物理光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)梳理VIP

物理光學(xué)部分知識(shí)點(diǎn)梳理姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號(hào)______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請(qǐng)首先在試卷的標(biāo)封處填寫(xiě)您的姓名，身份證號(hào)和地址名稱。2.請(qǐng)仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫(xiě)您的答案。一、單項(xiàng)選擇題1.光在真空中的傳播速度是多少？

A.3×10^8m/s

B.3×10^4m/s

C.3×10^5m/s

D.3×10^2m/s

2.波長(zhǎng)與頻率之間的關(guān)系是什么？

A.波長(zhǎng)×頻率=光速

B.波長(zhǎng)÷頻率=光速

C.波長(zhǎng)頻率=光速

D.波長(zhǎng)頻率=光速

3.光的折射率與入射角之間的關(guān)系是什么？

A.折射率與入射角成正比

B.折射率與入射角成反比

C.折射率與入射角的正弦成正比

D.折射率與入射角的正弦成反比

4.惠更斯菲涅耳原理的主要含義是什么？

A.光的傳播可以看作是由一系列球面波疊加的結(jié)果

B.光的傳播是沿直線進(jìn)行的

C.光的傳播速度在不同介質(zhì)中是恒定的

D.光的傳播不會(huì)發(fā)生偏折

5.補(bǔ)充麥克斯韋方程組的是哪一條？

A.法拉第電磁感應(yīng)定律

B.高斯磁場(chǎng)定律

C.高斯電場(chǎng)定律

D.歐姆定律

6.相干光的定義是什么？

A.振動(dòng)方向相同且相位差恒定的光

B.振動(dòng)方向不同但頻率相同的光

C.波長(zhǎng)相同但傳播方向不同的光

D.振動(dòng)方向和相位都不固定的光

7.馬呂斯定律說(shuō)明了什么？

A.光的偏振方向與反射方向有關(guān)

B.光的偏振方向與入射角有關(guān)

C.光的強(qiáng)度與偏振角度有關(guān)

D.光的頻率與偏振角度有關(guān)

8.光學(xué)干涉和衍射的區(qū)別是什么？

A.干涉是光波的疊加，衍射是光波繞過(guò)障礙物或通過(guò)狹縫的現(xiàn)象

B.干涉是光波的繞射，衍射是光波在介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象

C.干涉是光波在空間中的分布，衍射是光波在時(shí)間上的變化

D.干涉是光波的反射，衍射是光波的折射

答案及解題思路：

1.答案：A.3×10^8m/s

解題思路：根據(jù)物理光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，光在真空中的傳播速度是一個(gè)常數(shù)，值為3×10^8m/s。

2.答案：A.波長(zhǎng)×頻率=光速

解題思路：根據(jù)波動(dòng)光學(xué)公式c=λν，其中c是光速，λ是波長(zhǎng)，ν是頻率，波長(zhǎng)與頻率的乘積等于光速。

3.答案：C.折射率與入射角的正弦成正比

解題思路：根據(jù)斯涅爾定律n1sinθ1=n2sinθ2，折射率與入射角的正弦成正比。

4.答案：A.光的傳播可以看作是由一系列球面波疊加的結(jié)果

解題思路：惠更斯菲涅耳原理表明，光波傳播時(shí)，每個(gè)點(diǎn)都可以看作是發(fā)射球面波的波源，這些球面波的疊加形成新的波前。

5.答案：B.高斯磁場(chǎng)定律

解題思路：麥克斯韋方程組中的四個(gè)方程分別對(duì)應(yīng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)和高斯定律，高斯磁場(chǎng)定律是對(duì)磁場(chǎng)的描述。

6.答案：A.振動(dòng)方向相同且相位差恒定的光

解題思路：相干光是指兩個(gè)或多個(gè)光波具有恒定的相位差，且振動(dòng)方向相同。

7.答案：C.光的強(qiáng)度與偏振角度有關(guān)

