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应用光学习题及答案

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武汉理工大学考试试题纸（A 卷）

课程名称 应用光学 专业班级 0501～03

题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分

题分 备注: 学生不得在试题纸上答题(含填空题、选择题等客观题

一、选择题（每题 1 分，共 5 分） 1．发生全反射现象的必要前提是： A)光线由光疏介质到光密介质传播 B) 光线由光密介质到光疏介质传播 C)光线在均匀介质中传播 D) 以上情况都可能产生 2．周视照相机可以拍摄大视场景物，其利用的： A)节点的性质 B)主点的性质 C)焦点的性质 D)以上答案都正确 3．在望远镜的视度调节中，为适应近视人群，应采取的是： A)使物镜远离目镜 B)使目镜远离物镜 C)使目镜靠近物镜 D)应同时调节物镜和目镜 4．棱镜系统中加入屋脊面，其作用是： A 改变光轴的方向 B)改变主截面内像的方向 C)改变垂轴于主截面方向上像的方向 D)以上都正确 5．光学系统中场镜的作用是： A)改变成像光束的位置 B)减小目镜的尺寸 C)不改变像的成像性质 D)以上都正确

二、填空题（每题 2 分，共 10 分） 1．显微镜中的光学筒长指的是（ ） 2．光学系统中像方顶截距是（ ） 3．用波像差评价系统成像质量的瑞利准则是（ ） 4．望远系统中物镜的相对孔径是（ ） 5．棱镜的转动定理是（ ）

三、简答题（共 20 分） 1．什么叫孔径光阑？它和入瞳和出瞳的关系是什么？（4 分）

2．什么叫视场光阑？它和入窗和出窗的关系是什么？（4 分）

3．几何像差主要包括哪几种？（4 分）

4. 什么叫远心光路？其光路特点是什么？（4 分）

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四、分析作图题（共 25 分） 1. 已知正光组的 F 和 F’，求轴上点 A 的像，要求用五种方法。（8 分）

2. 已知透镜的焦距公式为 f '  nr1 ， l ' H  f ' n 1 d ， l H  f ' n 1 d ，  r d nr nr

( n  1 )  n( 1  )  ( n 1) 

 r2 r2 

分析双凹透镜的基点位置，并画出 FFL、BFL 和 EFL 的位置。（9 分）

3. 判断下列系统的成像方向，并画出光路走向（8 分）

（a） （b） 五、计算题（共 35 分）

1．由已知 f1 50mm ， f 2150mm 的两个薄透镜组成的光学系统，对一实物成一放大 4 倍的实像，并

且第一透镜的放大率 1 2 ，试求：1.两透镜的间隔；2.物像之间的距离；3.保持物面位置不变，移动

第一透镜至何处时，仍能在原像面位置得到物体的清晰像？与此相应的垂铀放大率为多大?（15 分）

2. 已知一光学系统由三个零件组成，透镜 1： f1 f1 100 ，口径 D1  40 ；透镜 2： f 2 f 2 120 ，口径 D2  30 ，它和透镜 1 之间的距离为 d1  20 ；光阑 3 口径为 20mm，它和透镜 2 之间的距离 d2 

30 。物点 A 的位置 L1 200 ，试确定该光组中，哪一个光孔是孔径光阑，哪一个是视场光阑？（20 分）

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武汉理工大学教务处

试题标准答案及评分标准用纸

课程名称：应用光学 （A 卷）

一、选择题（每题 2 分，共 10 分） 1．B；2．A；3．C；4．C；5．D

二、填空题（每题 2 分，共 10 分）

1．物镜的像方焦点 F  到目镜物镜焦点 F 之间的距离

物 目

2．又叫后截距，用 lF 表示，是系统最后一个面的顶点到像方焦点之间的距离

3．一般认为最大波像差小于四分之一波长，则系统质量和理想光学系统没有显著差别

4．入瞳直径 D 和物镜焦距 f  之比 D f 物

物

5．假设物空间不动，棱镜绕 P 转 θ，则像空间先绕 P’转 ( 1)n1 ，后绕 P 转 θ

三、简答题（每题 4 分，共 20 分）

1．限制进入光学系统的成像光束口径的光阑叫空径光阑。把孔径光阑在物空间的共轭像称为入瞳，空径

光阑在系统像空间所成的像称为出瞳，入瞳和出瞳是物和像的对应关系。

2．限制成像范围的光阑叫视场光阑。视场光阑在物空间的像称为入射窗，在像空间所成的像称为出射窗。 3．主要有七种：球差、彗差(正弦差)、像散、场曲、畸变、位置色差、倍率色差。

