物理光学课后习题包括答案汇总.docx
第一章光的电磁理论
在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各量均用国
际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。解：由 Ex=0，Ey=0，Ez=，
则频率υ ===×1014Hz，周期T=1/υ =2
×10-14
s，初相位φ0=+ π /2（ z=0 ， t=0 ），振幅
A=100V/m ，
波长λ =cT=3× 108× 2×10-14=6×10-6m。
. 一个平面电磁波可以表示为Ex=0 ，Ey=，Ez=0，求：（ 1 ）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是
多少（ 2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向
（ 3 ）与电场相联系的磁场 B 的表达式如何写
解：（ 1）振幅A=2V/m，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π /2 ；（ 2 ）传播沿z 轴，振动方向沿y 轴；（ 3 ）由B=，可得By=Bz=0，Bx=
. 一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0， Ez=0， Ex=，试求：（ 1 ）光的频率；（ 2）波长；（ 3）玻璃的
折射率。
解：（ 1 ）υ ===5×10
14Hz；
（2）λ=
；
（3）相速度 v=，所以折射率n=写出：（1）在 yoz 平面内沿与 y 轴成θ角的方向传播的平面波的复振幅；（ 2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。
解：（ 1 ）由，可得
；
（2）同理：发散球面波
，
汇聚球面波
。
一平面简谐电磁波在真空中沿正x 方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m，如果该电磁波的振动面与 xy 平面呈 45o，试写出 E， B 表达式。解：，其中
=
=
=
，
同理：。
，其中
=。
一个沿 k 方向传播的平面波表示为
E=，试求 k 方向的单位矢。
解：，
又，
∴=。
证明当入射角=45o 时，光波在任何两种介质分界
面上的反射都有。
证明：
=
===
证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片
的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。
证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o，
设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有，
又，∴，
即得证。
平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃
上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。
解：由题意，得，
又为布儒斯特角，则= .....①
..... ②
由①、②得，，。
（1）0，
，
（2）由，可得，
同理，=。
证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界
面上时，，其中。
证明：，因为为布儒斯特角，所以，
=，又根据折射定律
，得，
则，其中，得证。利用复数表示式求两个波和
的合成。
解：
=
=
=
=。
两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的
振动分别为和
。若Hz，V/m ，
8V/m ，，，求该点的合振动表达式。
解：
=
=
=
=。
求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。
解：由图可知，，
=，
=）
=，（ m为奇数），
，
所以
=。
试求如图所示的周期性矩形波的傅立叶级数的表
达式。
解：由图可知，，
=
，，
所以。
利用复数形式的傅里叶级数对如图所示的周期性
矩形波做傅里叶分析。
解：由图可知，，
，
，
，
=
=，
所以
氪同位素放电管发出的红光波长为，波列长度约为 700mm ，试求该光波的波长宽度和频率宽度。
解：由题意，得，波列长度，
由公式，
又由公式，所以频率宽度
。
某种激光的频宽Hz，问这种激光的波列长度是多少
解：由相干长度，所以波列长度
。在与一平行光束垂直的方向上插入一透明薄片，其
厚度，若光波波长为
500nm，试计算插入玻璃片前后光束光程和相位的
变化。
解：由时间相干性的附加光程差公式
，
。
在杨氏干涉实验中，若两小孔距离为，观察屏至小孔所在平面的距离为 100cm，在观察屏上测得的干涉条纹间距为，求所用光波的波。
解：由公式，得光波的波长
。
波长为的钠光照射在双缝上，在距双缝 100cm 的观察屏上测量 20 个干涉条纹的宽度为，试计算双缝之间的距离。
解：因为干涉条纹是等间距的，所以一个干涉条纹
的宽度为又由公式，得双缝间距离
=。
设双缝间距为1mm ，双缝离观察屏为1m ，用钠光照明双缝。钠光包含波长为nm 和
两种单色光，问两种光的第 10 级亮条纹之间的距离是多少
解：因为两束光相互独立传播，所以光束第 10级亮条纹位置，光束第10级亮条纹位置，所以间距
。
在杨氏双缝干涉的双缝后面分别放置和，厚度同为t 的玻璃片后，原来中央极大所
在点被第 5 级亮纹所占据。设nm，求玻璃片厚度 t 以及条纹迁移的方向。
解：由题意，得，
所以，
条纹迁移方向向下。
在杨氏双缝干涉实验装置中，以一个长30mm 的充
观察到一组干涉条纹。继后抽去气室中空气，注入
某种气体，发现屏上条纹比抽气前移动了25 个。
已知照明光波波长为，空气折射率，
试求注入气室内的气体的折射率。
解：设注入气室内的气体的折射率为，则
，所以
。
杨氏干涉实验中，若波长=600nm，在观察屏上形
成暗条纹的角宽度为，（1）试求杨氏干涉中二缝间
的距离（ 2）若其中一个狭缝通过的能量是另一个的
4 倍，试求干涉条纹的对比度
解：角宽度为，
所以条纹间距。
由题意，得，所以干涉对比度
若双狭缝间距为，以单色光平行照射狭缝时，在距
双缝远的屏上，第 5 级暗条纹中心离中央极大中间
的间隔为，问所用的光源波长为多少是何种器件的
光源
解：由公式，所以
=。
此光源为氦氖激光器。
在杨氏干涉实验中，照明两小孔的光源是一个直径
为2mm 的圆形光源。光源发光的波长为 500nm，它
到小孔的距离为。问两小孔可以发生干涉的最大
距离是多少
解：因为是圆形光源，由公式，
则。
月球到地球表面的距离约为km，月球的直
径为3477km ，若把月球看作光源，光波长取500nm，试计算地球表面上的相干面积。
解：相干面积
。
若光波的波长宽度为，频率宽度为，试证明：。式中，和分别为光波的频率和波长。对于波长为的氦氖激光，波长宽度为
，试计算它的频率宽度和相干长
度。
解：证明：由，则有
（频率增大时波长减小），取绝对值得证。相干长度
，
频率宽度
Hz。
在图（ a）所示的平行平板干涉装置中，若平板的
厚度和折射率分别为和，望远镜的视场角为，光的波长，问通过望远镜能够看见几个亮纹
解：设能看见个亮纹。从中心往外数第个亮纹
对透镜中心的倾角，成为第
N个条纹的角半径。设为中
心条纹级数，为中心干涉极
小数，令
(,) ，
从中心往外数，第N个条纹的
级数为
，则
，
两式相减，可得，利用折射定律和小角度近似，得，(为平行平板周围介质的折射率)
对于中心点，上下表面两支反射光线的光程差为
。因此，视场中心是暗点。由上式，得
，因此，有 12 条暗环，11条亮环。
一束平行白光垂直投射到置于空气中的厚度均匀
