新概念光学各章复习答案

复习提纲 第一章 光和光的传播 说明：灰色表示错误。

§1、光和光学 判断选择练习题：
1. 用单色仪获得的每条光谱线只含有唯一一个波长；

2. 每条光谱线都具有一定的谱线宽度；

3. 人眼视觉的白光感觉不仅与光谱成分有关，也与视觉生理因素有关；

4. 汞灯的光谱成分与太阳光相同，因而呈现白光的视觉效果；

§2、光的几何传播定律 判断选择练习题：
1. 光入射到两种不同折射率的透明介质界面时一定产生反射和折射现象；

2. 几何光学三定律只有在空间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时才成立；

3. 几何光学三定律在任何情况下总成立；

§3、惠更斯原理 1. 光是一种波动，因而无法沿直线方向传播，通过障碍物一定要绕到障碍物的几何阴影区；

2. 惠更斯原理也可以解释波动过程中的直线传播现象；

3. 波动的反射和折射无法用惠更斯原理来解释；

§4、费马原理 1）费马定理的含义，在三个几何光学定理证明中的应用。

判断选择练习题：
1. 费马原理认为光线总是沿一条光程最短的路径传播；

2. 费马原理认为光线总是沿一条时间最短的路径传播；

3. 费马原理认为光线总是沿一条时间为极值的路径传播；

4. 按照费马原理，光线总是沿一条光程最长的路径传播；

5. 费马原理要求光线总是沿一条光程为恒定值的路径传播；

6. 光的折射定律是光在两种不同介质中的传播现象，因而不满足费马原理。

§5、光度学基本概念 1）
辐射通量与光通量的含义，从辐射通量计算光通量，视见函数的计算。

2）
计算一定亮度面光源产生的光通量。

3）
发光强度单位坎德拉的定义。

判断选择练习题：
1. 人眼存在适亮性和适暗性两种视见函数；

2. 明亮环境和黑暗环境的视见函数是一样的；

3. 昏暗环境中，视见函数的极大值朝短波（蓝色）方向移动；

4. 明亮环境中，视见函数的极大值朝长波（绿色）方向移动；

5. 1W的辐射通量在人眼产生1W的光通量；

6. 存在辐射通量的物体必定可以引起人眼的视觉；

7. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对每个波长的亮度感觉都一样；

8. 在可见光谱范围内，相同的辐射通量，眼睛对波长为550nm光辐射的亮度感觉最强；

9. 理想漫射体的亮度与观察方向无关；

10. 不同波长、相同辐射通量的光辐射在人眼引起的亮度感觉可能一样；

填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、 波长为400nm、500nm、600nm、700nm的复合光照射到人眼中，已知这些波长的视见函数值分别为0.004、0.323、0.631、0.004，若这些波长的辐射通量分别为1W、2W、3W、4W，则这些光在人眼中产生的光通量等于-------------。

2、 若钠灯是点光源，辐射波长是590nm，该波长的视见函数值为0.757，若单位立体角内的辐射通量是2W，则该光源的发光强度等于-------------。

3、 大街上用高压钠灯作为照明光源，辐射波长是590nm，该波长的视见函数值为0.757，若在20平方米的照射面积上的辐射通量是50W，则大街上平均照度等于-------------。