解題思路：馬呂斯定律描述了光通過(guò)偏振器后的強(qiáng)度變化，強(qiáng)度與偏振角度有關(guān)。

8.答案：A.干涉是光波的疊加，衍射是光波繞過(guò)障礙物或通過(guò)狹縫的現(xiàn)象

解題思路：干涉是光波疊加的結(jié)果，衍射是光波繞過(guò)障礙物或通過(guò)狹縫后發(fā)生偏離直線路徑的現(xiàn)象。二、填空題1.光的波長(zhǎng)λ與頻率ν之間的關(guān)系為λ=c/ν。

解題思路：根據(jù)光速c是恒定的，光的波長(zhǎng)λ與頻率ν成反比關(guān)系，即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越低；波長(zhǎng)越短，頻率越高。

2.惠更斯原理指出，每一個(gè)波前的每一個(gè)點(diǎn)都可以看作是一個(gè)_______。

解題思路：惠更斯原理表明，波前上的每一個(gè)點(diǎn)都可以視為一個(gè)新的波源，這些新的波源向各個(gè)方向發(fā)射次級(jí)波，從而形成新的波前。

答案：新的波源。

3.布儒斯特角B與折射率n的關(guān)系為sinB=n。

解題思路：布儒斯特角是當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，反射光完全偏振的角度。根據(jù)斯涅爾定律和偏振光的特性，可以推導(dǎo)出布儒斯特角與折射率的關(guān)系。

4.光學(xué)干涉的相干條件是什么？

解題思路：光學(xué)干涉要求兩束光具有相同的頻率、恒定的相位差以及穩(wěn)定的相位關(guān)系。

答案：頻率相同、相位差恒定、相位關(guān)系穩(wěn)定。

5.補(bǔ)充麥克斯韋方程組的方程是?×E=?B/?t。

解題思路：麥克斯韋方程組描述了電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，其中?×E=?B/?t表示電場(chǎng)E的旋度與磁場(chǎng)B的時(shí)間變化率之間的關(guān)系。

6.馬呂斯定律的內(nèi)容是什么？

解題思路：馬呂斯定律描述了光通過(guò)偏振片時(shí)的強(qiáng)度變化。當(dāng)偏振片的透振方向與入射光的偏振方向一致時(shí)，光強(qiáng)最大；當(dāng)兩者垂直時(shí)，光強(qiáng)為零。

答案：當(dāng)偏振片的透振方向與入射光的偏振方向一致時(shí)，光強(qiáng)最大；當(dāng)兩者垂直時(shí)，光強(qiáng)為零。

7.補(bǔ)充麥克斯韋方程組的方程是?×B=μ?ε?(?E/?t4πJ)。

解題思路：這是麥克斯韋方程組中的法拉第電磁感應(yīng)定律和安培麥克斯韋定律的結(jié)合，描述了磁場(chǎng)B的旋度與電場(chǎng)E的時(shí)間變化率以及電流密度J之間的關(guān)系。三、判斷題1.光的頻率在折射過(guò)程中會(huì)改變。（）

解題思路：根據(jù)光學(xué)原理，光的頻率在不同介質(zhì)之間傳播時(shí)是不變的，折射僅改變了光的速度和傳播方向。因此，這一判斷是錯(cuò)誤的。

2.在同一介質(zhì)中，不同波長(zhǎng)的光具有相同的傳播速度。（）

解題思路：根據(jù)色散現(xiàn)象，同一介質(zhì)中不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率，從而導(dǎo)致不同的傳播速度。因此，這一判斷是錯(cuò)誤的。

3.惠更斯菲涅耳原理適用于所有光學(xué)現(xiàn)象。（）

解題思路：惠更斯菲涅耳原理主要適用于波動(dòng)光學(xué)中的衍射現(xiàn)象，不適用于所有光學(xué)現(xiàn)象，如光的反射。因此，這一判斷是錯(cuò)誤的。

