大学物理(光学篇)精编版
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大学物理光学总结(二)引言概述:光学是物理学中一个重要的分支,研究光的传播、成像以及光与物质的相互作用等问题。
本文将从五个重要的大点出发,对大学物理光学的相关内容进行总结与分析,为读者提供一个快速了解光学的途径。
正文:1. 光的干涉和衍射1.1 光的干涉现象1.1.1 杨氏实验1.1.2 干涉条纹的产生原理1.1.3 干涉的条件和分类1.2 光的衍射现象1.2.1 菲涅尔衍射和菲涅耳衍射公式1.2.2 高斯衍射公式1.2.3 衍射的条件和分类2. 光的偏振与散射2.1 光的偏振现象2.1.1 偏振光的产生与检测2.1.2 光的偏振态和偏振光的超精细结构2.1.3 光的偏振与光的传播方向2.2 光的散射现象2.2.1 雷利散射和米氏散射2.2.2 瑞利散射公式和米氏散射公式2.2.3 光的散射与物质的介电性质3. 光的色散与光的成像3.1 光的色散现象3.1.1 光的折射定律3.1.2 不同介质中的光速和折射率3.1.3 瑞利公式和阿贝尔公式3.2 光的成像现象3.2.1 薄透镜成像的基本原理3.2.2 薄透镜成像的光学公式3.2.3 光的几何光学成像和实际成像的区别4. 光的波动和相干性4.1 光的波动现象4.1.1 光的起源和光的波动理论4.1.2 光的波动性质和波动光的衍射4.1.3 光的波动与光的电磁理论4.2 光的相干性现象4.2.1 相干的条件与相干光的特点4.2.2 干涉仪器与相干的应用4.2.3 光的相干性与光的相长相消干涉5. 光的光学仪器与光的应用5.1 光谱仪及其应用5.1.1 分光器的原理和结构5.1.2 分光光度计和光谱仪的构成5.1.3 火焰光谱法和原子吸收光谱法5.2 光的干涉仪器与应用5.2.1 迈克尔逊干涉仪和弗洛姆干涉仪5.2.2 干涉仪的干涉条纹和精密测量的应用5.2.3 波段干涉仪和干涉滤波器的原理与应用总结:本文从干涉和衍射、偏振与散射、色散与成像、波动与相干性以及光学仪器与应用等五个大点,对大学物理光学的相关知识进行了概要总结。
大学物理光学知识点归纳总结光学是物理学的一个重要分支,研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象和定律。
在大学物理教学中,光学是不可或缺的一部分。
本文将对大学物理中的光学知识点进行归纳总结,以帮助读者更好地理解和掌握光学知识。
一、光的传播与光的本质1. 光的传播方式光可以在真空和透明介质中传播,传播方式有直线传播、弯折传播和散射传播等。
2. 光的本质光既有波动性又有粒子性,这一性质被称为光的波粒二象性。
根据不同的实验现象,可以采用波动理论或粒子理论来解释光的行为。
二、光的反射与折射1. 光的反射定律光线入射角等于光线反射角,即入射角等于反射角,这被称为光的反射定律。
2. 光的折射定律光线从一介质射入另一介质时发生弯曲,入射角和折射角之间的关系由折射定律描述。
折射定律表达了光线在界面上的折射规律。
三、光的干涉与衍射1. 光的干涉光的干涉是指两个或多个光波相遇时产生的干涉现象。
干涉现象分为构成干涉条纹的干涉和产生干涉色彩的干涉。
2. 光的衍射光的衍射是指光通过缝隙或障碍物后产生的扩散现象。
衍射使光波传播方向发生改变,并产生与缝隙或障碍物形状有关的特定干涉图样。
四、偏振与光的分析1. 光的偏振光的偏振是指只在一个方向上振动的光,垂直于振动方向的光被滤波器所吸收,只有与振动方向平行的光能够通过。
2. 光的分析光的分析包括偏振片、偏光仪和光的色散等技术手段,它们可以帮助我们了解光的性质和进行相关实验研究。
