高中物理光学公式

物 理 光 学 §2.1 光的波动性

2.1.1光的电磁理论

19世纪60年代，美国物理学家麦克斯韦发展了电磁理论，指出光是一种电磁波，使波动说发展到了相当完美的地步。

2.1.2光的干涉

1、干涉现象是波动的特性

凡有强弱按一定分布的干涉花样出现的现象，都可作为该现象具有波动本性的最可靠最有力的实验证据。

2、光的相干迭加

两列波的迭加问题可以归结为讨论空间任一点电磁振动的力迭加，所以，合振动平均强度为

2I?A12?A2?2A1A2cos(?2??1)

其中A1、A2为振幅，?1、?2为振动初相位。

?????2j?,j?0,1,2,??I?(A?A)干涉相消?????(2j?1)?,j?0,1,2,?????(???)为其他值且A?AI?4Acos?2

21I?(A1?A2)2干涉相加21221222121213、光的干涉 (1)双缝干涉

在暗室里，托马斯·杨利用壁上的小孔得到一束阳光。在这束光里，在垂直光束方向里放置了两条靠得很近的狭缝的黑屏，在屏在那边再放一块白屏，如图2-1-1所示，

于是得到了与缝平行的彩色条纹；如果在双缝前放一块滤光片，就得到明暗相同的条纹。

A、B为双缝，相距为d，M为白屏与双缝相距为l，DO为AB的中

第一章 光的电磁理论

?z??1.1 一个平面电磁波可以表示成 Ex=0，Ey=2cos[2??10?c?t??2]，Ez=0，问：

??14

（1） 该电磁波的频率、波长、振幅原点的初位相为多少？（2）波的传播和电矢量的

振动取哪个方向？（3）与电场想联系的磁场B的表达式如何写？

?z??t??。 1.2 一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为 Ey=0，Ez=0，Ex=10cos?100.65c??2

15

试求 （1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。

1.3 证明E=Acos(kz-?t)是波动方程（1-22）的解。 1.4 一种机械波的波函数为y=Acos2???xt???，其中A=20mm，T=12s，?=20mm试画出??T?t=3s时的波形曲线。从x=0画到x=40mm。

1.5 在与一平行光束垂直的方向上插入一透明薄片，起厚度=0.01，折射率=1.5，若光波的波长=500，试计算插入玻璃片前后光束光程和位相的变化。

1.6 地球表面每平方米接受到来自太阳光的功率约为1.33kW，试计算投射到地球表面的太阳光的电场强度。假设可以把太阳光看作是波长为?=600nm的单色光。

1.7 在离无线电发射机10km远处飞行的一

高中物理光学知识点总结 P 1

光的直线传播．光的反射 一、光源

1．定义：能够自行发光的物体．

2．特点：光源具有能量且能将其它形式的能量转化为光能，光在介质中传播就是能量的传播． 二、光的直线传播

1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C＝33108m/s；

各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v

① 直线传播的前提条件是在同一种介质，而且是均匀介质。否则，可能发生偏折。如从空气进入．．．．．水中（不是同一种介质）；“海市蜃楼”现象（介质不均匀）。

② 同一种频率的光在不同介质中的传播速度是不同的。不同频率的光在同一种介质中传播速度一般也不同。在同一种介质中，频率越低的光其传播速度越大。根据爱因斯坦的相对论光速不可能超过C。

③ 当障碍物或孔的尺寸和波长可以相比或者比波长小时，发生明显的衍射现象，光线可以偏离原来的传播方向。

④ 近年来（1999-2001年）科学家们在极低的压强（10-9Pa）和极低的温度（10-9K）下，得到一种物质的凝聚态，光在其中的速度降低到17m/s，甚至停止运动。 2．本影和半影

（l）影：影是自光源发出并与投影物体表面相切的光

第一章 小结

几何光学的基础：基本概念及基本定律（见第一节小结） 成像分析：

1、完善像的定义及完善成像条件 2、光路中的基本概念与符号规则 3、光路计算： 1）内容：

a. 成像位置关系（计算公式） b. 成像特性分析（放大率）

——虚实正倒缩放、共轭点沿轴移动、光束孔径角变化 学习思路：

a. 球面——平面

b.宽光束实际光线——近轴光线

（球差） （高斯像、物像共轭） c. 折射————反射

（反射-折射定律；成像公式、放大率公式、拉赫不变量） d. 单个球面——共轴系统： 过渡公式、成像放大率

第二章 小结

理想光学系统理论： 1、基本概念：理想光学系统、共轭、共线成像等 2、共轴理想光学系统成像性质 3、基点与基面：焦点/面、主点/面、节点（包括物像两方）

物像关系： 1、图解法求像：典型光线、基点基面性质（课上例题） 2、解析法及应用：牛顿公式、高斯公式

理想光学系统的组合：1）两光组组合的公式及计算

2）多光组

高中物理知识点《光学》《物理光学》《光的衍射》精品专

题课后练习【6】(含答案考点及解析)

班级:___________ 姓名：___________ 分数：___________

1.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P 点的距离之差为Δx=1.8×10-6

m ，若分别用频率为f 1=5.0×1014Hz 和f 2=7.5×1014Hz 的单色光一垂直照射双缝，则P 点出现亮暗条纹的情况是 ( )

A ．用频率f 1的单色光照射时，出现亮条纹

B ．用频率f 2的单色光照射时，出现暗条纹

C ．用频率f 2的单色光照射时，出现亮条纹

D ．用频率f 1的单色光照射时，出现暗条纹

【答案】AB

【考点】高中物理知识点》光学》物理光学》光的干涉

【解析】

试题分析：如图所示，双缝S 1、S 2到光屏上任一点P 的路程之差d=S 2-S 2′，当d 等于单色光波长的整数倍时，S 2和S 1同时达到波峰或波谷，由S 1和S 2发出的光在P 点互相加强，P 点出现亮条纹；当d 等于单色光半个波长的奇数倍，S 2达到波峰时，S 1达到波谷，这样由S 1和S 2发出的光在P 点互相抵消，出现暗条纹.

