λλλλλδλλλ

δλ

λλπ?λπ?λπ

?λπλπ?λ

π

θλθπ?θλ

π

λ代入上式得

时当有同理对即接近中心处时时引起的相位差为胸在金属内表面反射对应的条纹组为解

关键是理解:每隔1.5mm 重叠一次,是由于跃级重叠造成的.超过了自由光谱区范围后,就会发

生跃级重叠现象.

常见错误:未导出变化量与级次变化的关系,直接将h 代1.5mm 就是错误的.

19.F-P 标准具的间隔为2.5mm,问对于500nm 的光,条纹系中心的干涉级是是多少?如果照明光波包含波长500nm 和稍小于500的两种光波,它们的环条纹距离为1/100条纹间距,问未知光波的波长是多少?

nm

nm h e e m m nh 499.9995 10510

5.225001050010012 1000010

510510500102.52 2:24

3

9

27

--3

9--3=?=?????=??=?=??=???==---λλλλ解 25。有一干涉滤光片间隔层的厚度为mm 4102-?，折射率n=1.5。求（1）正入射时滤光片在可见区内的中心波长;（2）9.0=ρ时透射带的波长半宽度;（3）倾斜入射时，入射角分别为o 10和o 30时的透射光波长。

nm

m m

m nm

m m m m nh n

n nm

nh nm

m nm m

m m nh c o

c o c o c o

o o o o

c c 68969.5651 68969

.56547.19cos 60030 96325.5951 96325.59565.6cos 10225.1210 cos 2 47.1930 65.610 sin sin sin sin 3 209

.0101025.12600

12 )2( 6001 600101025.122 142221

221642264=======????=∴===

?==?????=-??===????==---λλλλλθθθθθθθπρρπλλλλ时角入射时时角入射时得

由公式＝时折射角为入射角为时折射角为入射角为）（＝时）正入射时解（

注意:光程差公式中的2θ是折射角,已知入射角应变为折射角.

十三章

2、波长nm 500=λ的单色光垂直入射到边长为3cm 的方孔，在光轴（它通过孔中心并垂直方孔平面）附近离孔z 处观察衍射，试求出夫琅和费衍射区的大致范围。

解： 夫琅和费衍射应满足条件 π<<+1

max

21212)(Z y x k

)(900)(500

21092)(2)(7

2max 2121max 21211m cm a y x y x k Z =??==+=+>λλπ

3、波长为500nm 的平行光垂直照射在宽度为0.025mm 的单逢上，以焦距为50cm 的会聚透镜将衍射光聚焦于焦面上进行观察，求（1）衍射图样中央亮纹的半宽度；（2）第一亮纹和第二亮纹到中央亮纹的距离；（3）第一亮纹和第二亮纹相对于中央亮纹的强度。

解： 2

0sin ?

?

?

??=ααI I θλπαs i n 22a f y ka kal ?=?== （1）)(02.010

025.0500

6

rad a

=?=

=

?λ

θ )(10rad d = （2）亮纹方程为αα=tg 。 满足此方程的第一次极大πα43.11= 第二次极大πα459.22=

x a k l a θλπαs i n 2??==

a

x πλα

θ=sin 一级次极大)(0286.010025.043.1500sin 6

rad x x =???=≈ππ

θθ ()mm x 3.141= 二级次极大)(04918.010025.0459.2500sin 6

rad x x =???=

≈ππ

θθ ()mm x 59.241= （3）0472.043.143.1sin sin 2

201=??? ??=??? ??=ππααI I

01648.0459.2459.2sin sin 2

2

02=??

? ??=??? ??=ππααI I

11． 若要使照相机感光胶片能分辨m μ2线距，（1）感光胶片的分辨率至少是没毫米多少线；（2）照相机镜头的相对孔径f

D

至少是多大？（设光波波长550nm ）

解：)(50010213

mm

N 线=?=

- 3355.01490=≈'N f D 12． 一台显微镜的数值孔径为0。85，问（1）它用于波长nm 400=λ时的最小分辨距离是多少？

（2）若利用油浸物镜使数值孔径增大到1.45,分辨率提高了多少倍？（3）显微镜的放大率应该设计成多大？（设人眼的最小分辨率是1'）

解：（1）)(287.085.0400

61.061.0m NA μλε=?==

（2）)(168.045.140061.061.0m NA μλε=?==

' 706.185

.045

.1=='εε （3）设人眼在250mm 明视距离初观察

)

(72.72250180601m y μπ=??='

430168

.072

.72≈='=

y y β 430==Γβ

13． 在双逢夫琅和费实验中，所用的光波波长nm 8.632=λ，透镜焦距cm f 50=,观察到两相临亮条纹间的距离mm e 5.1=，并且第4级亮纹缺级。试求：（1）双逢的逢距和逢宽；（2）第1，2，3级亮纹的相对强度。

解：(1) λθm d =?sin )2,1,0(???±±=m 又f

x

=

θsin f d m x λ=∴ f d

e λ

=

)(21.05005

.1108.6326

mm e f

d =??==∴-λ )

(1a d n ?=μ 将???==1

41n μ代入得 41

)(053.04=?==d a mm d a

（2）当m=1时 d

λ

θ=1s i n

当m=2时 d

λ

θ2s i n

2= 当m=3时 d

λ

θ3s i n 3=

代入单缝衍射公式 202

)s i n (

β

β

I N I = θλ

π

βs i n a ?=

∴

当m=1时 81.0)4(21)()

(sin sin 2222

201===??

? ?????? ???=πππλλπλλπd a d a d a d a I I

当m=2时 405.0)42(122s i n 22

202==??

? ???

?? ??=πππd a d a I I 当m=3时 09.04343sin 2203=??

?

???

