光学试验思考题集

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2009-2010(1)物理实验光学实验提示

光学实验思考题提示实验7 分光计调整与使用【预习思考题】1、分光计由哪几个主要部件组成？它们的作用是什么？提示：(P.70，附录分光计的结构)2、对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？提示：（1）对分光计调整的要求：① 望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴；② 望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）；③ 平行光管出射平行光；（2）各部分调节好的判断标志① 望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。

（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦） ② 望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o 前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。

（用自准直光路和各半调节法调整）③ 平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。

（操作：把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦）④ 平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志——使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心水平黑十字线重合。

（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的仰角螺钉）3、本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜转过的角度？提示：①精度——仪器能读准的最小分度；②P.72最后一段；③参看P.69ϕ和min δ的测量式。

4、在分光计调节使用过程中，要注意什么事项？提示：P.70【思考题】1、测棱镜顶角还可以使用自准法，当入射光的平行度不好时，用哪种方法测顶角误差较小？提示：ϕ21=A 的成立条件是入射光是平行光； 2、是否对有任意顶角A 的棱镜都可以用测量最小偏向角的方法来测量它的材料的折射率？提示：①），22sin sin (sin )2sinarcsin(22111min A r A n r n i A n A i ====-=δ 3、假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。

牛顿环实验思考题

1、等厚干涉的特征答：a.由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹。

b.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹。

c.厚度相等，也就意味着从前后面发生的两次反射的路程差是一个定值，因此不会出现干涉条纹，但是同样会有干涉现象，比如路程差恰好是某种波的半波长的奇数倍，则会出现此波在薄膜的表面被减弱为零，就像近视镜的镀膜一个道理。

2、5-10种测波长的方法（简述）答：（1）用双棱镜干涉测波长（2）用衍射光栅测光波波长光栅是一种重要的分光元件，它可以把入射光中不同波长的光分开，衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，常用的是平面透射光栅，它是由许多相互平行等距的透明狭缝组成，其中任意相邻两条狭缝的中心距离d称为光栅常数。

根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。

衍射角符合条件dsinθ=kλ，（k = 0、1、2、3 …）时，在该衍射角方向上的光相叠加将会加强，其它方向光相抵消。

如果用会聚透2/4镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的焦平面上将出现一系列亮纹，形成衍射图样。

如图所示，式（9–1）称为光栅方程，其中λ为入射光波波长，θ为衍射角，k为衍射亮纹的级数。

在θ为0的方向上可以观察到中央亮纹。

其它各级亮纹对称分布在中央亮纹两侧。

若已知光栅常数d，测出相应的衍射条纹与0级条纹间的夹角θ，便可求出光波波长(3)双缝干涉测波长a.光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面的空间互相叠加会发生干涉现象。

如果用单色光照射，在屏上会得到明暗相间的条纹；如果用白光射，可在屏上观察到彩色条纹。

b.本实验要测单色光的波长，单色光通过双缝干涉后产生明暗相同的等间距直条纹，条纹的间距与相干光源的波长有关。

设双缝宽d，双缝到屏的距离为L，相干光源的波长为λ，则产生干涉图样中相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离△x，由此得；λ=L△x /d，因此只要测得d,L,△x即可测得波长。

牛顿环实验思考题

实验十五用牛顿环测量球面的曲率半径课后思考题一．等厚干涉的特征等厚干涉：是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．光路图：特征：1.干涉条纹的级数序列：薄膜越厚，级数越高。

