第一章 光波的基本性质

光波的基本性质总结一、熟悉下述基本概念：、熟悉下述基本概念：有关本章的概念都是定义问题，注意理解。

振动，波动，标量波与矢量波，纵波与横波，简谐波，波矢，波函数，复振幅，光波的位相及初位相，波面（等相面），平面波，球面波.复振幅光波的位相及初位相波面（等相面）平面波球面波1.波面——任意时刻振动状态相同的点所组成的面。

平面波、球面波3.简谐波——波函数是余弦或正弦函数表达的单色波4.波矢——方向代表波面的法线方向，大小代表单位长度波相位的变化量5.复振幅的空间频率——描述光场在垂直传播方向的平面上复振幅的空间周期性6.相速度——等相位（振幅）面的传播速度7.光的各种偏振态线、圆、椭圆、自然——三、知识点串讲•——麦克斯韦方程组和波动微光的电磁理论基础分方程•光波的数学描述——光波的波函数•平面电磁波的性质•电磁波在媒质界面上的反射和折射维简波的复指数式复光波的数学描述•一维简谐平面波的复指数形式和复振幅([)](exp[),(00k t kz j E t z E ϕω+−=exp()exp()](exp[00t z E t j kz j E ωωϕ−=−+=)p()(j )](exp[)(00ϕ+=kz j E z E•光波的数学描述三维简谐平面波–波面的定义——等位相面–波函数和复振幅exp[()]E r t E k r k t νϕ=⋅−+v v v 0000(,)p[exp[()]x y z j E j k x k y k z k t νϕ=++−+v v v0000()exp[()]exp[2()]x y z E r E j k r E j f x f y f z ϕπϕ=⋅+=+++[200(,,)exp[2()],)exp[2()]x y E x y t E j f x f y k t E x E j f x f y πνϕπϕ=+−+=++00(p[x y y•反射波和折射波性质电磁波在媒质界面上的折射和反射–振幅变化规律；布儒斯特定律和偏振性质；位相变化规律；反射率和透射率。

物理光学作业习题第一章光波的基本性质（1）作业习题1、试说明下列各组光波表达式所代表的偏振态。

⑴Ｅx=Ｅo sin（ωt-kz），Ｅy=Ｅo cos（ωt-kz）⑵Ｅx=Ｅo cos（ωt-kz），Ｅy=Ｅo cos（ωt-kz+π）4⑶Ｅx=Ｅo sin（ωt-kz），Ｅy=-Ｅo sin（ωt-kz）2、试证明：频率相同，振幅不同的右旋与左旋圆偏振光能合成一椭圆偏振光。

3、把一根截面是矩形的玻璃棒（折射率为1.5）弯成马蹄形，如图所示。

矩形宽为d，弯曲部分是一个圆，内半径是R。

光线从一个端面正入射。

欲使光线从另一端面全部出射，R/d应等于多少？4、若入射光线是线偏振光，入射角为︒45，其振动面与入射面间的夹角为︒45。

试证：这时空气和玻璃的分界面上，反射光仍然是线偏振光，并求其振动面和入射面间的夹角α以及振r动面的旋转方向。

5、欲使线偏振光的激光束通过红宝石棒时，在棒的端面上没有反射损失，则棒端面对棒轴倾角α应取何值？光束入射角φ1等于多少？入射光的振动方向如何？已知红宝石的折射率为n=1.76。

光束在棒内沿棒轴方向传播。

6、 试证明琼斯矢量⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆i Be A 表示的椭圆偏振光，其主轴与X 轴夹角为21tan —1⎪⎭⎫ ⎝⎛-∆22cos 2B A AB （2）讨论习题1、 如图用棱镜是光束方向改变，要求光束垂直于棱镜表面射出，入射光是平行于纸面振动的H e —N e 激光（波长λ=3628Å）。