4．物方远心光路和像方远心光路统称为远心光路。特点：物方远心光路中的入射光束的主光线都和光轴平行，

像方远心光路中出射光束的主光线都和光轴平行。

5．F 数指的是物镜的相对孔径的倒数 f  D ，F 数又称为光圈。

四、分析作图题（共 25 分）

1．如图：

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2．可知：r1 < 0，r2 > 0，d 为任意值，把 f  的表达式代入 lH 和 lH ，分析后可得： lH 0 ， lH  0 ，其基点位置：

3. (a)

． (b)

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五、计算题（共 35 分）

1．解：1）因为：  1  2；  4；1 2；所以得：2＝2

由牛顿公式：1＝－x1 f1

所以：l1 f1 x1 f1 1 f1 50  ( 2)

 50 150 l1  l1 1  150 2 75

同理：l2 (1  2 ) f2 (1  2) 

( 150) 150 l2  l2 2  150 2  75

可得：d  l1 l2  75

2） L l1  l2 d  75  150  75  300

3）即保持共轭距 L1 不变

第一透镜的共轭距： L1  l1 l1  150  75  225

l 75 l1 150 1 1 1 ，可得：  

l  l 50 l1 150 l 75

 1

此时： l 1 ；1  2 1

1 l1 2 2

2．解：1）由于透镜 1 的前面没有任何光组，所以它本身就是在物空间的像。

2）先求透镜 2 被透镜 1 所成的像。也就是已知像求物

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物理光学与应用光学石顺祥课后问题详解

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实用标准

文档大全 《物理光学与应用光学》习题及选解

第一章

 习题

1-1. 一个线偏振光在玻璃中传播时，表示为：iE))65.0(10cos(10152tcz，试求该光的频率、波长，玻璃的折射率。

1-2. 已知单色平面光波的频率为zH1014，在z = 0 平面上相位线性增加的情况如图所示。求fx， fy，

fz 。

1-3. 试确定下列各组光波表示式所代表的偏振态：

(1))sin(0kztEEx，)cos(0kztEEy;

(2) )cos(0kztEEx，

)4cos(0kztEEy;

(3) )sin(0kztEEx，)sin(0kztEEy。

1-4. 在椭圆偏振光中，设椭圆的长轴与x轴的夹角为，椭圆的长、短轴各为2a1、2a2，Ex、Ey的相位差为。求证：cos22tan220000yxyxEEEE。

1-5.已知冕牌玻璃对0.3988m波长光的折射率为n = 1.52546，11m1026.1/ddn，求光在该玻璃中的相速和群速。

1-6. 试计算下面两种色散规律的群速度（表示式中的v表示是相速度）：

(1)电离层中的电磁波，222bcv，其中c是真空中的光速，是介质中的电磁波波长，b是常数。

(2)充满色散介质（)(，)(）的直波导管中的电磁波，222/accvp，其中c真空中的光速，a是与波导管截面有关的常数。

1-7. 求从折射率n = 1.52的玻璃平板反射和折射的光的偏振度。入射光是自然光，入射角分别为0，20，45，0456，90。

1-8. 若入射光是线偏振的，在全反射的情况下，入射角应为多大方能使在入射面振动和垂直入射面振动的两反射光间的相位差为极大？这个极大值等于多少？

1-9. 电矢量振动方向与入射面成45°的线偏振光，入射到两种透明介质的分界面上，若入射角501，n1 = 1，n2 = 1.5，则反射光的光矢量与入射面成多大的角度？若601时，该角度又为多

光的反射和反射定律

光的反射和反射定律

光的反射和反射定律

一、光的反射

1. 概念：光的反射是指光在传播过程中遇到障碍物时，从障碍物的表面弹回的现象。

2. 反射类型：

a) 镜面反射：平行光线射向光滑表面，反射光线仍然平行。

b) 漫反射：平行光线射向粗糙表面，反射光线向各个方向传播。

3. 反射定律：入射光线、反射光线和法线三者在同一平面内，且入射角等于反射角。

二、反射定律

1. 内容：反射光线与入射光线、法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。

2. 公式：[ = ]