2.相邻条纹的间距：正比于波长，并且入射光的入射角愈大则条纹的间隔愈大。

越靠近接触点，相邻条纹的间隔愈大比如劈尖干涉为明暗条纹均匀分布的直条纹；牛顿环为明暗相间内疏外密的圆环纹。

3.干涉条纹的移动规律：增加薄膜厚度，条纹向楞点方向移动。

4.白色光投射到牛顿环上时u，可见中心为暗斑，而外围有彩色的几个环状条纹。

二．测波长的方法（1）牛顿环测量法；在牛顿环试验中，透镜的曲率半径设为R，则对于第k 级条纹，根据光的干涉条件，它应该满足一个等式，也就是λ。

其中D就是第k 级条纹的直径。

只要用牛顿环仪器测出条纹直径，就可以通过这个公式求出波长。

（2）单色仪测量法；器材：单色仪定标的仪器和单色光源。

原理：主光线在棱镜上的入射和出射总是满足最小偏向条件。

从而单色仪可出设单色光，且出射的单色光波长与鼓轮示数対应。

完成单色仪定标后，令待测光源入射，找到出射时的鼓轮读数即可通过定标曲线确定其波长。

（3）小型棱镜射谱仪法；器材:射谱仪、低压汞灯、电弧电源、底片、显影液、定影液、应谱仪。

原理：利用哈德曼光阑把已知铁谱线和待测谱线拍摄在同一底片上，然后于标准铁谱线对照，利用内插法便可计算出光波长。

说明：这种方法基于色散是线性的，存在系统误差。

实验时应选尽量接近的铁谱线进行估算。

（4）杨氏双缝干涉法；器材：光具座、底片夹、单缝、双缝、测微观察屏、测量显微镜、待测光源。

原理：杨氏双缝干涉原理：双缝干涉的两个相邻亮（暗）条纹的距离△x与波长λ、双缝的间距d及双缝到屏的距离L满足Δx=λz/d。

（5）双棱镜分光干涉法；器材：光具座、双棱镜、扩束透镜及镜架、成像透镜、测微透视观察屏、卷尺、待测光源等。

光学思考题和习题解答第二章

第二章思考题部分暂时略去1、（1）根据物像等光程性，物点像点P 、P ’的光程是相等，于是光线1，2的共轭光线1’,2’一定相交。

（2）根据物像等光程性，物点像点P 、P ’的光程是相等，于是光线1，2的共轭光线1’,2’一定相交。

相等，因为平行光线会聚于焦面同一点是等光程线。

（3）不相等，1，2不是成像光线。

2、（1）球面的半径大于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是极小值。

（2）球面的半径大等于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是恒定值。

（3）球面的半径小于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是极大值。

3、实际上左手还是在左边，右手还是在右边，只不过是对镜外人来讲，似乎是左右颠倒。

左右的区分必须按照同一个标准。

之所以认为“左右颠倒”，是采用不同标准的结果，因为人的左右标准与像中人的左右标准不同，刚好相反。

4、将物体放在凸透镜的焦面上，透镜后放一块与光轴垂直的平面反射镜，最后像成像在物体位置，一样大，倒立，实像；平面镜的位置对像没有任何影响；自聚焦法测量焦距的步骤是：在光轴上放上物体，移动物体，直到物像位置满足上述的关系，这时物距就是焦距。

5、若要用于凹透镜焦距测量，需要改变光路，在凹透镜前面增加一个凸透镜，前后调整凹透镜的位置，使经过凸透镜的像处于凹透镜的焦点上，这是再经过平面镜反射回来的光成一个清晰的像。

6、（1）透镜稍微沿横向平移，像也与光轴同向移动。

（2）将光轴稍微转动，像位置保持不变。

7、（1）镜作横向平移，像点保持不变；（2）镜筒轴线转过角度，这时相当于入射平行光线与光轴有一个夹角，像点在偏离光轴的焦面上。

8、透镜下半部遮住，入射光强减半，像的亮度减半。

9、相等于三个密接透镜，透镜组的焦距倒数是三个密接透镜焦距倒数之和。

10、非望远系统只有一对主面；若超过一对主面，就是望远系统。

11、是的。

部分习题解答与思路4、解：依据凹面镜成像公式，得,21'1rs s -=+ （1）。

大学物理光学实验思考题(含答案)

大学物理光学思考题（含答案）实验一：1：何谓自准法（平面镜法）？并画出其光路图？答：课本平P150倒数第二段。

光路图，图4-42．利用自准法，调节望远镜光轴与分光计转轴垂直，此时从望远镜内看到叉丝和叉丝像分别在什么位置，请画出图形。

同课后思考题一。

答：与上方叉丝重合，原因是凸透镜成像原理和镜面反射原理。

图见课本P157图4-123．实验过程中,三棱镜在载物台上的放置有何要求?调节载物台螺丝是应注意哪些问题?画图说明。

答：分光计要作精密测量,它必须首先满足下述两个要求:①入射光和出射光应当是平行光;②入射光和出射光的方向以及反射面和出射面的法线都与分光计的刻度盘平行.图见课本的P157图4-13实验二：1：何为等厚干涉？牛顿环属于薄膜干涉，在牛顿环中薄膜在什么位置。

答：课本P177. 牛顿环中薄膜是指在平凸透镜和平板玻璃之间的空气薄膜。

2．测量时,若实际测量的是弦长,而不是牛顿环的直径,则对测量结果有何影响?为什么?答：没有影响。

由于弦到圆心的距离都相等，由勾股定理知，测量直径和测量弦长实际上没有区别，事实上我们测量时也没有办法做到严格沿直径测量。

3．通过测量计算透镜的曲率半径R时，为什么不用（3）式而用（5）式。

答：因为平凸透镜与平面镜由于机械压力引起形变，使得牛顿环中心不是一个点而是一个小圆斑，所以难以确定环的几何中心及条纹级次。

实验三：1：何谓非定域干涉？答：当两个具有同频率，同振动方向，强度相差不大的两个光源发出的球面波在他们相遇的空间处处相干，这种干涉现象为非定域干涉。

2．分光板和补偿板的作用是什么？答：迈克耳孙干涉仪中分光玻璃板作用：产生两个具有同频率，同振动方向，初相相同，强度相差不大的两个光源。

迈克耳孙干涉仪中补偿玻璃板有两种作用，其一是补偿分光板因色散而产生的附加程差，为获得白光干涉条纹所必须；其二是补偿相同入射角不同入射面光线所产生的附加光程差，为获得同心圆形的等倾条纹所必须。