的折射率为的薄膜上，发现反射光谱中出现
波长为 400nm 和 600nm 的两条暗线，求此薄膜的
厚度
解：光程差，
所以
用等厚条纹测量玻璃光楔的楔角时，在长 5cm 的范围内共有 15个亮条纹，玻璃折射率，所用单色光波长，问此光楔的楔角为多少
解：由公式，所以楔角，
又，
所以。
利用牛顿环测透镜曲率半径时，测量出第10 个暗环的直径为 2cm ，若所用单色光波长为500nm，透镜的曲率半径是多少
解：由曲率半径公式
。所以，。
已知一组 F-P标准具的间距分别为1mm 和 120mm ，对于的入射光而言，求其相应的标准
具常数。如果某激光器发出的激光波长为，波长宽
度为，测量其波长宽度时应选用多大间距的标准具
解：，
，
。
有两个波长和，在 600nm 附近相差，要用 F-P 干涉仪把两谱线分辨开来，间隔至少要多大在这种
情况下，干涉仪的自由光谱范围是多少设反射率
。
解：由分辨极限公式，得
F-P 干涉仪间隔
自由光谱范围
。
干涉仪两反射镜的反射率为，试求它的最大透射率
在照相物镜上通常镀上一层光学厚度为
和最小透射率。若干涉仪两反射镜以折射率（）的介质膜。问：（ 1）介质膜的作用的玻璃平板代替，最大透射率和最小透射率又是多（ 2）求此时可见光区（ 390780nm）反射最大的少（不考虑系统吸收）波长
解：当反射率时，由光强公式解：（ 1）作用：因为上下表面光程差
，所以该介质膜对的反射达
可得最大透射率；
到最小，为增透膜；（2）由，可知，对波长最小透射率。
当用玻璃平板代替时，，则为，，，反射最
大的波长满足，则，取
时则符合条件的可见光的波长分别为和。
在玻璃基片上镀两层光学厚度为的介质薄膜，如果第一层的折射率为，为了达到在正入射下膜系
对全增透的目的，第二层薄膜的折射率应为多少
（玻璃基片的折射率）
解：由题意，得，，，
要使膜系对全增透，由公式
。
第三章光的衍射与现代光学
波长的单色光垂直入射到边长为3cm 的方孔，在光轴（它通过方孔中心并垂直方孔平面）
附近离孔 z 处观察衍射，试求出夫琅禾费衍射区德
大致范围。
解：要求，又，
所以。迎面开来的汽车，其两车灯相距，汽车离人多远时，两车灯刚能为人眼所分辨（假定人眼瞳孔
直径，光在空气中的有效波长）。解：此为夫琅禾费圆孔衍射，由公式，
所以。
在通常的亮度下，人眼瞳孔直径约为2mm ，若视觉感受最灵敏的光波长为550nm ，问：（1）人眼最小分辨角是多大（ 2）在教室的黑板上，画的等号的
两横线相距 2mm，坐在距黑板 10m 处的同学能否看
清
解：（ 1）（夫琅禾费圆孔衍射）
rad。
(2)，所以不能看清。
边长为 a 和 b 的矩孔的中心有一个边长为和的
不透明屏，如图所示，试导出这种光阑的夫琅禾费
衍射强度公式。
在白光形成的单缝的夫琅禾费衍射图样中，某色光的第 3 级大与 600nm 的第 2 极大重合，问该色光的波长是多少
解：单缝衍射明纹公式：
解：
当
，，
时，，因为与不变，当时，
（ C 为常数），所以
，所以
。
，
在不透明细丝的夫琅禾费衍射图样中，测得暗条纹因为场中心强度 (场中心对应于)的间距为，所用透镜的焦距为 300nm，光波波长为。为，所以
问细丝直径是多少
。
解：由，所以直径即为缝宽
其中，，
。
人造卫星上的宇航员声称，他恰好能分辨离他
100km 地面上的两个点光源。设光波波长为 550nm，宇航员眼瞳直径为 4mm，这两个点光源的距离是多大
解: 由夫琅禾费圆孔衍射，，所以
。
在一些大型的天文望远镜中，把通光圆孔做成环
孔。若环孔外径和内径分别为 a 和 a/2，问环孔的分
辨本领比半径为 a 的圆孔的分辨本领提高了多少
解：由，环孔衍射图样第
一个零点的角半径为，
按照瑞利判据 , 天文望远镜的最小分辨角就是
，与中心部分没有遮挡的圆孔情形
()相比较 , 分辨本领提高了, 即
。
若望远镜能分辨角距离为rad 的两颗星，它的物镜的最小直径是多少为了充分利用望远镜的
分辨本领，望远镜应有多大的放大率
解：光的波长，则由公式，
最小直径。
因为人眼的最小分辨角为，
所以放大率。⑵由，所以相对孔径
。
计算光栅常数是缝宽 5 倍的光栅的第0、1 级亮纹的相对强度。解：由题意，得，第零级强度，第 0、1 级亮纹相对强度分别为
，。
一块光学玻璃对谱线和的折射率分别为和。试计算
用这种玻璃制造的棱镜刚好能分辨钠 D 双线时底边的长度。钠 D 双线的波长分别为和。
解：由公式，(式中为棱镜分辨本领，
为棱镜底边长度，为相对于波长的棱镜的折
射率，为相对于波长的棱镜的折射
率 ,为色散率)
又同一种物质色散率不变，则
，
，
因为，所以用这种玻璃
制造的棱镜刚好能分辨钠 D 双线时底边的长度
。
在双缝夫琅禾费衍射试验中，所用光波波长=，透镜焦距 =50cm，观察到两相邻亮条纹之间的距离
=，并且第 4 级亮纹缺级。试求：（ 1）双缝的缝距和缝宽；（ 2）第 1、2、 3 级亮纹的相对强度。
解：⑴多缝衍射的亮线条件是，对上式两边取微分，得到，
若要使照相机感光胶片能分辨 2的线距，求：（ 1）当时，就是相邻亮线之间的角距离。并
感光胶片的分辨本领至少是每毫米多少线（2）照且一般很小，，故。两相邻亮线
相机镜头的相对孔径至少有多大（设光波波长距离为。所以
为550nm 。）
缝距=mm=。解：⑴直线数。（为
级亮纹缺级，所以缝宽为
因为第 4
线距，即为能分辨的最靠近的两直线在感光胶片上。
得距离）。⑵第 1、 2、3 级亮线分别相应于= 、、
。由于=，所以当=、、时，
分别有=、、。因此，由多缝衍射各级亮线的强度公式，
第 1、 2、3 级亮线的相对强度为
，
，。
一块宽度为5cm 的光栅，在 2 级光谱中可分辨
500nm 附近的波长差的两条谱线，试求这一光栅的
栅距和 500nm 的 2 级谱线处的角色散。
解：由（L 为光栅宽度），所以
，
角色散（一般角很小，）rad/mm
为在一块每毫米1200 条刻线的光栅的 1 级光谱中
分辨波长为的一束氦氖激光的膜结构（两个模之间
的频率差为 450MHz ），光栅需要有多宽
解：，又光栅的色分辨本领
，所以光栅的宽度
=878mm。
用复色光垂直照射在平面透射光栅上，在的衍射方向上能观察到600nm 的第二级主极大，并能在该处分辨的两条谱线，但却观察不到
600nm 的第三级主极大。求：（1）光栅常数，每一缝宽；（2）光栅的总宽至少不得低于多少
解：⑴，所以
，mm=mm 。⑵，又，所以
mm=288mm 。
一束波长的平行光，垂直射到一平面透
射光栅上，在与光栅法线成的方向观察到该光
的第二级光谱，求此光栅的光栅常数。
解：由，得光栅常数
一块每毫米 500 条缝的光栅，用钠黄光正入射，观
察衍射光谱。钠黄光包含两条谱线，其波长分别为
和。求在第二级光谱中这两条谱线互相分离的角度。解：光栅公式，mm=mm ，所以=，同
理，所以第二级光谱中这两条谱线互
相分离的角度==。
一光栅宽 50mm ，缝宽为，不透光部分宽为，用波
长为 550nm 的光垂直照明，试求：（1）光栅常数d；（ 2）能看到几级条纹有没有缺级
解 :⑴，
⑵，所以第级亮纹为缺级，又由，解得，所以
，又缺级，所以能看到9 级条纹。
按以下要求设计一块光栅：①使波长600nm 的第二级谱线的衍射角小于，并能分辨其的波长差；
②色散尽可能大；③第三级谱线缺级。则该光栅的
缝数、光栅常数、缝宽和总宽度分别是多少用这块
光栅总共能看到600nm 的几条谱线
解：为使波长的二级谱线的衍射角,
必须满足 ==mm ，
根据要求②，尽可能小，则 =mm ，
根据要求③，光栅缝宽mm ，
再由条件④，光栅缝数至少有
所以光栅的总宽度至少为
光栅形成的谱线在范围内，当时，有，即第 4 级谱线对应于
衍射角实际上不可能看见。此外第 3 级缺级, 所以只能看见 0 ,±1 ,±2 级共 5 条谱线。
一块闪耀光栅宽260mm ，每毫米有 300 个刻槽，闪耀角为。⑴求光束垂直于槽面入射时，对
于波长的光的分辨本领；⑵光栅的自由
光谱范围有多大
解：⑴光栅栅距为，已知光栅宽260 mm，因此光栅槽数