问，入射角φi 等于多少时，透射光为最强？并由此计算此棱镜底角α应磨成多少？？已知棱镜材料的折射率n=1.52。

若入射光是垂直纸面振动的H e —N e 激光束，则能否满足反射损失小于1%的要求？2、 下图是激光技术中用以选择输出波长的方法之一。

它是利用在入射面内振动的光，在布鲁斯特角入射时反射光强为零，以及布鲁斯特角的值与波长有关的这些事实，使一定波长的光能以最低损耗通过三棱镜而在腔内产生振荡，其余波长的光则因损耗大而被抑制不能振荡，从而达到选择输出波长的目的。

光波的特性与传播光波是指具有电磁波特性的光线。

光波是一种由电磁作用产生的波动现象，具有波长、频率和速度等特征。

光波的传播是在真空中或介质中进行的，而其特性则由光的波长和频率决定。

本文将详细介绍光波的特性与传播。

首先，光波的特性主要表现在其波长与频率上。

波长（λ）是指光波在传播方向上的一个完整的周期所占据的空间距离，通常以纳米（nm）为单位，即10的负九次方米。

频率（ν）则是指单位时间内光波通过某一点的周期次数，通常以赫兹（Hz）为单位，即1秒钟内发生的周期数。

光波的波长与频率之间存在着基本的物理关系：波速（v）。

波速是指波动作用在单位时间内在传播方向上的移动距离，它等于波长和频率的乘积，即v = λν。

由于光速在真空中的恒定不变，光波的波长和频率互相关联，且它们的乘积为常数，即c = λν。

所以，当光波的波长增大时，频率会减小；当频率增大时，波长会减小。

光波的传播主要依赖于电磁场的作用。

当电磁波遇到介质边界时，会发生传播的折射现象。

折射是指光波由一种介质传播到另一种介质时，改变传播方向的现象。

折射定律描述了光波在不同介质中传播时的变化规律。

根据折射定律，入射角（θ1）和折射角（θ2）之间的正弦值与两种介质的折射指数之比是一个常量，即n1sinθ1 = n2sinθ2。

其中，n1和n2分别是两种介质的折射指数。

在光波传播过程中，也可能发生光的衍射现象。

衍射是指当光波穿过一个物体边缘或绕过一个物体时，发生波动的扩散现象。

衍射现象是光的波动性的直接证据之一。

衍射的程度取决于光波的波长和物体的尺寸。

当光波的波长远大于物体尺寸时，衍射效应会更为明显。

此外，光波还表现出干涉现象。

干涉是指两束或多束光波相互叠加时，产生交替出现强、弱亮度区域的现象。

干涉可以分为同相干干涉和非相干干涉两种形式。

同相干干涉是指来自同一光源、波长相近的两束光波相互叠加时产生的干涉现象；非相干干涉是指来自不同光源或来自同一光源、波长远离的两束光波相互叠加时产生的干涉现象。

光波的物理量光波是一种电磁波，它在真空中的传播速度是一定的，约为每秒299,792,458米，这个常数也被称为光速。

在日常生活中，我们经常会遇到各种各样的光波，比如太阳光、电视信号、手机信号等。

这些光波都具有一定的物理量，下面我们来了解一下它们。

首先，让我们来了解一下光波的基本特性。

光波是一种电磁波，具有电场和磁场的振动。

电场和磁场的相互作用决定了光波的传播特性。

根据麦克斯韦方程组，光波的传播速度、波长和频率之间存在一定的关系。

这个关系可以用以下公式表示：c=λf其中，c代表光速，λ代表波长，f代表频率。

从这个公式可以看出，光速与波长和频率是成反比例关系的。

也就是说，当波长变长时，频率会降低；当波长变短时，频率会升高。

接下来，我们来看看光波在传播过程中所遇到的物理量。

首先是频率。

频率是指单位时间内振荡次数的多少，它决定了光波的音调。