大学物理实验（光学部分）思考题

大学物理实验（光学部分）思考题第一篇：大学物理实验(光学部分)思考题大学物理实验（光学部分）思考题一、《用牛顿环干涉测透镜的曲率半径》实验1、牛顿环实验的主要注意事项有哪些？视差。

竖直叉丝要与测量方向想垂直。

为防止回程误差。

在实验过程中读数显微镜的叉丝始终沿一个方向前进。

干涉环两侧的序数不能出错，要防止仪器瘦震动而引起的误差。

2、牛顿环实验中读数显微镜物镜下方的玻璃片G有何作用？实验时应如何调节？如果G的方向错误将会如何？3、哪些情况会使干涉条纹的中心出现亮斑？牛顿环接触点上有灰尘或者油渍。

在薄膜厚度为半波长的半整数倍什么情况下是亮的4、牛顿环实验中读数显微镜载物台下方的反光镜要作如何调节？为什么？关掉、因为本实验不需要光源从下射入。

5、牛顿环仪为什么要调节至松紧程度适当？太紧。

透镜将发生形变，测得的曲率半径将偏大，太松。

受震动时，接触点会跑动。

无法实验。

6、视差对实验结果有何影响？你是如何消除视差的？视差的存在会增大标尺读数的误差若待测像与标尺（分划板）之间有视差时，说明两者不共面，应稍稍调节像或标尺（分划板）的位置，并同时微微晃动眼睛，直到待测像与标尺之间无相对移动即无视差。

7、在实验过程中你是如何避免回程误差的？显微镜下旋后再上旋，由于齿轮没有紧密咬合，造成刻度出现偏差。

避免回程误差就是说一次测量内只能一直向上或向下二、《用掠入射法测定液体的折射率》实验1、分光计的调节主要分为哪些步骤？2、分光计的望远镜应作何调节？3、分光计为什么要设置两个游标？测量之前应将刻度盘及游标盘作何调节？为什么？4、用分光计测定液体的折射率实验，有哪些注意事项？5、调节分光计时，请说明三棱镜应如何如何放置，为什么要这样做？6、用分光计测量液体的折射率的过程中，哪些部件（或器件）应固定不能动？7、分光计的调节要求是什么?第二篇：大学物理实验(光学部分)复习资料大学物理实验（光学部分）复习资料一、《用牛顿环干涉测透镜的曲率半径》实验1、牛顿环实验中读数显微镜物镜下方的玻璃片G有何作用？实验时应如何调节？如果G的方向错误将会如何？10%答：a、起到调节光路的作用，即起到反射和透射的作用。

光学基础实验思考题及答案

1 图片细节模糊如何用空间滤波加以改善光点离谱面中心的距离是标志面上该频率成分的高低离中心远的点代表物面上的高频成分反映物的细节成分。

靠近中心的点代表物面的低频成分反映物的粗轮廓中心亮点是零级衍射即零频它不包含任何物的信息所以反映在像面上呈现均匀光斑而不能成像。

如果使离谱面中心的距离远的光点即代表物面上的高频成分的光点透过狭缝则可使细节比较模糊的照片变的较清晰。

2 物理实验全息照相中的参考光和物光的光程差为什么要相等?为什么不能用白光拍摄?全息照相记录的是参考光和物光的干涉条纹，显然只有两者的光程相近时，才会发生干涉。

全息照相一般用激光，单色光，饱和度好，也有用白光拍摄的，那样拍出来的照片在日光下就能看出立体的影像，但是那种拍摄有比较高的要求。

激光拍摄在原光路中就能看出立体影像。

椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率1.什么是用椭圆偏振仪测量薄膜厚度的基本思路？一束自然光经起偏器变成线偏振光，再经1/4波片，使它变成椭圆偏振光入射在待测的膜面上。

反射时，光的偏振状态将发生变化。

根据偏振光在反射前后的偏振状态变化，包括振幅和相位的变化，便可以确定样品表面的许多光学特性，可以推算出待测膜面的某些光学参数（如膜厚和折射率）。

2.什么是线偏振光？什么是椭圆偏振光？什么是圆偏振光？什么是四分之一波片？什么是二分之一波片？什么是布儒斯特角？⑴线偏振光，在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。