由，光栅对 500 nm 的闪耀级数为
，所以分辨本领
；⑵光栅的自由光谱范围为。
第四章光的偏振和偏振器件
一束部分偏振光由光强比为的线偏振光和自然
光组成，求这束部分偏振光的偏振度。
解：设偏振光光强为，自然光光强为，（其中，），
所以偏振度。
线偏振光垂直入射到一块光轴平行于界面的方解
石晶体上，若光矢量的方向与晶体主截面成角，问o 光和 e 光从晶体透射出来的强度比时多少
解：
线偏振光垂直入射到一块光轴平行于表面的方解
石波片上，光的振动面和波片的主截面成和角。
求：⑴透射出来的寻常光和非常光的相对强度
各为多少⑵用钠光入射时如要产生的位相差，
波片的厚度应为多少
（）
解：⑴；
⑵，所以
m。
有一块平行石英片是沿平行光轴方向切出的。要把
它切成一块黄光的波片，问这块石英片应切成
多厚石英的，，波长为
解：由，所以厚度
由自然光和圆偏振光组成的部分偏振光，通过一块波片和一块旋转的检偏镜，已知得到的最大光
强是最小光强的7 倍，求自然光强占部分偏振光强
的百分比。
解：设自然光和圆偏振光的光强分别为和，则部分偏振光的光强为。
圆偏振光经过波片后成为线偏振光，光强仍为
。当线偏振光光矢的振动方向与检偏器的透光方
向一致时，从检偏器出射的光强最大，其值为，当其振动方向与透光方向互相垂直时其值为零。自
然光通过波片后还是自然光，通过检偏器后光
强为。因此，透过旋转的检偏器出射的最大光强
和最小光强分别为，，又题给，因此，所以，自然光强占部分
偏振光强的百分比为。
在两个共轴平行放置的透振方向正交的理想偏振
片和之间，有一个共轴平行放置的理想偏振片以云角速度绕光的传播方向旋转。设时
偏振化方向与平行，若入射到该系统的平行自然
光强为，则该系统的透射光强为多少
解：通过第一块、第二块和第三块偏振片后，光强
分别为，，，
由于时偏振化方向与平行，因此，
所以透射光强为相速只与空间部分有关，虽然
，可见，最大光强为，最小光强为0，
，但等相面和等幅面仍然重合，
故为均匀波。
出射光强的变化频率为。波 1 和波 2 是不相干波，因此由上述结果得合成波
是非单色光，是部分偏振光，是均匀波。
光强度：波 1；
为了决定一束圆偏振光的旋转方向，可将波片
波 2；
置于检偏器之前，再将后者转到消光位置。这时发
现波片快轴的方位是这样的：它须沿着逆时针
方向转才能与检偏器的透光轴重合。问该圆偏振
光是右旋的还是左旋的
解：是右旋圆偏振光。因为在以波片快轴为轴的直角坐标系中，偏振片位于Ⅱ、Ⅳ象限时消光，
说明圆偏振光经波片后，成为位于Ⅰ、Ⅲ象限
的线偏振光，此线偏振光由方向振动相对方向振动有位相差的两线偏振光合成。而波片使光和光的位相差增加，成为，所以，进入波片前方向振动相对方向振动就已有位相差，所以是右旋圆偏振光。
下列两波及其合成波是否为单色波偏振态如何计
算两波及其合成波光强的相对大小。
波 1：；和
合成波，因此，三个波的光强的相对大小为。
一束右旋圆偏振光垂直入射到一块石英波片，波片光轴平行于x 轴，试求透射光的偏振态。如果
换成波片，透射光的偏振态又如何
解：右旋圆偏振光可视为光矢量沿轴的线偏振光
和与之位相差为的光矢量沿轴的线偏振光的
叠加。⑴右旋圆偏振光入射波片并从波片出射时，光矢量沿轴的线偏振光（o光）对光矢量沿轴的线偏振光（ e 光）的位相差应为，故透射光为线偏振光，光矢量方向与轴成；
⑵右旋圆偏振光入射波片并从波片出射时，光矢量沿轴的线偏振光（ o 光）对光矢量沿轴的线偏振光（ e 光）的位相差应为，透射光为右旋椭圆偏振光。
波 2：。其中和
均为时间 t 的无规变化函数，且
解：波 1 是单色波，且
，而
，
显然，等相面和等幅面重合，所以是均匀波。又因
为位相差，且和方向振动的振幅相等，所以是右旋圆偏振光。
一束线偏振的钠黄光垂直通过一块。厚度为的石英晶片。晶片折射率为，，光轴沿 y 轴方向。
试对于以下三种情况，决定出射光的偏振态：
⑴入射线偏振光的振动方向与x 轴成角；
⑵入射线偏振光的振动方向与x 轴成角；
⑶入射线偏振光的振动方向与x 轴成角。
解：入射线偏振光在波片内产生的光和光出射波
片是得位相延迟角为
对于波 2，因为，为自然光，而
，
⑴当时，设入射光振幅为，则光和光的
振幅为=，，
其中为入射光的振幅。因此，在波片后表面，光和光的合成为
，因此，是左旋偏振光；
⑵当时，则光和光的振幅为
=，，在波片后表面，光和光的合成为
，因此，是右旋圆偏振光；
⑶当时，则光和光的振幅为
=，，
在波片后表面，光和光的合成为
，因此，是左旋椭圆偏振光，椭圆长轴沿轴。
16一块厚度为的方解石波片放在两个正交的线偏振
器中间，波片的光轴方向与两线偏振器的夹角为，问在可见光（）范围内，哪些波
长的光不能通过这一系统
解：
，两相干线偏振光的位
相差是，又，当
（）时，干涉相消，对应波长的光不
能透过这一系统，因此，不能透过这一系统的光波所以下列波长的光不能透过这一系统：
，；，；
，；，；
，；，；
，；，；
，；，；
，；。
试用矩阵方法证明：右（左）旋圆偏振光经过半波
片后变成左（右）旋圆偏振光。
解：右、左旋圆偏振光的琼斯矢量分别为
半波片的琼斯矩阵为，因此右旋偏振光经过半波片后透射光的琼斯矢量为
，得证。
将一块波片插入两个前后放置的尼科尔棱镜中间，波片的光轴与前后尼科尔棱镜主截面的夹角分
别为和，问光强为的自然光通过这一系
统后的强度是多少
（略去系统的吸收
和反射损失）
解：如图所示，光强
为的自然光经第一
个尼科尔棱镜后，成为线偏振光且振幅为，则
，从波片出射的光和光的振幅分别为，，
经第二个尼科尔棱镜后，光和光的振幅分别为
= ，
，因插入了波片，两相干线偏振光的位相差是，所以系统出射强度为
波长为nm
。
试说明下列各组光波表达式所代表的偏振态。
⑴；
⑵，；
⑶，。
解：⑴，，则
，因，故比超前，所以为左旋圆偏振光。
⑵，，
，超前且，所以为左旋椭圆偏振光，长轴在方向上。
⑶，，则
，且，故为线偏振光，振动方向为。
(方位角公式)
一束自然光通过偏振片后再通过波片入射到反
射镜上，要使反射光不能透过偏振片，波片的快、
慢轴与偏振片的透光轴应该成多少度角试用琼斯计
算法给以解释。
解：自然光通过偏振片后成为线偏振光，设线偏振
光光矢量沿轴，则琼斯矢量为，若波
片的快轴与轴（偏振片的透光轴）的夹角为，则琼斯矩阵为
，穿过波片后，透射光的琼斯矢量为
=，经反射透镜后 ,反射光的琼斯矢量为=
=，
再次通过波片后，透射光的琼斯矢量为
，如果此光束入射偏振片P，则出射光为
，
若，则，
所以当波片的快、慢轴与偏振片的透光轴成角
时，反射光不能透过偏振片。
旋光现象
一. 物质的旋光性
使线偏振光的振动面发生旋转
旋转的角度： a d a—旋光率
二. 菲涅耳的解释
线偏振光可看作是同频率、等振幅、有确定相位差
的左 (L )、右 (R ) 旋圆偏振光的合成。
两个频率相同、振动方向互相垂直的单色波的叠
加。
x
D
x
O
D
y
圆偏振光和椭圆偏振光可以看成
是两个同频，振动方向相互垂直，并且有稳定的相
位关系的线偏振光合成的结果。反之，任何一个圆
偏振光和椭圆偏振光可以分解成两个同频，振动方
向相互垂直，并且有稳定的相位关系的线偏振光。
D x
D
x 0cos(kz t x 0
)
例 :旋
D y
D
y 0cos(kz t x 0)
光现象的说明
任何一个圆偏振光和椭圆偏振光可以分解成两个
同频，振动方向相互垂直，并且有稳定的相位关系的线偏振光。
E x E0x cos( E y E0y cos
( 其中)
2
任何线偏振光可以分解成两个同频的左右旋、振幅相等、并且有稳定的相位关系的圆偏振光。t )O
t
E E
E E
y x
y
E
x
大学物理光学答案
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5 B. C. 3 D. /n 解： πλ π ?32== ?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 选择题3图
