大学物理竞赛辅导-光学部分备课讲稿

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大学物理课件光学-2

(1) 如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾
驶员从机上向下观察,他所正对的油层厚度为460nm,
则他将观察到油层呈什么颜色?
(2) 如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油
层呈什么颜色?
解 (1) Δr 2dn1 k
2n1d , k 1,2,
k
k 1, 2n1d 1104 nm
k 2,
符合能量守恒定律.
11 - 3 薄膜干涉
当光线垂直入射时 i 0
当 n2 n1 时
Δr
2dn2
2
当 n3 n2 n1 时
Δr 2dn2
第十一章波动光学
n1 n2 n1
n1 n2
n3
例
11 - 3 薄膜干涉
第十一章波动光学
例1 一油轮漏出的油(折射率 n1 =1.20)污染了某
海域, 在海水( n2 =1.30)表面形成一层薄薄的油污.
2n
11－4 劈尖牛顿环
第十一章波动光学
2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距
3）条纹的动态变化分析（ n, , 变化时）
11－4 劈尖牛顿环
第十一章波动光学
4 ）半波损失需具体问题具体分析
n n
n1 n3
n2
n1 n2 n3
11 - 5 迈克耳孙干涉仪
一迈克耳孙干涉仪
r (k 1)R (k 1,2,3,)
2
r kR (k 0,1,2,)
1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？
2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？
3）将牛顿环置于 n 1 的液体中，条纹如何变化？
4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.

普通物理实验(光学部分)教案

四、继续学习分析误差和处理数据的方法
学会正确地表达和评价实验结果的方法，学会分析误差产生的原因和减小实验误差的途径，既加深了对实验理论的理解，又加强了对测量方法和仪器选择的理解。
五、本学期的教学安排
本学期2007级学生教育教学实习3周（第4-6周）。因此，拟开设8-9个实验（见计划），用2学时总结复习，机动2学时，期中考核和期末考试各占2学时。
四、 JJY 1＇型分光计的构造及调节要求（五步骤）
教学重点与难点：分光计的调节是重点；避免回程误差是难点。
教学过程：
1．讲授新课：
一、GJZ—15型光具座的构造及调节要求（共轴共面等高）
（1）光具座的结构。主体是一个平直有导轨，长1.5m，上面刻有标尺，导轨上还有可移动的滑块支架。
（2）光具座的调节。光学系统应符合或接近理想条件。因此，光具座上调节光学系统，必须满足两个条件：共轴，等高。
三、要求较高的实验素养
很多光学测量是实验者通过调节仪器，对目标的观察和判断后进行读数。因此，实验者的理论基础、操作技能的优劣、判断的准确程度都会使测量数据带有不同的偏离和分散，从而影响测量结果的可靠性。因此，实验者必须不断提高实验素养，排除“假象”和其他因素的干扰，力求客观正确地反映实际情况。
第二节光学实验的内容
2．调节方法
（1）粗调
（2）细调
a．应用自准直原理调望远镜适合于平行光；
b．用逐次逼近法，调节望远镜光轴与中心转轴垂直（使观察平面与读数平面平行）；
c．将分划板十字线调成水平与垂直；
d．调节载物台，使其法线与旋转主轴重合；
e．平行光管的调节；
平行光管的狭缝必须在物镜的焦面上，平行光管的光轴应与望远镜的光轴重合。调节平行光管的倾度螺钉使水平分划线平分狭缝像，再转动狭缝像与分划板竖线平行。

2014湖南省湖南大学物理竞赛

k 2op k , ( ) 2k π . u u 2π

(2)取坐标原点距离反射点为四分之一波长的奇数倍 ( 2 k 1 ) 2 (2k 1) π . op (2k 1) 2op (2k 1) , 2 u 4
x y反 Acos[(t ) ] u
同频率、同方向、相位差恒定的两列波,在相遇区域内,某些点处振动始终加强,
另一些点处的振动始终减弱,这一现象称为波的干涉。
两相干波 y1 A1 cos(t 10 2r 1
)
y2 A2 cos(t 20 2r2 )
若10 = 20，上述条件简化为：
20 10 2 (r2 r1 ) 2k
k 1 k 2
k 3
k 2 条纹有重叠
零级明条纹中央为各种波长光叠加形成的白色
15
2. 用白光作双缝干涉实验时，能观察到几级清晰可辨的彩色光谱？解: 用白光照射时，除中央明纹为白光外，两侧形成内紫外红的对称彩色光谱.当k 级红色明纹位置xk红大于k+1级紫色明纹位置x(k+1)紫时，光谱就发生重叠。据前述内容有
xk红 k
D 红 d
x( k 1)紫 (k 1)
D 紫 d
由 xk红 = x(k+1)紫的临界情况可得
k红 (k 1)紫
将红 = 7600Å，紫 = 4000Å 代入得 k = 1.1 因为 k只能取整数，所以应取 k = 2 这一结果表明：在中央白色明纹两侧，只有第一级彩色光谱是清晰可辨的。
6
y入 A cos[2 π(t x / ) ]
2
入
o
反