4、 一个理想漫射体受到照度为100勒克司的辐射，则它的反射光产生的亮度等于-------------。

第二章 几何光学成像 1）
折射球面成像的有关计算和作图；
反射球面成像的有关计算和作图；

2）
证明若干个折射球面的横向放大率等于各个折射球面横向放大率的乘积；

3）
证明拉格朗日——亥姆霍兹定理；

4）
薄透镜成像的有关计算和作图；
密接透镜组焦距的计算；

5）
影响照相机景深的因素的公式推导；

6）
显微镜和望远镜视角放大率公式的推导。作图 §1、成像 判断选择练习题：
1. 只有实物才能通过光具组成像，虚物无法通过光具组成像；

2. 共轭点之间的每条光线的光程是不同的；

3. 成像过程中光传播的光程总是正的；

4. 物方空间和像方空间在空间上严格以透镜所在平面为分界线；

5. 经过光具组成像，实物一定成实像，虚物一定成虚像；

6. 实物可以成虚像，虚物可以成实像；

7. 物方空间和像方空间在空间上可以重叠；

8. 实像可以用眼睛观察，虚像无法用眼睛观察；

§2、共轴球面组傍轴成像 判断选择练习题：
1. 除了几个特殊共轭点外，共轴球面光具组（平面镜除外）只能近似成像；
；

2. 实际中不存在严格成像的光具组；

3. 只要是傍轴光线，就可以严格成像；

§3、薄透镜 判断选择练习题：
1. 凸透镜一定成实像，凹透镜一定成虚像；

2. 密接透镜的焦距等于两个密接透镜焦距之和；

§4、理想光具组理论 判断选择练习题：
1. 理想光具组可以严格成像；

2. 理想光具组也只能近似成像；

3. 经过物方节点入射的光线一定从像方节点平行射出；

4. 理想光具组中，垂直光轴的同一平面内横向放大率相等；

§5、光学仪器 判断选择练习题：
1. 显微镜和望远镜都是用来提高观察物体相对于眼睛的视角；

2. 尺寸大的物体经过人眼后所成的像一定大于尺寸小的物体经过人眼后所成的像；

3. 对于照相机，拍摄近处物体时，景深大；
拍摄远处物体时，景深小；

4. 照相机的光阑大小影响景深的大小，光阑小，景深小；
光阑大，景深大；

5. 显微镜成实像，望远镜成虚像；

填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、 一个焦距为10cm凸透镜和一个焦距为－20cm凹透镜构成一个密接透镜，则密接透镜的焦距等于-------------。

2、 两个凸透镜和一个凹透镜构成一个没有球差的密接透镜，若两个凸透镜的焦距分别为10cm和20cm，凹透镜透镜的－5cm，则密接透镜的焦距等于-------------。

3、 提高显微镜放大率的途径有-------------、-------------、-------------。

4、 某个人近视，所戴眼镜的焦距等于－0.25m，相当于度数是-------------。

5、 某个人近视，所戴眼镜是400度，眼镜所用透镜的焦距是-------------。

6、 某个人远视，所戴眼镜的焦距等于0. 5m，相当于度数是-------------。

7、 某个人远视，所戴眼镜是度200度，眼镜所用透镜的焦距是-------------。

8、 对于轴上物点，傍轴条件可以表示为-------------。

9、 对于轴外物点，傍轴条件可以表示为-------------。

10、 一个放大镜的焦距等于2.5cm，它的放大倍数等于-------------。

11、 一个显微镜的物镜和目镜的焦距分别为50mm、30mm，两个透镜的距离等于400mm，它的视角放大率等于-------------。

12、 一个望远镜的两个凸透镜的焦距分别为225mm、45mm，它的视角放大率等于-------------。

F1’ F2 F1 F2’ 第三章 干涉 1) 线光源极限宽度的计算、衬比度计算 2) 等倾干涉条纹的特点、光程差计算 3) 双线谱线叠加光强衬比度的证明，单一谱线叠加光强衬比度的证明；
最大光程差计算；

4) 空间相干性和时间相干性的总结和理解; 5) 多光束干涉光强半峰宽度的证明，第k级亮纹的角宽度计算；
第k级纵模的谱线宽度计算；
单模频率间隔计算；
可分辨最小波长间隔的计算；
推导证明分辨的最小波长间隔刚好等于F-P干涉仪的单模线宽；
F-P干涉仪的色分辨本领计算。

§2、光场的空间相干性 判断选择练习题：
1. 在点光源照明的光场中，各点都是完全相干的；

2. 单色点光源照明的光场中，各点都是完全相干的；

3. 只有理想点光源和理想线光源才能观察到干涉条纹；

4. 面光源照明的光场中，也可以获得清晰、稳定的干涉条纹；

5. 单一谱线点光源照明的光场，一定可以获得清晰、稳定的干涉条纹；

6. 面光源照明的光场中，一定无法获得清晰、稳定的干涉条纹；

§4、等倾干涉 判断选择练习题：
1. 扩展光源对等倾干涉条纹的观察是有害的；

2. 扩展光源有利于等倾干涉条纹的观察；

3. 等倾干涉条纹中心条纹级次高，边缘干涉条纹级次低；

4. 等倾干涉条纹中心条纹级次低，边缘干涉条纹级次高；

§5、光场的时间相干性 判断选择练习题：
1. 原子每次发光产生的每个波列的长度是有限的，只有一个波长；

2. 波列长度是有限的意味着光是非单色的；

§6、多光束干涉 判断选择练习题：
1. 迈克耳逊干涉仪的条纹比法布里——珀罗干涉仪的条纹细锐；

2. F-P干涉条纹中心条纹级次高，边缘干涉条纹级次低；

3. F-P干涉仪可以分析任意宽波长范围而不会产生光谱重叠现象；

4. 参加到干涉效应里来的光束数目越多，干涉条纹的锐度越大；

5. 在法布里——珀罗干涉仪中，高反射率不利于透射条纹观察；

填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、 两个波长分别是600nm和600.0001nm，要用反射率等于0.95的F-P干涉仪器把它们分辨开来，F-P干涉仪两个界面的间隔等于-------------。

