現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)試卷及答案

現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)試卷及答案東南大學(xué)考試卷（A卷）I1I1名程稱現(xiàn)代光學(xué)基礎(chǔ)考試I適用考式閉卷10-11-得2分考試日口20間長度分鐘題二三四五六七八總得~批線自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊自覺遵守考場紀(jì)律如考試作弊此答卷無效一、選擇和填空題(共18題,共36分,每題二分)、將折射率為1.50的有機玻璃浸沒在油中，油的折射率為1.10，試問光線從有機玻璃射向有機玻璃與油的界面時全反射臨界角是(A)A、arcsin(1.10/1.50)；B、1.10/1.50；C、arctan(1.10/1.50)；D、arccos(1?1O/1?50)； E、arctan(1?50/1?10)。楊氏實驗裝置中，光源的波長為600nm,兩狹縫的間距為2mm,試問在離縫300cm處的光屏上觀察到干涉花樣的間距是多少毫米(B)A、4.5mm； B、0.9mm； C、3.1mm； D、4.1mm； E、5.2mm03?在下列光的實驗中，正確的說法是：(A)A、 法布里-珀羅干涉儀是多光束干涉儀；B、 邁克耳遜干涉儀是分波面干涉儀；C、 夫瑯禾費衍射是一種近場衍射；D、 楊氏雙縫干涉是分振幅干涉儀。一物體置于焦距為8cm的薄凸透鏡左邊12cm處，將另一焦距為6cm的薄凸透鏡放在第一個透鏡右側(cè)30cm處，最后成像的性質(zhì)是：(EA、倒立的實像；B、放大的虛像；C、放大的實像；D、縮小的虛像;E、 成像于無窮遠(yuǎn)處。假定汽車車燈的波長是500nm的綠光，汽車兩個前車燈的間距為1.22m，人眼在夜間的瞳孔直徑D=5mm,考慮光波衍射所產(chǎn)生的影響，人眼能區(qū)分兩只汽車前燈的最大距離是多少公里(C)?A、1km；B、3km； C、10km；D、30km； E、100km。對于理想光具組基點和基面的描述，以下說法錯誤的是(B)主點是一對共軛點；B.焦點是一對共軛點；C.節(jié)點是一對共軛點；D.兩主平面上的任一對等高點共軛。在邁克爾遜干涉儀的一條光路中放入一折射率為"，厚度為d的透明介質(zhì)片，放入后兩光路的光程差改變量為：(A)A、2(n-1)d； B、2nd； C、nd； D、(n-1)d。8．在真空中行進的單色自然光以布儒斯特角iB=57o入射到平玻璃板上，下列敘述中哪一種是不正確的？（D）A、玻璃板的折射率等于taniB；B、反射光與折射光夾角為90。；C、折射光為部分偏振光；D、反射光的電矢量振動面平行于入射面。線偏振光垂直入射到方解石波片上，線偏振光的振動面與主截面成8角，則與波片中的。光和e光對應(yīng)的出射光的振幅比為：（C）A、sin0；B、cos0；C、tan0；D、ctg0。牛頓環(huán)實驗裝置為：以平凸透鏡置于一平板玻璃上構(gòu)成。以平行單色光從上向下投射，并在反射方向觀察可看到許多明暗相間的同心圓環(huán)，這些圓環(huán)的特點為（D）A、 接觸點是明的，明暗條紋是等間距的同心圓環(huán)；B、 接觸點是明的，明暗條紋是不等間距的同心圓環(huán)；C、 接觸點是暗的，明暗條紋是等間距的同心圓環(huán)；D、 接觸點是暗的，明暗條紋是不等間距的同心圓環(huán)。轉(zhuǎn)動檢偏器觀察一束光，強度有最大但無消光位置。在檢偏器前置一1/4波片,使其光軸與上述強度最大方向平行，轉(zhuǎn)動檢偏器觀察時有一消光位置，問這束光是：（D）A、自然光；B、線偏振光；C、部分偏振光；D、橢圓偏振光。單色平面光波投射到一個小孔上，在孔對稱軸線上的一點P處進行觀測，圓孔恰好露出了3個半波帶。則此時P處的光強應(yīng)為自由傳播時（無小孔）光強的（B）倍A、3倍;B、4倍;C、16倍; D、36倍。13?對于望遠(yuǎn)鏡的放大本領(lǐng)而言，以下描述正確的是（ C）A、 開普勒望遠(yuǎn)鏡所成的是正立的像；B、 伽利略望遠(yuǎn)鏡的物鏡和目鏡像方焦距均為正值；C、 伽利略望遠(yuǎn)鏡的目鏡為凹透鏡；D、 望遠(yuǎn)鏡的角放大率M=-f'f。目物14.夫瑯和費單縫衍射實驗中，若將透鏡垂直于軸線向上微微平移，則（A）。A、零級條紋跟著上移；B、零級條紋向相反方向移動；C、零級條紋保持不變；D、以上答案都不正確。15?將鈉燈發(fā)射的黃光垂直投射于某一衍射光柵。而這種黃光包含著鈉雙線的波長分別為5890A和5895.9A。若為了分辨第三級光譜中的鈉雙線，光柵的刻線數(shù)最少為：（B）A、222； B、333； C、444；D、555。以下說法錯誤的是（D）A、 隱失場是非傳播場；B、 隱失波的信息都包含在近場范圍內(nèi)；C、 隱失波隨著離開物體表面在空間急劇衰減；D、 隱失場是輻射場。