?? ??=ππ

I I

15． 一块光栅的宽度为10cm ,每毫米内有500条逢，光栅后面放置的透镜焦距为500nm 。问：（1）它产生的波长nm 8.632=λ的单色光的1级和2级谱线的半宽度是多少？（2）若入射光线是波长为632.8nm 和波长与之相差0.5nm 的两种单色光，它们的1级和2级谱线之间的距离是多少？ 解：)(102500

1

3mm d -?== 4105500100?=?=N 由光栅方程 λθm d =sin 知

3164.0101028.632sin 6

31=??=

=

-d

λ

θ ，9486.0cos 1=θ，6328.02sin 2==d

λ

θ ，774.0cos 2=θ

这里的1θ，2θ确定了谱线的位置 （1）θ

λ

θcos Nd =?（此公式即为半角公式）

)(1067.69486

.010*******.632cos 6

6

341

1rad Nd --?=?????=

=

?θλ

θ )(1017.8774

.01021058

.632cos 63

42

2rad Nd -?=????=

=

?θλ

θ )(1034.33

11mm f dl -?=?=θ )(1008.43

22mm f dl -?=?=θ （2）由公式 θ

λcos d m

f d dl ?=（此公式为线色散公式） 可得)(131.09486

.010********.0cos 13611mm d f d dl =?????=?

?=--θλ

)(32.0774

.01022

500105.0cos 23

622mm d f d dl =?????=?

?=--θλ

16． 设计一块光栅，要求：（1）使波长nm 600=λ的第二级谱线的衍射角

30≤θ，（2）色散尽可能

大，（3）第三级谱线缺级，（4）在波长nm 600=λ的第二级谱线处能分辨0.02nm 的波长差。在选

定光栅的参数后，问在透镜的焦面上只可能看到波长600nm 的几条谱线？ 解：设光栅参数 逢宽a ，间隔为d

由光栅方程 λθm d =s i n

nm nm

m d 24002

16002sin =?≥=

θ

λ

由于θλθcos d m d d = 若使 λθd d 尽可能大，则d 应该尽可能小 nm d 2400=∴ ???

??=n m a d nm d a 80031==∴

1500002

.02600

=?=

??=

?=?λλ

λ

λm N mN

4600

2400sin ===

λ

θ

d m ∴

能看到5条谱线

19． 有多逢衍射屏如图所示，逢数为2N ，逢宽为a ，逢间不透明部分的宽度依次为a 和3a 。试求正入射情况下，这一衍射的夫琅和费衍射强度分布公式。 解：将多逢图案看成两组各为N 条，相距d=6a λθm d =?=?sin

2

222

0sin sin sin )(??

???????? ??=δ

δααN I p I θλπαs i n a = 其中αθλ

πθλπθλπδ12sin 12sin 62sin 2=?=??==a a d

1代入得2

2

06sin 6sin sin )(??

? ???

?

?

??=ααααN I p I 两组光强分布相差的光程差θsin 2a =?' θλ

π

δsin 4a =

'

?'?++=k I I I I I cos 22121()22cos )(4cos 1)(2δ'

?=?'+=p I k p I ??

?

???=θλπsin 2cos )(42a p I

将

θ

λ

π

θαsin 2sin a ka ?== 及

2

206sin 6sin sin )(?

?

?

????? ??=ααααN I p I 代入上式

ααααα2cos 6sin 6sin sin 422

2

0?

??????

??

??=N I I [解法I] 按照最初的多逢衍射关系推导

设最边上一个单逢的夫琅和费衍射图样是：??

?

??=ααsin )(~

A p E 其中θλ

π

αsin 2?==

a kma 1d 对应的光程差为： θsin 11d =? αλ

πθδ42s i n

21=??=a

2d 对应的光程差为： θsin 22d =? αλ

πθδ82s i n

42=??=a [∑+-???+++??

? ??=ααααα12)1(exp )24(exp )12(exp 1sin )(~N i i i A p E ()]αααα12)1(exp )24(exp )12(exp 1)4(exp -+???+++N i i i i

[])12(exp 1)]12(exp[1)4(exp 1sin αααααi iN i A --?

+??

?

??= []?

?? ?

?

--???

??--?+??

?

??=2)12(exp 2)12(exp 6exp 2)12(exp 2)12(exp 2)12(exp

)4(exp 1sin αααααααααi i i iN iN iN i A

[]ααααααααα6sin 6sin )6(exp )6(exp )2(exp )2(exp )2(exp sin N i N i i i i A ?

--???

??= αααα

αα)46(exp 6sin 6sin 2cos sin 2-??

?

??=N i N A

2

2

06sin 2cos sin ??

?

???

?

? ???=αααααN I I [解法II] N 组双逢衍射光强的叠加

设θλ

π

αsin ?=

a a d 2= θθs i n 2s i n

?=?=?a d αθλ

π

δ4sin 22=?=?=a k ()δααi A p E e x p

1s i n

)(~+??

? ??= ??? ??+-??

?

??=2exp 2exp 2exp sin δδδααi i i A

2exp 2cos sin 2δδααi A ?

?

?

??= αααα2exp 2cos sin 2i A ??

?

??= N 组)(~

p E 相叠加 d=6a θsin 62a =?

αδ122=

[]∑

-???+++=ααα12)1(exp )24(exp )12(exp 1)(~

)(~N i i i p E p E αααααα6sin 6sin 2

)12(exp 2)

12(exp

)(~)12(exp 1)12(exp 1)(~N i iN p E i iN p E ?

=--= αααααα)46(exp 6sin 6sin 2cos sin 2-?

?

?

??=N i N A 2

2

06sin 2cos sin ??

?

????? ???=αααααN I I

20． 一块闪耀光栅宽260mm ，每毫米有300个刻槽，闪耀角为2177'

。（1）求光束垂直于槽面入

射时，对于波长nm 500=λ的光的分辨本领；（2）光栅的自由光谱范围多大？（3）试同空气间隔

为1cm ，精细度为25的法布里?珀罗标准具的分辨本领和光谱范围做一比较。

解：光栅常数?