4.馬呂斯定律在所有光學(xué)系統(tǒng)中都成立。（）

解題思路：馬呂斯定律適用于偏振光在不同介質(zhì)或同一介質(zhì)的不同方向上通過(guò)時(shí)的情況，但不適用于非偏振光或某些特殊的光學(xué)系統(tǒng)。因此，這一判斷是錯(cuò)誤的。

5.補(bǔ)充麥克斯韋方程組的方程在光學(xué)問(wèn)題中可以忽略不計(jì)。（）

解題思路：補(bǔ)充麥克斯韋方程組中的方程在處理高頻或短波長(zhǎng)光學(xué)問(wèn)題時(shí)是不可或缺的，因?yàn)樗鼈兠枋隽穗姶挪ǖ妮椛浜臀者^(guò)程。因此，這一判斷是錯(cuò)誤的。

答案及解題思路：

答案：

1.錯(cuò)

2.錯(cuò)

3.錯(cuò)

4.錯(cuò)

5.錯(cuò)

解題思路：

1.光的頻率在不同介質(zhì)之間傳播時(shí)保持不變，而折射率隨介質(zhì)變化。

2.色散現(xiàn)象導(dǎo)致同一介質(zhì)中不同波長(zhǎng)的光速度不同。

3.惠更斯菲涅耳原理主要用于衍射現(xiàn)象，而非所有光學(xué)現(xiàn)象。

4.馬呂斯定律適用于偏振光，而非所有光學(xué)系統(tǒng)。

5.補(bǔ)充麥克斯韋方程組在處理特定光學(xué)問(wèn)題時(shí)是必須的。四、計(jì)算題1.已知光在空氣中的傳播速度為3×10^8m/s，求光在折射率為1.5的介質(zhì)中的波長(zhǎng)。

解答思路：利用光速與波長(zhǎng)的關(guān)系公式c=λn，其中c為光速，λ為波長(zhǎng)，n為折射率。通過(guò)已知的光速和折射率計(jì)算波長(zhǎng)。

2.光從空氣射入水中，入射角為30°，求折射角。

解答思路：使用斯涅爾定律n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分別為兩種介質(zhì)的折射率，θ1為入射角，θ2為折射角。已知空氣和水的折射率，求折射角。

3.一束單色光通過(guò)兩個(gè)相干光源產(chǎn)生的干涉條紋，已知波長(zhǎng)為600nm，條紋間距為0.5mm，求光源之間的距離。

解答思路：根據(jù)干涉條紋間距公式Δx=λL/d，其中Δx為條紋間距，λ為波長(zhǎng)，L為光源到屏幕的距離，d為光源之間的距離。已知波長(zhǎng)和條紋間距，求光源之間的距離。

4.求兩個(gè)相干光束疊加時(shí)的振幅相長(zhǎng)干涉現(xiàn)象。

解答思路：描述兩個(gè)相干光束在疊加時(shí)，若兩光束的相位差為整數(shù)倍的波長(zhǎng)，則振幅相長(zhǎng)，產(chǎn)生明條紋。具體描述干涉條紋的形成和分布。

5.光從空氣射入玻璃中，折射率為1.5，求布儒斯特角。

解答思路：使用布儒斯特定律tanθB=n2/n1，其中θB為布儒斯特角，n1為入射介質(zhì)（空氣）的折射率，n2為折射介質(zhì)（玻璃）的折射率。已知折射率，求布儒斯特角。

答案及解題思路：

1.解答：

答案：波長(zhǎng)λ=c/n=(3×10^8m/s)/1.5=2×10^8m

解題思路：通過(guò)光速與波長(zhǎng)的關(guān)系公式，將已知的光速和折射率代入計(jì)算得到波長(zhǎng)。

2.解答：

答案：折射角θ2=arcsin(n1sinθ1/n2)=arcsin(1×sin30°/1.5)≈21.8°

解題思路：應(yīng)用斯涅爾定律，代入空氣和水的折射率以及入射角，求解折射角。

3.解答：

答案：光源之間的距離d=λL/Δx=(600nm×1m)/(0.5mm)=1.2mm

解題思路：根據(jù)干涉條紋間距公式，代入已知波長(zhǎng)、條紋間距和光源到屏幕的距離，求解光源之間的距離。

4.解答：

解題思路：兩個(gè)相干光束疊加時(shí)，若相位差為整數(shù)倍的波長(zhǎng)，振幅相長(zhǎng)，產(chǎn)生明條紋。具體描述干涉條紋的形成和分布。