反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增，因此原来是明条纹的将变为暗条 纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜 放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. /4 B. / (4n ) C. /2 D. / (2n ) 6．在折射率为n =的玻璃表面上涂以折射率n =的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. C. D. 解：增透膜 6.904/min ==n e λnm 本题答案为C 。 7．用波长为 的单色光垂直照射到空气劈尖上，观察等厚干涉条纹。当劈尖角增 大时，观察到的干涉条纹的间距将（ B ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 解：减小。 增大，故l n l ,sin 2θθ λ = 本题答案为B 。 8. 在牛顿环装置中，将平凸透镜慢慢地向上平移，由反射光形成的牛顿环将
物理光学梁铨廷答案
第一章光的电磁理论 在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s， 初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 .一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求： （1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写 解：（1）振幅A=2V/m ，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y 轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= .一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=， 试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=，所以折射率n= 写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m ，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E ，B表达式。解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 = 。 一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。
证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明： = === 证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o ， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃 上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。 解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=。 证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以， =，又根据折射定律，得，则，其中，得证。 利用复数表示式求两个波 和 的合成。 解： = = = =。 两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的振动分别为和 。若Hz，V/m ，8V/m，，，求该点的合振动表达式。 解：= = = =。 求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。解：由图可知， ， =， =）=，（m为奇数），，
(完整版)初二物理光学练习题(附答案)-副本
一、光的直线传播、光速练习题 一、选择题 1.下列说法中正确的是（） A.光总是沿直线传播 B.光在同一种介质中总是沿直线传播 C.光在同一种均匀介质中总是沿直线传播 D.小孔成像是光沿直线传播形成的 2.下列关于光线的说法正确的是( ) A.光源能射出无数条光线 B.光线实际上是不存在的 C.光线就是很细的光束 D.光线是用来表示光传播方向的直线 3.一工棚的油毡屋顶上有一个小孔，太阳光通过它后落在地面上形成一个圆形光斑，这一现象表明( ) A.小孔的形状一定是圆的 B.太阳的形状是圆的 C.地面上的光斑是太阳的像 D.光是沿直线传播的 4.如果一个小发光体发出两条光线，根据这两条光线反向延长线的交点，可以确定( ) A.发光体的体积 B.发光体的位置 C.发光体的大小 D.发光体的面积 5.无影灯是由多个大面积光源组合而成的，下列关于照明效果的说法中正确的是（） A.无影灯没有影子 B.无影灯有本影 C.无影灯没有本影 D.无影灯没有半影 不透明体遮住光源时，如果光源是比较大的发光体，所产生的影子就有两部分，完全暗的部分叫本影，半明半暗的部分叫半影 6．太阳光垂直照射到一很小的正方形小孔上，则在地面上产生光点的形状是( ) A．圆形的B．正方形的 C．不规则的D．成条形的 7．下列关于光的说法中，正确的是( ) A．光总是沿直线传播的B．光的传播速度是3×108 m/s C．萤火虫不是光源D．以上说法均不对 二、填空题 9．在射击时，瞄准的要领是“三点一线”，这是利用____的原理，光在____中传播的速度最大．排纵队时，如果看到自己前面的一位同学挡住了前面所有的人，队就排直了，这可以用____来解释． 10.身高1.6m的人以1m/s的速度沿直线向路灯下走去，在某一时刻，人影长1.8m，经2s，影长变为1.3m，这盏路灯的高度应是___m。 11.在阳光下，测得操场上旗杆的影长是3.5m。同时测得身高1.5m同学的影子长度是0.5m。由此可以算出旗杆的高度是__ _m。 二、光的反射、平面镜练习题 一、选择题 1.关于光的反射，正确的说法是（） A.反射定律只适用于平面镜反射 B.漫反射不遵循反射定律 C.如果甲从平面镜中能看到乙的眼睛，那么乙也一定能通过平面镜看到甲的眼睛 D.反射角是指反射线和界面的夹角 2.平面镜成像的特点是( ) A.像位于镜后，是正立的虚像 B.镜后的像距等于镜前的物距 C.像的大小跟物体的大小相等 D.像的颜色与物体的颜色相同 3.如图1两平面镜互成直角，入射光线AB经过两次反射后的反射光线为CD，现以两平面镜的交线为轴，将两平面镜同向旋转15°,在入射光方向不变的情况下，反射光成为C′D′，则C′D′与CD关系为( )
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=，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 =，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）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和，求此系统的反射光能损失。如透镜表面镀上增透
物理光学第二章答案