2017级物理竞赛讲义-几何光学 2

几何光学2-透镜的成像规律透镜1凸透镜的特殊光路和成像规律共轭成像的条件及其本质2凹透镜的特殊光路和成像规律3虚物成像的问题巩固1位于凸透镜主轴上的的光源S，试讨论S在什么范围内存在能同时看到物点和像点的区域2光源S到屏M的距离为L,焦距为f的凸透镜位于S和M之间,其主轴过S且垂直于M,若 ,则透镜距S多远时,可使M上的光斑最小3设有两凸透镜L1和L2，它们的焦距各为20cm和30cm，两者相距lOcm，在L1前100cm处放一长4.5cm的物体，求最后所成像的位置、大小和性质，并作图．4如图所示，凸透镜和球面反射镜的中心与光源S在同一条直线上。

凸透镜焦距为f，球面反射镜半径为R，置于凸透镜右侧l 处。

设光源与凸透镜的距离为d，若要使光源发出的光，经凸透镜折射—反射镜反射—凸透镜后，仍能成实像于S点，，求d 的可能值。

5取圆面直径为2cm，焦距为4cm的凸透镜P，直立于光具座上，与它平行地放置一块光屏M，两者相距L=20cm，如图所示，现将一个点光源S安置于透镜主光轴上且离透镜10cm，当室内光线很弱时在屏M上看到了一个暗的圆环(1)作出形成暗环的光路示意图，并在图上标出暗区位置；(2)求出暗环的面积．6两个薄透镜L1和L2共轴放置，如图所示．已知L1的焦距f1=f , L2的焦距f2=—f，两透镜间距离也是f．小物体位于物面P上，物距u1＝3f．（1）小物体经这两个透镜所成的像在L2的__________边，到L2的距离为_________，是__________像（虚或实）、____________像（正或倒），放大率为_________________。

（2）现在把两透镜位置调换，若还要给定的原物体在原像处成像，两透镜作为整体应沿光轴向____________边移动距离_______________．这个新的像是____________像（虚或实）、______________像（正或倒）放大率为________________。

奥林匹克高三物理竞赛辅导光的初步知识教案

芯衣州星海市涌泉学校奥林匹克物理竞赛辅导光的初步知识知识要点分析一、光的直线传播1．光的直线传播和光速光在同一种均匀介质中沿直线传播。

在不同介质中，或者者同一种不均匀的介质中，那么不一定沿直线传播。

比方光从空气斜射入水中要发生折射现象。

早晨，当太阳还在地平线以下时，我们就看见了它，就是因为不均匀的大气使光线变弯了的缘故。

光线是由一小光束抽象而建立的物理模型。

光在不同介质中的传播速度不同。

光可以在真空中传播，并且在真空的传播速度最大，速度为C=3.0×108米／秒。

光在空气中的速度非常接近光在真空中的速度，通常也可以近似认为是3.0×108米／秒。

光速C是速度的上限，任何物体的速度不可能超过光速C。

本身能发光的物体叫做光源。

如太阳、电灯等。

光是有能量的，光能可以转化为其他形式的能。

根据光沿直线传播的性质，假设知道一个发光体S射出的两条光线，只要把这两条光线向相反方向延长到它们的交点，就能确定发光体的位置。

如图5—l所示。

人的眼睛在观察物体的时候，根据两只眼睛对物体的视线间的夹角可以判断物体的位置，也是这个道理。

2．影点光源发出的光，照在不透明的物体上时，物体向光的外表被照明，在背光面的前方形成了一个光线照不到的黑暗区域，这就是物体的影。

如图5—2所示，可以看出影是发自光源并与投影物体的外表相切的光线围成的。

假设用一个发光面比较大的光源来代替点光源，影的情形就会不同。

发光面上的每个发光点都可以看做一个点光源，它们都在物体的背后造成影区，这些影一一共有的范围完全不会受到光的照射，叫做本影。

本影的周围还有一个能受到光源发出的一部分光照射的区域，叫半影。

如图5—3所示。

光源的发光面越大，本影区越小。

二、光的反射光在传播过程中遇到两种介质的分界面时仍返回原介质中的现象叫做光的反射。

光的反射遵循反射定律。

其内容是：反射光线，入射光和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线的两侧；反射角等于入射角。

《大学物理光学》PPT课件

3
光学仪器的发展趋势随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影响。
量子纠缠态的制备与观测熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等因素对纠缠态的影响。

竞赛辅导-光学习题解答

物理竞赛辅导——光学一、干涉 ◆杨氏双缝1、P858-11如图的洛埃镜镜长cm .B 005=，幕与镜的右端相距m .C 005=，点光源高出镜面距离为mm .d 5000=，与镜左端的水平距离cm .A 002=，光波波长nm 600=λ.（1）试求幕上干涉条纹的间距，（2）试问幕上总共能出现多少条干涉条纹。

（3）λ∆有何要求？(1)条纹间距m dCB A x 31004.32-⨯=++=∆λ (2)干涉条纹数()()294.29XH H N m 1093.8BA dC A d C B tg C tg C B H H 1221212≈=∆-=⨯=+⋅-+θ⋅-θ+=-- (3)忽略半波损失，在叠加区最大光程差：2m 1055.2Ad 2A d d 2CB H A d ,tg d 222m ⨯==⋅=+=θ⋅=∆看清全部条纹的条件是：nm 1044.1)(L 822C m -⨯=∆λ≤λ∆∴λ∆λ=≤∆m相干长度2、P859-12间距为d 的双孔1S 和2S 后放置一会聚透镜，透镜后焦平面上放一屏幕。