?

?

??

?==?=?=-)(10333.33001108.73002603

4mm d N （1） 由λγm d =sin 2解得

13105003002177sin 2sin 26=??'==

- λγ

d m 6410014.1108.713?=??=?=N m A （2）)(46.3813

500nm nm

m

==

=

?λ

λ （3）λm nh =2 46

104500

10102?=??=

m 54107.92510497.097.0?=???==ms A )(0125.01012500

5002)(7

2

.nm h

R S =???=

=

?λλ

结论：此闪耀光栅的分辨率略高于F-P 标准量，但其自由光谱区范围远大于F-P 标准量。

应用光学习题解答

一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 30 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚

度为10 mm。 11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的是 保持系统的共轴性。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是提高数值孔径和减小波长。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度小。 一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中，sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2；10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、 12、 13、小 二、简答题 1、什么是共轴光学系统、光学系统物空间、像空间？

光学教程答案(第五章)

1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）] E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）] 的偏振态。 解 ：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面 通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60° 。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2 600 ?(1-10%) 因此： ∴ I 0/ I = ×(1-10%)cos 2 600 ?(1-10%) = %. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60° ，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。 解： 20 1 I I = Θ

大学物理下册波动光学习题解答杨体强

波动光学习题解答 1-1 在氏实验装置中，两孔间的距离等于通过光孔的光波长的100倍，接收屏与 双孔屏相距50cm 。求第1 级和第3级亮纹在屏上的位置以及它们之间的距离。 解： 设两孔间距为d ，小孔至屏幕的距离为D ，光波波长为λ，则有=100d λ. (1)第1级和第3级亮条纹在屏上的位置分别为 -5150==510m 100D x d λ=?? -42503==1.510m 100 D x d λ=?? (2)两干涉条纹的间距为 -42=1.010m D x d λ?=?? 1-2 在氏双缝干涉实验中，用0 6328A =λ的氦氖激光束垂直照射两小孔，两小孔的间距为1.14mm ，小孔至屏幕的垂直距离为1.5m 。求在下列两种情况下屏幕上干涉条纹的间距。 （1）整个装置放在空气中； （2）整个装置放在n=1.33的水中。 解： 设两孔间距为d ，小孔至屏幕的距离为D ，装置所处介质的折射率为n ，则两小孔出射的光到屏幕的光程差为 21()x n r r nd D δ=-= 所以相邻干涉条纹的间距为 D x d n λ?=? （1）在空气中时，n ＝1。于是条纹间距为 943 1.5 632.8108.3210(m)1.1410 D x d λ---?==??=?? （2）在水中时，n ＝1.33。条纹间距为 9 43 1.563 2.810 6.2610(m)1.1410 1.33 D x d n λ---???=?==??? 1-3 如图所示，1S 、2S 是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为1r 和2r 。路径1S P 垂直穿过一块厚度

为1t 、折射率为1n 的介质板，路径2S P 垂直穿过厚度为2t ，折射率为2n 的另一块介质板，其余部分可看做真空。这两条路径的光程差是多少？ 解：光程差为 222111[r (n 1)t ][r (n 1)t ]+--+- 1-4 如图所示为一种利用干涉现象测定气体折射率的原理性结构，在1S 孔后面放 置一长度为l 的透明容器，当待测气体注入容器而将空气排出的过程中幕上的干涉条纹就会移动。由移过条纹的根数即可推知气体的折射率。 （1）设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 2.0l cm =，条纹移过20根，光波长为 589.3nm ，空气折射率为1.000276，求待测气体（氯气）的折射率。 1-5 用波长为500 nm 的单色光垂直照射到由两块光学平玻璃构成的空气劈尖上。在观察反射光的干涉现象中，距劈尖棱边1=1.56 cm 的A 处是从棱边算起的第四条暗条纹中心。 （1）求此空气劈尖的劈尖角θ； （2）改用600 nm 的单色光垂直照射到此劈尖上，仍观察反射光的干涉条纹，A 处是明条纹还是暗条纹？ （3）在第（2）问的情形从棱边到A 处的围共有几条明纹，几条暗纹？