5.解答：

答案：布儒斯特角θB=arctan(n2/n1)=arctan(1.5/1)≈56.3°

解題思路：應(yīng)用布儒斯特定律，代入空氣和玻璃的折射率，求解布儒斯特角。五、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述光的干涉原理。

光的干涉原理是指當(dāng)兩束或多束相干光波相遇時(shí)，由于光波的疊加，形成穩(wěn)定的明暗相間的條紋現(xiàn)象。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在光波經(jīng)過(guò)兩個(gè)或多個(gè)具有相同頻率和恒定相位差的波源后。

2.解釋惠更斯菲涅耳原理。

惠更斯菲涅耳原理認(rèn)為，光波在傳播過(guò)程中，每一個(gè)波前的每一點(diǎn)都可以看作是發(fā)射次級(jí)球面波的波源，這些次級(jí)波源的包絡(luò)面即為光波的傳播路徑。通過(guò)這些次級(jí)波源的疊加，可以計(jì)算出光波的傳播方向和強(qiáng)度分布。

3.舉例說(shuō)明光的偏振現(xiàn)象。

光的偏振現(xiàn)象是指光波振動(dòng)方向的選擇性。例如通過(guò)偏振片觀察偏振光時(shí)，只能看到部分光線通過(guò)，因?yàn)槠衿辉试S特定方向的光波通過(guò)。自然光通過(guò)偏振片后，會(huì)變成線偏振光。

4.解釋馬呂斯定律。

馬呂斯定律指出，當(dāng)線偏振光通過(guò)一個(gè)偏振片時(shí)，出射光的強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度和入射光與偏振片夾角余弦的平方成正比。用數(shù)學(xué)公式表示為：I=I0cos2θ，其中I0為入射光強(qiáng)度，θ為入射光與偏振片夾角。

5.舉例說(shuō)明光的衍射現(xiàn)象。

光的衍射現(xiàn)象是指光波在遇到障礙物或通過(guò)狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生彎曲并繞過(guò)障礙物傳播的現(xiàn)象。例如當(dāng)光波通過(guò)單縫時(shí)，在屏幕上會(huì)形成明暗相間的衍射條紋，這是由于光波在通過(guò)狹縫時(shí)發(fā)生衍射，導(dǎo)致光波在屏幕上疊加形成干涉條紋。

答案及解題思路：

1.答案：光的干涉原理是指當(dāng)兩束或多束相干光波相遇時(shí)，由于光波的疊加，形成穩(wěn)定的明暗相間的條紋現(xiàn)象。解題思路：理解光的干涉原理，結(jié)合相干光波和光波疊加的概念。

2.答案：惠更斯菲涅耳原理認(rèn)為，光波在傳播過(guò)程中，每一個(gè)波前的每一點(diǎn)都可以看作是發(fā)射次級(jí)球面波的波源，這些次級(jí)波源的包絡(luò)面即為光波的傳播路徑。解題思路：掌握惠更斯菲涅耳原理的基本概念，理解光波的傳播過(guò)程。

3.答案：光的偏振現(xiàn)象是指光波振動(dòng)方向的選擇性，例如通過(guò)偏振片觀察偏振光時(shí)，只能看到部分光線通過(guò)。解題思路：理解光的偏振現(xiàn)象，結(jié)合偏振片和偏振光的概念。

4.答案：馬呂斯定律指出，當(dāng)線偏振光通過(guò)一個(gè)偏振片時(shí)，出射光的強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度和入射光與偏振片夾角余弦的平方成正比。解題思路：掌握馬呂斯定律的基本公式，理解入射光、偏振片和出射光之間的關(guān)系。

