光学第一章

1. 波长为nm 500的绿光投射在间距d 为cm 022.0的双缝上，在距离cm 180处的光屏上形成干涉条纹，求两个亮条纹之间的距离.若改用波长为nm 700的红光投射到此双缝上,两个亮条纹之间的距离又为多少?算出这两种光第2级亮纹位置的距离.解：由条纹间距公式λd r y y y j j 01=-=∆+ 得cm 328.0818.0146.1cm146.1573.02cm818.0409.02cm573.010700022.0180cm 409.010500022.018021222202221022172027101=-=-=∆=⨯===⨯===⨯⨯==∆=⨯⨯==∆--y y y drj y d rj y d r y d r y j λλλλ2．在杨氏实验装置中,光源波长为nm 640,两狭缝间距为mm 4.0,光屏离狭缝的距离为cm 50.试求：(1)光屏上第1亮条纹和中央亮条纹之间的距离；（2）若p 点离中央亮条纹为mm 1.0，问两束光在p 点的相位差是多少？（3）求p 点的光强度和中央点的强度之比.解：（1）由公式λd r y 0=∆得λd r y 0=∆ =cm 100.8104.64.05025--⨯=⨯⨯（2）由课本第20页图1-2的几何关系可知52100.01sin tan 0.040.810cm 50y r r d d dr θθ--≈≈===⨯521522()0.8106.4104r r πππϕλ--∆=-=⨯⨯=⨯(3) 由公式2222121212cos 4cos 2I A A A A A ϕϕ∆=++∆= 得8536.042224cos 18cos 0cos 421cos 2cos42cos 422202212212020=+=+==︒⋅=∆∆==πππϕϕA A A A I I pp3. 把折射率为1.5的玻璃片插入杨氏实验的一束光路中,光屏上原来第5级亮条纹所在的位置为中央亮条纹,试求插入的玻璃片的厚度.已知光波长为6×10-7m .解：未加玻璃片时，1S 、2S 到P 点的光程差，由公式2rϕπλ∆∆=可知为 Δr =215252r r λπλπ-=⨯⨯=现在1S 发出的光束途中插入玻璃片时，P 点的光程差为()210022r r h nh λλϕππ'--+=∆=⨯=⎡⎤⎣⎦所以玻璃片的厚度为421510610cm 10.5r r h n λλ--====⨯-4. 波长为500nm 的单色平行光射在间距为0.2mm 的双狭缝上.通过其中一个缝的能量为另一个的2倍,在离狭缝50cm 的光屏上形成干涉图样.求干涉条纹间距和条纹的可见度.解：6050050010 1.250.2r y d λ-∆==⨯⨯=mm122I I = 22122A A =12A A =()()122122/0.94270.94121/A A V A A ∴===≈++5. 波长为700nm 的光源与菲涅耳双镜的相交棱之间距离为20cm ，棱到光屏间的距离L 为180cm ,若所得干涉条纹中相邻亮条纹的间隔为1mm ，求双镜平面之间的夹角θ。

第一章 光和光的传播§1光和光学一、光的本性光是一种波长极短、频率极高的电磁波，具有波粒二象性: 光在传播过程中，表现出波动性；光在与物质相互作用过程中表现出光的粒子性（量子性）。

二、 光源与光谱（1）热（辐射）光源 热能转变为辐射的光源。

任何温度下，任何固体或液体中原子、分子热运动能量改变时辐射出各种波长的电磁波（光波）。

光波为连续谱。

如太阳，白炽灯等。

由于物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度，所以称为热辐射。

注意：1.物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞使原子激发而辐射电磁波。

原子的动能越大，通过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐射电磁波的波长就越短。

2.任何物体在任何温度下都有热辐射，波长自远红外区连续延伸到紫外区（连续谱）。

（2）非热光源A 气体放电光源B 金属蒸气电弧光源C 固态发光体 —红宝石 蓝宝石 YAG 激光器D 同步辐射光源：高强度，宽波谱，高准直性，脉冲性，偏振性 三、热光源与非热光源的区别（1）本质上 在热光源中是原子、分子的热运动能量转化为光辐射；而非热光源是电子跃迁产生辐射。