光学第一章习题及答案解析

物理与机电工程学院2011级应用物理班 姓名:罗勇学号:20114052016 第一章习题 一、填空题: 1001.光得相干条件为两波频率相等、相位差始终不变与传播方向不相互垂直。1015、迈克尔逊干涉仪得反射镜M2移动0、25mm时,瞧到条纹移动得数目为1000个,若光为垂直入射,则所用得光源得波长为_500nm。 1039,光在媒介中通过一段几何路程相应得光程等于折射率与__路程_得乘积。 1089、振幅分别为A1与A2得两相干光同时传播到p点,两振动得相位差为ΔΦ。则p点得光强I＝ 1090、强度分别为与得两相干光波迭加后得最大光强=。 1091、强度分别为I1与I2得两相干光波迭加后得最小光强=。 1092、振幅分别为A1与A2得两相干光波迭加后得最大光强=。 1093、振幅分别为A1与A2得两相干光波迭加后得最小光强=。 1094、两束相干光叠加时,光程差为λ/2时,相位差=。 1095、两相干光波在考察点产生相消干涉得条件就是光程差为半波长得倍,相位差为π得倍。 1096、两相干光波在考察点产生相长干涉得条件就是光程差为波长得倍,相位差为π得倍。 1097、两相干光得振幅分别为A1与A2,则干涉条纹得可见度v=。 1098、两相干光得强度分别为I1与I2,则干涉条纹得可见度v=。 1099、两相干光得振幅分别为A1与A2,当它们得振幅都增大一倍时,干涉条纹得可见度为不变。 1100、两相干光得强度分别为I1与I2,当它们得强度都增大一倍时,干涉条纹得可见度不变。 1101、振幅比为1/2得相干光波,它们所产生得干涉条纹得可见度V=。 1102、光强比为1/2得相干光波,它们所产生得干涉条纹得可见度V=。 1103、在杨氏双缝干涉实验中,缝距为d,缝屏距为D,屏上任意一点p到屏中心p点得距离为y,则从双缝所发光波到达p点得光程差为。 1104、在杨氏双缝干涉实验中,缝距为d,缝屏距为D,波长为λ,屏上任意一点p到屏中心p0点得距离为y,则从双缝所发光波到达p点得相位差为 1105、在杨氏双缝干涉实验中,缝距为d,缝屏距为D,波长为λ,屏上任意一点p到对称轴与光屏得交点p0得距离为y,设通过每个缝得光强就是I0,则屏上任一点得光强I=。 1106、在杨氏双缝干涉实验中,缝距为d,缝屏距为D,入射光得强度为I0,波长为λ,则观察屏上相邻明条纹得距离为。 1107、波长为600nm得红光透射于间距为0、02cm得双缝上,在距离1m处得光屏上形成干涉条纹,则相邻明条纹得间距为__3_mm。 1108、在杨氏双缝干涉实验中,缝距为d,缝屏距为D,屏上干涉条纹得间距为Δy。现将缝距减小一半,则干涉条纹得间距为。 1109、在杨氏双缝干涉实验中,用一薄云母片盖住实验装置得上缝,则屏上得干涉条纹要向_上移_____移动,干涉条纹得间距不变_____。 1110、在杨氏双缝干涉实验中,得到干涉条纹得得间距为Δy,现将该装置移入水中,(n=3/4),则此时干涉条纹得焦距为。 1111、用波长为500 nm得单色光照射杨氏双缝,入用折射率为1、5得透明薄片覆盖下缝,发现原来第五条移至中央零级处,则该透明片得厚度为_______________。 1112、增透膜就是用氟化镁(n=1、38)镀在玻璃表面形成得,当波长为λ得单色光从空气垂

光学教程习题解答

《光学教程》（姚启钧）习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 改用2700nm λ= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 2、在杨氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 ⑶中央点强度：2 04I A = P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 3、把折射率为1.5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厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的

可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 5、波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距离L 为180cm ，若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为1mm ，求双镜平面之间的夹角 θ。 解：700,20,180,1nm r cm L cm y mm λ===?= 由菲涅耳双镜干涉条纹间距公式 6、在题1.6 图所示的劳埃德镜实验中，光源S 到观察屏的距离为1.5m ，到劳埃德镜面的垂直距离为2mm 。劳埃德镜长40cm ，置于光源和屏之间的中央。⑴若光波波长500nm λ=，问条纹间距是多少？⑵确定屏上可以看见条纹的区域大小，此区域内共有几条条纹？（提示：产生干涉的区域P 1P 2可由图中的几何关系求得） 解：由图示可知：7 050050010,40.4, 1.5150nm cm d mm cm r m cm λ-==?==== ①70150500100.018750.190.4 r y cm mm d λ-?= =??== ②在观察屏上可以看见条纹的区域为P 1P 2间 即21 3.45 1.16 2.29P P mm =-=，离屏中央1.16mm 上方的2.29mm 范围内可看见条纹。 P 2 P 1 P 0 题1.6图

(答案1)波动光学习题..

波动光学习题 光程、光程差 1.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) 1.5 λ． (B) 1.5 λ/ n ． (C) 1.5 n λ． (D) 3 λ． ［ A ］ 2.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 (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． ［ C ］ 3.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 (A) )()(111222t n r t n r +-+ (B) ])1([])1([211222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r --- (D) 1122t n t n - ［ B ］ 4.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，λ1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 (A) 2πn 2e / ( n 1 λ1)． (B)[4πn 1e / ( n 2 λ1)] + π． (C) [4πn 2e / ( n 1 λ1) ]+ π． (D) 4πn 2e / ( n 1 λ1)． ［ C ］ 5.真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中，从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l ．A 、B 两点光振动相位差记为?φ，则 (A) l ＝3 λ / 2，?φ＝3π． (B) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3n π． (C) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3π． (D) l ＝3n λ / 2，?φ＝3n π． ［ ］ 6.如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为n 2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e ，而 且n 1＞n 2＞n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 4πn 2 e / λ． (B) 2πn 2 e / λ． (C) (4πn 2 e / λ) +π． (D) (2πn 2 e / λ) -π． ［ A ］ P S 1S 2 r 1 n 1 n 2 t 2 r 2 t 1 n 1 3λ1 n 1 3λ