上述干涉装置正对遥远的双星S 和S '，在幕上观察双星产生的干涉条纹。

当d 从小连续变大时，干涉条纹的反衬度将作周期性变化。

（1）试解释此现象；（2）若星光的平均波长为nm 550，当d 变到mm .02时，条纹第一次变模糊，试求双星的角间距。

(1) 设双星角距离为θ入射光S 在P 点光程差为：P S P S NS 122-+=∆ 入射光S '在P 点光程差为：P S S N P S 112-'-=∆'d 2d2NS 2S N NS 212θ=θ≈='+=∆'-∆∴两套条纹级次差为λθ=λ∆'-∆=∆∴dk 当...3,2,1k =∆∴两套条纹的极大值重合，条纹最清晰当 (2)5,23,21k =∆∴两套条纹的极大与极小重合，条纹最模糊当d 从零开始增大时，使21k =∆∴时，条纹第一次出现模糊，此时θλ=∴2d （2）双星角间距rad 104.10.22105.5d 244--⨯=⨯⨯=λ=θ 3、竞1届：波长为λ的两相干的单色平行光束1、2，分别以入射角ϕθ,入射在屏幕面MN 上，求屏幕上干涉条纹的间距。

几何光学-物理竞赛课件资料

(ni1 'ni2 ) (n 1)
当棱镜中折射光线与棱镜底面平行时
i1 '
i2
2
2i1
i1
2
i1
i1 ' i2
i2 '
sin nsin
2
2
4 光线的独立传播定律和光线可逆原理
5 等光程性
费马原理：光在指定的两点间传播，实际的光程总是一个极值，即光沿光程为最小值、最大值或恒定值的路程传播。在一般情况下，实际光程大多是取极小值。
M1
S
S3
O1
S1
O S2
M2
例8 如图所示，L1和L2分别为凸透镜和凹透镜，L1 前面放一小物，移动屏幕到L2后20cm的S1处屏上有清晰像。现将凹透镜L2撤去，将屏移前5cm至S2处，屏上重新有清晰的像。求凹透镜L2的焦距。
L1
L2
S2 S1
例9 （1）今有一半径为3cm的半球形玻璃透镜，折射率为1.5，把光点放在凸面前4cm处的主轴上，求
例3 半圆柱形玻璃的折射率 n 2，放置在空气中。在垂直于半圆柱体的平面内，光线以45度角入射在半圆柱体的平表面上。试问光线从半圆柱体的什么范围内透出（以角度表示）。
例4 内径为r、外径为R（r<R）的玻璃管装满了发光液体，液体在伦琴射线的照射下发绿光，玻璃对绿光的折射率为n1，而液体的折射率为n2。若从旁边看玻璃管，管壁玻璃厚度仿佛是零，这时r/R应满足什么样的条件？
θ'
y' 像距
OF
'
y f
如果将物体直接放在明视距离d处
y
d
凸透镜的放大本领为 M d
f
（3）显微镜

大学物理竞赛光学部分必做习题

光学部分基本要求：一、光的干涉1、掌握杨氏双缝干涉的分析与计算；2、理解相干光的相干条件；3、掌握光程的概念会计算光程差；4、掌握薄膜干涉-----等厚干涉的相关计算（劈尖及牛顿环）；5、理解等倾干涉的光程差公式，理解增透膜的概念；6、了解迈克尔逊干涉仪。

二、光的衍射1、了解光的衍射现象；2、理解惠更斯---菲涅耳原理；3、掌握用半波带法分析单缝衍射的明暗纹条件，中央明纹、一级明纹的宽度计算；4、了解光学仪器的分辨本领；5、掌握光栅衍射中所涉及到的所有内容（光栅方程、衍射特点，缺级等等）；6、了解X 射线衍射。