（2）光谱上 热光源为连续谱；而非热光源是各原子独立发光，为分立的线光谱。

（3）温度上 热光源辐射的光谱与物质无关，强度与物质的表面温度有关；而非热光源与温度无关。

四、光强A.能流：单位时间内垂直通过某一面积 S 的能量.B.平均能流：能流也是周期性变化的，其在一个周期内的平均值称为平均能流。

能流(功率)单位：瓦特WC.能流密度 ( 光的强度 ) 单位时间，垂直通过单位面积的平均能量。

注意:在波动光学中常把振幅的平方所表征的光照度叫光强度。

五、 光谱W wSu =W wSu =WI S=u A 2221ωρ=2A I =光谱：非单色光的光强按波长的分布 i ~ λ.有连续光谱，线状光谱，带状光谱谱线宽度 Δλ：单位波长区间的光强，又称为谱密度。

六、光是电磁波的一部分（1）长波段表现出显著的波动性。

教学目标：1. 了解光学的基本概念和发展历程。

2. 掌握光的传播规律，包括光的直线传播、反射和折射。

3. 理解光的波动性和粒子性。

4. 能够运用光学原理解决简单的实际问题。

教学重点：1. 光的传播规律。

2. 光的波动性和粒子性。

教学难点：1. 光的波动性和粒子性的统一理解。

2. 复杂光学现象的解释。

教学时间：2课时教学内容：第一课时一、导入1. 通过展示生活中常见的光学现象（如镜子的反射、透镜的成像等），引导学生思考光的基本性质。

2. 提问：什么是光？光有哪些基本特性？二、光学基本概念1. 光的定义：光是一种电磁波，具有波粒二象性。

2. 光的传播速度：光在真空中的传播速度为3×10^8 m/s。

3. 光的波长和频率：光的波长和频率是描述光波动特性的重要参数。

三、光的直线传播1. 光的直线传播原理：光在同一种均匀介质中沿直线传播。

2. 光的直线传播现象：影子、小孔成像等。

3. 光的直线传播应用：激光、光纤通信等。

四、光的反射1. 反射定律：入射角等于反射角。

2. 反射现象：平面镜成像、凹面镜成像等。

3. 反射应用：太阳能电池、光纤通信等。

五、光的折射1. 折射定律：折射角与入射角之间存在一定的关系。

2. 折射现象：透镜成像、彩虹等。

3. 折射应用：眼镜、望远镜等。

第二课时一、光的波动性和粒子性1. 光的波动性：光的干涉、衍射等现象表明光具有波动性。

2. 光的粒子性：光电效应等现象表明光具有粒子性。

3. 波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性。

二、光的干涉1. 干涉现象：两束或多束光相遇时，相互叠加产生干涉条纹。

2. 干涉条件：相干光源、相同的介质等。

3. 干涉应用：激光干涉仪、全息照相等。

三、光的衍射1. 衍射现象：光通过狭缝或障碍物时，会发生弯曲和扩散。

2. 衍射条件：波长与障碍物尺寸相当或更大。

3. 衍射应用：衍射光栅、全息照相等。

四、总结1. 光学的基本概念和发展历程。

2. 光的传播规律：直线传播、反射、折射。

物理与机电工程学院 2011级 应用物理班姓名：罗勇 学号：20114052016第一章 习题一、填空题：1001．光的相干条件为 两波频率相等 、相位差始终不变和 传播方向不相互垂直。

1015.迈克尔逊干涉仪的反射镜M 2移动0.25mm 时,看到条纹移动的数目为1000个，若光为垂直入射，则所用的光源的波长为_500nm 。

1039,光在媒介中通过一段几何路程相应的光程等于折射率和__路程_的乘积 。

1089. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光同时传播到p 点，两振动的相位差为ΔΦ。

则p 点的光强I ＝2212122cos A A A A ϕ++∆1090. 强度分别为1I 和2I 的两相干光波迭加后的最大光强max I =12+I I 。

1091. 强度分别为I 1和I 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =。

12I I -1092. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最大光强max I =12122A A A A ++。