⑵椭圆偏振光，在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。

迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。

椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。

⑶圆偏振光，旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。

光学测量课后思考题与习题

思考题与习题第一章1.简述平行光管的用途、原理和调校方法。

2.什么是自准直法？3.在五棱镜法调校平行光管的光路中，为获得最佳的调校精度，五棱镜、前置镜的参数应如何选择？（假设待调平行光管的焦距和口径均已知。

）4.简述三种常见自准直目镜的基本结构和原理。

5.现对一平行光管用自准直发进行调焦，f c’=550 mm，D/f c’=1/10。

若选择高斯式自准直目镜，其焦距f e’=44 mm，标准平面反射镜在100mm口径内面形偏差为凸0.5道圈，求调校极限误差。

（眼瞳直径D e=2mm）6.简述泰曼干涉仪的用途及工作原理。

第二章1.要使V棱镜折光仪达到预期的测量精度，测量时应保证哪些测试条件？2.对V棱镜折光仪与阿贝折光仪所用折射液的要求有什么区别？3.阿贝折光仪测量光学波折射率时，其测量范围由什么决定？用日光照明，测出的折射率为什么是n D？4.如何提高最小偏向角的位置判定精度？5.用全波片法和1/4波片发检测玻璃双折射时两种波片的作用机理有何区别？第三章1.什么是高、低光圈？用样板法检测面型偏差，区别高、低光圈的方式有哪些？2.一凸球面用圆环球径仪进行测量，若测量环直径为50 mm，钢球直径为3 mm，测得球面矢高为1.5 mm，则待测球面直径应为多少？3.欲加工一直径为φ300 mm的平面镜，其平面度为2 μm，现以直径φ150 mm的平面干涉仪检测，问平面镜达到多少光圈时才合格？4.利用斐索干涉仪检测面形偏差时，如何判别凸、凹面各带区曲率半径差值的符号？如何判别局部偏差？5.两成像质量良好的物镜，其焦距明一直分别为f1’=140 mm，f2’=－150 mm。

为使两焦距测量的相对标准误差σf’ / f’ ≤ 0.3%，问各应采用什么方法测量？并画出相应的检测光路图，写出焦距表达式。

6.如何根据阴影图确定刀口切入位置及对应的镜面带区（切入位置为该带区的曲率中心或焦点）。

7.光学球径仪（自准直显微镜系统）备有三支倍率分别为4、10和40的显微物镜。

实验十九-用牛顿环测透镜的曲率半径-思考题

实验十九-用牛顿环测透镜的曲率半径-思考题实验十九用牛顿环测透镜的曲率半径思考题光的干涉是光的波动性的一种表现。

若将同一点光源发出的光分成两束，让它们各经不同路径后再相会在一起，当光程差小于光源的相干长度，一般就会产生干涉现象。

干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波的波长，精确地测量长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。

牛顿环、劈尖是其中十分典型的例子，它们属于用分振幅的方法产生的干涉现象，也是典型的等厚干涉条纹。

【实验目的】1.观察和研究等厚干涉现象和特点。

2.学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。

3.熟练使用读数显微镜。

4.学习用逐差法处理实验数据的方法。

【实验仪器】测量显微镜，钠光光源，牛顿环仪，牛顿环和劈尖装置。

图1 实验仪器实物图【实验原理】1.牛顿环“牛顿环”是一种用分振幅方法实现的等厚干涉现象，最早为牛顿所发现。

为了研究薄膜的颜色，牛顿曾经仔细研究过凸透镜和平面玻璃组成的实验装置。

他的最有价值的成果是发现通过测量同心圆的半径就可算出凸透镜和平面玻璃板之间对应位置空气层的厚度；对应于亮环的空气层厚度与1、3、5…成比例，对应于暗环的空气层厚度与0、2、4…成比例。

但由于他主张光的微粒说（光的干涉是光的波动性的一种表现）而未能对它作出正确的解释。

直到十九世纪初，托马斯．杨才用光的干涉原理解释了牛顿环现象，并参考牛顿的测量结果计算了不同颜色的光波对应的波长和频率。

牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，将其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图2所示。