由，则有，6是偶数，亮条纹，选项A 正确； 同理有

，，9是奇数，

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?（1??）；该介质的折射率n?（

?r?r ）。

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?r、透射角?t和入射角?i的关系为（?r??i，n1sin?i?n2sin?t）；

；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（ 波在介质1、介质2中的波长，则?1和?2的关系为（n1?1?n2?2）。

3 若一束光波的电场为E?2jcos?2??1015??t??, 则，光波的偏振状态是振动方向沿（ y轴）的

c?（线）偏振光 ；光波的传播方向是（z轴）方向 ；振幅是（2 ）vm；频率是（1015）Hz；空间周期是（ 3?10?7 ）m；光速是（ 3?108 ）m/s。

??z?????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?为 4.74x1014Hz ；在折射为1.5的透明介质中传播速度v为 2

系别 班次 学号 姓名 .

???密???封???线???以???内???答???题???无???效??

《物理光学》考试题（90分钟） 开卷 总分100分 考试日期 2010年11月 4 日

一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 评卷教师 一、 选择题（每小题2分，共30分）

1. 自然光正入射，其反射光为 D 。 A．椭圆偏振光 B．线偏振光 C．部分偏振光 D．自然光

2. 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． 323．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 4. 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

光学

[内容和方法]

本单元内容包括光的直线传播、棱镜、光的色散、光的反射、光的折射、法线、折射率、全反射、临界角、透镜（凸、凹）的焦点及焦距、光的干涉、光的衍射、光谱、红外线、紫外线、X射线、γ射线、电磁波谱、光电子、光子、光电效应、等基本概念，以及反射定律、折射定律、透镜成像公式、放大率计算式，光的波粒二象性等基本规律，还有光本性学说的发展简史。

本单元涉及到的方法有：运用光路作图法理解平面镜、凸透镜、凹透镜等的成像原理，并能运用作图法解题；根据透镜成像规律，运用逻辑推理的方法判断物象变化情况。

[例题分析]

在本单元知识应用的过程中，初学者常犯的错误主要表现在：解题操作过程不规范导致计算错误；将几何光学与物理光学综合时概念不准确；不善于用光路图对动态过程作分析。 例1 光从玻璃射入空气里时传播方向如图13－l所示，请在图中标出入射角和折射角。

【错解分析】错解：

如图13－2所示，α为入射角，β为折射角。

错解原因一是受思维定势的影响，不加分析地认定玻璃与空气总是上下接触的；二是对光的折射及其规律未吃透，将题设文字条件与图形条件结合起来的分析能力差。根据光的折射规律，光从水或玻璃等透明物质射入空气里时，折射角大于入射角，题设文字条件是“从玻璃射入空

建筑物理实验报告

实验一 采光实测

学生成绩：

实验题目：采光实测

实验目的：1.掌握照度计的正确使用方法。

2.测定室内工作面照度分布。

3.检验实际采光效果是否达到预期设计目标。 4.了解不同光环境实况，分析比较设计经验。 5.确定是否需要对采光进行改造或补充。

实验内容：

（一）采光系数测定

（二）检验室内亮度分布状况 （三）测量表面光反射比 （四）测量窗玻璃的光透射比 实验步骤：

（一）采光系数测定 测试仪器：照度计两台

1.场所和布点：选一侧窗采光房间，在窗、窗间墙中间，垂直于窗面布置两条测量线，离地高度与工作面同，间隔1~2m布置一测点。

2.天气条件：最好选择阴天，如全阴天。时间最好在9：00~16：00之间，因这一时段室外照度变化不大。

3.室外照度：应选择周围无遮挡的空地或在建筑物屋顶上进行测量。光接收器与周围建筑物或其他遮挡物的距离应大于遮挡物高度（自光接收器所处水平位置算起）的6倍以上。读数时应与室内照度读数时间一致。

3.室内照度：光接收器放在与实际工作面等高，或距地面0.8m 高的水平面处测量照度。测量时应熄灭人工照明灯。测量者应避开光的入射方向，以防止对光接收器的遮挡。为了提高测量精度，每一

物理光学 梁铨廷 答案

第一章 光的电磁理论

1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez= 102 os ×1014

+

2

，

（各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。

解：由Ex=0，Ey=0，Ez= 102 os ×1014

+

，则频率υ=

×1014

2

2

=

2

=0.5×

1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，

波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。

1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=2Cos 2 ×1014

t +

2

，Ez=0，求：（1）

该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？

解：（1）振幅A=2V/m，频率υ= ×1014

2

=

22

=

1014Hz，波长λ=

3×108υ

=

10=3×10 6 ，原点的