三、光的偏振1、掌握自然光、部分偏振光及线偏振光的特点及区分方法；2、理解获得线偏光的方法；3、掌握马吕斯定律及布儒斯特定律的应用。

相关习题：一、选择题1.如图所示，1S 、2S 是两个相干光源，他们到P 点的距离分别为1r 和2r ．路径P S 1垂直穿过一块厚度为1t 、折射率为1n 的一种介质；路径P S 2垂直穿过一块厚度为2t 、折射率为2n 的另一介质；其余部分可看作真空．这两条光路的光程差等于[](A))()(111222t n r t n r +-+(B)])1([])1([121222t n r t n r -+--+(C))()(111222t n r t n r ---(D)1122t n t n -t1t 1n 22.在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气和在玻璃中[](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3.两束平面平行相干光,每一束都以强度I 照射某一表面,彼此同相地并合在一起,则合光照在该表面的强度为[](A)I (B)2I(C)4I(D)24.相干光是指[](A)振动方向相同、频率相同、相位差恒定的两束光(B)振动方向相互垂直、频率相同、相位差不变的两束光(C)同一发光体上不同部份发出的光(D)两个一般的独立光源发出的光5.两个独立的白炽光源发出的两条光线,各以强度I 照射某一表面．如果这两条光线同时照射此表面,则合光照在该表面的强度为[](A)I(B)2I(C)4I(D)8I6.相干光波的条件是振动频率相同、相位相同或相位差恒定以及[](A)传播方向相同(B)振幅相同(C)振动方向相同(D)位置相同7.在杨氏双缝实验中,若用白光作光源,干涉条纹的情况为[](A)中央明纹是白色的(B)红光条纹较密(C)紫光条纹间距较大(D)干涉条纹为白色8.如图所示，在双缝干涉实验中，屏幕E 上的P 点处是明条纹．若将缝2S 盖住，并在21S S 连线的垂直平面出放一反射镜M ，则此时[](A)P 点处仍为明条纹(B)P 点处为暗条纹(C)不能确定P 点处是明条纹还是暗条纹(D)无干涉条纹9.把双缝干涉实验装置放在折射率为n 的水中，两缝间距离为d ,双缝到屏的距离为D (d D >>)，所用单色光在真空中的波长为λ，则屏上干涉条纹中相邻的明纹之间的距离是[](A)ndDλ(B)d D n λ(C)nDd λ(D)ndD 2λ10.如图所示，在杨氏双缝实验中,若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住,干涉条纹的变化情况是[](A)条纹间距增大(B)整个干涉条纹将向上移动(C)条纹间距减小(D)整个干涉条纹将向下移动11.在保持入射光波长和缝屏距离不变的情况下,将杨氏双缝的缝距减小,则[](A)干涉条纹宽度将变大(B)干涉条纹宽度将变小E(C)干涉条纹宽度将保持不变(D)给定区域内干涉条纹数目将增加12.用波长可以连续改变的单色光垂直照射一劈形膜,如果波长逐渐变小,干涉条纹的变化情况为[](A)明纹间距逐渐减小,并背离劈棱移动(B)明纹间距逐渐变小,并向劈棱移动(C)明纹间距逐渐变大,并向劈棱移动(D)明纹间距逐渐变大,并背向劈棱移动13.两块平玻璃板构成空气劈尖，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[](A)间隔变小，并向棱边方向平移(B)间隔变大，并向远离棱边方向平移(C)间隔不变，向棱边方向平移(D)间隔变小，并向远离棱边方向平移14.根据第k 级牛顿环的半径r k 、第k 级牛顿环所对应的空气膜厚d k 和凸透镜之凸面半径R的关系式Rr d k k 22=可知，离开环心越远的条纹[](A)对应的光程差越大，故环越密(B)对应的光程差越小，故环越密(C)对应的光程差增加越快，故环越密(D)对应的光程差增加越慢，故环越密15.如图8所示，一束平行单色光垂直照射到薄膜上，经上、下两表面反射的光束发生干涉．若薄膜的厚度为e ，且n 1<n 2>n 3，λ为入射光在折射率为n 1的介质中的波长，则两束反射光在相遇点的相位差为：[](A)e n n 12π2⋅λ(B)ππ421+⋅e n n λ(C)ππ412+⋅e n n λ(D)en n 12π4⋅λ16.如图9所示，用白光垂直照射厚度e =350nm 的薄膜，若膜的折射率n 2=1.4,薄膜上面的介质折射率为n 1，薄膜下面的介质折射率为n 3，且n 1<n 2<n 3．则反射光中可看到的加强光的波长为[](A)450nm (B)490nm (C)690nm(D)553.3nm17.如图10所示，用波长为λ的单色光照射双缝干涉实验装置，若将一折射率为n 、劈角为α的透明劈尖b 插入光线2中，则当劈尖b 缓慢向上移动时(只遮住S 2)，屏C 上的干涉条纹[](A)间隔变大，向下移动(B)间隔变小，向上移动(C)间隔不变，向下移动(D)间隔不变，向上移动18.根据惠更斯–菲涅耳原理,若已知光在某时刻的波阵面为S ,则S 的前方某点P 的光强度取决于波阵面S 上所有面积元发出的子波各自传到P 点的[](A)振动振幅之和(B)振动振幅之和的平方(C)光强之和(D)振动的相干叠加19.光波的衍射现象没有声波显著,这是由于[](A)光波是电磁波,声波是机械波(B)光波传播速度比声波大图8图9Sλ图10图11λfaEL(C)光是有颜色的(D)光的波长比声波小得多20.如图11所示，波长为的单色光垂直入射在缝宽为a 的单缝上,缝后紧靠着焦距为f 的薄凸透镜,屏置于透镜的焦平面上,若整个实验装置浸入折射率为n 的液体中,则在屏上出现的中央明纹宽度为[](A)naf λ(B)naf λ(C)naf λ2(D)anf λ221.在单缝衍射中,若屏上的P 点满足25sin =ϕa 则该点为[](A)第二级暗纹(B)第五级暗纹(C)第二级明纹(D)第五级明纹22.在夫琅禾费衍射实验中，对给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中心位置不变，各衍射条纹[](A)对应的衍射角变小(B)对应的衍射角变大(C)对应的衍射角不变(D)光强也不变23.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若增大缝宽，其它条件不变，则中央明纹[](A)宽度变小(B)宽度变大(C)宽度不变，且中心强度也不变(D)宽度不变，但中心强度增大24.一单缝夫琅禾费衍射实验装置如图12所示，L 为透镜，E 为屏幕；当把单缝向右稍微移动一点时，衍射图样将[](A)向上平移(B)向下平移(C)不动(D)消失25.在图13所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微平移，则[](A)衍射条纹移动，条纹宽度不变(B)衍射条纹移动，条纹宽度变动(C)衍射条纹中心不动，条纹变宽(D)衍射条纹不动，条纹宽度不变26.