激光掃描共焦顯微鏡運用了空間濾波技術(shù)來提高系統(tǒng)的信噪比，為了達(dá)到上述目的，在系統(tǒng)中（B）A、 運用激光作為照明光源；B、 光探測器前放置了小孔光闌；C、 插入了光束掃描裝置；D、 運用了計算機數(shù)據(jù)采集軟件。波長為X=555nm輻通量為1瓦的光源其對應(yīng)的光通量為（683或Km）流明，波長為!=800nm輻通量為10瓦的光源其對應(yīng)的光通量為（0 ）流明。二、問答題（共三題，共24分，每題8分）1、（8分）如圖所示的夫瑯禾費衍射裝置，若分別用（a）遮住S］縫；（b）遮住S2縫；（c）比縫、S2縫均開啟，試分析出現(xiàn)在觀察屏上的條紋分布（分析主最大位置、最小值位置等）。觀察P焦距觀察P焦距解：（a）夫瑯和費單縫衍射的中央主最大在透鏡的主軸上，最小值位置在（b） 夫瑯和費單縫衍射花樣和（a）完全一樣，不發(fā)生變化或位移;（c） 夫瑯和費雙縫衍射，主最大位置為sin6=jj=0,±1,±2…,d其中d=a+b；整個花樣受單縫衍射調(diào)制，雙縫干涉最小值位置是，j'九sin6=一 jH±2,±4,±6…；2d整個花樣受單縫衍射調(diào)制，單縫衍射最小值位置是sin6=-b2、（8分）設(shè)晶體是負(fù)單軸晶體，玻璃的折射率為"，分別繪出下列兩種情形下自然光經(jīng)過如圖所示的棱鏡后雙折射光線的傳播方向和振動方向。（注：其中折射時折射角不必精確，但必需能看出是大于、等于還是小于入射角）