光学 第一章 习题及答案

物理与机电工程学院 2011级 应用物理班 姓名：罗勇 学号：20114052016 第一章 习题 一、填空题： 1001．光的相干条件为 两波频率相等 、相位差始终不变和 传播方向不相互垂直。 1015.迈克尔逊干涉仪的反射镜M 2移动0.25mm 时,看到条纹移动的数目为1000个，若光为垂直入射，则所用的光源的波长为_500nm 。 1039,光在媒介中通过一段几何路程相应的光程等于折射率和__路程_的乘积 。 1089. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光同时传播到p 点，两振动的相位差为ΔΦ。则p 点的 光强I ＝22 12122cos A A A A ?++? 1090. 强度分别为1I 和2I 的两相干光波迭加后的最大光强max I =12+I I 。 1091. 强度分别为I 1和I 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =。12I I - 1092. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最大光强max I =12122A A A A ++。 1093. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =12122A A A A +-。 1094. 两束相干光叠加时，光程差为λ/2时，相位差?Φ=π。 1095. 两相干光波在考察点产生相消干涉的条件是光程差为半波长的()2j+1倍，相位差为π的()2j+1倍。 1096. 两相干光波在考察点产生相长干涉的条件是光程差为波长的2j 倍，相位差为π的 2j 倍。 1097. 两相干光的振幅分别为A 1和A 2，则干涉条纹的可见度v=1221221A A A A ?? ?????+ ??? 。 1098. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，则干涉条纹的可见度v= 1212 I I I I -+。 1099.两相干光的振幅分别为A 1和A 2，当它们的振幅都增大一倍时，干涉条纹的可见度为 不变。 1100. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，当它们的强度都增大一倍时，干涉条纹的可见度 不变。 1101. 振幅比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=45。 1102. 光强比为1/2的相干光波，它们所产生的干涉条纹的可见度V=13 。 1103. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，屏上任意一点p 到屏中心p 点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的光程差 为 1104. 在杨氏双缝干涉实验中，缝距为d ，缝屏距为D ，波长为λ，屏上任意一点p 到屏中心p 0点的距离为y ，则从双缝所发光波到达p 点的相位差为

应用光学试题及答案

中 国 海 洋 大 学 命 题 专 用 纸 (首页) 2005-2006学年第 二 学期 试题名称: 应用光学 A 课程号： 共 2 页 第 1 页 专业年级__物理学2003_____ 学号___________ 姓名____________ 考试日期（考生填写）_______年____月__日 分数_________ 一．简答题（15分）（写在答卷纸上） 1．（5分）物理光学研究什么内容？几何光学研究什么内容？ 2．（5分）什么是场镜？场镜的作用是什么（要求写出两种作用）？ 3．（5分）写出轴外点的五种单色像差的名称。 二．作图题（15分）(画在试卷上) 4．（５分）已知焦点F 和F ’和节点J 和J ’（见图2），求物方主点H 和像方主点H ’ 。 5．（10分）应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图1)，分别标出A 、B 、C 、D 点光的坐标方向。 J F ’ F J ’ 图2 z y x A B C D 图1

授课教师 李颖命题教师或命题负责人 签字李颖 院系负责人 签字 年月日 注：请命题人标明每道考题的考分值。 中国海洋大学命题专用纸（附页） 2005-2006学年第二学期试题名称: 应用光学课程号：共 2 页第 2 页

三．计算题（70分） 6．（10分）某被照明目标，其反射率为ρ=，在该目标前15m距离处有一200W的照明灯，各向均匀发光，光视效能（发光效率）为30lm/W，被照明面法线方向与照明方向的夹角为0度。 求：（1）该照明灯的总光通量；（2）被照明目标处的光照度；（3）该目标视为全扩散表面时的光亮度。 7．（10分）显微镜目镜视角放大率为Γe=10，物镜垂轴放大率为β=-2，NA=，物镜共轭距为180mm，物镜框为孔径光阑，求：（1）显微镜总放大率，总焦距。（2）求出瞳的位置和大小。8．（15分）一个空间探测系统（可视为薄透镜），其相对孔径为1:，要求将10km处直径为２ｍ的物体成像在1/2英寸的探测器靶面上，物体所成像在探测器靶面上为内接圆，问此系统的焦距应该为多少？口径为多少？所对应的最大物方视场角是多少？（一英寸等于毫米，探测器靶面长与宽之比为４:3） 9．（10分）有一个薄透镜组，焦距为100mm，通过口径为20mm，利用它使无限远物体成像，像的直径为10mm，在距离透镜组50mm处加入一个五角棱镜（棱镜的玻璃折射率为，透镜展开长度为L=，D为棱镜第一面上的通光口径），求棱镜的入射面和出射面的口径，通过棱镜后的像面位置。 10．（15分，A、B任选） A．有一个焦距为50mm的放大镜，直径D=40mm，人眼（指瞳孔）离放大镜20mm来观看位于物方焦平面上的物体，瞳孔直径为4mm。求系统的孔径光阑，入瞳和出瞳的位置和大小，并求系统无渐晕时的线视场范围。 B．有一开普勒望远镜，视放大率Γ=8，物方视场角2ω=8?，出瞳直径为6mm，物镜和目镜之间的距离为180mm，假定孔径光阑与物镜框重合，系统无渐晕，求（1）物镜焦距，目镜焦距；（2）物镜口径和目镜口径；（3）出瞳距离。 11．（10分，要求用矩阵法求解）有一个正薄透镜焦距为8cm，位于另一个焦距为－12cm的负薄透镜左边6cm处，假如物高3cm，位于正透镜左边的24cm处，求像的位置和大小。 四．附加题（10分） 12．谈谈你对《应用光学》课程教学和课程建设的设想和建议。

大学物理波动光学题库及标准答案

大学物理波动光学题库及答案

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一、选择题：（每题3分） 1、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) 1.5 λ． (B) 1.5 λ/ n ． (C) 1.5 n λ． (D) 3 λ． ［ ］ 2、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 (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． ［ ］ 3、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 (A) )()(111222t n r t n r +-+ (B) ])1([])1([211222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r --- (D) 1122t n t n - ［ ］ 4、真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中，从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l ．A 、B 两点光振动相位差记为?φ，则 (A) l ＝3 λ / 2，?φ＝3π． (B) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3n π． (C) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3π． (D) l ＝3n λ / 2，?φ＝3n π． ［ ］ 5、如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为n 2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e ，而且n 1＞n 2＞n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 4πn 2 e / λ． (B) 2πn 2 e / λ． (C) (4πn 2 e / λ) +π． (D) (2πn 2 e / λ) -π． ［ ］ 6、如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3．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、下两表面反射的光束①与②的光程差是 (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e －λ / 2 . (C) 2n 2 e －λ． (D) 2n 2 e －λ / (2n 2)． ［ ］ 7、如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1< n 2> n 3．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、下两表面反射的光束(用①与②示意)的光程差是 (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e －λ / 2. (C) 2n 2 e －λ ． (D) 2n 2 e －λ / (2n 2)． P S 1 S 2 r 1 n 1 n 2 t 2 r 2 t 1 n 1 n 2 n 3 e λ n 2n 1n 3 e ①② n 2n 1n 3 e ①②

