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1、(完整word版)物理光学知识点第一章 波的基本性质一. 填空题1 某介质的介电常数为，相对介电常数为，磁导率为，相对磁导率为，则光波在该介质中的传播速度（）；该介质的折射率（ ）。2 单色自然光从折射率为n1的透明介质1入射到折射率为n2的透明介质2中，在两介质的分界面上，发生（反射和折射）现象；反射角、透射角和入射角的关系为（，）；设分别为光波在介质1、介质2中的时间频率，则的关系为（ ）；设分别为光波在介质1、介质2中的波长，则的关系为（）。3 若一束光波的电场为, 则，光波的偏振状态是振动方向沿（ y轴）的（线）偏振光 ；光波的传播方向是（z轴）方向 ；振幅是（2 ）；频率是（）Hz；
2、空间周期是（ ）m；光速是（ ）m/s。4 已知为波长632.8nm的He-Ne激光在真空中的传播速度为3.0x108m/s，其频率n为 4.74x1014Hz ；在折射为1.5的透明介质中传播速度v为 2.0x108m/s ，频率为 4.74x1014Hz ，波长为 421.9nm ；5 一平面单色光波的圆频率为、波矢为，其在真空中的光场E用三角函数表示为，用复数表示为；若单色球面(发散)光波的圆频率为、波矢为，其在真空中的光场E用三角函数表示为，用复数表示为；6 一光波的波长为500nm，其传播方向与x轴的夹角为300，与y轴的夹角为600，则其与z轴的夹角为 900 ，其空间频率分别为
3、1.732x106m-1 、 1x106m-1 、 0 ； 7 玻璃的折射率为n1.5，光从空气射向玻璃时的布儒斯特角为_；光从玻璃射向空气时的布儒斯特角为_。8 单色自然光从折射率为n1的透明介质1入射到折射率为n2的透明介质2中，在两介质的分界面上，发生 现象；的关系为 ；设分别为光波在介质1、介质2中的时间频率，则的关系为 ；设分别为光波在介质1、介质2中的波长，则的关系为 。 二. 选择题1 与描述的是（ C ）传播的光波。A. 沿正方向； B. 沿负方向； C. 分别沿正和负方向； D. 分别沿负和正方向。2 光波的能流密度正比于（ B ）。 A或 B或 C，与无关 D，与E无关3
4、在麦克斯韦方程组中，描述法拉第电磁感应定律的方程是：（ C ）。A . ； B . ； C . ； D . 4 若某波长的光在某介质的相对介电常数为，相对磁导率为，则该光在该介质中的折射率为（ B ）。A . ； B . ； C . ； D . 5 某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于 45，光从空气射向此媒质时的布儒斯特角是（ D ）。A . 小于45； B. 30 C. 45 ； D. 大于 456 在麦克斯韦方程组中，说明磁场是无源场的方程是：（B ）。A . ； B . ； C . ； D . 7 若某波长的光在某介质的介电常数为，磁导率为，则该光在该介质中的传播速度为（ A
5、）。A . ； B . ； C . ； D . 8 在介质1和2的分界面上（法线表示为 ），若无面电荷和面电流，下列关系正确的是（ B ）。A . ； B . ； C . ； D . 9 全反射时，在折射率小的介质中的电场( )。 B 。A等于零 B随离界面距离的增加按指数规律衰减 C等于常数 D随离界面距离的增加按指数规律增加10 自然光在界面发生反射和折射，当反射光为线偏振光时，折射光与反射光的夹角必为( )。 D A B C D11 当光波在两种不同介质中的振幅相等时， D 。A. 其强度相等 B. 其强度不相等C. 不确定 D. 其强度比等于两种介质的折射率之比12 光从折射率小介质中
6、正入射到折射率大的介质表面时，相对于入射光的电场和磁场，反射光的 C 。A电场和磁场都无相位变化 B. 电场和磁场都有p相位突变C. 电场有p相位突变，磁场无相位变化 D. 电场无相位变化，磁场有p相位突变13 在相同时间内，同一单色光在空气和在玻璃中 C 。A. 传播的路程相等，走过的光程相等。B. 传播的路程相等，走过的光程不相等。C. 传播的路程不相等，走过的光程相等。D. 传播的路程不相等，走过的光程不相等。14 光在界面发生反射和透射，对于入射光、反射光和透射光，不变的量是 D 。A波长 B波矢 C强度 D频率15 6. 光波的能流密度正比于 B 。 A或 B或 C，与无关 D，与E
7、无关三. 名词解释1 半波损失：在小角度入射(1分)或掠入射(1分)两种情况下，光波由折射率小的媒质（光疏媒质）进入折射率大的媒质（光密媒质）时，反射光和入射光的振动方向相反，这种现象通常称为“半波损失”。(1分)2 全 反 射：光从光密介质入射到光疏介质，并且当入射角大于临界角时，在两个不同介质的分界面上，入射光全部返回到原介质中的现象，就叫全反射。3 折射定律：折射光位于由入射光和法线所确定的平面内。折射光与入射光分居在法线的两侧。折射角与入射角满足：。4 坡印亭矢量（34、辐射强度矢量）：它表示单位时间内，通过垂直于传播方向的，单位面积的电磁能量的大小。它的方向代表的是能量流动的方向，。