第二章光的干涉作业 1、在杨氏干涉实验中，两个小孔的距离为1mm，观察屏离小孔的垂直距离为1m，若所用光源发出波长为550nm和600nm的两种光波，试求： （1）两光波分别形成的条纹间距； （2）两组条纹的第8个亮条纹之间的距离。 2、在杨氏实验中，两小孔距离为1mm，观察屏离小孔的距离为100cm，当用一片折射率为1.61的透明玻璃贴住其中一小孔时，发现屏上的条纹系移动了0.5cm，试决定该薄片的厚度。 3、在菲涅耳双棱镜干涉实验中，若双棱镜材料的折射率为1.52，采用垂直的激光束（632.8nm）垂直照射双棱镜，问选用顶角多大的双棱镜可得到间距为0.05mm 的条纹。 4、在洛埃镜干涉实验中，光源S1到观察屏的垂直距离为1.5m，光源到洛埃镜的垂直距离为2mm。洛埃镜长为40cm，置于光源和屏的中央。（1）确定屏上看见条纹的区域大小；（2）若波长为500nm，条纹间距是多少？在屏上可以看见几条条纹？ 5、在杨氏干涉实验中，准单色光的波长宽度为0.05nm，
平均波长为500nm ，问在小孔S 1处贴上多厚的玻璃片可使P ’点附近的条纹消失？设玻璃的折射率为1.5。 6、在菲涅耳双面镜的夹角为1’，双面镜交线到光源和屏的距离分别为10cm 和1m 。设光源发出的光波波长为550nm ，试决定光源的临界宽度和许可宽度。 7、太阳对地球表面的张角约为0.0093rad ，太阳光的平均波长为550nm ，试计算地球表面的相干面积。 8、在平行平板干涉装置中，平板置于空气中，其折射率为1.5，观察望远镜的轴与平板垂直。试计算从反射光方向和透射光方向观察到的条纹的可见度。 9、在平行平板干涉装置中，若照明光波的波长为600nm ，平板的厚度为 2mm ，折射率为 1.5，其下表面涂上高折射率（1.5）材料。试问：（1）在反射光方向观察到的干涉圆环条纹的中心是亮斑还是暗斑？（2）由中心向外计算，第10个亮环的半径是多少？（f=20cm ）（3）第10个亮环处的条纹间距是多少？ P P ’
物理光学课后习题答案汇总.docx
第一章光的电磁理论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为 Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π×1014(t?x c )+π 2 ]， （各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π×1014(t? x c )+π 2 ]，则频率υ= ω 2π =π×1014 2π =0.5×1014Hz，周 期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0， Ey=2Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ]，Ez=0，求：（1） 该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅A=2V/m，频率υ=ω 2π=2π×1014 2π = 1014Hz，波长λ=c υ=3×108 1014 =3×10?6m，原点的 初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y轴；（3）由B=1 c (e k???? ×E?)，可得By=Bz=0， Bx=2 c Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ] 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为 Ey=0，Ez=0，Ex=102Cos[π×1015(z 0.65c ?t)]，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ=ω 2π=π×1015 2π =5×1014Hz； （2）λ=2π k =2π π×1015/0.65c =2×0.65×3×108 1015 m= 3.9×10?7m=390nm； （3）相速度v=0.65c，所以折射率n=c v =c 0.65c ≈1.54 1.4写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的k?方向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由E?=A exp(ik??r )，可得E?= A exp?[ik(ycosθ+zsinθ)]； （2）同理：发散球面波E?(r，t)=A r exp?(ikr)= A1 r exp?(ikr)， 汇聚球面波E?(r，t)=A r exp?(?ikr)= A1 r exp?(?ikr)。 1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为4×1014Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E，B 表达式。 解：E?=E y e y???? +E z e z??? ，其中 E y=10exp[i(2π λ x?2πυt)] =10exp[i(2πυ c x?2πυt)] =10exp[i(2π×4×10 14 3×108 x?2π×4×1014t)] =10exp[i(8 3 ×106π)(x?3×108t)]， 同理：E z=10exp[i(8 3 ×106π)(x?3×108t)]。 B? =1 c (k0???? ×E?)=?B y e y???? +B z e z??? ，其中 B z=10 3×108 exp[i(8 3 ×106π)(x?3×108t)]=B y。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为 E=100exp{i[(2x+3y+4z)?16×105t]}，试求k 方向的单位矢k0。 解：|k?|=√22+32+42=√29， 又k?=2e x??? +3e y???? +4e z??? ， ∴k0???? = √29x ??? +3e y???? +4e z??? )。 1.9证明当入射角θ1=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有r p=r s2。 证明：r s=sin(θ1?θ2) sin(θ1+θ2) =sin45ocosθ2?cos45osinθ2 sin45ocosθ2+cos45osinθ2 =cosθ2?sinθ2 cosθ2+sinθ2 =1?tanθ2 1+tanθ2 r p= tan(θ1?θ2) tan(θ1+θ2) =(tan45o?tanθ2)/(1+tan45otanθ2) (tan45o+tanθ2)/(1?tan45otanθ2) =(1?tanθ2 1+tanθ2 ) 2 =r s2
物理光学第一章习题
1.在真空中传播的平面电磁波，其电场为0=x E ，0=y E ， ]2 )(10cos[10014ππ+-?=c x t E z ，问：（1）该电磁波的频率、波长、振幅和原点的初位相为多少？（2）波的传播和电矢量的振 动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B 的表达式如何 写？ 2．平面电磁波在真空中沿x 方向传播，Hz 14104?=ν，电场振幅为m V /14.14，若振动平面与xy 面成45 度，写出E 和B 的表达 式。 3．已知k ,ω，ABC O -为一正方体，分别求沿OC OB OA ,,方向传播的平面波的实波函数、复振幅及z y x ,,方向的空间频率和空间周期。 4.有3列在xz 平面内传播的同频率单色平面波，其振幅分别为：321,,A A A ，传播方向如图，若设振幅比为1：2：1，21θθ=，求xy 平面上的光强分布（假设初相位均为0）。 5. 维纳光驻波试验中，涂有感光乳剂的玻璃片的长度为1cm ，起一端与反射镜接触，另一端与反射镜面相距10m μ，测出感光片上两个黑纹的间距为250m μ，求所用光波波长。 6．确定正交分量由下面两式表示的光波的偏振态， )](cos[),(t c z A t z E x -=ω ]4 5)(c o s [),(πω+-=t c z A t z E y 7．让入射光连续通过两个偏振片，前者为起偏片，后者称为检偏片，通过改变两者透振方向之间的夹角可调节出射光强。设入射光为自然光，通过起偏片后光强为1，要使出射