光学教程答案(第一章)

1. 波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 02 2.0的双缝上，在距离cm 180处 的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离. 解：由条纹间距公式 λ d r y y y j j 0 1= -=?+ 得 cm 328.0818.0146.1cm 146.1573.02cm 818.0409.02cm 573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=?=?===?===??==?=??== ?--y y y d r j y d r j y d r y d r y j λλλλ 2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为 cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比. 解：（1）由公式 λd r y 0 = ? 得 λd r y 0= ? =cm 100.8104.64.05025--?=?? （2）由课本第20页图1-2的几何关系可知 52100.01 sin tan 0.040.810cm 50 y r r d d d r θθ--≈≈===?

5 21522()0.8106.4104 r r π ππ?λ --?= -= ??= ? (3) 由公式 22 22 121212cos 4cos 2I A A A A A ? ??=++?= 得 8536.04 2224cos 18cos 0cos 421cos 2 cos 42cos 42220 2212 212020=+=+= =??=??= =π ππ??A A A A I I p p 3. 把折射率为1.5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 在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7 m . 解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2r ?π λ??= 可知为 Δr =215252r r λ πλπ-= ??= 现在 1S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为 ()210022r r h nh λλ ?ππ'--+= ?=?=???? 所以玻璃片的厚度为 421510610cm 10.5r r h n λ λ--= ===?- 4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度. 解： 6050050010 1.250.2r y d λ-?= =??=m m

应用光学习题及答案

武汉理工大学考试试题纸（A卷） 课程名称应用光学专业班级0501～03 题号一二三四五六七八九十总分 题分 备注:学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题 一、选择题（每题 1 分，共 5 分） 1．发生全反射现象的必要前提是： A)光线由光疏介质到光密介质传播B) 光线由光密介质到光疏介质传播 C)光线在均匀介质中传播D) 以上情况都可能产生 2．周视照相机可以拍摄大视场景物，其利用的： A)节点的性质B)主点的性质C)焦点的性质D)以上答案都正确 3．在望远镜的视度调节中，为适应近视人群，应采取的是： A)使物镜远离目镜B)使目镜远离物镜C)使目镜靠近物镜D)应同时调节物镜和目镜 4．棱镜系统中加入屋脊面，其作用是： A 改变光轴的方向B)改变主截面内像的方向C)改变垂轴于主截面方向上像的方向D)以上都正确5．光学系统中场镜的作用是： A)改变成像光束的位置B)减小目镜的尺寸C)不改变像的成像性质D)以上都正确 二、填空题（每题 2 分，共 10 分） 1．显微镜中的光学筒长指的是（）2．光学系统中像方顶截距是（）3．用波像差评价系统成像质量的瑞利准则是（）4．望远系统中物镜的相对孔径是（）

5．棱镜的转动定理是（） 三、简答题（共 20 分） 1．什么叫孔径光阑它和入瞳和出瞳的关系是什么（4 分） 2．什么叫视场光阑它和入窗和出窗的关系是什么（4 分） 3．几何像差主要包括哪几种（4 分） 4. 什么叫远心光路其光路特点是什么（4 分）

四、分析作图题（共 25 分） 1.已知正光组的F 和F’，求轴上点 A 的像，要求用五种方法。（8 分） 2. 已知透镜的焦距公式为f ' nr1，l ' H f ' n 1d ， l H f ' n 1d ， r d nr nr ) ( n 1) r 2 r 分析双凹透镜的基点位置，并画出 FFL、BFL 和 EFL 的位置。（9 分） 3.判断下列系统的成像方向，并画出光路走向（8 分） （a）（b） 五、计算题（共 35 分） 1．由已知f150mm，f2150mm的两个薄透镜组成的光学系统，对一实物成一放大 4 倍的实像，并 且第一透镜的放大率12，试求：1.两透镜的间隔；2.物像之间的距离；3.保持物面位置不变，移动 第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像与此相应的垂铀放大率为多大（15 分）

《大学物理学》波动光学习题及答案

一、选择题(每题4分，共20分) 1．如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为2n 的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉。若薄膜厚度为e ，而且321n n n >>，则两束反射光在相遇点的位相差为（B （A ） 22πn e λ ； （B ） 24πn e λ ； （C ） 24πn e πλ -； （D ） 24πn e πλ +。 2．如图示，用波长600λ=nm 的单色光做双缝实验，在屏P 处产生第五级明纹，现将折射率n =1.5的薄透明玻璃片盖在其中一条缝上，此时P （A ）5.0×10-4cm ；（B ）6.0×10-4cm ； （C ）7.0×10-4cm ；（D ）8.0×10-4cm 。 3．在单缝衍射实验中，缝宽a =0.2mm ，透镜焦距f =0.4m ，入射光波长λ=500nm 位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？（ D ） (A) 亮纹，3个半波带； (B) 亮纹，4个半波带；(C) 暗纹，3个半波带； (D) 暗纹，4个半波带。 4．波长为600nm 的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3mm 的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为（B ） (A) 0、1±、2±、3±、4±； (B) 0、1±、3±；(C) 1±、3±； (D) 0、2±、4±。 5． 自然光以60°的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则（ B ） (A) 折射光为线偏振光，折射角为30°； (B) 折射光为部分偏振光，折射角为30°； (C) 折射光为线偏振光，折射角不能确定； (D) 折射光为部分偏振光，折射角不能确定。 二、填空题(每小题4分，共20分) 6．波长为λ的单色光垂直照射在空气劈尖上，劈尖的折射率为n ，劈尖角为θ，则第k 级明纹和第3k +级明纹的间距l = 32s i n λn θ 。 7．用550λ=nm 的单色光垂直照射牛顿环装置时，第4级暗纹对应的空气膜厚度为 1.1 μm 。 8．在单缝夫琅和费衍射实验中，设第一级暗纹的衍射角很小。若1600nm λ=为入射光，中央明纹宽度为 3m m ；若以2400nm λ=为入射光，则中央明纹宽度为 2 mm 。 9．设白天人的眼瞳直径为3mm ，入射光波长为550nm ，窗纱上两根细丝之间的距离为3mm ，人眼睛可以距离 13.4 m 时，恰能分辨。 10.费马原理指出，光总是沿着光程为 极值 的路径传播的。 三、计算题(共60分) 11.（10分）在杨氏双缝实验中，双缝间距d =0.20mm ，缝屏间距D ＝1.0m ，试求：(1)若第二级明条纹离屏中心的距离为6.0mm ，计算此单色光的波长；(2)相邻两明条纹间的距离． 解：(1)由λk d D x = 明知，23 0.26002110 x nm λ= =??， 3 n e