五、光学仪器与应用1. 透镜和成像透镜是一种用于聚焦和分散光线的光学元件,常见的透镜包括凸透镜和凹透镜。
它们在成像过程中发挥着重要作用。
2. 显微镜和望远镜显微镜和望远镜是通过光学原理实现对微观和远距离观察的仪器。
它们扩展了人类对于世界的认识范围。
3. 激光和光通信激光是一种具有高度定向性、单色性和相干性的光,已广泛应用于医疗、测量、通信和材料加工等领域。
光学作为一门重要的物理学科,对于我们了解光的行为和应用具有重要意义。
大学物理实验习题汇编一、示波器的使用[预习题]1、简述示波器各个按纽的作用。
2、观察信号随时间的变化图形时必须加上锯齿波扫描信号,为什么?[作业题]1、如何在示波器屏幕上得到以下图形?(1)一个光点;(2)两条点线;(3)两个从左至右移动的亮点。
2、假定扫描信号是频率为f 的锯齿波,Y 轴输入信号为]2)(4sin[00ππ+-=t t f U V y ,试用作图法画出示波器屏幕上显示的图形。
二、电位差计的原理和使用[预习题]1、用电位差计测量电动势的原理、方法。
2、测量中,电流标准化后,强调变阻器R 1固定不变的原因和可变电阻R 2的作用?3、箱式电位差计的组成及各按纽的作用。
4、本实验要求及注意事项。
[作业题]1、按图4连接电路,接通K 1,将K 2倒向Es 或Ex 后,无论怎样调节活动端m 、n ,检流计指针总向一边偏转,试问有哪些可能的原因?三、全息照相[预习题]1、全息片的基本特点是什么?2、要想得到再现图像不重叠的全息片,在拍摄过程中应注意什么?3、物光与参考光的光程差一般为多少?为什么?4、冲洗全息底片时应注意什么?[作业题]1、为什么要求光路中物光与参考光的光程尽量相等?2、制作全息衍射光栅时,为什么到达感光片的两束光要接近于平行光?四、霍尔效应[预习题]1、什么是霍尔效应?霍尔电压是如何产生的?2、简述用霍尔效应测量磁场的原理。
3、如何消除副效应对实验的影响?[作业题]1、由V H-x 、V H-y 曲线讨论说明电磁铁缝隙中磁场的分布情况。
2、根据实验计算出载流子浓度n 及载流子迁移率μ。
五、等厚干涉[预习题]1、由于测微鼓轮中螺距间总有间隙存在,当测微鼓轮刚开始反向旋转时会发生空转,引起读数误差(称为空回误差),实验时应如何避免?2、在实验中,若叉丝中心没有通过牛顿环的中心,以叉丝中心对准暗环中央所测出的并不是牛顿环的直径,而是弦长,以弦长代替直径代入公式进行计算,仍能得到相同的结果,请从几何的角度证明之。
第十一章光学1、在双缝干涉实验中,两缝间距为mm 30.0,用单色光垂直照射双缝,在离缝m 20.1的屏上测得中央明纹一侧第5条暗纹与另一侧第5条暗纹间的距离为mm 78.22,问所用光的波长为多少?解:双缝干涉暗纹条件2)12(λ+=k d D x ),2,1,0(⋅⋅⋅±±=k中央明纹一侧第5条暗纹对应于4=k ,由于条纹对称,该暗纹到中央明纹中心的距离为mm 39.11278.22==x那么由暗纹公式即可求得nm8.632m 10328.6)142(20.11030.01039.112)12(2733=⨯=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=---k D xd λ 2、用白光垂直入射到间距为mm 25.0=d 的双缝上,距离缝m 0.1处放置屏幕,求零级明纹同侧第二级干涉条纹中紫光和红光中心的间距(白光的波长范围是nm 760~400)。