比如，我们常说的“25Hz”就是表示每秒振荡25次的频率。

再来谈谈光波的波长。

波长是指一个完整的波形所对应的长度。

比如，我们经常用“纳米”来表示光波的波长。

1纳米等于十亿分之一米，也就是说，光波的波长可以达到一个非常小的尺寸。

除了频率和波长外，光波还有一个非常重要的特性，那就是能量。

能量是光波传递信息的基础，它决定了光波所能携带的信息量。

在通信领域，我们经常会使用光波来传输信息，比如电视信号、手机信号等。

这些信号在传输过程中，需要具有一定的能量才能保证信息的传输。

此外，光波还有一个应用领域，那就是光学。

光学是指利用光波的特性来研究光的性质，以及光和物质的相互作用。

在光学领域，光波的研究有着很重要的应用价值，比如激光、光学传感器等。

总之，光波是一种很重要的物理量，它在日常生活中有着广泛的应用。

无论是太阳光、电视信号还是手机信号，它们都离不开光波的传播。

通过研究光波的特性，我们可以更好地了解光的本质，进一步推动光学领域的发展。

光波的描述
光波是一种电磁波，具有特定的频率、波长和能量。

以下是光波的一些主要描述：
1.频率：光波的频率是指单位时间内波动的次数，通常以赫兹（Hz）为单位表示。

频率是光波的一个关键参数，因为它决定了光波的能量和颜色。

2.波长：光波的波长是指两个相邻波峰之间的距离，通常以纳米（nm）为单位表示。

波长与频率成反比关系，即波长越长，频率越低；反之亦然。

3.能量：光波的能量是由其频率和振幅决定的。

高频率的光波具有更高的能量，而低频率的光波能量较低。

4.方向性：光波具有特定的传播方向，其方向与电场强度和磁感应强度垂直的方向相同。

5.相干性：当两束或多束光波在空间或时间上存在固定的相位差时，它们之间的相互干涉现象称为相干性。

6.偏振：光波的电场强度在传播方向上具有一定的振动方向，这种特性称为偏振。

偏振是光波的一个重要特性，它决定了光波在传播过程中的行为。

总之，光波是一种具有特定频率、波长和能量的电磁波，它具有特定的传播方向、相干性和偏振特性。

这些特性使得光波在许多领域中具有重要的应用，如通信、照明、成像等。

光波光的特性与光的干涉光波（Light Wave）是一种电磁波，在光学领域中拥有许多独特的特性和行为。

本文将介绍光波的特性，并详细探讨光的干涉现象。

一、光波的特性光波作为电磁波，具有以下几个重要的特性：1. 光波的波长（Wavelength）：波长表示光波的周期性重复单位，通常用λ表示。

不同波长的光波对应不同的颜色，例如可见光中，红光的波长约为700纳米，紫光的波长约为400纳米。

2. 光波的频率（Frequency）：频率表示光波的周期数，通常用ν表示。

光波的频率与波长之间满足以下关系：速度 = 波长 ×频率，其中速度为光速，约为3×10的8次方米/秒。

3. 光波的振幅（Amplitude）：振幅表示光波能量的大小，也可以理解为光波的亮度。

振幅越大，光波越亮。

4. 光波的相位（Phase）：相位表示光波的起伏状态，用来描述光波的位置和变化情况。

不同相位的光波可以相互干涉，产生干涉现象。

二、光的干涉现象光波的干涉是指两个或多个光波相互叠加、相互作用的过程。

在特定条件下，干涉会产生明暗相间的条纹，揭示出光的波动性。

干涉现象常见的表现形式有两种：1. 干涉条纹（Interference Fringes）：当两束具有一定相位差的光波相互叠加时，会发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。