平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。

若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。

其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环（如图3所示），称为牛顿环。

2009-2010(1)光学实验思考题提示

1、什么是光的干涉现象？光的干涉条件是什么？什么是等厚干涉、
定域干涉及半波损失？（1）光的干涉现象：如果两束光在它们相遇的区域相互作用后，在某些地方始终保持光强最强（叠加相长加强），而有些地方则始终保持光强最弱（叠加相消减弱），这种现象就是光的干涉现象。（2）光的干涉条件：发生干涉的两束光是相干光，即两束光的振动频率相同、振动方向相同、相位差恒定；（3）等厚干涉：薄膜干涉中，若相互干涉的两束光的光程差仅随薄膜的厚度而变，这种薄膜干涉就叫等厚干涉（如牛顿环装置形成的空气薄膜干涉和劈尖薄膜干涉就属于等厚干涉）；若相互干涉的两束光的光程差仅随光的入射角而变，这种薄膜干涉就叫等倾干涉（如迈克尔逊实验看到的干涉和平面薄膜干涉都属于等倾干涉；（4）定域干涉：干涉现象只发生在光波相遇的某些特定区域，称这种干涉为定位干涉（也叫定域干涉），光源是扩展光源的薄膜干涉就属于定域干涉。如我们用钠光灯做光源的牛顿环实验看到干涉。
r R d H r
也可推出与本实验的测量公式仅差一符号，这是由于外环级次比内环级次小所
致。
1、在实验原理和实验内容中提出了哪些措施来避免或减小误差？提示：看该实验项目的实验原理部分，自己归纳。（1）实验应用测量，可以避免测量干涉条纹半径时黑斑中心位置不易对准和黑斑的级数K难以确定带来的麻烦，也可以消除由于平凸透镜与平板平面镜接触处附有尘埃带来的附加光程差以及由于各干涉条纹宽度不同等因数带来的误差（可以证明）；
2、测得是弦儿不是直径，对R的结果有没有影响？提示：从右图A看能否证明（） 3、若待测透镜是平凹透镜，则干涉条纹将是怎样的？提示：画出光路图分析。仿照教材对待测为平凸透镜的推导方法来讨论分析
（1）仍形成以平凹透镜的顶点为圆心的明暗相间的同心圆环，但边缘处 δ=2nd+λ/2=λ/2（d=0，n=1）为0级暗纹；中心处，当δ=（2k+1）λ/2时，为暗纹，当δ=kλ时，为亮纹，否则其明暗程度介于明纹最亮和暗纹最暗之间。