3. 应用：反射定律是解释和计算光的反射现象的基础，广泛应用于眼镜、望远镜、显微镜等光学设备中。

三、光的反射现象

1. 日常生活中的反射现象：如平面镜成像、玻璃窗上的倒影等。

2. 自然界中的反射现象：如水面的反射、山间的湖泊倒影等。

3. 科技领域中的反射现象：如望远镜、显微镜、眼镜等光学设备。

四、反射定律的验证实验

1. 实验原理：通过实验验证反射光线、入射光线和法线的关系。

2. 实验器材：平面镜、光线发生器、刻度尺、标记笔等。

3. 实验步骤：

a) 准备实验器材，将平面镜垂直放置。

b) 打开光线发生器，使光线射向平面镜。

c) 观察并标记入射光线、反射光线和法线。

d) 测量入射角和反射角，验证反射定律。 4. 实验结论：通过实验可得出反射光线、入射光线和法线在同一平面内，且反射角等于入射角的结论。

五、反射定律的应用

1. 光学设备：如眼镜、望远镜、显微镜等。

2. 建筑领域：如镜面幕墙、阳光房等。

3. 艺术创作：如摄影、绘画等。

4. 日常生活：如观察物体、调整姿势等。

综上所述，光的反射和反射定律是光学基础知识的重要组成部分，掌握反射定律对于理解光学现象和应用光学技术具有重要意义。

习题及方法：

1. 以下哪个现象不属于光的反射？

A) 镜中映出人

B) 太阳光照射到地球

C) 水中的倒影

D) 手影游戏

应用光学课后习题答案

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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、衍射等现象。应用光学是将光学原理应用于实际问题的学科，广泛应用于光学仪器、光学通信、光学材料等领域。在学习应用光学的过程中，习题是巩固知识、提高应用能力的重要途径。下面是一些应用光学课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 一束入射光线从空气射向玻璃，入射角为30°，玻璃的折射率为1.5。求折射光线的入射角和折射角。

解答：根据折射定律，入射角和折射角之间满足的关系是：n₁sinθ₁ =

n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别为两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别为入射角和折射角。

已知n₁ = 1（空气的折射率），θ₁ = 30°，n₂ = 1.5（玻璃的折射率），代入折射定律得：1sin30° = 1.5sinθ₂，解得θ₂ ≈ 19.47°。

所以，折射光线的入射角为30°，折射角为19.47°。

2. 一束光线从空气射入水中，入射角为60°，水的折射率为1.33。求折射光线的入射角和折射角。

解答：同样利用折射定律，已知n₁ = 1（空气的折射率），θ₁ = 60°，n₂ =

1.33（水的折射率），代入折射定律得：1sin60° = 1.33sinθ₂，解得θ₂ ≈

45.05°。

所以，折射光线的入射角为60°，折射角为45.05°。

3. 一束光线从玻璃射入空气，入射角为45°，玻璃的折射率为1.5。求折射光线的入射角和折射角。

解答：同样利用折射定律，已知n₁ = 1.5（玻璃的折射率），θ₁ = 45°，n₂ =

1（空气的折射率），代入折射定律得：1.5sin45° = 1sinθ₂，解得θ₂ ≈ 30°。

所以，折射光线的入射角为45°，折射角为30°。

4. 一束光线从玻璃射入水中，入射角为60°，玻璃的折射率为1.5，水的折射率为1.33。求折射光线的入射角和折射角。

王文生——应用光学习题集答案

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习 题

第一章

1、游泳者在水中向上仰望，能否感觉整个水面都是明亮的？(不能，只能感觉到一个明亮的圆，圆的大小与游泳都所在的水深有关，设水深H，则明亮圆半径HtgIcR）

2、有时看到窗户玻璃上映射的太阳光特别耀眼，这是否是由于窗玻璃表面发生了全反射现象？

答：是。

3、一束在空气中波长为nm3.589的钠黄光从空气射入水中时，它的波长将变为多少？在水中观察这束光时其颜色会改变吗？

答：'n，nm442'不变

4、一高度为m7.1的人立于路灯边（设灯为点光源）m5.1远处，路灯高度为m5，求人的影子长度。

答：设影子长x，有：

57.15.1xx∴x=0.773m

5、为什么金钢石比磨成相同形状的玻璃仿制品显得更加光彩夺目？

答：由于金钢石折射率大，所以其临界角小，入射到其中的光线大部分都能产生全反射。

6、为什么日出或日落时太阳看起来稍微有些发扁？（300例P1）

答：日出或日落时，太阳位于地平线附近，来自太阳顶部、中部和底部的光线射向地球大气层的入射角依次增大（如图）。同时，大气层密度不均匀，折射率水接近地面而逐渐增大。

当光线穿过大气层射向地面时，由于n逐渐增大，使其折射角逐渐减小，光线的传播路径就发生了弯曲。我们沿着光线去看，看到的发光点位置会比其实际位置高。另一方面，折射光线的弯曲程度还与入射角有关。入射角越大的光线，弯曲越厉害，视觉位置就被抬得越高，因为从太阳上部到下部发出的光线，入射角依次增大，下部的视觉位置就依次比上部抬高的更多。

第二章

1、如图2－65所示，请采用作图法求解物体AB的像，设物像位于同一种介质空间。

A BH H＇ F F＇

F＇ F H＇ H B

A

F

H＇ H A B

F＇ F

图2－65

2、如图2－66所示，'MM为一薄透镜的光轴，B为物点，'B为像点，试采用作图法求解薄透镜的主点及焦点的位置。 BM

B'

M′ BM M′ B' ● ●