典型的干涉条纹实验是杨氏双缝实验，通过一个屏幕上的双缝将光波分为两束，在屏幕另一面观察到的干涉条纹。

2. 干涉色（Interference Colors）：当光束经过光学薄膜或由不同介质组成的薄层时，由于反射和折射的作用，会发生干涉现象，形成干涉色。

这种现象常见于薄膜干涉、牛顿环等实验中，给我们展示了光波的波动性和微弱变化。

三、光波的应用基于光波的特性和干涉现象，光学应用得以广泛发展，影响了众多领域。

以下是几个常见的光波应用：1. 波长选择器：利用干涉现象和不同波长的光波在厚度相同的薄膜中产生不同的相位差，可以实现波长选择和滤波功能。

高中物理必修二目录高中物理必修二目录通常包括以下内容：1. 第一章：机械振动与波动
- 振动与周期
- 简谐振动
- 受迫振动与共振
- 波的概念与性质
- 声波基本特征
- 光波的基本性质
- 光的反射与折射
2. 第二章：电磁场与电磁波
- 静电场与电势
- 电场的能量
- 电流与电阻
- 电磁感应
- 交流电
- 电磁波的概念与特性
3. 第三章：光的本性与光电效应- 波动光学的实验基础
- 光的干涉与衍射
- 黑体辐射与光子理论
- 光电效应
4. 第四章：相对论简介
- 狭义相对论的基本原理
- 弗朗因相对性原理
- 相对论速度变换
5. 第五章：原子物理与原子核物理- 原子结构与氢原子
- 原子的能级与光谱
- 原子和分子的结构
- 原子核的结构与放射性
- 核研究的基础
6. 第六章：量子力学导论
- 波粒二象性与量子力学理论
- 斯特恩－盖拉赫实验
- 薛定谔方程和波函数
以上是一般高中物理必修二目录的常见内容，不同学校和地区会有一定的差异，具体以教材内容为准。

光学的基本原理和实验光学是研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的科学，是物理学的一个重要分支。

本文将介绍光学的基本原理和实验，旨在让读者对光的性质和行为有更深入的了解。

一、光的基本性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。

它既可以看作是传播的波动现象，也可以看作是由微粒子构成的光子流。

光的频率和波长决定了它的颜色和能量，可见光的波长范围约为380-750纳米。

光的传播遵循直线传播的原则，光线的传播路径遵循光的折射、反射和散射等规律。

根据光线传播的性质，我们可以了解到光的折射定律、反射定律以及菲涅尔公式等重要规律。

二、光的折射和反射实验1. 光的折射实验光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时发生的弯曲现象。

我们可以通过以下步骤进行光的折射实验：a. 准备一块玻璃板和一束光线。

b. 将光线从空气中垂直射入玻璃板中，观察光线的弯曲现象。

c. 改变光线射入玻璃板的角度，观察光线的折射角度变化。

d. 根据斯涅尔定律，计算光线在玻璃板中的折射率。

通过这个实验，我们可以验证光的折射定律并测量介质的折射率。

2. 光的反射实验光的反射是指光线遇到光滑表面时发生的反向偏离现象。

我们可以通过以下步骤进行光的反射实验：a. 准备一面光滑的镜子和一束光线。

b. 将光线射入镜子，观察光线的反射现象。

c. 改变光线和镜子的角度，观察光线的反射角度变化。

d. 根据反射定律，计算光线的入射角和反射角。

通过这个实验，我们可以验证光的反射定律并研究镜面的性质。

三、光的干涉和衍射实验1. 光的干涉实验光的干涉是指两束或多束光交叠时产生的干涉现象。

我们可以通过以下步骤进行光的干涉实验：a. 准备一个双缝装置和一束光线。

b. 将光线通过双缝装置，观察在屏幕上出现的干涉条纹图案。

c. 改变双缝间距、光源波长等因素，观察干涉条纹的变化。

d. 根据干涉条纹的特征，计算光波的波长和间距差。

通过这个实验，我们可以验证光的双缝干涉定律并研究光的波动性质。

第一章波的基本性质一. 填空题1 某介质的介电常数为ε，相对介电常数为r ε，磁导率为μ，相对磁导率为r μ，则光波在该介质中的传播速度v=）；该介质的折射率n =（）。