《应用光学基础》思考题部分参考解答

《应用光学基础》思考题部分参考解答《应用光学基础》思考题参考答案第一章几何光学的基本定律和成像概念1-1 （1）光的直线传播定律：例子：影子的形成。

应用：射击瞄准。

实验证明：小孔成像。

（2）光的独立传播定律：例子：两束手电灯光照到一起。

应用：舞台灯光照明；无影灯。

实验证明：两束光（或两条光线）相交。

（3）光的反射定律：例子：照镜子；水面上的景物倒影。

应用：制镜；汽车上的倒车镜；光纤通讯。

实验证明：平面镜成像；球面反射镜成像。

（4）光的折射定律：例子：插入水中的筷子出现弯折且变短；水池中的鱼看起来要比实际的位置浅。

应用：放大镜；照相机；望远镜等实验证明：光的全反射；透镜成像；用三棱镜作光的色散。

1-2 否。

这是因为光线在棱镜斜面上的入射角I2 = 45°，小于此时的临界角I m= 62.46°。

1-3小孔离物体有90cm远。

1-4此并不矛盾，这是因为光在弯曲的光学纤维中是按光的全反射现象传播的，而在光的全反射现象中，光在光学纤维内部仍按光的直线传播定律传播。

第二章平面成像2-1 略。

2-2 以35°的入射角入射。

2-3 二面镜的夹角为60°。

2-4 双平面镜夹角88.88°。

2-5 平面镜的倾斜角度为0.1°。

2-6 实际水深为4/3 m。

2-7 平板应正、反转过0.25rad的角度。

2-8 （1）I = 55.59°；（2）δm = 51.18°。

2-9 光楔的最大折射角应为2°4′4〞。

2-10 略。

第三章球面成像3-1 该棒长l′= 80mm。

3-2l = -4.55 mm，D = 4.27 mm。

3-3最后会聚点在玻璃球后面l2′= 15 mm (或离球心45 mm的右侧)处。

3-4l2′=7.5cm。

3-5l2′= -105.96 mm（即位于第一面前97.96mm处），y′= 14.04mm。

3-6n = 1.5，r = 7.5 mm（或r = -7.5 mm）。

《应用光学基础》思考题部分参考解答

《应用光学基础》思考题参考答案第一章几何光学的基本定律和成像概念1-1 （1）光的直线传播定律：例子：影子的形成。

应用：射击瞄准。

实验证明：小孔成像。

（2）光的独立传播定律：例子：两束手电灯光照到一起。

应用：舞台灯光照明；无影灯。

实验证明：两束光（或两条光线）相交。

（3）光的反射定律：例子：照镜子；水面上的景物倒影。

应用：制镜；汽车上的倒车镜；光纤通讯。

实验证明：平面镜成像；球面反射镜成像。

（4）光的折射定律：例子：插入水中的筷子出现弯折且变短；水池中的鱼看起来要比实际的位置浅。

应用：放大镜；照相机；望远镜等实验证明：光的全反射；透镜成像；用三棱镜作光的色散。

1-2 否。

这是因为光线在棱镜斜面上的入射角I2 = 45°，小于此时的临界角I m= 62.46°。

1-3小孔离物体有90cm远。

1-4此并不矛盾，这是因为光在弯曲的光学纤维中是按光的全反射现象传播的，而在光的全反射现象中，光在光学纤维内部仍按光的直线传播定律传播。

第二章平面成像2-1 略。

2-2 以35°的入射角入射。

2-3 二面镜的夹角为60°。

2-4 双平面镜夹角88.88°。

2-5 平面镜的倾斜角度为0.1°。

2-6 实际水深为4/3 m。

2-7 平板应正、反转过0.25rad的角度。

2-8 （1）I = 55.59°；（2）δm = 51.18°。

2-9 光楔的最大折射角应为2°4′4〞。

2-10 略。

第三章球面成像3-1 该棒长l′= 80mm。

3-2l = -4.55 mm，D = 4.27 mm。

3-3最后会聚点在玻璃球后面l2′= 15 mm (或离球心45 mm的右侧)处。

3-4l2′=7.5cm。

3-5l2′= -105.96 mm（即位于第一面前97.96mm处），y′= 14.04mm。

3-6n = 1.5，r = 7.5 mm（或r = -7.5 mm）。

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学

国中学生物理竞赛实验指导书思考题参考答案光学实验二十八测定玻璃的折射率【思考题参考答案】1．视深法和光路法测量时，玻璃砖两个界面的平行度对测量结果有什么影响？为什么？答：玻璃砖两个界面的平行度对光路法测量结果没有影响。

这是因为如果两个界面不平行，能够看成三棱镜，出射线偏向厚度增加方向（相当于底部），只要用光路法找到入射线、出射线和两个界面，都能确定对应的入射角和折射角，从而按折射定律计算折射率。

对视深法测量结果是否影响，请自己根据测量原理思考。

2．视深法和光路法测量时，玻璃砖厚些还是薄些好？为什么？答：厚些好。

在视深法中，玻璃砖越厚h越大，这样由于像的位置不准引起的相对误差越小。

在光路法中，玻璃砖越厚，由于ABCD位置定的不准，引起入射角和折射角的误差越小，折射率的相对测量误差越小。

3．光路法测量时，为什么入射角不能过大或过小？答：折射率决定于两个角度的正弦比，入射角太小时，角度误差引起正弦函数的误差变大，入射角和折射角测量误差对测量结果的误差影响变大。

入射角太大时，折射角也变大，折射能量太小，同时由于色散严重，出射光束径迹不清晰（或在利用大头针显示光路时，大头针虚像模糊）折射角不易定准。

4．光路法测量时，若所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，那么，折射率的测量值偏大还是偏小？为什么？答：折射率的测量值偏小。

如果所画直线ab 和cd 的间距大于玻璃砖的真实厚度，如图所示。

实际折射线如图中虚线，而作图的折射线为图中实线，测量的折射角大于实际折射角，折射率r i n sin sin ，测量折射率值偏小。

间距小于玻璃砖的真实厚度的问题，自己回答。

实验二十九测定薄透镜的焦距【思考题参考答案】1．作光学实验为何要调节共轴？共轴调节的基本步骤是什么？对多透镜系统如何处理？答：光学实验中经常要用一个或多个透镜成像。

由于透镜在傍轴光线（即近轴光线）下成像质量好，基本无像差，能够减小测量误差，必须使各个透镜的主光轴重合(即共轴)。

光学思考题集

oS1、两个小孔放在纳光灯附近，如图所示，在屏上能否看到干涉条纹？为什么？如果激光器取代纳光灯，屏上是否有干涉条纹？为什么？2、在杨氏双缝干涉实验中，如果做以下改变，屏幕上条纹将如何变化，说明理由。

（1）使两缝间距变小；（2）其他条件不变，仅使屏幕到缝之间的距离变小；（3）将整个实验装置放在水中；（4）S不在S1和S2的中线上，比如S向上移动；（5）如图所示，把双缝中的一条遮住，并在两缝的中线上放一块背面涂黑的玻璃片。