物理光学第一章答案..

第一章 波动光学通论 作业 1、已知波函数为：?? ? ???-?=-t x t x E 157 105.11022cos 10),(π，试确定其速率、波长和频率。 2、有一张0=t 时波的照片，表示其波形的数学表达式为 ?? ? ??=25sin 5)0,(x x E π。如果这列波沿负 x 方向以2m/s 速率运动， 试写出s t 4=时的扰动的表达式。 3、一列正弦波当0=t 时在0=x 处具有最大值，问其初位相为多少？ 4、确定平面波：?? ? ??-+ + =t z k y k x k A t z y x E ω14314 214 sin ),,,(的传播方向。 5、在空间的任一给定点，正弦波的相位随时间的变化率为 s rad /101214?π，而在任一给定时刻，相位随距离 x 的变化是 m rad /1046?π。若初位相是 3 π ，振幅是10且波沿正x 方向前进， 写出波函数的表达式。它的速率是多少？ 6、两个振动面相同且沿正x 方向传播的单色波可表示为： )](sin[1x x k t a E ?+-=ω，]sin[2kx t a E -=ω，试证明合成波的表达式可 写为?? ??? ???? ? ??+-?? ? ???=2sin 2cos 2x x k t x k a E ω。 7、已知光驻波的电场为t kzcoa a t z E x ωsin 2),(=，试导出磁场),(t z B 的表达式，并汇出该驻波的示意图。

8、有一束沿z 方向传播的椭圆偏振光可以表示为 )4 cos()cos(),(00π ωω--+-=kz t A y kz t A x t z E 试求出偏椭圆的取向 和它的长半轴与短半轴的大小。 9、一束自然光在30o 角下入射到空气—玻璃界面，玻璃的折射率n=1.54，试求出反射光的偏振度。 10、过一理想偏振片观察部分偏振光，当偏振片从最大光强方位转过300时，光强变为原来的5／8，求 (1)此部分偏振光中线偏振光与自然光强度之比； (2)入射光的偏振度； (3)旋转偏振片时最小透射光强与最大透射光强之比； (4)当偏振片从最大光强方位转过300时的透射光强与最大光强之比． 11、一个线偏振光束其E 场的垂直于入射面，此光束在空气中以45o 照射到空气玻璃分界面上。假设n g =1.6，试确定反射系数和透射系数。 12、电矢量振动方向与入射面成45o 的线偏振光入射到两种介质得分界面上，介质的折射率分别为n 1=1和n 2=1.5。（1）若入射角为50o ，问反射光中电矢量与入射面所成的角度为多少？（2）若入射角为60o ，反射光电矢量与入射面所成的角度为多少？ 13、一光学系统由两片分离的透镜组成，两片透镜的折射率分别为1.5和1.7，求此系统的反射光能损失。如透镜表面镀

应用光学习题解答13年教学提纲

应用光学习题解答13 年

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 一、填空题 1、光学系统中物和像具有共轭关系的原因是 。 2、发生全反射的条件是 。 3、 光学系统的三种放大率是 、 、 ，当物像空间的介质 的折射率给定后，对于一对给定的共轭面，可提出 种放大率的要求。 4、 理想光学系统中，与像方焦点共轭的物点是 。 5、物镜和目镜焦距分别为mm f 2'=物和mm f 25'=目的显微镜，光学筒长△= 4mm ，则该显微镜的视放大率为 ，物镜的垂轴放大率为 ，目镜的视放大率为 。 6、 某物点发出的光经理想光学系统后对应的最后出射光束是会聚同心光 束，则该物点所成的是 (填“实”或“虚”)像。 7、人眼的调节包含 调节和 调节。 8、复杂光学系统中设置场镜的目的是 。 9、要使公共垂面内的光线方向改变60度，则双平面镜夹角应为 度。 10、近轴条件下，折射率为1.4的厚为14mm 的平行玻璃板，其等效空气层厚度为 mm 。

11、设计反射棱镜时，应使其展开后玻璃板的两个表面平行，目的 是。 12、有效地提高显微镜分辨率的途径是。 13、近轴情况下，在空气中看到水中鱼的表观深度要比实际深度。 一、填空题 1、光路是可逆的 2、光从光密媒质射向光疏媒质，且入射角大于临界角I0，其中， sinI0=n2/n1。 3、垂轴放大率；角放大率；轴向放大率；一 4、轴上无穷远的物点 5、－20；－2； 10 6、实 7、视度瞳孔 8、在不影响系统光学特性的的情况下改变成像光束的位置，使后面系统的通光口径不致过大。 9、30 10、10 11、保持系统的共轴性 12、提高数值孔径和减小波长 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

