物理光学知识点

Revised as of 23 November 2020

第一草波的基本性质

一・填空题

1某介质的介电常数为相对介电常数为兮，磁导率为“，相对磁导率为则光波在该介质中的传播速度卩=（一丄）：该介质的折射率〃 =（J叨）O

2的色自然光从折射率为m的透明介质1入射到折射率为n2的透明介质2中，在两介质的分界面上，发生（反射和折射）现歛：反射角g、透射角◎和入射角◎的关系为（2 = q ,

sin = n2 sin 0.）:设分别为光波在介质1、介质2中的时间频率，则q和y的关系为

（5二/〉：设人，▲分别为光波在介质X介质2中的波长.则人和人的关系为（耳人二冬^）。

3若一束光波的电场为£ = 2jcos 2处10”卡一打]则，光波的俶振状态是振动方向沿（y轴）的（线）偏振光:光波的传播方向是（z抽）方向:振幅是（2 ）v/m :频率是（10止）Hz：空间周期是（3x10^）

皿：光速是（3x10" ）nVs.

4已知为波长的He・Ne激光在真空中的传播速度为s,其频率为_：在折射为的透明介质中传播速度v 为邑.频率为_■波长为」

5—平曲单色光波的恻频率为3.波矢为F.其在真空中的光场E用三角函数表示为 E = £°cos（dy_ZJ）用复数表示为E詁）exp忝「F）若单色球面（发散）光波的圆频率为3、波矢为"，其在真空中的光场E用三角函数表示为上二比Mh'EE-A门用复数表示为E = E[ /rexp i（k• r - ^）

6一光波的波长为500nnn其传播方向与x轴的夹角为30'\与y轴的夹角为60°,则其与z轴的夹角为妙・其空间频率分别为_、1x10的■止

7玻璃的折射率为”=■光从空气射向玻璃时的布儒斯特角为___________ :光从玻璃射向空气时的布

借斯特角为_______ °

8讥色自然光从折射率为m的透明介质1入射到折射率为血的透明介质2中，在两介质的分界面

上，发生_____ 现纵:0仮射角）电（透射角）和q（入射角）的关系为________ ；设q,。分别为光波在

介质1.介质2中的时间频率，则q和I。的关系为___________ :设人分别为光波在介质-介质2中

的波长，则人和1入的关系为_______ o

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。

14光在界而发生反射和透射.对于入射光、反射光和透射光，不变的虽是—D °

A.波长 B •波矢 C •强度 D.频率

156•光波的能流密度（正比于B °

A・E或H B・E，或H? c . E2.与H无关D・H］与E无关

三・名词解释

1半波损失：在小角度入射（1分）或掠入射（1分）两种情况下，光波由折射率小的媒质（光疏媒质）进入折射率大的媒质（光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现歛通常称为“半波损失” O （1分）

2全反射：光从光密介质入射到光竦介质，并且当入射角大于临界角时，在两个不同介质的分界面上，入射光全部返回到原介质中的现歛.就叫全反射。

3折射定律：①折射光位于由入射光和法线所确定的平面内。②折射光与入射光分居在法线的两侧。

③折射角与入射角满足：sin 厂/sin I = n/n。

4坡印亭矢量（34、辐射强度矢虽）：它表示讯位时间内.通过垂直于传播方向的.爪位面积的电

一1 一一

磁能虽的大小。它的方向代表的是能虽流动的方向.S=-ExB 0

5发光强度：辐射强度矢虽的时间平均值（/）。

6反射定律：①反射光线位于由入射光线和法线所确定的平面内：②反射光线和入射光线位于法线两侧：③反射角与入射角绝对值相等.符号相反，即r=-i -

7相速度：等相面的传播速度。

8群速度：振幅恒值点的移动速度。

四. 简答题

1电磁场波动方程的数学表示式

L订1护E C id 1护P C

电场的波动方程：V'E一一-一=0 ; 磁场的波动方程：^ = 0

厂5r 芮dr

2平面波、球面波.柱面波的一般式

平面波：E = Aexp{z（^-r ;球面波：E = — exp{z（/c • r ±6X）};

柱面波：E={/（« •r土型）}

3电磁波是如何相互激发产生的

变化的电场产生交变的磁场，交变的磁场产生变化的电场，从而，电场和磁场相互激发，以一定的速度由近及远传播开来就形成了电磁波

3

4 原子发光特点

①实际原子发出的是一段儿一段儿有限大的波列；2振幅在持续时间内保持不变或变化缓慢；③前后波列 之间没有固定的相位关系；④各个波列的振动方向不同。

5 平面电磁波性质

①平面电磁波是横波 ②E 丄鸟丄斤，并且构成右手螺旋系

3 E 和斤同相位

6 各向同性均匀介质的物质方程表示式及幹个物理址的逝义

微分形式的麦克斯韦方程组及外物理虽的总义

dt

_ 一自由电荷体密度； fr _ * 8D @D VxH = 7+—- _传导电流密度； —位移电流密度。

& dt

何为平而波写出真空中波长为500nm 振幅为2的单色平而波的表达式。（6分）

答：等相面为平面的简谐波为平面波。E = 2cos （4・10%z —1210止加）

9 画出菲涅耳曲线•并由图分析反射光和透射光的位相变化° （光由光疏进入光密媒质） 解：菲涅耳

曲线如下图所示

1,（；在入射角®为任何角度时均大于0,说明透射光的相位与入射 光相位

相同，既无相位变化；（1分）G<0说明反射光的垂直分量与入射 光的垂直分量相位差TI ；（1分）6I <9B 时r >0说明反射光的平行分量无 相位变化，0I >0B 时r <0说明反射光的平行分量与入射光的平行分量 相位差m

（1分） 10

波长为、振幅为A 的平面波以角入射到镜面•忽略反射引起 的位

相变化•求

（1） x 抽上的复振幅分布

X 轴上，是入射光与反射光的kx 分量的同向叠加。

E （x ）=Asinexp （iksinx ）+Asinexp （iksinx ）=2Asinexp （iksinx ）, k=2/0 （2） y 轴上的复振幅分布

y 轴上，是入射光与反射光的ky 分量的反向逐加。

E （y ）=Acosexp （-ikcosy ）+Acosexp （ikcosy ）=2Acoscos （kcosy ）

11 一观察者站在水池边观看从水面反射來的太阳光.若以太阳光为自然光.则观察者所看到的反射

光是自然光，线偏振光还是部分偏振光它与太阳的位置有什么关系为什么

（1）

当入射角e 严％时，反射光为线偏振光，（2分）因此时R, = 0 R = R_

1 33

7 = oE c ------- 电导率；5 =压

£——介电常数；D =屈“——磁导率

D-

E- V£） = p VB = 0

v L 产 丽

VxE = --------

电感强度；B 一磁感强度； 电场强度；H 一磁场强度;

P-

笫二题用