8、5 发光强度：辐射强度矢量的时间平均值。6 反射定律：反射光线位于由入射光线和法线所确定的平面内；反射光线和入射光线位于法线两侧；反射角与入射角绝对值相等，符号相反，即。7 相 速 度：等相面的传播速度。8 群 速 度：振幅恒值点的移动速度。四. 简答题1 电磁场波动方程的数学表示式电场的波动方程：； 磁场的波动方程：2 平面波、球面波、柱面波的一般式平面波：；球面波：；柱面波：3 电磁波是如何相互激发产生的变化的电场产生交变的磁场，交变的磁场产生变化的电场，从而，电场和磁场相互激发，以一定的速度由近及远传播开来就形成了电磁波。4 原子发光特点实际原子发出的是一段儿一段儿有限大的波列；振幅在持
9、续时间内保持不变或变化缓慢；前后波列之间没有固定的相位关系； 各个波列的振动方向不同。5 平面电磁波性质平面电磁波是横波 ，并且构成右手螺旋系 和同相位6 各向同性均匀介质的物质方程表示式及各个物理量的意义 电导率； 介电常数； 磁导率7 微分形式的麦克斯韦方程组及各物理量的意义电感强度； 磁感强度；电场强度；磁场强度；自由电荷体密度；传导电流密度；位移电流密度。8 何为平面波？写出真空中波长为500nm振幅为2的单色平面波的表达式。（6分）答：等相面为平面的简谐波为平面波。9 画出菲涅耳曲线，并由图分析反射光和透射光的位相变化。（光由光疏进入光密媒质）解：菲涅耳曲线如下图所示t ，t 在入射
10、角1为任何角度时均大于0，说明透射光的相位与入射光相位相同，既无相位变化；(1分)r0说明反射光的垂直分量与入射光的垂直分量相位差；(1分)10说明反射光的平行分量无相位变化，1B时r0说明反射光的平行分量与入射光的平行分量相位差。(1分)10 波长为l、振幅为A的平面波以q角入射到镜面，忽略反射引起的位相变化，求（1） x轴上的复振幅分布qyx第二题用图0x轴上，是入射光与反射光的kx分量的同向叠加。E(x)=Asinqexp(iksinqx)+Asinqexp(iksinqx)=2Asinqexp(iksinqx)，k=2p/l。（2） y轴上的复振幅分布y轴上，是入射光与反射光的ky分量
11、的反向叠加。E(y)=Acosqexp(-ikcosqy)+Acosqexp(ikcosqy)=2Acosqcos(kcosqy)11 一观察者站在水池边观看从水面反射来的太阳光，若以太阳光为自然光，则观察者所看到的反射光是自然光，线偏振光还是部分偏振光？它与太阳的位置有什么关系？为什么？（1）当入射角时，反射光为线偏振光，(2分)因此时 即当时反射光为线偏振光。(3分)（2）当反射光为自然光。(3分)（3）其他角度时，反射光为部分偏振光。(2分)12 光波在介质分界面上的反射特性和透射特性与哪些因素有关？答：与入射光的偏振状态（2分）、入射角（2分）和界面两侧介质的折射率（2分）有关。13
12、光波在介质分界面全透射的条件是什么？答：入射光为光矢量平行于入射面的线偏振光。（3分）入射角等于布儒斯特角qB。（）（3分）14 光波在分界面的反射和透射特性与哪些因素有关？答：与入射光的偏振状态、入射角和界面两侧介质的折射率比值有关。15 产生全反射的条件？产生全透射的条件？答：发生全反射的条件：光从光密介质到光疏，入射角大于或等于全反射临界角（n1n2，q1qc，）。发生全透射的条件：入射光为光矢量平行于入射面的线偏振光，入射角等于布儒斯特角qB。（）16 光波从光密介质入射到光疏介质出现透射系数大于1，这是否与能量守恒不相符合？如何解释？答：透射系数大于1不与能量守恒相矛盾。反映能量关系
13、的是透射率，由透射率表达式可知：即使透射系数大于1，其透射率也不能大于1。17 解释“半波损失”和“附加光程差”。答：半波损失是光在界面反射时，在入射点处反射光相对于入射光的相位突变p，对应的光程为半个波长。附加光程差是光在两界面分别反射时，由于两界面的物理性质不同（一界面为光密到光疏，而另一界面为光疏到光密；或相相反的情形）使两光的反射系数反号，在两反射光中引入的附加相位突变p，对应的附加光程差也为半个波长。18 研究时谐均匀平面波的意义。答：时谐均匀平面波的数学描述简单，又能反映光波的基本特征。时谐均匀平面波作为描述光波的基本波型，复杂光波可由不同均匀平面波叠加而成。19 为什么常用复振幅表示简谐波？20 讨论电磁波在两种介质分界面上的折反射性质时，为什么要分析、并且只分析平行分量和垂直分量？21 界面上透射率是否等于透射系数的平方？为什么？第二章 光波的叠加一. 选择题1 某束光的波函数表示为：，若式中的不恒定，则该光可能是（部分）偏振光或（非偏振（或自然光）光；若为（的整数倍）时，该光为线偏振光；若为（的奇数倍 ）且满足条件（ ）时，该光为圆偏振光；若，则为（ 左旋 ）圆偏振光。2 光强均