《光学教程》(姚启钧)课后习题解答

《光学教程》（启钧）习题解答 第一章 光的干涉 1、波长为500nm 的绿光投射在间距d 为0.022cm 的双缝上，在距离180cm 处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离。若改用波长为700nm 的红光投射到此双缝上，两个亮纹之间的距离为多少？算出这两种光第2级亮纹位置的距离。 解：1500nm λ= 7011180500100.4090.022 r y cm d λ-?= =??= 改用2700nm λ= 7022180700100.5730.022 r y cm d λ-?= =??= 两种光第二级亮纹位置的距离为： 21220.328y y y cm ?=?-?= 2、在氏实验装置中，光源波长为640nm ，两狭缝间距为0.4mm ，光屏离狭缝的距离为50cm ，试求：⑴光屏上第1亮条纹和中央亮纹之间的距离；⑵若P 点离中央亮纹为0.1mm 问两束光在P 点的相位差是多少？⑶求P 点的光强度和中央点的强度之比。 解：⑴ 7050640100.080.04 r y cm d λ-?= =??= ⑵由光程差公式 210 sin y r r d d r δθ=-== 0224 y d r π π π?δλ λ ?= = ?= ⑶中央点强度：2 04I A =

P 点光强为：2 21cos 4I A π?? =+ ?? ? 012 (1)0.8542I I =+= 3、把折射率为1.5的玻璃片插入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厚度。已知光波长为7610m -? 解： 1.5n =，设玻璃片的厚度为d 由玻璃片引起的附加光程差为：()1n d δ'=- ()15n d λ-= ()76455 61061061010.5 d m cm n λ---==??=?=?- 4、波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双缝上。通过其中一个缝的能量为另一个的2倍，在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样，求干涉条纹间距和条纹的可见度。 解： 7050500100.1250.02 r y cm d λ-?= =??= 由干涉条纹可见度定义： 12min 2min 1221Max Max A A I I V I I A A ?? ? -??= =+??+ ??? 由题意，设22 122A A = ，即 1 2 A A = 0.943 V == 5、波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距

波动光学答案2011

波动光学填空题 56、杨氏双缝的间距为0.3mm ，双缝距离屏幕1500mm ，若第四到第七明纹距离为7.5 ，则入射光波长 =___500nm____ ；若入射光的波长 =639nm ，则相邻两明纹的间距x k+1-x k =____3.195___mm 。 57、用单色光做单缝衍射实验，若缝宽变为原来的6倍，则中央明纹区宽度是原来的____1/6____倍。 58、波长为750nm 的单色平行光，垂直照射到宽度为d 的单缝上，若衍射角为3π/12时，对应的衍射图样为第一极小，则缝宽为_____1.06μm______。 59、单色平行光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射，若屏上P 点处为第3级暗纹，则单缝处波面相应地可划分为 __6___个半波带，若将单缝宽度缩小一半，P 点将是第__1__级__明__纹。 60、单色平行光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射，若屏上P 点处为第3级明纹，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 点将是第____级____纹。 61、一束强度为I 0的自然光垂直穿过两个叠合在一起、偏振化方向成45゜角的理想偏振片，则透射光强为____1/4____I 0 62、光的干涉和衍射现象反映了光的___波动_____性质．光的偏振现象说明光波是______横___波． 63、单色平行光垂直入射于单缝上，观察夫琅和费衍射，若屏上P 点处为第2级明纹，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 点将是第____级____纹。 64、单色光在折射率为n=1.4的介质中传播的几何路程长度为30m ，则相当于该光在真空中传播的路程长度为____42m_____。 65、波长为λ=532nm 的单色光垂直照射到宽度为d 的单缝上，若对应第二级暗纹的衍射角θ=30°。则缝宽d __2128______nm 。 66、光的_ 干涉____和_ 衍射____现象表明光具有波动性质，光的__偏振_____现象说明光波是横波。 67、一束自然光由空气斜入射到折射率为n 的均匀平板玻璃表面，当入射角i 满足_i tan _____=n 时,反射光将具有完全偏振性。 68、光从光疏媒质射向光密媒质时，反射光的半波损失对应的附加光程为__λ/2__,对应的附加位相为____π__. 69、一束自然光通过两个偏振片，若两偏振片的偏振化方向间夹角由α1转到α2，则转动前后透射光强度之比为___2 212cos cos αα______。 70、已知玻璃的折射率为 ，在其上面镀一层氟化镁（MgF 2）薄膜(n =1.38)，放在空气中，白光垂直照射到膜的表面，欲使反射光中波长为550nm 的光相消，此膜的最小厚度为___0.1μm____。 波动光学选择题 79、为了使双缝干涉的条纹间距变大，可以采取的方法是：[ B ] A. 使屏靠近双缝； B. 使两缝的间距变小； C. 使两缝的宽度稍微变小； D. 改用波长较小的单色光源。 80、为了使干涉的条纹更亮，可见条纹更多，条纹拉得更开，最可取的方法是：[ B ] A. 使屏靠近光缝； B. 减小缝间距； C. 增加缝间距； D. 采用等距多缝方案 81、在垂直照射的劈尖干涉实验中，当劈尖的夹角变大时，干涉条纹将[ B ]。 A. 远离劈棱方向移动； B. 向劈棱方向移动； C. 相邻条纹间的距离将变宽； D. 条纹位置和间距不变. 82、真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的媒质中，由a 点传到b 点相位改变了π，则对应的光程为[ D ] A. λ; B. λ/2; C. λn /2; D. λ/2n 83、光波从光疏媒质垂直入射到光密媒质，当它在界面反射时，其[ C ]。 A.相位不变 B.频率增大 C.产生附加光程λ/2 D.频率减小