一衍射光栅由宽300nm 、中心间距为900nm 的缝构成,当波长为600nm 的光垂直照射时,屏幕上最多能观察到的亮条纹数为[](A)2条(B)3条(C)4条(D)5条27.白光垂直照射到每厘米有5000条刻痕的光栅上,若在衍射角ϕ=30°处能看到某一波长的光谱线,则该光谱线所属的级次为[](A)1(B)2(C)3(D)428.波长为λ的单色光垂直入射于光栅常数为d 、缝宽a 、总缝数为N 的光栅上．取0=k ,1±,2±,…，则决定出现主级大的衍射角θ的公式可写成[](A)λθk Na =sin (B)λθk a =sin (C)λθk Nd =sin (D)λθk d =sin 图12aλLEfKS 1L 2L xaEf图1312图1529.一束白光垂直照射在一光栅上，在形成的同一级光栅光谱中，偏离中央明纹最远的是[](A)紫光(B)绿光(C)黄光(D)红光30.在光栅光谱中，假设所有的偶数级次的主极大都恰好在每缝衍射的暗纹方向上，因而实际上出现暗纹.那么光栅每个透光缝宽度a 和相邻两缝间不透光部分宽度b 的关系[](A)a =b(B)a =2b(C)a =3b(D)b =2a31.一束平行光垂直入射在一衍射光栅上,当光栅常数)(b a +为下列哪种情况时(a 为每条缝的宽度,b 为不透光部分宽度),k =3,6,9,…等级次的主极大均不出现[]．(A)a b a 2=+(B)a b a 3=+(C)ab a 4=+(D)ab a 6=+32.如图14所示，一束光垂直入射到一偏振片上,当偏振片以入射光方向为轴转动时,发现透射光的光强有变化,但无全暗情形,由此可知,其入射光是[](A)自然光(B)部分偏振光(C)全偏振光(D)不能确定其偏振状态的光33.把两块偏振片紧叠在一起放置在一盏灯前,并使其出射光强变为零．当把其中一块偏振片旋转180°时,出射光强的变化情况是[](A)光强由零逐渐变为最大(B)光强始终为零(C)光强由零逐渐增为最大,然后由最大逐渐变为零(D)光强始终为最大值34.自然光以60的入射角照射到不知其折射率的某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则[](A)折射光为线偏振光，折射角为30(B)折射光为部分线偏振光，折射角为30(C)折射光为线偏振光，折射角不能确定(D)折射光为部分线偏振光，折射角不能确定35.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，则反射光是[](A)在入射面内振动的完全线偏振光(B)平行于入射面的振动占优势的部分偏振光(C)垂直于入射面的振动的完全偏振光(D)垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光36.如图15所示，一束自然光由空气射向一块玻璃，入射角等于布儒斯特角0i ，则界面2的反射光是[](A)自然光(B)完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面(C)完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面(D)部分偏振光37.如图16所示，强度为I 0的自然光经两个平行放置的偏振片后,透射光的强度变为40I,由此可知,这两块偏振片的偏振化方向夹角是[](A)30°(B)45°(C)60°(D)90°图14图1638.如图18所示，一束光强为I 0的自然光相继通过三块偏振片P 1、P 2、P 3后，其出射光的强度为8I I =．已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直．若以入射光线为轴转动P 2,问至少要转过多少角度才能出射光的光强度为零?[](A)30°(B)45°(C)60°(D)90°二、填空题1.真空中波长λ=400nm 的紫光在折射率为n =1.5的介质中从A 点传到B 点时,光振动的相位改变了5π,该光从A 到B 所走的光程为．2.两条狭缝相距2mm,离屏300cm,用600nm 的光照射时,干涉条纹的相邻明纹间距为___________mm.3.将一块很薄的云母片(n =1.58)覆盖在杨氏双缝实验中的一条缝上，这时屏幕上的中央明纹中心被原来的第7级明纹中心占据．如果入射光的波长λ=550nm,则该云母片的厚度为___________．4.如图4所示，在玻璃(折射率n 3=1.60)表面镀一层MgF 2(折射n 2=1.38)薄膜作为增透膜．为了使波长为500nm 的光从空气(折射率n 1=1.00)正入射时尽可能减少反射，MgF 2膜的最小厚度应是．5.波长为λ的平行单色光垂直照射到劈尖薄膜上，劈尖角为θ，劈尖薄膜的折射率为n ，第k 级明条纹与第k ＋7级明条纹的间距是．6.如果单缝夫琅禾费衍射的第一级暗纹发生在衍射角为30=ϕ的方位上，所用的单色光波长为nm 500=λ，则单缝宽度为．7.一束平行光束垂直照射宽度为1.0mm 的单缝上，在缝后放一焦距为2.0mm 的汇聚透镜．已知位于透镜焦平面处的中央明纹的宽度为 2.0mm ，则入射光波长约为．8.用半波带法讨论单缝衍射暗条纹中心的条件时，与中央明条纹旁第三个暗条纹中心相对应的半波带的数目是__________．9.平行单色光垂直入射于单缝上，观察夫琅禾费衍射．若屏上P 点处为第三级暗纹，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 点处将是_________级________纹．10.当自然光以58︒角从空气射入到玻璃板表面上时,若反射光为线偏振光,则透射光的折射角为_________．I图181P 3P 2P11.一束自然光入射到空气和玻璃的分界面上,当入射角为60︒时反射光为完全偏振光,则此玻璃的折射率为_________．12.一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且两偏振片的偏振化方向成45︒角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为_________．13.一束由自然光和线偏振光组成的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的7倍；那么入射光束自然光和线偏振光的光强比为_____________．14.一束自然光通过一偏振片后，射到一折射率为3的玻璃片上，若转动玻璃片在某个位置时反射光消失，这时入射角i 等于_____________．15.两个偏振片叠放在一起，强度为I 0的自然光垂直入射其上，不考虑偏振片的吸收和反射，若通过两个偏振片后的光强为8I ，则此两偏振片的偏振化方向间的夹角是．三、计算题1.薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长为nm 1.546=λ的平面光波正入射到钢片上，屏幕距双缝的距离为D =2.00m ．现测得中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为mm 0.12=∆x ，求两缝间的距离。