3、(8分)汽車的后視鏡都采用凸面反射鏡，請證明凸面反射鏡前任意位置(丨S|>0)的實物經(jīng)凸面反射鏡所成的像為一縮小的正立虛像。證明：根據(jù)丄+1二2，根據(jù)符號法則，對于凸面反射鏡而言，假定光從左側(cè)ssr入射總有：r>0；-s>0；即有丄=---=—+ =+丄srsr-srIsI對上式進行改寫可得：二=丨IsI21sI+]r上式右邊始終為正，可見所成的像與物在凸面鏡的兩側(cè)，故實物所成的為正立的虛像；另外因為—=1 <1，所成的像始終為縮小的像。IsI2\s^+1r三、計算題(共四題，共40分，?每題10分)1、(10分)折射率為1.5的平凹透鏡與平板玻璃構(gòu)成如圖所示的干涉裝置，中間的空腔充滿折射率為1.33的水，波長為589?3nm的平行光垂直入射時可看到反射光的4個圓環(huán)形干涉暗條紋及中心暗斑：圖中邊緣處條紋是暗條紋還是亮條紋？求水溶液中心處的厚度？若將空腔中溶液換成折射率為1.62的CS2溶液，圖中邊緣處的條紋是暗紋還是亮紋？此時能看到幾條暗條紋？解：(1)根據(jù)圖判斷，干涉條紋的暗紋公式為：2nh+2=(2j+1)片，圖中邊緣處厚度為0,對應(yīng)的應(yīng)該是0級暗條紋。即邊緣處22為暗條紋。(2)4條暗條紋對應(yīng)的干涉級數(shù)分別為0，1，2，3。故水溶液中心可能的最大厚度處應(yīng)該對應(yīng)j=4,此時厚度為：

7 4九4x0.5893nonh= = q0.89pmmax2n 2x1.33（3）如空腔中的溶液折射率改為1.62,對應(yīng)的干涉條紋的暗紋公式仍為：2nh+-=（2j+1）-，圖中邊緣處厚度為0,對應(yīng)的仍是0級暗條紋。即邊緣處為22暗條紋。對應(yīng)的條紋數(shù)應(yīng)為2nhj=INT（絲）+1=5九此時能看到5條暗條紋。2.（10分）如圖所示，單色平行光斜入射到透射式衍射光柵上，入射方向與光柵法線成％角，分別在與法線成50o和20o的方向上出現(xiàn)第一級光譜，并且位于法線兩側(cè)，求①入射角％②如果光柵常數(shù)d=1um,入射單色平行光的波長為多少？(b)解：①如圖（a）所示，入射光線方向與衍射方向位于法線兩側(cè)，則1級衍射角為:dsin0-dsin0=九如圖（b）所示，入射光線方向與衍射方向位于法線同側(cè)，則1級衍射角為：dsin0'+dsin0=九0聯(lián)立求解上述兩式，得：sin0=—（sin0-sin0'）o2即0=arcsin[—（sin50。-sin20。）=12.2。o 2②九=d(sin0-sin0。)=1x(sin50—sinl2.2)=0.555pm3?10分）顯微鏡物鏡的焦距為1cm,物鏡的數(shù)值孔徑為0.25；目鏡焦距為3cm,兩鏡間距為20cm。求此顯微鏡的放大本領(lǐng)是多少？

如照明光源的波長為0.58um,求此顯微鏡的分辨本領(lǐng)是多少？物體置于物鏡左側(cè)的何處時，才能最終成像在目鏡左方25厘米處?解：(1)已知f1'=1cm，f2'=3cm，l=20cm，根據(jù)顯微鏡放大本領(lǐng)計算公式:l25cmM沁— =166.6(2)根據(jù)顯微鏡分辨本領(lǐng)計算公式Ay二0.61-^—二O.61058二1.4152pmnsinu0.25⑶s2'=-25cm，代入成像公式由丄—丄=丄得s2=—2.68cm.s'sf'222s2=-(20-s1')cm，得s1'=17.32，代入成像公式———=丄，得s1=—1.06cm.s's/'111物體應(yīng)放在物鏡左方1.06厘米處。4、(10分)如圖所示，在兩個偏振片P1和P2中插入厚度d滿足(no-ne)d=—X/3的石英波片W波片的光軸與偏振片P1和P2透振方向的夾角分別為45。和30°。光強為I0的單色平行自然光垂直入射到該裝置，忽略吸收和反射等損耗，求出射光波的偏振態(tài)和光強。一-p0_.一-p0_.W—p ?I3I3I=A2+A2+2AAcos申oe ee oeeet_i 21 邁1_I—o 2+( )2+2( )cos60o)