光强减弱为8 1,41,21，问两偏振片透振方向的夹角各为多少？ 8.一束自然光入射到折射率3/4=n 的水面上时反射光是线偏振的。一块折射率2/3=n 的平面玻璃浸在水下，若要使玻璃表面的反射光N O ''也是线偏振的，则玻璃表面与水平面夹角α应为多大？ 9．s 光波从5.11=n 的玻璃以入射角0120=i 入射到0.12=n 的空气界面，求菲涅耳透射系数，光强透射系数，能流透射系数？ 10.一束自然光从空气射到玻璃，入射角o 30，玻璃折射率5.1=n ，求反射光的偏振度。 11. 假设窗玻璃的折射率为1.5，斜照的太阳光（自然光）的入射角为600，求太阳光的光强透射率。 12.线偏光从0.11=n 的空气以入射角0145=i 入射到5.12=n 的玻璃表面，已知线偏光的振动面和入射面夹角为060=θ，试计算： 1）总的能流反射率R 和总能流透射率T 2）以自然光入射，又如何？
物理光学作业答案
3.13 波长为589.3nm 的钠黄光照在一双缝上，在距离双缝100cm 的观察屏上测量20个条纹共宽2.4cm,试计算双缝之间的距离。 解：设孔距l ，观测屏到干涉屏的距离为d ，条纹间距为e,所用光波的波长为λ； 条纹间距24 1.220mm l mm = = 根据d e l λ=可知：589.310.491.2d nm m l mm e mm λ?= == 3.18 在菲涅尔双面镜试验中，若单色光波长为500nm ，光源和观测屏到双面镜棱线的距离 分别为0.5m 和1.5m ，双面镜的夹角为10-3弧度：（1）、求观察屏上条纹间距。（2）、问观察屏上最多可以看到多少条两纹。 菲涅耳双面镜 l 解：根据已知条件， 条纹间距等于()933 500100.5 1.51101220.510 d e m mm s λα---??+===?=?? 能看到条纹的区域为P1P2，设反射镜棱至观察屏的距离为B 可以看出 ()312 102tan 2 1.5tan 1800.00333.1415926PP B m mm α-?? ==???== ??? 可看到条纹数：12 331 PP N e = == 3.21 在很薄的楔形玻璃板上用垂直入射光照射，从反射光中看到相邻暗纹的间隔为5mm ， 已知光的波长为580nm ，波的折射率为1.5mm ，求楔形角。 解：相邻条纹的间距2e n λ θ ≈ 知： 953 58010 3.861022 1.5510m rad ne m λ θ---?≈==???? 3.24 为了测量一条细金属丝的直径，可把它夹在两块玻璃片的一段，如图所示，测得亮条
(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
(完整版)物理光学-第一章习题与答案
v= 物理光学习题 第一章波动光学通论 、填空题(每空 2分) 1、. 一光波在介电常数为￡,磁导率为卩的介质中传播，则光波的速 度 【V 1】 【布儒斯特角】 t ],则电磁波的传播方 向 ____________ 。电矢量的振动方向 _______________ 【x 轴方向 y 轴方向】 4、 在光的电磁理论中，S 波和P 波的偏振态为 __________ ，S 波的振动方向为 ______ ， 【线偏振光波 S 波的振动方向垂直于入射面】 5、 一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的透振方向夹角为 45°则通 过两偏振片后的光强为 ____________ 。 【I 0/4】 6、 真空中波长为入。、光速为c 的光波，进入折射率为 n 的介质时，光波的时间频率和波长 分别为 ______ 和 ________ 。 【c/入o 入o /n 】 7、 证明光驻波的存在的维纳实验同时还证明了在感光作用中起主要作用是 __________ 。 【电场E 】 &频率相同，振动方向互相垂直两列光波叠加，相位差满足 _____________ 条件时，合成波为线偏 振光波。 【0或n 】 9、 会聚球面波的函数表达式 ____________ 。 A -ikr 【E(r) e 】 r 10、 一束光波正入射到折射率为 1.5的玻璃的表面，则 S 波的反射系数为 _____________ , P 波 2、一束自然光以 入射到介质的分界面上，反射光只有 S 波方向有振动。 13 10 3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[2
工程光学物理光学参考答案
物理光学作业参考答案 [13-1] 波长nm 500=λ的单色光垂直入射到边长3cm 的方孔，在光轴（它通过孔中心并垂直孔平面）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：夫琅和费衍射条件为： π<<+z y x k 2)(max 2121 即： m nm y x z 900109.0500 )1015()1015()(122626max 2121=?=?+?=+>> λ [13-3]平行光斜入射到单缝上，证明：（1）单缝夫琅和费衍射强度公式为 2 0)s i n (s i n )]sin (sin sin[??? ???? ???????--=i a i a I I θλπθλπ 式中，0I 是中央亮纹中心强度；a 是缝宽；θ是衍射角，i 是入射角（见图）。 证明：（1 缝上任意点Q 的位矢： 单逢上光场的复振幅为： 因此，观察面上的夫琅和费衍射场为： （其中： ） ) cos ,0,(sin i i k k = )0,,(11y x r = 1sin 1)(~x i ik r k i Ae Ae x E ??== ) sin (sin )]sin (sin sin[)(~1)(~)2(1 1 22)sin (sin )2(11sin 22 sin )2(11221)2(1121 12 11 112111 121i a i a ae z A dx e e z i A dx e e e z i A dx e x E e z i x E z x z ik a a x i ik z x z ik x ik a a x i ik z x z ik x z x ik a a z x z ik --====+---+?--?+--+? ?? θλ πθλπλλλλθθθsin 1≈z x
物理光学课后答案叶玉堂
第四章 光的电磁理论 4－1计算由8(2)exp 610)i y t ??=-+++???? ? E i 表示的平面波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率、波长。 解：由题意：)81063(2t y x i e E x ?++-= ) 81063(32t y x i e E y ?++= ∴ 3-=x y E E ∴振动方向为：j i 3+- 由平面波电矢量的表达式： 3=x k 1=y k ∴传播方向为： j i +3 平面电磁波的相位速度为光速： 8 103?=c m/s 振幅：4)32()2(222200=+-= += oy x E E E V/m 频率：8810321062?=?==π ππωf Hz 波长：πλ== f c m 4－2 一列平面光波从A 点传到B 点，今在AB 之间插入一透明薄片，薄片的厚度 mm h 2.0=，折射率n ＝1.5。假定光波的波长为5500=λnm ，试计算插入薄片前后B 点光 程和相位的变化。 解：设AB 两点间的距离为d ，未插入薄片时光束经过的光程为：d d n l ==01 插入薄片后光束经过的光程为：h n d nh h d n l )1()(02-+=+-= ∴光程差为：mm h n l l 1.02.05.0)1(12=?=-=-=? 则相位差为：ππ λ π δ6.3631.010 550226 =??= ?= - 4－3 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态： （1）)sin(0kz t E E x -=ω，)cos(0kz t E E y -=ω