2 单色自然光从折射率为n 1的透明介质1入射到折射率为n 2的透明介质2中，在两介质的分界面上，发生（反射和折射）现象；反射角r θ、透射角t θ和入射角i θ的关系为（ri θθ=，12sin sin i t n n θθ=）；设12,υυ分别为光波在介质1、介质2中的时间频率，则12υυ和的关系为（ 12υυ=）；设12,λλ分别为光波在介质1、介质2中的波长，则12λλ和的关系为（1122n n λλ=）。

3 若一束光波的电场为152cos 210π⎡⎤⎛⎫=⨯- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦z E j t c, 则，光波的偏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 轴）方向 ；振幅是（2 ）v m ；频率是（1510）Hz ；空间周期是（ 7310-⨯ ）m ；光速是（ 8310⨯ ）m/s 。

4 已知为波长632.8nm 的He-Ne 激光在真空中的传播速度为3.0x108m/s ，其频率ν为 4.74x1014Hz ；在折射为1.5的透明介质中传播速度v 为 2.0x108m/s ，频率为 4.74x1014Hz ，波长为 421.9nm ；5 一平面单色光波的圆频率为ω、波矢为k，其在真空中的光场E 用三角函数表示为)cos(0r k t E E ⋅-=ω，用复数表示为)(exp 0t r k i E E ω-⋅=；若单色球面(发散)光波的圆频率为ω、波矢为k ，其在真空中的光场E 用三角函数表示为)cos()(1r k t r E E ⋅-=ω，用复数表示为)(ex p 1t r k i r E E ω-⋅=；6 一光波的波长为500nm ，其传播方向与x 轴的夹角为300，与y 轴的夹角为600，则其与z 轴的夹角为900 ，其空间频率分别为 1.732x106m -1 、 1x106m -1 、 0 ；7 玻璃的折射率为n ＝1.5，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儒斯特角为________。

光单元知识点总结一、光的基本性质1. 光的传播方式光能通过空气、水、玻璃等介质传播，传播过程中能够产生折射、反射等现象。

光是以波的形式传播的，光波传播的速度在真空中为光速。

2. 光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性。

这一性质是光的一个重要特征，因为光的波粒二象性能够解释光的许多现象，例如光的干涉、衍射等。

二、光的光学系统1. 光源光源能够发出光线，例如太阳、灯泡、荧光灯等。

光源可以分为自然光源和人造光源。

2. 几何光学元件几何光学元件包括透镜、凸透镜、凹透镜等，能够通过对光的透射和反射来进行光的聚焦、散射等操作。

3. 光的检测器件光的检测器件包括光电二极管、光敏电阻等，能够将光信号转换为电信号。

三、光的干涉1. 干涉现象当两束光线同时照射在同一位置时，它们会发生干涉现象，出现干涉条纹。

这是由于光的波动性和波峰的叠加效应所导致的。

2. 干涉条纹的产生干涉条纹的产生与光的相位差有关，相位差相等时出现明条纹，相差为奇数倍波长时出现暗条纹。

3. 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验是一种经典的干涉实验，可以通过这个实验来验证光的波动性和干涉现象。

光通过狭缝或物体边缘时，会发生衍射现象，出现特定的衍射图样。

可以利用衍射现象来研究光的波动性。

2. 衍射的形成条件衍射现象的形成条件是瑞利条件，即狭缝宽度和波长的比值越小，衍射效应越明显。

3. 夫琅和费衍射公式夫琅和费衍射公式可以用来描述衍射图样的特点，它与物体的形状、大小、光的波长等因素有关。

五、光的偏振1. 光的偏振现象光是一种横波，它能够沿特定方向振动，这种振动特性被称为偏振。

通过偏振器可以实现对偏振方向的控制。

2. 偏振光的产生偏振光可以通过晶体、偏振片等光学元件来产生，也可以通过自然衍射现象产生。

3. 光的偏振应用偏振光在光学通信、抗眩光眼镜、LCD显示技术等方面有着重要的应用。

六、光的折射1. 折射现象当光线由一种介质进入另一种介质时，由于介质的折射率不同，光线会产生折射现象。