解:第k 级明纹位置应满足λdDkx = ),2,1,0(⋅⋅⋅±±=k对紫光和红光分别取nm 4001=λ,nm 7602=λ;则同侧第二级条纹的间距m m 88.210)400760(25.0100.12)(6312=⨯-⨯⨯⨯=-=∆-λλdD k x 3、用58.1=n 的透明云母片覆盖杨氏双缝干涉装置的一条缝,若此时屏中心为第五级亮条纹中心,设光源波长为μm 55.0,(1)求云母片厚度。
(2)若双缝相距mm 60.0,屏与狭缝的距离为m 5.2,求0级亮纹中心所在的位置。
解:(1)由于云母片覆盖一缝,使得屏中心处的光程差变为λ5=∆,一条光路中插入厚度为e 的透明介质片光程变化e n )1(-。
所以λ5)1(=-=∆e n 解得云母片厚度μm 74.4158.155.0515=-⨯=-=n e λ(2)因为mm 29.260.055.05.2=⨯==∆d D x λ又由于中心位置为5级明纹中心,故0级条纹距中心为5倍条纹宽度,所以m m 45.1129.2555=⨯=∆=x x4、如图所示,在折射率为50.1的平板玻璃表面有一层厚度为nm 300,折射率为22.1的厚度均匀透明油膜,用白光垂直射向油膜,问:(1)哪些波长的可见光在反射光中干涉加强?(2)若要使反射光中nm 550=λ的光干涉加强,油膜的最小厚度为多少?解:(1)因反射光的反射条件相同(321n n n <<),故不计半波损失,由垂直入射0=i ,得反射光干涉加强的条件为Λ3,2,1 ,22===∆k k d n λ由上式可得:kd n 22=λ1=k 时: nm 732130022.121=⨯⨯=λ 红光2=k 时: nm 366230022.122=⨯⨯=λ 紫外 故反射中波长为nm 732的红光产生干涉加强。
图14-1西安理工大学物理1414 光的波动性班号 学号 姓名 成绩一、选择题(在下列各题中,均给出了4个~6个答案,其中有的只有1个是正确答案,有的则有几个是正确答案,请把正确答案的英文字母序号填在题后的括号内)1. 单色光从空气射入水中,下列说法中正确的是:A .波长变短,光速变慢;B .波长不变,频率变大;C .频率不变,光速不变;D .波长不变,频率不变。
(A ) [知识点] 介质对光速、光波的影响。
[分析与题解] 光在真空中的频率为ν、波长为λ和光速为c 。
当单色光在水中传播时,由于光的频率只与光源有关,与介质无关,故频率是不变的;光速随介质的性质而变化,即光速n c u =,因此水中的光速将变慢;光波在介质中的波长也将变为nn c u n λννλ===,即介质中的波长会变短。
2. 在双缝干涉实验中,屏幕E 上的P 点处是明条纹,若将缝S 2盖住,并在S 1、S 2连线的垂直平分面处放一反射镜M ,如图14-1所示。
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。
(B )[知识点] 干涉加强与减弱条件,半波损失。
[分析与题解] 屏幕E 上的P 点处原是明条纹,意味着缝光源S 1和S 2到P 点的相位差满足π2k =∆ϕ(或光程差2212λkP S P S =-=∆);放反射镜M 后,由于从S 1直接发出的光和经M 镜反射的光在P 点的相遇,P 点仍会出现干涉现象,此时有MP S P S 12=,但由于ON图14-2反射光在M 镜反射时要发生半波损失,引起2λ的光程差,则从S 1发出的到P 点的两束光的光程差2)1(2211λλ+=+-=∆k P S MP S (或相位差)π12(+=∆k ϕ),满足干涉减弱条件,因此,P 点处会出现暗条纹。
3. 在双缝干涉实验中,两条缝的宽度原来是相等的,若两缝中心距离不变,而将其中一缝的宽度略变窄,则: A .干涉条纹的间距变宽;B .干涉条纹的间距变窄;C .干涉条纹的间距不变,但原极小处的强度不再是零;D .不再发生干涉现象。