3、介质薄膜干涉为什么一般要求很薄？4、从一点光源发出的两束光，在不同的介质中走过相同的几何路程，他们的光程是否相同？为什么在讨论光的干涉时要引入光程的概念？它的物理意义是什么？5、有人说，只有相干光才能产生叠加，非相干光不会叠加，你认为对么？为什么？6、要产生干涉，并且观察到清晰的图样，你认为除了三个相干条件外，还应该有哪些补充条件？7、如图所示，若（1）劈尖的上玻璃板向上平移（图a）；（2）上玻璃片向右平移（图b）；（3）劈尖的劈角增加（图C），条纹将如何变化？8、如图牛顿环装置，平板玻璃由两部分组成，（冕玻璃的折射率为50.11=n ，重火石玻璃的折射率为75.12=n ），透镜由冕玻璃制成，透镜和玻璃之间充入二硫化碳（2CS 62.13=n ），此装置产生的干涉花样如何？9、如图，两束相干平行光夹角为α，在垂直于角平分线的方向上放一屏幕，试证明当α很小时，屏幕上干涉条纹的间距为。

10、两列相干光波的振幅比为时，则在该三种情况下条纹的反衬度为多少？11、波长为λ的单色光波垂直照射在折射率为n 的劈尖上，该劈尖置于空气中，其下表面呈水平状态，劈尖厚度为bx h h +=0（设水平坐标轴为轴），b h ,0为常数，条纹间距是多少？12、在夫琅和费单缝衍射装置中，若发生以下变动，衍射图样将发生以下那种变化？（1）增大缝后透镜的焦距；（2）在上下、左右方向上移动透镜的位置；（3）将衍射屏向透镜移动；（4）将衍射屏平行于透镜方向移动；（5）将衍射屏垂直于缝的方向移动。

高等工程光学思考题

高等工程光学思考题《高等工程光学》思考题1．简述麦克斯韦方程组中各方程式的物理意义。

Faraday电磁感应定律实质：变化的磁场产生变化的电场。

Ampere环路定律实质：由电流场或变化的电场产生磁场。

传导电流代表稳恒电流场位移电流代表变化的电场物理意义：磁场强度沿闭合环路的积分等于该环路所包围的电流强度之代数和。

电场的Gauss定理物理意义：穿过闭合曲面的电位移通量等于该曲面所包围空间体积的自由电荷的代数和。

磁场的Gauss定理物理意义：穿过任一闭合曲面的磁感应通量等于零。

∫∫Σ=?0σvv dB21．试证明麦克斯韦方程组中只有两个方程是独立的。

22．对于空气、玻璃等光学介质，在可见区域可认为无吸收，原因何在？①对于空气、玻璃等光学介质，可近似为理想介质，光学吸收近似为零。

是因为理想介质σ=0，光波通过介质时无传导电流，故无焦耳热损耗，即无吸收。

而任何实际介质σ≠0，故皆有吸收。

②介质中传导电流远小于位移电流；而在半导体中两者几近相等；在导体中传导电流显著大于位移电流；若是理想导体，只存在传导电流而无位移电流。

③对于磁性物质，μr≠1，当μr>=1时，为顺磁物质，如锰、鉻、氮、氧等，当μr<=1时，为逆磁物质（抗磁），如金、银、铜、水、氢、氯等。

而当lμrl>>1时，则为铁磁物质，如铁、钴、镍等。

24．为何通常所讲的光振动矢量是指E矢量，其振动方向就是光波的偏振方向？光波场的E矢量的振幅远大于B矢量，因而引起探测器响应的主要是E矢量。

通常所讲的光振动矢量是指E矢量，其振动方向就是光波的偏振方向。

2．光波场的色散产生的物理机制是什么？试描述洛伦兹色散模型并解释其物理含义。

现象：色散表现为介质对不同频率的光波具不同的相速度；因而具有不同的折射率。

麦氏电磁理论：光波在介质中的相速度取决于介质的介电常数(ωε)。

色散产生的物理机制究竟如何？洛伦兹的电子论观点：色散现象可认为是介质中带电粒子在光波场作用下，作受迫振动时产生的一种效应；其实质是光波电磁场与介质分子相互作用的结果。

光学实验思考题答案

30
40
50
伏安特性曲线照度与光电
流曲线
(3)零电压下的光电流及截止电压与照度的关系
20.0
1.96
30.0 1.06 0.65
35.0 0.85 0.66
40.0 0.64 0.62
50.0 0.61 0.64
60.0 0.58 0.65
70.0 0.55 0.63
答：临界截止
u/v
s0.64
25.0 1.85 0.63
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：(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0.1mm，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.
?y?
解：（1）由公式
r0
?d
?y?
得
r050??6.4?10?5?8.0?10?2cmd =0.4
③为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准。
④测量时，可将望远镜置最右端，从-l级到+1级依次测量，以免漏测数据。
数据处理
左1级右1级
(k=-1) (k=+1)
(2)计算出紫色谱线波长的不确定度
2
?
其中
? ? +
(a b)sin ?
u ? ? = a + ?
cos15 60 180 092
（2）由课本第20页图1-2的几何关系可知
r2?r1?dsin??dtan??d
y0.01
?0.04?0.8?10?5cmr050
???
2?
?
(r2?r1)?
2???5?0.8?10?