大学物理课件光学

康普顿效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括光源、双缝、屏幕等，以及实验的操作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。

大学物理竞赛辅导(光学)

学习实验数据处理和分析的方法，提高实验报告的撰写能力。
掌握基本的光学实验操作技巧，如调节光路、使用光学仪器等。
了解实验误差分析和控制的方法，培养严谨的科学态度。
题型分类练习
熟悉题型和解题方法
01
02
学习解题技巧和方法，提高解题速度和准确性。
03
04
针对不同的题型，如选择题、填空题、计算题等，进行分类练习。
光的方向性
光沿直线传播，遇到障碍物会发生反射、折射等现象。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波相遇时，会因相位差异产生加强或减弱的现象。
干涉条件
相干光波的频率、振动方向和相位差相同。
光的衍射
衍射现象
光波遇到障碍物或缝隙时，会绕过障碍物或穿过缝隙继续传播的现象。
衍射与波长关系
光的衍射现象与光的波长密切相关，波长越长，衍射越明显。
光学实验数据处理
数据整理
将实验数据整理成表格或图形形式，以便分析和比较。
结果解释
根据数据处理结果，解释实验现象和规律，得出结论。
数据处理
运用数学方法对实验数据进行计算、拟合和统计分析。
误差分析
分析实验误差来源，提高实验精度和可靠性。
03
光学竞赛题目解析
基础题目解析
光线的传播方向和路径
考察光在均匀介质中的直线传播，以及在不同介质界面上的反射和折射现象。
沟通交流
团队成员之间要保持密切的沟通交流，及时分享思路和想法，以便更好地协同完成任务。
互相鼓励支持
在团队竞赛中，成员之间要互相鼓励支持，共同面对挑战，增强团队凝聚力和战斗力。
竞赛答题技巧
1 2
先易后难

物理竞赛辅导讲座物理光学

物理竞赛辅导讲座（物理光学）（Ⅰ）基础知识一、光的本性的认识过程简介微粒说（牛顿·英国）→电磁说（麦克斯韦·英国）→波动说（惠更斯·荷兰）光子说（爱因斯坦·美籍德国人）→波粒二象性（德布罗意·法国）二、光的波动性1、光的速度v，波长λ，频率υ和折射率n1）光的速度，真空中的光速为C=3.0×108m/s在折射率为n的介质中的光速为v=C/n2）光的频率υ，波长λ，波速v三者之间的关系为v=λ·υ2、惠更斯——菲涅耳原理1）惠更斯——菲涅耳原理：由波源发出的波，在同一时刻t时，波所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（简称波面，又称波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上各点都可看作为新的波源（次级波源，所以这些波源都是相干波源）向外发射子波，子波相遇时相互叠加历时△t后，这些子波的包络面就是t+△t时刻的新的波阵面，且波的传播方向与波阵面垂直。

(如图1所示) 2）惠——菲原理是波动光学的理论基础，光的干涉与衍射现象是光的波动性的体现。

3）平面波、球面波及柱向波（1）平面波：波阵面是一个平面的波，其传播方向与平面垂直。

（2）球面波：波阵面是一个球面的波，其传播方向为沿球面的半径方向。

（3）柱面波：波阵面是一个柱面的波。

3、光程1）光程：光在介质中传播的几何路程r与介质折射率n的乘积n·r。

2）引入光程这个概念后，就可以将其在介质中走过的几何路程换算为光在真空中（同一时间间隔内）的等价路程，从而可以对光在不同介质中所走的路程折算为真空中的光程进行比较。

例，在t时间内，光在折射率为n的介质中走过的几何路程为r=mλ（λ为光在该介质中的波长，并设光在真空中的波长为λ0，且n=λ0/λ，则在时间t内光在真空中的几何路程r0=m·λ0=m·nλ=n·mλ=n·r。

3）由于光在两介质界面上发生反射时，可能会出现“半波损失”，即反射光与入射光相位可能相差π，计算光程时应增加（或减小）半个波长，即可能要加上一个附加光程差δ’=2λ=n20λ，而是否出现半波损失，需不需要增加此项，则由界面两侧的介质的折射率决定。

物理竞赛光学教程_第一讲几何光学

物理课件网（）欢迎您！第一讲几何光学 §1.1 几何光学基础1、光的独立传播：几束光在交错时互不妨碍，仍按原来各自的方向传播。

2、光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。

3、光的折射定律：①折射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②折射光线和入射光线分居法线两侧；③入射角1i 与折射角2i 满足2211sin sin i n i n =；④当光由光密介质向光疏介质中传播，且入射角大于临界角C 时，将发生全面反射现象（折射率为1n 的光密介质对折射率为2n 的光疏介质的临界角12sin n n C =）。

