现代光学基础试卷及答案

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1、现代光学基础试卷及答案东南大学考试卷（A卷）I 1名程称现代光学基础考试I适用 考式闭卷10-11- 得2分考试日口20间长度 分钟题二三四五六七八总得批线自 觉 遵 守 考 场 纪 律如 考 试 作 弊此答 卷 无 效一、 选择和填空题(共18题,共36分, 每题二分)、1. 将折射率为 1.50的有机玻璃浸没在油中，油的折射率为 1.10，试问光线从 有机玻璃射向有机玻璃与油的界面时全反射临界角是( A )A、arcsin(1.10/1.50)； B、1.10/1.50； C、arctan(1.10/1.50)；D、 arccos(1 1O/150)；E、 arctan(150/1 10)

2、。2. 杨氏实验装置中，光源的波长为600nm,两狭缝的间距为2mm,试问在离 缝300cm处的光屏上观察到干涉花样的间距是多少毫米(B )A、4.5mm；B、0.9mm；C、3.1mm；D、4.1mm；E、5.2mm03在下列光的实验中，正确的说法是：( A )A、法布里-珀罗干涉仪是多光束干涉仪；B、迈克耳逊干涉仪是分波面干涉仪；C、夫琅禾费衍射是一种近场衍射；D、杨氏双缝干涉是分振幅干涉仪。4. 一物体置于焦距为8cm的薄凸透镜左边12cm处，将另一焦距为6cm的薄 凸透镜放在第一个透镜右侧30 cm处，最后成像的性质是：( EA、倒立的实像；B、放大的虚像；C、放大的实像；D、缩小的虚

3、像;E、成像于无穷远处。5. 假定汽车车灯的波长是500nm的绿光，汽车两个前车灯的间距为1.22m， 人眼在夜间的瞳孔直径D=5mm,考虑光波衍射所产生的影响，人眼能区分两 只汽车前灯的最大距离是多少公里(C ) ?A、1km； B、3km；C、10km； D、30km；E、100km。6. 对于理想光具组基点和基面的描述，以下说法错误的是(B )A. 主点是一对共轭点；B.焦点是一对共轭点；C.节点是一对共轭点；D.两主平面上的任一对等高点共轭。7. 在迈克尔逊干涉仪的一条光路中放入一折射率为，厚度为d的透明介质 片，放入后两光路的光程差改变量为：(A )A、2(n-1)d；B、2nd；C

4、、nd；D、(n-1)d。8在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角 iB=57o 入射到平玻璃板上，下列叙述 中哪一种是不正确的？（ D ）A、玻璃板的折射率等于taniB； B、反射光与折射光夹角为90。；C、折射光为部分偏振光；D、反射光的电矢量振动面平行于入射面。9. 线偏振光垂直入射到方解石波片上，线偏振光的振动面与主截面成8角，则与 波片中的。光和e光对应的出射光的振幅比为：（C ）A、sin 0 ； B、cos 0 ； C、tan 0 ； D、ctg 0。10. 牛顿环实验装置为：以平凸透镜置于一平板玻璃上构成。以平行单色光从上 向下投射，并在反射方向观察可看到许多明暗相间的同心圆环

5、，这些圆环的特点 为（D）A、接触点是明的，明暗条纹是等间距的同心圆环；B、接触点是明的，明暗条纹是不等间距的同心圆环；C、接触点是暗的，明暗条纹是等间距的同心圆环；D、接触点是暗的，明暗条纹是不等间距的同心圆环。11. 转动检偏器观察一束光，强度有最大但无消光位置。在检偏器前置一 1/4波片, 使其光轴与上述强度最大方向平行，转动检偏器观察时有一消光位置，问这束光 是：（D ）A、自然光；B、线偏振光；C、部分偏振光；D、椭圆偏振光。12. 单色平面光波投射到一个小孔上，在孔对称轴线上的一点P处进行观测，圆 孔恰好露出了 3个半波带。则此时P处的光强应为自由传播时（无小孔）光强的（B ）倍A

6、、3 倍; B、4 倍; C、16 倍;D、36 倍。13 对于望远镜的放大本领而言，以下描述正确的是（C ）A、开普勒望远镜所成的是正立的像；B、伽利略望远镜的物镜和目镜像方焦距均为正值；C、伽利略望远镜的目镜为凹透镜；D、望远镜的角放大率M= -ff。目 物14.夫琅和费单缝衍射实验中，若将透镜垂直于轴线向上微微平移，则（A ）。A、零级条纹跟着上移；B、零级条纹向相反方向移动；C、零级条纹保持不变；D、以上答案都不正确。15将钠灯发射的黄光垂直投射于某一衍射光栅。而这种黄光包含着钠双线的波 长分别为5890A和5895.9A。若为了分辨第三级光谱中的钠双线，光栅的刻线数 最少为：（B ）

7、A、222；B、333；C、444； D、555。16. 以下说法错误的是（D ）A、隐失场是非传播场；B、隐失波的信息都包含在近场范围内；C、隐失波随着离开物体表面在空间急剧衰减；D、隐失场是辐射场。17. 激光扫描共焦显微镜运用了空间滤波技术来提高系统的信噪比，为了达到上 述目的，在系统中（ B ）A、运用激光作为照明光源；B、光探测器前放置了小孔光阑；C、插入了光束扫描装置；D、运用了计算机数据采集软件。18. 波长为X=555nm辐通量为1瓦的光源其对应的光通量为（683或Km）流明， 波长为!=800nm辐通量为10瓦的光源其对应的光通量为（0）流明。二、问答题（共三题，共24分，每

