物理學(xué)光學(xué)原理與應(yīng)用習(xí)題集及解題技巧指導(dǎo)卷

物理學(xué)光學(xué)原理與應(yīng)用習(xí)題集及解題技巧指導(dǎo)卷姓名_________________________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)定的位置填寫您的答案。一、單項(xiàng)選擇題1.光的干涉現(xiàn)象中，產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉的條件是兩束光的光程差為（）

A.λ/2B.λ

C.2λD.λ/4

2.關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，以下說法正確的是（）

A.只在光遇到障礙物時(shí)才會(huì)發(fā)生衍射

B.光波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射現(xiàn)象越明顯

C.光通過狹縫后，光束會(huì)發(fā)散

D.光的衍射現(xiàn)象僅發(fā)生在可見光范圍內(nèi)

3.光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生全反射的條件是（）

A.入射角大于臨界角

B.入射角小于臨界角

C.入射光與折射光的夾角大于90°

D.入射光與折射光的夾角小于90°

4.關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，以下說法正確的是（）

A.光的偏振是光波在空間傳播過程中產(chǎn)生的

B.自然光不能發(fā)生偏振

C.光的偏振是光波通過某些特定材料后產(chǎn)生的

D.光的偏振現(xiàn)象只發(fā)生在垂直于傳播方向的平面上

5.光通過介質(zhì)時(shí)，光的頻率（）

A.不變

B.增大

C.減小

D.發(fā)生周期性變化

6.關(guān)于光的折射定律，以下說法正確的是（）

A.折射率越大，折射角越小

B.折射率越小，折射角越大

C.折射角與入射角成正比

D.折射角與入射角成反比

7.光在空氣和水中傳播時(shí)，以下說法正確的是（）

A.光在空氣中傳播速度比在水中快

B.光在水中傳播速度比在空氣中快

C.光在兩種介質(zhì)中的傳播速度相同

D.光在兩種介質(zhì)中的傳播速度無法比較

8.關(guān)于光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，以下說法正確的是（）

A.實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉條紋是等間距的

B.實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉條紋是等寬度的

C.實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉條紋是等高度的

D.實(shí)驗(yàn)中觀察到的干涉條紋是等長(zhǎng)度的

答案及解題思路：

1.答案：A

解題思路：相長(zhǎng)干涉發(fā)生在兩束光的光程差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，即光程差為λ/2時(shí)，兩束光相位相同，形成相長(zhǎng)干涉。

2.答案：B

解題思路：衍射現(xiàn)象與光的波長(zhǎng)有關(guān)，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射越明顯。光波遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，但衍射現(xiàn)象也可以發(fā)生在光通過狹縫時(shí)。

3.答案：A

解題思路：全反射發(fā)生在光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，且入射角大于臨界角。當(dāng)入射角小于臨界角時(shí)，光會(huì)發(fā)生折射。

4.答案：C

解題思路：光的偏振是光波通過某些特定材料（如偏振片）后產(chǎn)生的，這些材料具有選擇性透過特定方向的光波。

5.答案：A

解題思路：光通過介質(zhì)時(shí)，頻率不變，但速度和波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。

6.答案：A

解題思路：根據(jù)斯涅爾定律，折射率越大，折射角越小。

7.答案：A

解題思路：光在介質(zhì)中的傳播速度取決于介質(zhì)的折射率，空氣的折射率小于水，所以光在空氣中傳播速度比在水中快。

8.答案：A

解題思路：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，由于兩束光從不同路徑到達(dá)屏幕，形成干涉條紋。由于兩束光的光程差相同，所以干涉條紋是等間距的。

目錄：二、填空題

1.光在真空中的傳播速度為______m/s。

答案：3×10^8

解題思路：根據(jù)物理學(xué)中光速的標(biāo)準(zhǔn)值，光在真空中的傳播速度是3×10^8m/s。

2.光的波長(zhǎng)λ、頻率f和光速c之間的關(guān)系為______。

答案：c=λf

解題思路：根據(jù)光波的基本關(guān)系，光速c等于波長(zhǎng)λ乘以頻率f，這是基于波動(dòng)理論得出的公式。

3.折射率n與光的折射角θ和入射角i之間的關(guān)系為______。

答案：n=sin(i)/sin(θ)