光学试验思考题集

光学实验思考题集一、薄透镜焦距的测定⒈远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距？答：根据高斯公式v f u f '+＝1，有其空气中的表达式为'111fv u =+-，对于远方的物体有u ＝－∞，代入上式得f ´＝v ，即像距为焦距。

⒉如何把几个光学元件调至等高共轴？粗调和细调应怎样进行？答：对于几个放在光具座上的光学元件，一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。

⑴ 粗调将光学元件依次放在光具座上，使它们靠拢，用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。

可分别调整：1) 等高。

升降各光学元件支架，使各光学元件中心在同一高度。

2) 共轴。

调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝，使支架位于光具座中心轴线上，再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。

⑵细调（根据光学规律调整）利用二次成像法调节。

使屏与物之间的距离大于４倍焦距，且二者的位置固定。

移动透镜，使屏上先后出现清晰的大、小像，调节透镜或物，使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上，并且其中心重合。

⒊能用什么方法辨别出透镜的正负？答：方法一：手持透镜观察一近处物体，放大者为凸透镜，缩小者为凹透镜。

方法二：将透镜放入光具座上，对箭物能成像于屏上者为凸透镜，不能成像于屏上者为凹透镜。

⒋测凹透镜焦距的实验成像条件是什么？两种测量方法的要领是什么？答：一是要光线近轴，这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现；二是由于凹透镜为虚焦点，要测其焦距，必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。

物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物，先放凸透镜于光路中，移动辅助凸透镜与光屏，使箭物在光屏上成缩小的像（不应太小）后固定凸透镜，记下像的坐标位置（P ）；再放凹透镜于光路中，并移动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜（O 2），并记下像的坐标位置（P ´）；此时O 2P ＝u ，O 2P ´＝v 。

用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物，取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸透镜（O 1），记下像的坐标位置（P ）；再放凹透镜和平面镜于O 1P 之间，移动凹透镜，看到箭物平面上成清晰倒立实像时，记下凹透镜的坐标位置（O 2），则有f 2 ＝O 2P 。

牛顿环实验报告思考题

牛顿环实验报告思考题牛顿环实验报告思考题引言：牛顿环实验是一种常见的光学实验，由英国物理学家牛顿于17世纪提出。

通过这个实验，我们可以观察到光的干涉现象，深入了解光的性质。

本文将对牛顿环实验进行探讨，并提出一些思考题，以进一步加深对这一实验的理解。

实验原理：牛顿环实验是基于光的干涉现象。

当平行光通过一个凸透镜后，光线会在透镜和玻璃片的交界处形成一系列亮暗相间的圆环。

这些圆环被称为牛顿环。

牛顿环的形成是由于光的波动性质，不同波长的光在玻璃片和透镜之间的传播路径差不同，从而产生干涉现象。

思考题一：牛顿环的颜色与波长的关系在牛顿环实验中，我们观察到圆环的颜色是由亮到暗依次变化的。

这种变化是由于不同波长的光在传播过程中的干涉造成的。

根据光的干涉理论，波长越长的光在传播过程中会产生更大的路径差，从而形成暗环。

相反，波长越短的光则会形成亮环。

因此，可以得出结论：牛顿环的颜色与光的波长呈反比关系。

思考题二：牛顿环的颜色与透镜的曲率半径的关系在牛顿环实验中，我们可以观察到当透镜的曲率半径增大时，亮环的直径也会增大。

这是因为透镜的曲率半径决定了透镜的焦距，而焦距又决定了光线在透镜和玻璃片之间的传播路径差。

当透镜的曲率半径增大时，光线的传播路径差也会增大，从而导致亮环的直径增大。

思考题三：牛顿环的应用牛顿环实验不仅仅是一种理论研究工具，还有一些实际应用。

例如，牛顿环实验可以用于测量透镜的曲率半径和透镜的折射率。

通过测量亮环的直径和透镜的焦距，我们可以利用牛顿环公式推导出透镜的曲率半径和折射率的关系，从而实现对透镜性质的测量。

结论：牛顿环实验是一种重要的光学实验，通过它我们可以深入了解光的干涉现象。

通过对牛顿环实验的探讨，我们发现牛顿环的颜色与光的波长呈反比关系，牛顿环的直径与透镜的曲率半径呈正比关系。

此外，牛顿环实验还有一些实际应用，例如测量透镜的曲率半径和折射率。

通过不断探索和研究牛顿环实验，我们可以进一步拓展对光学的认识和理解。