1093. 振幅分别为A 1和A 2的两相干光波迭加后的最小光强min I =12122A A A A +-。

1094. 两束相干光叠加时，光程差为λ/2时，相位差∆Φ=π。

1095. 两相干光波在考察点产生相消干涉的条件是光程差为半波长的()2j+1倍，相位差为π的()2j+1倍。

1096. 两相干光波在考察点产生相长干涉的条件是光程差为波长的2j 倍，相位差为π的2j 倍。

1097. 两相干光的振幅分别为A 1和A 2，则干涉条纹的可见度v=1221221A A A A ⎛⎫⎪⎝⎭⎛⎫+ ⎪⎝⎭。

1098. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，则干涉条纹的可见度v=1212I I I I -+。

1099.两相干光的振幅分别为A 1和A 2，不变。

1100. 两相干光的强度分别为I 1和I 2，当它们的强度都增大一倍时，干涉条纹的可见度 不变。

物理光学习题 第一章 波动光学通论一、填空题（每空2分）1、．一光波在介电常数为ε，磁导率为μ的介质中传播，则光波的速度v= 。

【εμ1=v 】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。

【布儒斯特角】3、一个平面电磁波波振动表示为 E x =E z =0, E y =cos[⎪⎭⎫⎝⎛-⨯t c x 13102π], 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λ0、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/λ0 λ0 /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 】8、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Π】9、会聚球面波的函数表达式 。

【ikre rA r E -)(=】 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 波透射系数： 。

【-0.2 0.2 】11、一束自然光垂直入射到两透光轴夹角为θ的偏振片P 1和P 2上，P 1在前，P 2在后，旋转P 2一周，出现 次消光，且消光位置的θ为 。

【2 Π/2】12、当光波从光疏介质入射到光密介质时，正入射的反射光波 半波损失。

（填有或者无） 【有】13、对于部分偏振光分析时，偏振度计算公式为 。

（利用正交模型表示） 【xy x y I I I I P +-=】二、选择题（每题2分）1．当光波从光密介质入射到光疏介质时，入射角为θ1，布儒斯特角为θB ，临界角为θC ，下列正确的是 （ ）A ．0<θ1<θB , S 分量的反射系数r S 有π位相突变 B ．0<θ1<θB , P 分量的反射系数r P 有π位相突变C ．θB <θ1<θC , S 分量的反射系数r S 有π位相突变D ．θB <θ1<θC , P 分量的反射系数r P 有π位相突变 【B 】2．下面哪种情况产生驻波 （ ） A ．两个频率相同，振动方向相同，传播方向相同的单色光波叠加 B ．两个频率相同，振动方向互相垂直，传播方向相反的单色光波叠加 C ．两个频率相同，振动方向相同，传播方向相反的单色光波叠加 D ．两个频率相同，振动方向互相垂直，传播方向相同的单色光波叠加 【C 】3．平面电磁波的传播方向为k ，电矢量为E ，磁矢量为B, 三者之间的关系下列描述正确的是 （ ） A ．k 垂直于E ， k 平行于B B ．E 垂直于B ， E 平行于k C ．k 垂直于E ， B 垂直于k D ．以上描述都不对 【C 】4、由两个正交分量]cos[0wt kz A x E x -= 和]87cos[0π+-=wt kz A y E y表示的光波，其偏振态是（ ）A 线偏振光B 右旋圆偏振光C 左旋圆偏振光D 右旋椭圆偏振光 【D 】5、一列光波的复振幅表示为ikre rA r E =)(形式，这是一列（ ）波 A 发散球面波 B 会聚球面波 C 平面波 D 柱面波 【A 】6、两列频率相同、振动方向相同、传播方向相同的光波叠加会出现现象（ ） A 驻波现象 B 光学拍现象 C 干涉现象 D 偏振现象 【C 】7、光波的能流密度S 正比于（ ）A E 或HB E 2或H 2C E 2，和H 无关D H 2，和E 无关 【B 】8、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，合成波为二、四象限线偏振光波。

