物理竞赛波动光学

高二物理竞赛（9） 几何光学和波动光学

班级：_____________ 姓名：_________________ 座号：_____________

一、一平凸透镜焦距为f，其平面上镀了银，现在其凸面一侧距它2f处，垂直于主轴放置一高为H的物，其下端在透镜的主轴上（如图所示）。

（1）用作图法画出物经镀银透镜所成的像，并标明该像是虚、是实； （2）用计算法求出此像的位置和大小。

二、有一水平放置的平行平面玻璃板H，厚3.0cm，折射率n=1.5。在其下表面下2.0cm处有一小物S；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L，其焦距f=30cm，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S位于透镜的主轴上，如图所示。若透镜上方的观察者顺着主轴方向观察到S的像就在S处，问透镜与玻璃板上表面的距离为多少？

1

三、一束平行光沿薄平凸透镜的主光轴入射，经透镜折射后，会聚于透镜f=48cm处，透镜的折射率n=1.5。若将此透镜的凸面镀银，物置于平面前12cm处，求最后所成像的位置。

四、图中，三棱镜的顶角α为60°，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为f=30.0cm的两个完全相同的凸透镜L1和L2。

第十三章 光的波动性

内容：1．光波及其相干条件 2．杨氏双缝干涉

3．薄膜干涉 4．迈克尔孙干涉仪 5．单缝衍射 6．光栅衍射 7．X光衍射

8．自然光与偏振光

9．起偏与检偏 3．反射光与折射光的偏振

重点与难点：

1．杨氏双缝干涉 2．等倾干涉； 3．等厚干涉；

4．迈克尔孙干涉仪的应用 5．单缝衍射 6．光栅衍射

7．马吕斯定律； 8．布儒斯特定律； 要求：

1．掌握等倾干涉、等厚干涉的本质； 2．掌握薄膜干涉、劈尖干涉、牛顿环干涉； 3．了解迈克尔孙干涉仪。 4．掌握夫琅和费单缝衍射

5．了解圆孔衍射艾理斑公式及光学仪器的分辨率； 6．掌握光栅衍射的基本规律；

大学物理 波动光学

一、选择题：（每题3分）

1、在真空中波长为?的单色光，在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3?，则此路径AB的光程为 (A) 1.5??． (B) 1.5 ?? n．

(C) 1.5 n??． (D) 3??． ［ ］

2、在相同的时间内，一束波长为?的单色光在空气中和在玻璃中 (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． ［ ］

3、如图，S1、S2是两个相干光源，它

大学物理 波动光学

一、选择题：（每题3分）

1、在真空中波长为?的单色光，在折射率为n的透明介质中从A沿某路径传播到B，若A、B两点相位差为3?，则此路径AB的光程为 (A) 1.5??． (B) 1.5 ?? n．

(C) 1.5 n??． (D) 3??． ［ ］

2、在相同的时间内，一束波长为?的单色光在空气中和在玻璃中 (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． ［ ］

3、如图，S1、S2是两个相干光源，它

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

人类对光的认识过程牛顿的微粒说： 光的直线传播 → 微粒 → 以力学定 律运动，解释了反射、折射

惠更斯创立波动说：

波动说由杨、菲涅耳的实验验证19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹 →光是电磁波，媒质是以太G c ρ

光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性 1900 年，普朗克提出量子论 → 光子，解释了热辐射 、光电效应、光压现象——微粒性

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

两种理论无法解释对方的现象→无法统一 20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一 光和物质一样都具有波粒二象性 20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期 激光、纤维光学(光纤)、红外技术 光学分类 几何光学——光的直线传播规律

大学物理

物理光学 波动光学 ——干涉、衍射、偏振 量子光学 ——光和物质的相互作用 现代光学 1960年 第一台红宝石激光器 非线性光学、激光光谱、信息光学、全息、 光纤通讯、集成光学、统计光学等

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理 补充 8.3 电磁波

变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及 远以

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理

人类对光的认识过程牛顿的微粒说： 光的直线传播 → 微粒 → 以力学定 律运动，解释了反射、折射

惠更斯创立波动说：

波动说由杨、菲涅耳的实验验证19世纪，法拉第、麦克斯韦、赫兹 →光是电磁波，媒质是以太G c ρ

光的干涉、衍射、偏振证实光是波——波动性 1900 年，普朗克提出量子论 → 光子，解释了热辐射 、光电效应、光压现象——微粒性

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

两种理论无法解释对方的现象→无法统一 20世纪，德布罗意提出物质波概念才得以统一 光和物质一样都具有波粒二象性 20世纪50年代以来，光学开始了一个新的发展时期 激光、纤维光学(光纤)、红外技术 光学分类 几何光学——光的直线传播规律