5.答案：光的衍射現(xiàn)象是指光波在遇到障礙物或通過(guò)狹縫時(shí)，會(huì)發(fā)生彎曲并繞過(guò)障礙物傳播的現(xiàn)象，例如光波通過(guò)單縫時(shí)，在屏幕上形成明暗相間的衍射條紋。解題思路：理解光的衍射現(xiàn)象，結(jié)合單縫衍射實(shí)驗(yàn)的原理。六、論述題1.比較光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象的區(qū)別。

光的現(xiàn)象主要包括干涉、衍射和偏振。三種現(xiàn)象的區(qū)別：

（1）干涉：干涉是兩束或多束光波在空間相遇時(shí)，相互疊加產(chǎn)生的現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象具有相位相干性，即干涉條紋具有明暗相間的規(guī)律性。干涉現(xiàn)象包括雙縫干涉、光的等厚干涉等。

（2）衍射：衍射是光波通過(guò)障礙物或孔徑時(shí)，在障礙物邊緣發(fā)生彎曲，繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象具有相位相干性，但干涉條紋不具有規(guī)律性。衍射現(xiàn)象包括單縫衍射、圓孔衍射等。

（3）偏振：偏振是光波電場(chǎng)振動(dòng)方向的選擇性。自然光經(jīng)過(guò)偏振片后，其電場(chǎng)振動(dòng)方向一個(gè)，成為偏振光。偏振現(xiàn)象包括起偏器、檢偏器等。

2.闡述光的傳播規(guī)律，并舉例說(shuō)明其在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

光的傳播規(guī)律包括：

（1）直線傳播：光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。

（2）反射：光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時(shí)，部分光在界面發(fā)生反射。

（3）折射：光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)時(shí)，部分光在界面發(fā)生折射。

（4）全反射：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，入射角大于臨界角，光完全反射回原介質(zhì)。

在實(shí)際生活中，光的傳播規(guī)律有廣泛的應(yīng)用，如：

（1）光學(xué)儀器：利用光的直線傳播和反射原理，制成顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等。

（2）光纖通信：利用光的全反射原理，實(shí)現(xiàn)高速、長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。

（3）光學(xué)照明：利用光的直線傳播和反射原理，制成照明設(shè)備。

3.分析光在自然界中的產(chǎn)生和傳播過(guò)程。

光在自然界中的產(chǎn)生主要來(lái)自太陽(yáng)，其次是某些化學(xué)和生物過(guò)程。光在自然界中的傳播過(guò)程

（1）產(chǎn)生：太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生光和熱。

（2）傳播：光在真空中以光速傳播，進(jìn)入地球大氣層。

（3）散射：大氣中的氣體、水滴、塵埃等粒子對(duì)光進(jìn)行散射，使天空呈現(xiàn)藍(lán)色。

（4）反射和折射：光在大氣層中傳播時(shí)，遇到地面、水面等發(fā)生反射和折射。

4.探討光在人類科技發(fā)展中的重要性。

光在人類科技發(fā)展中具有重要地位，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）光學(xué)儀器：光的應(yīng)用推動(dòng)了顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等光學(xué)儀器的發(fā)明，為科學(xué)研究提供了有力工具。

（2）光學(xué)材料：光學(xué)材料的研究促進(jìn)了光學(xué)器件的進(jìn)步，如光導(dǎo)纖維、光學(xué)膜等。

（3）光纖通信：光在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高速、長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。

（4）光電子技術(shù)：光電子技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了計(jì)算機(jī)、激光、光學(xué)傳感器等領(lǐng)域的創(chuàng)新。

5.闡述光在不同介質(zhì)中的傳播規(guī)律。

光在不同介質(zhì)中的傳播規(guī)律

（1）真空：光在真空中傳播速度最快，為\(3\times10^8\text{m/s}\)