8、题8分）1、（8分）如图所示的夫琅禾费衍射装置，若分别用（a）遮住S缝；（b）遮住S2 缝；（c）比缝、S2缝均开启，试分析出现在观察屏上的条纹分布（分析主最大位置、 最小值位置等）。观察P焦距解：（a）夫琅和费单缝衍射的中央主最大在透镜的主轴上，最小值位置在（b）夫琅和费单缝衍射花样和（a）完全一样，不发生变化或位移;（c）夫琅和费双缝衍射，主最大位置为sin6= j j=0, 1, 2,d其中d=a+b；整个花样受单缝衍射调制，双缝干涉最小值位置是，j九sin 6= 一j H 2, 4, 6 ；2d整个花样受单缝衍射调制，单缝衍射最小值位置是sin 6=-b2、（8分）设晶体是负单轴晶体，

9、玻璃的折射率为，分别绘出下列两种情形下自 然光经过如图所示的棱镜后双折射光线的传播方向和振动方向。（注：其中折射时 折射角不必精确，但必需能看出是大于、等于还是小于入射角）3、(8分)汽车的后视镜都采用凸面反射镜，请证明凸面反射镜前任意位置(丨S |0)的实物经凸面反射镜所成的像为一缩小的正立虚像。证明：根据丄+1二2 ，根据符号法则，对于凸面反射镜而言，假定光从左侧 s s r入射总有：r 0； -s 0；即有丄= - = += +丄s r s r - s r I s I对上式进行改写可得：二=丨I sI 21sI + r上式右边始终为正，可见所成的像与物在凸面镜的两侧，故实物所成的为正立的

10、 虚像；另外因为=1 1，所成的像始终为缩小的像。Is I 2s +1r三、计算题(共四题，共40分，每题10分)1、(10分)折射率为1.5的平凹透镜与平板玻璃构成如图所示的干涉装置，中间 的空腔充满折射率为1.33的水，波长为5893nm的平行光垂直入射时可看到反射 光的4个圆环形干涉暗条纹及中心暗斑：(1) 图中边缘处条纹是暗条纹还是亮条纹？(2) 求水溶液中心处的厚度？(3) 若将空腔中溶液换成折射率为1.62的CS2溶液，图中边缘处的条纹是暗纹 还是亮纹？此时能看到几条暗条纹？解：(1) 根据图判断，干涉条纹的暗纹公式为：2nh + 2 = (2 j + 1)片，图中边缘处厚度为0,

11、对应的应该是0级暗条纹。即边缘处 22为暗条纹。(2) 4 条暗条纹对应的干涉级数分别为 0， 1， 2， 3。故水溶液中心可能的最大厚度处应该对应j=4,此时厚度为：74九 4x 0.5893 n onh =q 0.89 pmmax 2n2x1.33（3）如空腔中的溶液折射率改为 1.62,对应的干涉条纹的暗纹公式仍为：2nh + - = （2 j +1）-，图中边缘处厚度为0,对应的仍是0级暗条纹。即边缘处为 22暗条纹。对应的条纹数应为2nhj=INT（丝）+1=5九此时能看到5条暗条纹。2. （10分）如图所示，单色平行光斜入射到透射式衍射光栅上，入射方向与光栅 法线成角，分别在与法线

12、成50o和20 o的方向上出现第一级光谱，并且位于法 线两侧，求入射角如果光栅常数d=1um,入射单色平行光的波长为多少？(b)解：如图（a）所示，入射光线方向与衍射方向位于法线两侧，则1级衍射角为:d sin 0 - d sin 0 =九如图（b）所示，入射光线方向与衍射方向位于法线同侧，则1级衍射角为：d sin 0 + d sin 0 =九0联立求解上述两式，得：sin 0 = （sin 0 - sin 0 ）o 2即 0 = arcsin（sin50。- sin 20。） = 12.2。o2九=d(sin0 - sin0。)= 1 x (sin50 sinl2.2 ) = 0.555p

13、m 310分）显微镜物镜的焦距为1cm,物镜的数值孔径为0.25； 目镜焦距为3cm, 两镜间距为 20 cm。 求此显微镜的放大本领是多少？ 如照明光源的波长为 0.58um, 求此显微镜的分辨本领是多少？ 物体置于物镜左侧的何处时，才能最终成像在目镜左方25厘米处?解：(1)已知f1=1cm，f2=3cm，l=20cm，根据显微镜放大本领计算公式:l 25cmM 沁=166.6(2) 根据显微镜分辨本领计算公式Ay 二 0.61-二 O.61058 二 1.4152pmn sin u 0.25s2=-25cm，代入成像公式 由丄丄=丄 得s2=2.68cm.s s f 2 2 2s2=-(

14、20-s1)cm，得 s1=17.32，代 入成像公式 =丄，得 s1=1.06cm.s s / 1 1 1物体应放在物镜左方1.06厘米处。4、(10分)如图所示，在两个偏振片P1和P2中插入厚度d满足(no-ne) d=X/3 的石英波片W波片的光轴与偏振片P1和P2透振方向的夹角分别为45。和30。 光强为I0的单色平行自然光垂直入射到该装置，忽略吸收和反射等损耗，求出射 光波的偏振态和光强。一-p0_.WpI3I = A2 + A2 + 2A A cos申oeeeoe eet_i21迈 1_I o2 + ()2 + 2()cos60 o)2 2 2 2 2 2 2I 厶+ + J3沁 0.3612161616o解：(1)从第一个偏振片出来的是线偏振光，偏振光方向沿着P1透振方向，1区光 强为“2。(2) 经过玻片后分解为o光和e光2仃Ao=Asin45 , Ae=Acos45，两束光的相位差为-宁(3) 经过第二个偏振片出射光仍为线偏振光，偏振方向为P2透振方向。Aoe=Asin45sin30, Aee=Acos45cos30,此时的相位差为申=3+兀=彳