（2）)cos(0kz t E E x -=ω，)4/cos(0πω+-=kz t E E y （3）)sin(0kz t E E x -=ω，)sin(0kz t E E x --=ω 解：（1）∵)2 cos()sin(00π ωω--=-=kz t E kz t E E x ∴2 π ???= -=x y ∴ 为右旋圆偏振光。 （2）4 π ???= -=x y ∴ 为右旋椭圆偏振光，椭圆长轴沿y ＝x （3）0=-=x y ??? ∴ 为线偏振光，振动方向沿y ＝－x 4－4 光束以30°角入射到空气和火石玻璃（n 2＝1.7）界面，试求电矢量垂直于入射面和平行于入射面分量的反射系数s r 和p r 。 解：入射角?=301θ，由折射定律：294.0sin sin 2 1 2== n θθ ∴?=1.172θ ∴305.01.47sin 9.12sin )sin()sin(2121-=? ? -=+-- =θθθθs r 213.01.47tan 9.12tan )tan()tan(2121=? ? =+-= θθθθp r 4－5 一束振动方位角为45°的线偏振光入射到两种介质的界面上，第一介质和第二介质的 折射率分别为n 1＝1和n 2＝1.5。当入射角为50°时，试求反射光的振动方位角。 解：?=501θ，由折射定律：51.0sin sin 2 1 2== n θθ ∴?=7.301θ ∴335.07.80sin 3.19sin )sin()sin(2121-=? ? -=+-- =θθθθs r 057.07.80tan 3.19tan )tan()tan(2121=? ? =+-= θθθθp r ∴877.545tan 057 .0335 .0tan tan -=?-== i p s r r r αα ∴反射光的振动方位角为：?-=34.80r α
物理光学梁铨廷版习题答案
第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=(102)Cos[π× 1014(t?x c )+π 2 ]，则频 率υ= ω 2π =π×10 14 2π =0.5× 1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=2Cos[2π×1014(z c ?t)+π 2 ]，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅 A=2V/m，频率υ=ω 2π = 2π×1014 2π =1014Hz，波长 λ=c υ =3×108 10 =3×
10?6m ，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z 轴，振动方向沿y 轴；（3）由B =1 c (e k ???? ×E ? )，可 得By=Bz=0，Bx=2 c Cos [2π×1014(z c ? t)+π 2] 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0， Ex=102Cos [π× 10 15 (z 0.65c ?t)]，试 求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解： （1） υ =ω 2π= π×1015 2π =5×1014 Hz ； （2）λ= 2πk = 2ππ×10/0.65c =2×0.65×3×108 1015 m = 3.9×10?7m =390nm ； （3）相速度v=0.65c ，所以折射率n=c v =c 0.65c ≈1.54 1.4写出：（1）在yoz 平面内沿与y 轴成θ角的k ? 方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由E ?=A ? exp(ik ? ?r ? )，可得E ?=A ? exp?[ik (ycosθ+zsinθ)]； （2）同理：发散球面波E ?(r ，t)=A r exp?(ikr )=
关于物理光学习题附答案
选择题 1、在相同时间内，一束波长为λ的单色光在空中和在玻璃中，正确的是 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。 2. 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 直平分面处放一反射镜 M ，如图所示，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。 4、用白光源进行双缝实验，若用一纯红色的滤光片遮盖一条缝，用一个纯蓝色的滤光片 遮盖另一条缝，则 [ ] A ．干涉条纹的宽度将发生变化； B. 产生红光和蓝光的两套彩色干涉条纹； C ．干涉条纹的位置和宽度、亮度均发生变化； D ．不发生干涉条纹。 5、有下列说法：其中正确的是 [ ] A 、从一个单色光源所发射的同一波面上任意选取的两点光源均为相干光源； B 、从同一单色光源所发射的任意两束光，可视为两相干光束； 薄膜的厚度为 e ，并且 n1
C、只要是频率相同的两独立光源都可视为相干光源； D、两相干光源发出的光波在空间任意位置相遇都会产生干涉现象。
物理光学第一章答案
第4章 光的电磁理论 1、计算由下式表示的平面波电矢量的振动方向、传播方向、相位速度、振幅、频率、波长，并求解该平面波所处介质的折射率，同时证明该平面波的横波性，该平面波是何种偏振态？（其中x 和y 分别为x 和y 方向上的单位矢量，式中所有数值均为国际单位制表示） ( )) 8223exp 610E x y i y t ??=- +++?? ? 答案： 由题意得到 ) ) 88 2exp 610610x y i y t i y t E E ???=-??? ? ?? ?=++?+??+?? 所以电矢量的振动方向为13 2O x y =- +，为线偏振态。 x 和y 方向的波数分别为)1x k m -=和() 11y k m -= ，所以平面波传播方向为 312 P x y =- -，总波数为()12k m -===。 ()4V m = 角频率为()8610rad s ω=?，所以频率为()83 102Hz ωυππ = =? 波长为()8831010c m s m Hz λπυπ ?== =? 相位速度为()88 1 6103102rad s v m s k m ω -?===? 该平面波所处介质的折射率为883101310c m s n v m s ?== =? 振动方向1322O x y =- +和传播方向3122 P x y =+的内积为
111102222???-?=-+= ? ????? 所以振动方向与传播方向垂直，平面波的横波性得证。 2、已知单色平面光波的频率为1410Hz υ=，在0z =平面上相位线性增加的情况如图所示，求空间频率x f 、y f 、z f 。 答案： 单色平面光波的波长814 310310c m s m Hz λμυ?===，空间频率61 11103 f m λ-==?。 从图中可以看到x 和y 方向上的波长为8x m λμ=、5y m λμ=，所以x 和y 方向上的空间频率()5111 1.25108x x f m m λμ-= = =?、() 5111 2105y y f m m λμ-===?。 由关系式2222x y z f f f f =++得到()512.3554910z f m -=≈?。 3、设一单色平面光波的频率为1410Hz υ=，振幅为1V m 。0t =时，在xOy 面（0z =）上的相位分布如图所示：等相位线与x 轴垂直（即与y 轴平行），0?=的等相位线坐标为5x m μ=-，?随x 线性增加，x 每增加4m μ，相位增加2π。
北理工物理光学习题参考答案