解題思路：根據(jù)斯涅爾定律，即折射定律，折射率n等于入射角i的正弦值除以折射角θ的正弦值。

4.全反射現(xiàn)象發(fā)生的條件是______。

答案：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)且入射角大于臨界角

解題思路：全反射現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，光必須從折射率較高的介質(zhì)（光密介質(zhì)）傳播到折射率較低的介質(zhì)（光疏介質(zhì)），并且入射角要大于臨界角。

5.偏振現(xiàn)象是指光波在傳播過程中，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量______。

答案：一個(gè)方向

解題思路：偏振是指光波中電場(chǎng)振動(dòng)方向的特定化，即在傳播過程中，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量一個(gè)特定方向，而不是沿所有方向振動(dòng)。

答案及解題思路：

答案：

1.3×10^8

2.c=λf

3.n=sin(i)/sin(θ)

4.光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)且入射角大于臨界角

5.一個(gè)方向

解題思路：

1.光速在真空中是一個(gè)常數(shù)，可以直接引用。

2.根據(jù)光速公式c=λf，光速等于波長(zhǎng)乘以頻率，可以推出它們之間的關(guān)系。

3.根據(jù)斯涅爾定律，通過三角函數(shù)關(guān)系得出折射率與入射角和折射角之間的關(guān)系。

4.全反射的條件涉及光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)以及入射角和臨界角的概念。

5.偏振現(xiàn)象的定義即電場(chǎng)矢量方向的單方向性，這一點(diǎn)在光的偏振現(xiàn)象中有明確的描述。三、判斷題1.光的干涉現(xiàn)象中，當(dāng)兩束光的光程差為整數(shù)倍波長(zhǎng)時(shí)，才能產(chǎn)生明亮的干涉條紋。（）

答案：√

解題思路：在光的干涉現(xiàn)象中，當(dāng)兩束光的光程差為整數(shù)倍波長(zhǎng)時(shí)，即光程差ΔL=nλ（n為整數(shù)，λ為波長(zhǎng)），兩束光會(huì)在某些區(qū)域相遇時(shí)相位相同，產(chǎn)生明亮的干涉條紋。這是干涉條紋形成的基本條件。

2.光在兩種介質(zhì)界面發(fā)生全反射時(shí)，入射角越大，反射角越大。（）

答案：√

解題思路：根據(jù)斯涅爾定律（Snell'sLaw），光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，入射角i和折射角r滿足n1sin(i)=n2sin(r)，其中n1和n2分別是兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，若入射角大于臨界角c，則發(fā)生全反射。在全反射條件下，反射角等于入射角，且入射角的增大，反射角也增大。

3.自然光可以通過某些特定材料發(fā)生偏振。（）

答案：√

解題思路：自然光是無偏振光，其電場(chǎng)矢量在所有可能的方向上都有分量。但是當(dāng)自然光通過某些特定材料，如偏振片時(shí)，這些材料可以選擇性地允許某一方向的電場(chǎng)分量通過，從而使得光變?yōu)槠窆狻?/p>

4.光在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的折射率成正比。（）

答案：×

解題思路：光在介質(zhì)中的傳播速度v與介質(zhì)的折射率n之間的關(guān)系是v=c/n，其中c是光在真空中的速度。因此，光在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的折射率成反比，而不是正比。

5.光的衍射現(xiàn)象只會(huì)發(fā)生在光波遇到障礙物時(shí)。（）

答案：×

解題思路：光的衍射現(xiàn)象不僅發(fā)生在光波遇到障礙物時(shí)，也發(fā)生在光波通過狹縫或小孔時(shí)。衍射是波繞過障礙物或通過狹縫后發(fā)生偏折的現(xiàn)象，這是波的基本特性之一。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述光的干涉現(xiàn)象。

答案：光的干涉現(xiàn)象是指當(dāng)兩束或多束相干光相遇時(shí)，由于光的波峰與波峰或波谷與波谷相遇而發(fā)生加強(qiáng)，波峰與波谷相遇而發(fā)生減弱，從而在空間上形成穩(wěn)定的明暗條紋或圖樣的現(xiàn)象。干涉現(xiàn)象的發(fā)生依賴于光的相干性，即光波的相位關(guān)系穩(wěn)定。

解題思路：理解干涉現(xiàn)象的定義，分析光波的相位關(guān)系及其對(duì)干涉結(jié)果的影響。

2.簡(jiǎn)述光的衍射現(xiàn)象。

答案：光的衍射現(xiàn)象是指當(dāng)光波遇到障礙物或通過狹縫時(shí)，光波發(fā)生繞射，使得光波在障礙物后或狹縫后形成新的波前，并在屏幕上形成明暗相間的衍射條紋。

