习题课-光学复习
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普通物理 习题课
光学第一章 2013年11月6日
普通物理(II)
1
Leabharlann Baidu
知识复习 习题选讲 补充习题 答疑 预习 量子入门（一）
普通物理(II)
2
光学第一章
历史回顾 费马原理 光的波动描述
一维简谐波振动表达式
U (t ) A cos(t )
普通物理(II)
普通物理(II)
15
为什么透过茂密树叶缝隙投射到地面的阳光形成圆形光斑？ 你能 设想在日偏食的情况下这种光斑的形状会有变化吗？ 试说明，为什么远处灯火在微波荡漾的湖面形成的倒影拉得很长 。 为什么日出和日落时太阳看起来是扁的？ 大气折射给星体位置的观察造成的偏差，叫做蒙气差，这是天文 学必须考虑的因素。试定性地讨论蒙气差与星体到天顶距离之间 的关系。 试讨论平行光束折射后截面积的变化。
k (k , 0, 0) E0 E cos t kr r E0 E0 0, cos t kr , cos t kr r r
这个解同样满足真空中的电磁波波动方程，注意现在采用的是球坐标。
球面波
时间周期为 T 2 / ，频率为 f / 2 空间周期即波长为 2 / k ，波矢为 k 波矢方向沿径向，波的传播方向也沿径向 波速为 1 vf k 真空中速度为 振幅随距离增大而减小
普通物理(II)
13
本题图是检验精密加工工件表面光洁度的干涉装置。下面是待测 工件，上面是标准的平玻璃板，在钠黄光的垂直照射下看到如图 上方所示的干涉花样。根据这样的干涉花样，你能对工件表面的 光洁度做出怎样的结论？
普通物理(II)
14
在日常生活中你还能列举出哪些薄膜干涉现象？ 试做下列两个观察性实验： （１） 吹肥皂泡。起初当肥皂泡很小时不显示颜色；随着肥皂泡的 胀大，开始出现彩色，而且彩色愈来愈鲜艳，颜色不断地变化； 最 后光泽变暗，彩色消失，此时肥皂泡即将破裂。试解释以上现象。 （２） 用一根细铁丝折成小方框，浸入肥皂水后取出，这时在方框 上蒙了一层肥皂膜。现将方框平面竖直放置，观察其上肥皂膜色彩 变化的情况。 解释你所观察到的现象。
普通物理(II)
习题选讲与补充题
请拿出课本
普通物理(II)
10
补充题---思考题
普通物理(II)
11
在杨氏双孔实验中，双孔S１、S２ 彼此稍微移近时，干涉条纹 有何变化？ 设想我们用声波或无线电波来模拟杨氏双孔干涉实验，采用的 数据如下： （１） 两声波源间距为６０cm，到接收场的距离为１０m，声频 率为１０００Hz，声速为３４０m ／s． （２） 两无线电波源间距为１m， 到接收场的距离为１０m， 频 率为１０MHz． 这样的装置能得到什么结果？
普通物理(II)
16
如右图所示，设平行 光束的入射角为i１ ，折射角为 i２ ， 则折射光束和入射光束截 面之比为
即平行光束在介质的界面上 折射时，折射光束和入射光束 的横截面积之比等于折射角 和入射角的余弦之比。这一结论正是能量守 恒所要求的
普通物理(II)
17
一儿童落水，岸上青年奔去抢救。设他在岸上奔跑的速度为v１ ，泅水的速度为v２ ， v１ ＞v２ ，他从A 点出发应采取怎样的 路径最快地到达孩子处B（见本题图）？ 这个问题与光的折射定 律有什么相似的地方？
如果没有量子力学 这本是极好的
对于物理系学生来说，就要学 繁琐系统的经典物理，如理论力学
力学 热学 电磁学 光学 相对论… •Please enjoy your Classic Era •请享受没有量子打扰的世界吧
第2章 光在各向同性介质界面上的反射和折射
§2.1 概述 §2.2 菲涅耳反射 折射公式 §2.3 公式分析
第3章 光的干涉
干涉的概念与相干条件 光场的时间相干性 空间相干性 两种干涉 分波前干涉 分振幅干涉 等倾干涉
普通物理(II)
等厚干涉
8
d
R
D
杨氏干涉条纹计算
光程差 亮纹位置 暗纹位置 条纹间距 光强分布
3
平面波
其时间周期为 T 2 / ，频率为f / 2 空间周期即波长为 2 / k ，波数为 k 波的传播方向即波数 k 的方向， 波速为 1 vf k 真空中速度为 1 c 0 0
球面波
除了平面波外，波还有另一种简单的形式，即球面波
普通物理(II)
12
判断以下各种说法是否确切： （１） 等厚条纹就是薄膜表面的干涉条纹。 （２） 等厚干涉条纹不仅存在于薄膜表面，而且还存在于薄膜前后 的空间里。 窗玻璃也有两个表面，为什么我们从来未看到在其上有干涉条纹 ？你能否估计一下，薄膜厚到什么程度，我们用肉眼就看不到干 涉条纹了？
c 1
0 0
E0 E cos t kr r
§1.3 几何光学简介—费马原理
几何光学研究的是光传播问题，其基本定律就是： 1，直线传播定律； 2，反射定律； 3，折射定律， 这三个定律可以归结为费马于1657年提出的费马原理，即光从 空间一点传播到另一点是沿着光程为极值的路径传播的。
普通物理(II)
18
量子入门（一）
Let’s Talk Quantum
普通物理(II)
19
量子入门（一） Let’s Talk Quantum
如果没有量子力学 物理会有什么变化呢
我们可以对质点受力分析，解运动方程
电子还在，围绕一些东西转动 光还是电磁波，按照光速运动
量子入门（一） Let’s Talk Quantum