波动光学习题参考答案 第一章 1.2 s m V nm d d /1025.12508?==λ 1.4 (1) 位移 (2) ()??????+-=30 2.03 200 cos 02.0),(ππt z t z E 1.5 (1) 3 4 20 0π ?λ= ==a 1.6 s m V /1038?-=? 沿-z 方向传播 1.7 ()?? ?? ??-=t V z a E ob 112cos λπ ()???? ??+--=1112 1126232cos λπλπλπt V z V V a E bc 1.8 4 3cos 2 3cos 2 3cos 22110πππa E a E a E a E c b b ====+- 1.9 ()????????? ? ?+-= 3exp 3,πωt kz j t z E 1.10 (1) 无变化 (2) 振动反向 (3) 122322 +=='=±='n m jE E n m jE E 当相移当相移ππ 1.12 ()??? ?? ???? ??== == x j E y x E f f f z y x λαπλ α λα sin 2exp ,, cos 0 sin 0 1.13 013.53/ 2.0==βmm f z 1.14 ()() πππ+----=t x E t x E m f x 2003100cos ,/3500 1.15 ()()()()2cos 222 πα?π?π?π?+=+===r k r kz z y x 1.16 ()()( )() ()() t j y y x x d k j y x d k j y x d k j jkd d E t y x E ω-?? ? ???'+'????? ?'+'?? ????+= exp exp 2exp 2exp exp ,,0022 2 02001.17 (1) ()()()()x jk E y x E x jk E y x E θθsin exp ,)2(sin exp ,00-==*
初中物理光学训练与答案
初中物理光学训练与答案
初二光学练习题2009.12 班级＿＿＿姓名＿＿＿＿学号＿＿＿ （基础部分） 一、填空题 1.某同学身高1.7 米，站在竖直放置的平面镜前1.5 米处，他的像高是_____米，他的像到平面镜的距离是_________米.若此人向平面镜移动1 米，则他的像到平面镜的距离为_________米，他的像高为_________米. 2. 当光从透明介质斜射入空气时折射光线将_________，（选填靠近法线或偏离法线）这时折射角________于入射角． 3. 当光线垂直与水面入射时，入射角大小为________，反射角大小为_________，折射角大小为_________，光射入水中，光速将________（选填变大或变小或不变） 4．如图1所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播的路线，其中___ __是入射光线，_______是反射光线，_______是折射光线，反射角的大小为________，折射角的大小为________。5．人在水面上方看到斜插入水中的筷子变得向上___ __（选填上或下）弯折了，这是光从________中射向________在界面发生折射的缘
故。 6．古诗词中有许多描述光学现象的诗句，如“潭清疑水浅”说的就是光的_______现象；“池水映明月”说的就是光的________现象． 7.一些透镜的截面如图2所示，在这些透镜中：（1）属于凸透镜的是________，它们的共同特点是________________(2)属于凹透镜的是_______，它们的共同特点是 __________ ____. 8.凸透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜；凹透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜. 9.小华让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧前后移动，直到纸上的光斑变得最小、最亮，这个点叫做凸透镜的__________，用符号__________表示。 10.平面镜、凹透镜、凸透镜是常用的三种光学 图图
物理光学晶体光学答案
物理光学作业参考答案 [15-1] 一束自然光以 30角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率54.1=n ，试计算（1）反射光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解： （1）入射自然光可以分解为振动方向互相垂直的s 波和p 波，它们强度相等，设以0I 表示。已知： 301=θ，所以折射角为： 根据菲涅耳公式，s 波的反射比为： 12.0)35.5030sin()35.5030sin()sin()sin(2 22121=??? ???+-=????? ?+-= θθθθρs 4 因此，反射波中s 波的强度： 而p 波的反射比为： 因此，反射波中p 波的强度： 于是反射光的偏振度： （2）玻璃-空气界面的布儒斯特角： （3）对于以布儒斯特角入射时的透射光，s 波的透射系数为： 式中， 331==B θθ，而 57902=-=B θθ 所以，s 波的透射强度为： 而p 波的透射系数为： 所以，p 波的透射强度为： 所以，透射光的偏振度： [15-3]选用折射率为2.38的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁作镀膜材料，制作用于氦氖激光（)8.632nm =λ的偏振分光镜。试问（1）分光棱镜的折射率应为多少？（2）膜层的厚度分别应为多少？ 解： 偏振分光镜材料的选取应使光线在相邻材料界面上的入射角等于布儒斯特角，从而使反
射光成为线偏振光；膜层厚度的选取应使膜层上下表面反射的光满足干涉加强的条件。因此： （1）H θ应为布儒斯特角，即 由题意知 45=i θ，故由折射定律，得： （2）在硫化锌膜和氟化镁膜分别满足条件： 而： 所以， 于是得到： [15-6]方解石晶片的厚度d=0.013mm ，晶片的光轴与表面成 60角，当波长nm 8.632=λ的氦氖激光垂直入射到晶片时，求（1）晶片内o 、e 光线的夹角；（2）o 光和e 光的振动方向；（3）o 、e 光通过晶片后的相位差。 解：当波长nm 8.632=λ时方解石的主折射率查表知：486.1,658.1==e o n n （1） o 光遵守折射定律，因此它将不偏折地通过晶片。此外，由惠更斯作图法或据折射 定律，可知e 光波法线的方向与o 光相同，故 由此得到o 光与e 光的夹角： （2） 由于o 光和e 光都在图面内(见图)，所以图面是o 光和e 光的共同主平面。o 光的 振动方向垂直于图面，以黑点表示。e 光的振动方向在图面内，以线条表示。 (3) e 光波法线方向与光轴成 30时的折射率为： 因此，o 、e 光通过晶片后的相位差： [15-7] 一束汞绿光以 60角入射到KDP(磷酸二氢钾)晶体表面，晶体的 470.1,512.1==e o n n ，若光轴与晶面表面平行且垂直于入射面，试求晶体中o 光与e 光 的夹角。 解： 本题所设情况如下图所示。这时，e 波波面与图面(入射面)的截线跟o 波波面的截线类似，都是圆形。从图中容易看出，对于任意的入射角1θ，其正弦与e 光折射角e 2θ的正弦之比都为 式中R 是e 波面的圆截线的半径。由于c ／V e 是一常数，所以在本题的特殊情况下，光线遵守普通的折射定律，它的折射方向可按上式计算。 当 601=θ时，e 光的折射角： 而o 光的折射角： 因此晶体中o 光与e 光的夹角： [15-8]如下图所示，一块单轴晶片的光轴垂直于表面，晶片的两个主折射率分别为o n 和e n ，证明当平面波以1θ入射到晶片时，晶体中非常光线的折射角' e θ可由下式给出 证明：