4、光的反射定律：①反射光线在入射光线和法线所决定平面内； ②反射光线和入射光线分居法线两侧； ③反射角等于入射角。

§1.2 光的反射1.2.1、组合平面镜成像：1.组合平面镜由两个以上的平面镜组成的光学系统叫做组合平面镜，射向组合平面镜的光线往往要在平面镜之间发生多次反射，因而会出现生成复像的现象。

先看一种较简单的现象，两面互相垂直的平面镜（交于O 点）镜间放一点光源S （图1-2-1），S 发出的光线经过两个平面镜反射后形成了1S 、2S 、3S 三个虚像。

用几何的方法不难证明：这三个虚像都位于以O 为圆心、OS 为半径的圆上，而且S 和1S 、S 和2S 、1S 和3S 、2S 和3S之间都以平面镜（或它们的延长线）保持着对称关系。

用这个方法我们可以容易地确定较复杂的情况中复像的个数和位置。

两面平面镜AO 和BO 成60º角放置（图1-2-2），用上述规律，很容易确定像的位置：①以O 为圆心、OS 为半径作圆；②过S 做AO 和BO 的垂线与圆交于1S 和2S ；③过1S 和2S 作BO 和AO 的垂线与圆交于3S 和4S ；④过3S 和4S 作AO 和BO 的垂线与圆交于5S，3图1-2-2S S 2图1-2-1高中物理竞赛电学光学教程第一讲几何光学51~S S 便是S在两平面镜中的5个像。

物理竞赛第7讲物理光学.教师版

1.惠更斯原理。

2.光的干涉3.光的衍射4.光的偏振5.光电效应。

引入：惠更斯原理惠更斯指出，由光源发出的光波，在同一时刻t 时它所达到的各点的集合所构成的面，叫做此时刻的波阵面（又称为波前），在同一波阵面上各点的相位都相同，且波阵面上的各点又都作为新的波源向外发射子波，子波相遇时可以互相叠加，历时△t 后，这些子波的包络面就是t +△t 时刻的新的波阵面。

波的传播方向与波阵面垂直，波阵面是一个平面的波叫做平面波，其传播方向与此平面垂直，波阵面是一个球面（或球面的一部分）的波叫做球面波，其传播方向为沿球面的半径方向,如图2）菲涅耳对惠更斯原理的改进（惠—菲原理）波面S 上每个面积单元ds 都可看作新的波源，它们均发出次波，波面前方空间某一点P 的振动可以由S 面上所有面积所发出的次波在该点迭加后的合振幅来表示。

面积元ds 所发出各次波的振幅和位相符合下列四个假设：①在波动理论中，波面是一个等位相面，因而可以认为ds 面上名点所发出的所有次波都有相同的初位相②次波在P 点处的振幅与r 成反比。

③从面积元ds 所发出的次波的振幅正比于ds 的面积，且与倾角θ有关，其中θ为ds 的法线N 与ds 到P 点的连线r 之间的夹角，即从ds 发出的次波到达P 点时的振幅随θ的增大而减小（倾斜因数）。

④次波在P 点处的位相，由光程nr =∆决定∆=λπϕ2。

本讲导学知识点睛第7讲物理光学SPNr θ ds一、光的干涉1．干涉现象频率相同，振动方向一致，相差恒定（步调差恒定）的两束光，在相遇的区域出现了稳定相间的加强区域和减弱区域的现象。

（1）产生干涉的条件：①若S 1、S 2光振动情况完全相同，则符合21r r n δλ=-=，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现亮条纹；②若符合21(21)2r r n λδ=-=+，（0123n =⋅⋅⋅、、、）时，出现暗条纹。