光学第一章 2013年11月6日
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知识复习 习题选讲 补充习题 答疑 预习 量子入门（一）
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2
光学第一章
历史回顾 费马原理 光的波动描述
一维简谐波振动表达式
U (t ) A cos(t )
普通物理(II)
普通物理(II)
15
为什么透过茂密树叶缝隙投射到地面的阳光形成圆形光斑？ 你能 设想在日偏食的情况下这种光斑的形状会有变化吗？ 试说明，为什么远处灯火在微波荡漾的湖面形成的倒影拉得很长 。 为什么日出和日落时太阳看起来是扁的？ 大气折射给星体位置的观察造成的偏差，叫做蒙气差，这是天文 学必须考虑的因素。试定性地讨论蒙气差与星体到天顶距离之间 的关系。 试讨论平行光束折射后截面积的变化。
k (k , 0, 0) E0 E cos t kr r E0 E0 0, cos t kr , cos t kr r r
这个解同样满足真空中的电磁波波动方程，注意现在采用的是球坐标。
球面波
时间周期为 T 2 / ，频率为 f / 2 空间周期即波长为 2 / k ，波矢为 k 波矢方向沿径向，波的传播方向也沿径向 波速为 1 vf k 真空中速度为 振幅随距离增大而减小
普通物理(II)
13
本题图是检验精密加工工件表面光洁度的干涉装置。下面是待测 工件，上面是标准的平玻璃板，在钠黄光的垂直照射下看到如图 上方所示的干涉花样。根据这样的干涉花样，你能对工件表面的 光洁度做出怎样的结论？
普通物理(II)
14
在日常生活中你还能列举出哪些薄膜干涉现象？ 试做下列两个观察性实验： （１） 吹肥皂泡。起初当肥皂泡很小时不显示颜色；随着肥皂泡的 胀大，开始出现彩色，而且彩色愈来愈鲜艳，颜色不断地变化； 最 后光泽变暗，彩色消失，此时肥皂泡即将破裂。试解释以上现象。 （２） 用一根细铁丝折成小方框，浸入肥皂水后取出，这时在方框 上蒙了一层肥皂膜。现将方框平面竖直放置，观察其上肥皂膜色彩 变化的情况。 解释你所观察到的现象。
普通物理(II)
习题选讲与补充题
请拿出课本
普通物理(II)
10
补充题---思考题
普通物理(II)
11
在杨氏双孔实验中，双孔S１、S２ 彼此稍微移近时，干涉条纹 有何变化？ 设想我们用声波或无线电波来模拟杨氏双孔干涉实验，采用的 数据如下： （１） 两声波源间距为６０cm，到接收场的距离为１０m，声频 率为１０００Hz，声速为３４０m ／s． （２） 两无线电波源间距为１m， 到接收场的距离为１０m， 频 率为１０MHz． 这样的装置能得到什么结果？
普通物理(II)
16
如右图所示，设平行 光束的入射角为i１ ，折射角为 i２ ， 则折射光束和入射光束截 面之比为
即平行光束在介质的界面上 折射时，折射光束和入射光束 的横截面积之比等于折射角 和入射角的余弦之比。这一结论正是能量守 恒所要求的
普通物理(II)
17
一儿童落水，岸上青年奔去抢救。设他在岸上奔跑的速度为v１ ，泅水的速度为v２ ， v１ ＞v２ ，他从A 点出发应采取怎样的 路径最快地到达孩子处B（见本题图）？ 这个问题与光的折射定 律有什么相似的地方？
如果没有量子力学 这本是极好的
对于物理系学生来说，就要学 繁琐系统的经典物理，如理论力学
力学 热学 电磁学 光学 相对论… •Please enjoy your Classic Era •请享受没有量子打扰的世界吧
第2章 光在各向同性介质界面上的反射和折射
§2.1 概述 §2.2 菲涅耳反射 折射公式 §2.3 公式分析
第3章 光的干涉
干涉的概念与相干条件 光场的时间相干性 空间相干性 两种干涉 分波前干涉 分振幅干涉 等倾干涉
普通物理(II)
等厚干涉
8
d
R
D
杨氏干涉条纹计算
光程差 亮纹位置 暗纹位置 条纹间距 光强分布
3
平面波
其时间周期为 T 2 / ，频率为f / 2 空间周期即波长为 2 / k ，波数为 k 波的传播方向即波数 k 的方向， 波速为 1 vf k 真空中速度为 1 c 0 0
球面波
除了平面波外，波还有另一种简单的形式，即球面波
普通物理(II)
12
判断以下各种说法是否确切： （１） 等厚条纹就是薄膜表面的干涉条纹。 （２） 等厚干涉条纹不仅存在于薄膜表面，而且还存在于薄膜前后 的空间里。 窗玻璃也有两个表面，为什么我们从来未看到在其上有干涉条纹 ？你能否估计一下，薄膜厚到什么程度，我们用肉眼就看不到干 涉条纹了？
c 1
0 0
E0 E cos t kr r
§1.3 几何光学简介—费马原理
几何光学研究的是光传播问题，其基本定律就是： 1，直线传播定律； 2，反射定律； 3，折射定律， 这三个定律可以归结为费马于1657年提出的费马原理，即光从 空间一点传播到另一点是沿着光程为极值的路径传播的。
普通物理(II)
18
量子入门（一）
Let’s Talk Quantum
普通物理(II)
19
量子入门（一） Let’s Talk Quantum
如果没有量子力学 物理会有什么变化呢
我们可以对质点受力分析，解运动方程
电子还在，围绕一些东西转动 光还是电磁波，按照光速运动
量子入门（一） Let’s Talk Quantum