K12学习物理光学知识点.docx

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K12学习物理光学知识点

物理光学知识点

　　第一章

　　一.填空题

　　波的基本性质

　　1某介质的介电常数为，相对介电常数为r，磁导率为，相对磁导率为r，则光波在该介质中

　　的传播速度v；该介质的折射率n。

　　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。

　　发生现象；反射角r、透射角t和入射角i的关系为；设1,2分别为光1=2）

　　设1,2分别为光波在介质1、介质2中的时间频率，则1和2的关系为

　　3若一束光波的电场为E2jcos21015t,则，光波的偏振状态是振动方向沿的

　　c15偏振光；光波的传播方向是方向；振幅是vm；频率是Hz；空间周期是78m；光速是m/s。

　　z4已知为波长的He-Ne激光在真空中的传播速度为/s，其频率为　　；在折射为的透明介质中传播速度v为/s，频率为，波长为；

　　5一平面单色光波的圆频率为ω、波矢为k，其在真空中的光场E用三角函数表示为

　　EE0cos（tkr），用复数表示为EE0expi（krt）；若单色球面（发散）光波的圆频率

　　为ω、波矢为

　　k，其在真空中的光场E用三角函数表示为

　　E（E1r）cos（tkr），用复数表示为

　　EE1rexpi（krt）；

　　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、1x106m-1、0；

　　7玻璃的折射率为n＝，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；r（反射角）,t（透射角）和i（入射角）的关系为　　；设1光波在介质1、介质2中的时间频率，则11、介质2中的波长，则1

　　,2分别为

　　和2的关系为　　；设1,2分别为光波在介质

　　和2的关系为　　。

　　二.选择题

　　1EEexpi（tkz）与EEexpi（tkz）描述的是传播的光波。

　　00z方向；　　B.沿负z方向；　　

　　C.分别沿正z和负z方向；　　D.分别沿负z和正z方向。

　　A.沿正

　　2光波的能流密度S正比于。

　　A．E或H　　B．E2或H2　　C．E2，与H无关　　D．H2，与E无关3在麦克斯韦方程组中，描述法拉第电磁感应定律的方程是：

。

　　BD；　　D.Hjtt4若某波长的光在某介质的相对介电常数为r，相对磁导率为r，则该光在该介质中的折射率为

　　A.D；　　B.B0；C.E。

A.n1rr；　　B.nrr；　　C.nr；　　D.n1r5某种透明媒质对于空气的临界角等于45°，光从空气射向此媒质时的布儒斯特角是

　　。

　　A.小于45°；　　B.30°　　C.45°；　　D.大于45°

　　6在麦克斯韦方程组中，说明磁场是无源场的方程是：

。

　　A.D；　　B.B0；　　C.EBD；　　D.Hjtt7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.v1；　　B.v；　　C.v；　　D.v18在介质1和2的分界面上，若无面电荷和面电流，下列关系正确的是。

　　A.n（B1B2）0；B.n（D1D2）0；C.n（E1E2）0；　　D.n（H1H2）0

　　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　　B．C　　C．

　　D．3211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.电场和磁场都有相位突变

　　C.电场有相位突变，磁场无相位变化　　D.电场无相位变化，磁场有相位突变

　　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

　　156.光波的能流密度S正比于B　　。

　　A．E或H　　B．E或H　　C．E，与H无关D．H，与E无关三.名词解释

　　22221半波损失：

在小角度入射（1分）或掠入射（1分）两种情况下，光波折射率小的媒质进入

　　折射率大的媒质时，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：

①折射光位于入射光和法线所确定的平面内。

②折射光与入射光分居在法线的两侧。

③

　　折射角与入射角满足：

sinIsinInn。

　　4坡印亭矢量：

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

　　1EB。

量的大小。

它的方向代表的是能量流动的方向，S5发光强度：

辐射强度矢量的时间平均值（I）。

　　6反射定律：

①反射光线位于入射光线和法线所确定的平面内；②反射光线和入射光线位于法线两侧；

　　③反射角与入射角绝对值相等，符号相反，即II。

　　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

　　221E1B220B0电场的波动方程：

E2；　　磁场的波动方程：

　　vt2v2t22平面波、球面波、柱面波的一般式

　　平面波：

EAexpikrtexpikrt；；球面波：

EAr1柱面波：

EA1rexpikrt

　　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，以一定的速度近及远传播开来就形成了电磁波。

　　4原子发光特点

　　①实际原子发出的是一段儿一段儿有限大的波列；②振幅在持续时间内保持不变或变化缓慢；③前后波列

　　之间没有固定的相位关系；④各个波列的振动方向不同。

　　5平面电磁波性质

　　①平面电磁波是横波　　②EBk，并且构成右手螺旋系　　③E和B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

　　jE　　——电导率；DE　　——介电常数；BH7微分形式的麦克斯韦方程组及各物理量的意义

　　——磁导率

　　DEj————

　　DB0EBtDHjt—电感强度；

　　B——磁感强度；

　　—电场强度；H——磁场强度；

　　—自电荷体密度；—传导电流密度；

　　D——位移电流密度。

t8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。

　　答：

等相面为平面的简谐波为平面波。

E2cos4106z1015t

　　9画出菲涅耳曲线，并图分析反射光和透射光的位相变化。

　　解：

菲涅耳曲线如下图所示

　　t∥，t⊥在入射角θ1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）r⊥θ

　　B时

　　B时

　　r∥>0说明反射光的平行分量

　　r∥θ

　　B时

　　B时

　　r∥>0说明反射光的平行分量

　　r∥<0说明反射光的平行分量与入射光的平行分

　　量相位差π。

（1分）

　　10波长为、振幅为A的平面波以角入射到镜面，忽略反射引起的

　　位相变化，求

　　x轴上的复振幅分布

　　x轴上，是入射光与反射光的kx分量的同向叠加。

　　E（x）=Asinexp（iksinx）+Asinexp（iksinx）=2Asinexp（iksinx）。

　　k=2/。

　　yy轴上的复振幅分布

　　y轴上，是入射光与反射光的ky分量的反向叠加。

　　E（y）=Acosexp（-ikcosy）+Acosexp（ikcosy）=2Acoscos（kcosy）

　　0x第二题用图

　　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？

当入射角1B时，反射光为线偏振光，（2分）因此时R//0RR

　　当10,和190　　tgBB53o即当153o时反射光为线偏振光。

（3分）R//R反射光为自然光。

（3分）

　　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、入射角和界面两侧介质的折射率有关。

　　13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。

入射角等于布儒斯特角B。

　　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。

　　nat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B。

　　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。

　　反映能量关系的是透射率，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，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，于两界面的物理性质不同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，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？