光学_郭永康_5.光在各向同性介质界面的反射和折射
- 格式:ppt
- 大小:431.00 KB
- 文档页数:31
光学_郭永康_解答摘要:本文将解答关于光学的一些常见问题,包括光的特性、光的传播、光的折射等内容。
通过对这些问题的解答,将帮助读者更好地理解光学领域的知识。
1. 光的特性光是一种电磁波,具有波动性和粒子性。
其波动性表现在光可以产生干涉、衍射等现象,而其粒子性表现在光具有能量和动量。
光的波长决定了其颜色,不同波长的光被人眼感知为不同的颜色,我们将其称为光谱。
光谱包括可见光谱、紫外线、红外线等等。
2. 光的传播光的传播遵循直线传播原理,也就是说光在真空中直线传播,但在其他介质中会发生折射。
光线从一种介质进入另一种介质时会发生折射现象,其折射角和入射角之间遵循折射定律。
折射现象是为什么水中的物体看起来“折断”了的原因。
除了折射,光还可以发生反射。
反射分为漫反射和镜面反射,漫反射是指光在粗糙表面上发生的反射,而镜面反射则是光在光滑表面上发生的反射。
3. 光的折射光的折射现象是由光从一种介质进入另一种介质时发生的。
当光从光疏介质进入光密介质时,折射角大于入射角;当光从光密介质进入光疏介质时,折射角小于入射角。
这是因为光在不同介质中传播速度不同,根据斯涅尔定律我们可以通过折射角和入射角的正弦比来计算出两种介质的折射率之比。
4. 光的干涉光的干涉是光的波动性在特定条件下的表现。
干涉分为相长干涉和相消干涉两种情况。
相长干涉指的是两束相干光叠加时,光强增强的现象;相消干涉则是两束相干光叠加时,光强减弱或完全消失的现象。
干涉现象在我们的日常生活中有很多应用,比如光的薄膜干涉可以用于制作反光镜、彩色滤光片等光学元件。
5. 光的衍射光的衍射是光通过一个物体或者一个缝隙时发生的现象。
衍射是由于光波传播过程中被物体或缝隙遮挡而发生的波前的弯曲或扩散现象。
比如光通过一个狭缝时会发生单缝衍射,这种现象也是夫琅禾费衍射的基础。
光的衍射也是我们在实验室和工程中经常遇到的现象,比如在天文学中,利用衍射现象可以观测到遥远的星系和行星。
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。
《大学物理AII 》作业 No.4 光的偏振班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、判断题:(用“T ”和“F ”表示)[ F ] 1.横波具有偏振性,纵波不具有偏振性。
解:由横波、纵波、偏振定义P91可得。
[ T ] 2.偏振片让平行于偏振化方向的电场分量通过,吸收垂直于这个方向的电场分量。
解:由偏振片性质P94知。
[ F ] 3.自然光入射到介质分界面时,如果入射角大于它的布儒斯特角,则反射光为线偏振光。
解:由光入射到介质分界面时形成反射、折射的起偏规律P95知。
[ T ] 4.双折射晶体中,光沿光轴方向传播,不发生双折射现象。
解:由双折射晶体中光轴定义P96知。
[ T ] 5.光是一种电磁波,我们把电场强度矢量称为光矢量。
解:由P90只有电场强度矢量引起视觉和感光作用知。
二、选择题:1.如图所示的偏振片可以得到偏振化方向平行于y 轴的偏振光。
当自然光入射时,将偏振片绕如图所示的光传播的方向顺时针转动︒40,通过偏振片的光强是: [ ] (A) 增大 (B) 减小(C) 不变 (D) 不能确定解:因自然光是非偏振光,故将偏振片绕如图所示的光传播的方向顺时针转动︒40,并没改变自然光振动方向与偏振片偏振化方向关系,故光强不变。
故选C2.当第三块偏振片以45º插入两块偏振方向正交的偏振片时,会有部分的光出射。
如果不是用单一的一块45º偏振片插入,而是中间插入N 块偏振片组,每片的偏振化方向平均转过90º/(N+1)。
[ ] (A) 没有光出射 (B) 出射的光更少(C) 出射的光一样多 (D) 出射的光更多解:设两块偏振方向正交的偏振片放置在 x 方向y ,自然光入射,则当第三块偏振片以45º插入时由偏振片起偏规律和右偏振化方向关系有 自然光通过偏振片1后光强为:21I I =强度为1I 线偏振光通过偏振片2后光强为:(马吕期定律))45(cos 2)45(cos 20212︒=︒=I I I 强度为2I 线偏振光通过偏振片3后光强为:)45(cos )45(cos 2)45(cos 220223︒︒=︒=I I I 80I =若中间插入N 块偏振片组,每片的偏振化方向平均转过90º/(N+1),由偏振片起偏规律和y x︒45右偏振化方向关系有出射光光强为)190(cos 2)190(cos )190(cos )190(cos 2)1(202220+︒=+︒+︒+︒=+N I N N N I I N(其中:共有N +1项)190(cos 2+︒N 连乘) 例:若N=1,则有0)11(20125.0)1190(cos 2I I I =+︒=+若N=2,则有0)12(20211.0)1290(cos 2I I I =+︒=+若N=3,则有0)13(20265.0)1390(cos 2I I I =+︒=+上述例子表明N 越大,透射光强越多。
1.4 在充满水的容器底部放一平面反射镜,人在水面上正视镜子看自己的像。
若眼睛高出水面h 1=5.00cm ,水深h 2=8.00cm ,求眼睛的像和眼睛相距多远?像的大小如何?设水的折射率n =1.33。
解:如图,人见水中镜离自己的距离为nh h h h 2121'+=+ 所以眼睛的像和眼睛的距离为)(03.22)33.100.800.5(2)(221cm n h h =+=+1.8 一个顶角为60º之冕玻璃棱镜,对钠黄光的折射率为1.62。
已知光线在棱镜第一面上的入射角i 1=70º,求:(1)在第一面上的偏向角;(2)在第二面上的偏向角;(3)总的偏向角。
解:由图可知'2835)70sin 62.11(sin )sin 1(sin 001112===--i n i00012'603528'2432'i i α=-=-=110021'sin (sin ')sin (1.62sin 2432')4227'i n i --===A习题图1.8习题图1.4因此,在第一、第二面上的偏向角分别为011202213432'''1755'i i i i δδ=-==-=总偏向角为0125217'δδδ=+=1.11 一根长玻璃棒的折射率为 1.6350,将它的左端研磨并抛光成半径为2.50cm 的凸球面。
在空气中有一小物体位于光轴上距球面顶点9.0cm 处。
求: (1)球面的物方焦距和像方焦距;(2)光焦度;(3)像距;(4)横向放大率;(5)用作图法求像。
解:已知1,' 1.6350, 2.50,9.0n n r cm s cm ====- (1) 2.50 3.94' 1.63501n f r n n =-=-=---(㎝) ' 1.6350 2.50' 6.44' 1.63501n f r n n ⨯===--(㎝)(2)2' 1.635025.4(D)' 6.4410n f -Φ===⨯ (3)由'''n n n n s s r --=得 ' 1.653011''/() 1.6530/()11.402.509.0n n n s n r s --=+=+=-(㎝)(4)由'11.400.777' 1.6350(9.0)ns n s β===-⨯-,是一倒立的缩小的实像。