相邻亮条纹（或相邻暗条纹）之间的中央间距为λdLx =∆。

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δ1
ay1 L
c 4ν
y1
cL 4aν
1
a
中央亮纹线宽l0
2y1
cL 2aν
2θ a O'
θ
a 3 δ1
（4）依据瑞利判据，小圆孔衍
4
L
射生成爱里斑的半角宽为
θ1.22λ1.22c
d
νd
所以，可分辨四个小圆孔的最小a值为
aminLθ1.22cνdL
y
y1 O
9
6. [第29届第9题] 费马原理的文字描述为_光__从___空__间___一__点___传__播__到____ _另___一__点__是___沿__着___光__程__为___极__值___的__路___径__传__播___的__ 。如图所示，两条频率
2. [第29届第14题] 球面半径R1的平凸透镜，平放在半径R2 的玻璃圆柱体侧面上方，两者间最近距离为d。如图所示，设置固定的O-xyz坐标系，z轴与球心到圆柱体中央轴的垂线重合，O-xy平面与透镜平面平行，y轴与柱体中央轴平行， x轴朝右。波长为的单色平行光逆着z轴正入射，在球面与圆柱体间的空气膜上形成类似于牛顿环的干涉图样，图样在 O-xy平面上表现为一系列干涉环。（1）设一开始观测到图样中心为亮点（注意不是亮环）。现通过将透镜上下平移使中心向内吞入10个亮环后中心仍为亮点，试确定透镜平移的方向（上或下）和大小Δd。（2）此时将透镜与圆柱体最小间距为d/，试导出O-xy平面上第k级亮环和第k级暗环各自的曲线方程。（3）今已观测到图样中心为亮点，并测定中心亮点到往外数第10个亮环的最大间距及中心亮点到往外数第20个亮环的最小间距皆为ρ，试由ρ和波长确定R1和R2的大小。
B2
nP
n•A1C
=ndtaθn M
θN B1
A2
d
θ
A1 C
10
（二）薄膜干涉
1. [第26届第9题]一肥皂膜的厚度为0.55µm，折射率为1.35。白光（波长范围为400～700nm）垂直照射在该肥皂膜上，则反射光中波长为____的光干涉增强，波长为____的光干涉相消。
解：Δ
2ne
λ 2
MNh源自rl2hS'
d'
3
（2）由于半波损失，幕上O点为暗条纹。所以零级亮条纹的 x
坐标为
x0
1Δx 2
S
P
P点是相干区域中的最低点
h
xpltg θlh r3.0c 2Δ m 0xd
M
h
r
N
l
x0 O x0
则P点距x0的距离为
S'
d'
xp-x0
(201)Δx 2
所以P为暗纹的位置。
最低的亮纹位于xp+½ x处，Kmin = 20
1
S1
S2
S Q
2
（1）S1QS2为可产生光的相干叠加的区域。
5
在S1QS2区域中任取一点P，则S经S1到P的光程为
L1 LSO 1S1 PS1
S经S2到P的光程为
1 A1O1 B1
S1 P S2
L2 LSO 2S2 PS 2 S
A2O2 B2
Q
光程差
2
L L 1 L 2 ( L S 1 S 1 O L S 2 S 2 O ) ( P 1 P S 2 )S
x
解：（1）放膜前o点的光程差 Δor2r10
放膜后o点的光程差
S1
d
Δ o(1rdnd -r1)(n-1)d
S2
3104cm
（2） k λ Δ (2k 1) λ 2
Δ o 6 λ
N
Δ o 12 (2k1) λ2
r1 o
r2 d′
2
3. [第20届第16题]如图所示，洛埃镜实验中，平板玻璃MN的长
度r = 5.0cm，与平板玻璃垂直的幕到板N端的距离l = 3.0m。
线光源位于M端正上方，离板的高度h = 0.5mm，光源波长 =
500nm，试求：（1）幕上相邻干涉亮条纹的间距；
（2）幕上干涉亮条纹的最低级数。
x
解: （1）相邻条纹间的距离为
Δx d λ r l λ
S
d 2h
h
d
O
l λ 1.5mm
∵ n0 < n > n0
（2）
ΔF
2nd λ 2
kλ
d
λ
2nd k-1
k1 λ129n7m 0 k2 λ299 n0 m k3 λ359n4m
2 k4 λ442 n4 m
ΔF
2nd
λ (2k 1)λ
2
2
（1）
n0
n
n0
λ 2nd k
k1 λ114n8m 5 k2 λ274 n2 m
11
k3 λ349n5m
大学物理竞赛辅导-光学部分 2015
2. [第27届第8题] 一折射率为n=1.5的透明薄膜，厚度为
d=6.0×10-4 cm，将此薄膜放置在杨氏双缝干涉装置的一条狭缝
之后，若取正入射，光源波长为＝5000Ǻ，则从两狭缝到接收屏
中央点的光程差为_________cm，与未放置薄膜前的干涉条纹相
比，接收屏上的干涉条纹移动了________条。
相同的平行光线A1B1P和A2B2P，通过透射会聚在透镜焦平面上
的P点，透镜四周是折射率为n的相同介质。设A1、A2连线与主
光轴MN垂直，两条平行光线的间距为d，光线A1B1P通过透镜光
心且与主光轴夹角为θ，则光线A1B1P和A2B2P之间的光程差为
Δ=___n__d_t_a_n_θ___。解：
n
7
解：（1） y δ La
y
1
δayasin θ
a 2
y
L
（2）依题意，距O点最近的暗纹为y最小，即θ最小。因此1、3
a O' θ a 3δ
4
θ
L
O
两束光应满足相消条件，2、4两
束光同样满足相消条件。
1、3两束光间的光程差为
1
2δ1
(2k1)λ 2
（k=0）
δ1
λ 4
c 4ν
8
（3）满足光程差1的y1是中央亮纹的半个线宽
4
4. [第22届第16题]
知识复习：点光源S发出的光线通过透镜后汇聚于像点S/，在S、 S/间的各条光线光程都相等。
将一块双凸透镜等分为二，如图放置，主光轴上物点S通过它们分别可成两个实像S1、 S2 ，实像的位置也已在图中示出。（1）在纸平面上做图画出可产生光相干叠加的区域；
（2）在纸平面上相干区域中相干叠加所成亮线是什么类型的曲面？
LS1 O S 1LS2 O S 2S 1S 2 L L 1 L 2 S 1 S 2 (P 1 S P 2 )S
亮纹的轨迹 Lkλ
即 PS1PS2 常量
所以亮纹的轨迹为椭圆曲线，S1、 S2为椭圆的两个焦点
6
5. [第25届第13题] 频率为的单色平行光正入射到挡板上，挡板上有四个相同的小圆孔以相同的间距a排列在一直线上。挡板前方相距L>>d处有一平行放置的屏幕，挡板中心O'与屏幕中心O的位置如图所示，屏幕上过O点放置的y坐标轴与四孔连线平行。（1）写出两个相邻小圆孔出射光到图中y坐标点的光程差；（2）求出两个相邻小圆孔出射光到y轴上距O点最近暗点处的光程差1；（3）算出y轴上中央亮纹的线宽l0；（4）若小圆孔的直径为d<a，人站在屏幕位置观看这些小圆孔，试问a至少取何值时，人眼方能分辨出是四个小圆孔？