八年级物理光学第一章知识点一、光的概念及性质光是人们能够直接感知到的一种电磁波辐射，它具有波粒二象性。

光的电磁波理论是最基本的光学理论，它把光视为一种电磁波，它的速度是固定且非常快的。

光的性质有：直线传播、折射、反射、干涉、衍射和偏振。

其中，折射是光线通过介质表面时方向发生改变的现象，反射是指光照射到物体表面时，一部分光线返回原来的方向的现象。

干涉和衍射是光学的现象，后者指光线传播时会弯曲绕过障碍物，前者是指两个或多个波面干涉所产生的互相强化或互相抵消的现象。

光的偏振是指光波中的电场向量只在某个平面内振动的现象。

二、光的传播与光线光的传播是指光从一处到另一处的过程，可以分为直线传播和曲线传播两种形式。

在物理学中，常说的“光线”并不是真正的光线，而是表征光传播方向的一条射线。

光线只是人为的虚构概念，它并不存在于真实光学中。

三、光线的反射与折射光线的反射是指光线照到物体上，并且回弹到原来入射的方向的现象。

在反射光线照到物体表面时，可以得出反射定律。

光线的折射是指光线穿过介质，方向发生了改变的现象。

当光线从一种介质到另一种介质时，可以得出折射定律。

四、光的波动模型光学传统的观点认为光是以波动形式传播的，这种观点依据于被物体表面反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象所证明。

在光的波动模型中，光的波长、频率和速度之间存在着一定的关系，即“光速不变理论”。

五、光学仪器光学仪器分为常用光学仪器和专用光学仪器两大类。

常用光学仪器包括显微镜、望远镜、透镜、反射镜、棱镜等；专用光学仪器包括激光器、光电子显微镜、红外光谱仪等。

通过对光学仪器的研究和利用，可以加深对光学的理解和应用。

光学作为应用广泛的一个学科，涉及到工业、医药、通讯、交通等各个领域。

八年级物理光学第一章的知识点涵盖了光的概念、性质、传播、反射、折射、波动模型和光学仪器等方面的内容，是打好光学基础的重要一步。

应用光学第一章总结知识点一、基本概念1. 光的本质光是一种电磁波，具有双重性质，既能像波一样传播，又能像粒子一样照射。

2. 光的特性光具有波长、频率、速度和偏振等特性，光的波长决定了它的颜色，频率决定了它的亮度，速度取决于介质的折射率，偏振决定了光的方向性。

3. 光的传播光在真空中的传播速度是光速，而在不同介质中传播的速度和方向都会发生变化。

光的传播遵循光线理论和波动理论。

4. 光的干涉和衍射光的干涉和衍射是光学现象的重要表现形式，它们揭示了光的波动性。

干涉是指两束波相遇时相互干扰的现象，衍射是指波通过孔隙或物体边缘时发生的扩散和弯曲。

5. 光的吸收和发射光与物质相互作用时会发生吸收和发射，物质的吸收和发射特性与光的波长有关。

二、光学元件1. 透镜透镜是光学系统的重要组成部分，它能够折射光线，使光线汇聚或发散。

透镜有凸透镜和凹透镜之分，可以用在光学仪器中进行成像。

2. 镜面镜面是能够反射光线的表面，具有平面镜、球面镜等形式。

镜面的反射特性与入射角和反射角有关，根据镜子的曲率不同，反射出的光线会发生聚焦或发散。

3. 棱镜棱镜是一种类似透镜的光学元件，它能够使光线发生色散，将不同波长的光线分散成不同的方向。

4. 光栅光栅是一种利用周期性的结构使光发生衍射的光学元件，它可以分解光线，用于光谱仪等领域。

5. 波片波片是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，常用于偏振光学和激光器件中。

6. 光阑光阑是一种用于控制光线传播的光学元件，它能够限制光线的传播范围，提高光学系统的分辨率。

7. 光学滤波器光学滤波器是一种通过选择性吸收或透射特定波长光线的光学元件，它可以应用于激光器件、摄像头和光学测量中。

8. 光学偏振元件光学偏振元件是一种能够改变光线偏振状态的光学元件，包括偏振片、偏光镜和偏振棱镜等。

三、光学系统1. 成像系统成像系统是由透镜、镜面和光学滤波器等组成，它能够将物体上的信息投影到成像平面上，形成清晰的图像。