解題思路：闡述衍射現(xiàn)象的基本概念，描述光波在障礙物或狹縫處的繞射過程。

3.簡(jiǎn)述光的折射現(xiàn)象。

答案：光的折射現(xiàn)象是指當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，由于光速的改變，光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象。折射現(xiàn)象遵循斯涅爾定律，即入射角和折射角之間存在固定的正弦比。

解題思路：解釋折射現(xiàn)象的發(fā)生條件，引用斯涅爾定律說明折射角與入射角之間的關(guān)系。

4.簡(jiǎn)述光的偏振現(xiàn)象。

答案：光的偏振現(xiàn)象是指光波中只包含某一方向振動(dòng)的電磁波分量，這種現(xiàn)象稱為光的偏振。當(dāng)光波通過某些物質(zhì)，如偏振片或晶體時(shí)，會(huì)使其振動(dòng)方向變得有規(guī)律。

解題思路：說明光的偏振定義，解釋光通過某些物質(zhì)后振動(dòng)方向變化的原理。

5.簡(jiǎn)述全反射現(xiàn)象。

答案：全反射現(xiàn)象是指當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角大于某一特定角度（臨界角），光將不再進(jìn)入光疏介質(zhì)，而是完全反射回光密介質(zhì)中的現(xiàn)象。

解題思路：描述全反射現(xiàn)象的條件，說明臨界角在其中的作用，引用光學(xué)原理解釋全反射現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制。五、計(jì)算題1.已知光在真空中的速度為3×10^8m/s，求光在空氣中的速度。

解答：

光在空氣中的速度與在真空中的速度非常接近，因?yàn)榭諝獾恼凵渎式咏?。因此，光在空氣中的速度可以近似等于在真空中的速度。

光在空氣中的速度\(v_{\text{空氣}}\approx3\times10^8\)m/s。

2.一束光從空氣射入水中，入射角為30°，求折射角。

解答：

使用斯涅爾定律\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)，其中\(zhòng)(n_1\)和\(n_2\)分別是空氣和水的折射率，\(\theta_1\)是入射角，\(\theta_2\)是折射角。

空氣的折射率\(n_1\approx1\)，水的折射率\(n_2\approx1.33\)。

\(\sin\theta_2=\frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1=\frac{1}{1.33}\sin30°\approx0.47\)。

\(\theta_2\approx\arcsin(0.47)\approx28.2°\)。

3.一束光從水中射入空氣，入射角為45°，求折射角。

解答：

同樣使用斯涅爾定律\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)。

水的折射率\(n_1\approx1.33\)，空氣的折射率\(n_2\approx1\)。

\(\sin\theta_2=\frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1=\frac{1.33}{1}\sin45°\approx0.93\)。

\(\theta_2\approx\arcsin(0.93)\approx68.5°\)。

4.已知光的波長(zhǎng)為500nm，求其在真空中的速度。

解答：

光在真空中的速度\(c\)可以通過波長(zhǎng)\(\lambda\)和頻率\(f\)的關(guān)系\(c=\lambdaf\)來計(jì)算。

光的頻率\(f\)可以通過\(f=\frac{c}{\lambda}\)來計(jì)算，其中\(zhòng)(c=3\times10^8\)m/s，\(\lambda=500\)nm=\(500\times10^{9}\)m。

\(f=\frac{3\times10^8}{500\times10^{9}}=6\times10^{14}\)Hz。

\(c=\lambdaf=500\times10^{9}\times6\times10^{14}=3\times10^8\)m/s。

5.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，已知光的雙縫間距為0.1mm，屏幕到雙縫的距離為1m，求第一級(jí)明條紋的間距。

解答：

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，明條紋的間距\(\Deltax\)可以通過公式\(\Deltax=\frac{\lambdaL}rtlbrtf\)來計(jì)算，其中\(zhòng)(\lambda\)是光的波長(zhǎng)，\(L\)是屏幕到雙縫的距離，\(d\)是雙縫間距。

已知\(\lambda=500\)nm=\(500\times10^{9}\)m，\(L=1\)m，\(d=0.1\)mm=\(0.1\times10^{3}\)m。

\(\Deltax=\frac{500\times10^{9}\times1}{0.1\times10^{3}}=5\times10^{4}