大学物理

物理光学 波动光学 ——干涉、衍射、偏振 量子光学 ——光和物质的相互作用 现代光学 1960年 第一台红宝石激光器 非线性光学、激光光谱、信息光学、全息、 光纤通讯、集成光学、统计光学等

《大学物理》机械工业出版社,2013年7月,配套

大学物理 补充 8.3 电磁波

变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及 远以

姓名 __________ 学号 ____________ 《大学物理Ⅱ》答题纸 第十八章

第十二章 波动光学（二） 一. 选择题

[ D ]1. 一束白光垂直照射在一光栅上，在形成的同一级光栅光谱中，偏离中央明纹最远的是

(A) 紫光． (B) 绿光． (C) 黄光． (D) 红光． 注:dsin??k?波长越长,偏离中心越远.

[ B ]2. 在单缝夫琅禾费衍射实验中，波长为?的单色光垂直入射在宽度为a＝4??的单缝上，对应于衍射角为30°的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为 (A) 2 个． (B) 4 个． (C) 6 个． (D) 8 个．

注:asin??4??2

[ B ]3. 一束平行单色光垂直入射在光栅上，当光栅常数(a + b)为下列哪种情况时(a代表每条缝的宽度)，k=3、6、9 等级次的主极大均不出现？

(A) a＋b=2 a． (B) a＋b=3 a． (C) a＋b=4 a． (A) a＋b=6 a．

注:

da?k/k',当此比值

初中竞赛专项训练—光的反射 （每空8分共计120分）

1.为了能迅速地判断出日食的食相，我们用线段MN、PQ分别表示太阳、月亮，地球上的观察者在A点。从A点作射线AP、AQ，则可出现下列四种情况，如图所示。观察者在A点看到的食相情况是：甲图中可看到____________，乙图中可看到

______________，丙图 中可看到___________， 丁图中可看到 _________________________。

2.如图所示，A、B两个平面镜平行放置，一束光线入射A

A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B

B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 间的夹角为____________________。

3.如图，在圆筒中心放一平面镜，光点Ｓ1发光射到镜面上，反射 光在筒壁上呈现光斑Ｓ2，当平面镜绕筒的中轴线Ｏ以角速度ω匀速

S1 S2 旋转一小角度时，光点Ｓ1在平面镜里的像Ｓ1′的角速度等于 ，

光斑Ｓ2在平面镜里的像Ｓ2′的角速度等于 。

O

4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50

初中竞赛专项训练—光的反射 （每空8分共计120分）

1.为了能迅速地判断出日食的食相，我们用线段MN、PQ分别表示太阳、月亮，地球上的观察者在A点。从A点作射线AP、AQ，则可出现下列四种情况，如图所示。观察者在A点看到的食相情况是：甲图中可看到____________，乙图中可看到

______________，丙图 中可看到___________， 丁图中可看到 _________________________。

2.如图所示，A、B两个平面镜平行放置，一束光线入射A

A 镜，反射后从B镜射出．若保持入射光线不变，而只让B

B 镜转动θ角，则转动后从B镜射出的光线与A镜的反射θ 间的夹角为____________________。

3.如图，在圆筒中心放一平面镜，光点Ｓ1发光射到镜面上，反射 光在筒壁上呈现光斑Ｓ2，当平面镜绕筒的中轴线Ｏ以角速度ω匀速

S1 S2 旋转一小角度时，光点Ｓ1在平面镜里的像Ｓ1′的角速度等于 ，

光斑Ｓ2在平面镜里的像Ｓ2′的角速度等于 。

O

4.如图所示,平面镜OM1与OM2成θ角,A为OM1上一点,光线从A点出发,对于OM2的入射角i1是50

题库答案

一 计算题 (共267分)

1. (本题 5分)(0419)

解：已知：d＝0.2 mm，D＝1 m，l＝20 mm

d

依公式： S=l=kλ

Ddl

∴ kλ=＝4×10-3 mm＝4000 nm 2分

D

故当 k＝10 λ1＝ 400 nm k＝9 λ2＝444.4 nm k＝8 k＝7 k＝6

λ3＝ 500 nm λ4＝571.4 nm λ5＝666.7 nm

这五种波长的光在所给观察点最大限度地加强． 3分

2. (本题 5分)(0636)

解：设S1、S2分别在P点引起振动的振幅为A，干涉加强时，合振幅为2A，所以 Imax∝4A2 1分

1

因为 r2 r1=λ

3

所以S2到P点的光束比S1