2、 证明：在F-P干涉仪中，干涉条纹的半峰宽度等于；
第k级纵模的谱线宽度等于；
可分辨的最小波长间隔等于；

3、 He-Ne激光器的波长等于632.8nm，谱线宽度等于0.0001nm，它的波列长度等于-------------；
一次测量长度的量程等于-------------。

4、 一条谱线的宽度等于Hz，该谱线的波列持续时间等于-------------。

第四章 衍射 1) 理解巴比涅原理；

2) 菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射的半波带分析和矢量分析方法；
菲涅耳波带片的有关计算：主焦距，波带片各个半径；

3) 单缝衍射的分析；

4) 多缝衍射的分析：主极大的位置，零点位置，主极大半角宽度，缺级；

5) 光栅光谱仪的性质：谱线的套数；
色散本领和色分辨本领；
量程和自由光谱范围；

6) 闪耀光栅的两种照明方式，相应的闪耀波长的计算；

§1、光的衍射现象 判断选择练习题：
1. 根据巴比涅原理，互补屏产生的衍射现象是一样的；

2. 根据巴比涅原理，互补屏产生的衍射现象是互补的；

§2、菲涅耳圆孔衍射和圆屏衍射 判断选择练习题：
1. 用菲涅耳波带片可以产生比自由传播强得多的光强；

2. 波带片与透镜一样，对于一个波长，只有一个焦点；

3. 单独一个半波带在光轴上某点产生的光强比自由传播在该点产生的光强大；

4. 圆孔的菲涅耳衍射条纹中心一定是亮点；

5. 圆屏的菲涅耳衍射条纹中心一定是暗点；

§3、夫琅禾费单缝衍射和矩孔衍射 判断选择练习题：
§5、夫琅禾费多缝衍射和光栅 判断选择练习题：
1. 光栅的缝间干涉增强的地方一定出现亮纹；

2. 光栅上的衍射单元越多，光栅的色分辨本领越大；

3. 光栅光谱仪的光谱与棱镜光谱仪一样，只有一级光谱；

4. 光栅的缝间干涉因子受到单缝衍射因子的调制；

5. 光栅的缝间干涉增强的地方可以出现暗纹；

6. 光栅光谱仪的邻级光谱可能会发生重叠；

7. 棱镜光谱仪也会产生邻级光谱重叠现象；

8. 光栅光谱仪不会产生邻级光谱重叠现象；

9. 光栅的角色散本领与光栅常数的大小有关，与光栅单元数目无关；

10. 光栅的色分辨本领与光栅单元数目和光谱的级别有关，与光栅常数无关；

填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1、 一个光栅有10000个衍射单元，相邻主极大间有---9999----------个暗纹位置，又有----9998---------个次极大；

2、 一个光栅的光栅常数等于0.8μm，则最大待测波长等于----0.8μm ---------。

3、 光栅光谱仪工作波段的上限波长是800nm，考虑到自由光谱范围的限制，对一级光谱而言，该光谱仪工作波段的下限波长是-----400nm --------。

4、 两个波长分别为589nm和589.6nm，使用宽度为15cm、每毫米内有1200条缝的光栅，在一级光谱中，每条谱线的半角宽度等于---------。

5、一个宽度为15cm、每毫米内有1200条缝的光栅，在可见光波段的550nm处，此光栅能分辨的最小波长差等于---0.003nm --------。

6、采用闪耀角等于30°闪耀光栅，要把波长为0.5μm的光出现在1级闪耀波长的位置，光栅的刻槽密度（即每毫米多少条刻槽）等于—2000/mm------。

7、一个波带片有100个半波带，序号为偶数的波带不透光，其余都透光，则轴上场点的强度是自由传播光强的—(50.5)2------倍。

8、照明波长等于1.06um，R=1m,b=4m，计算前4个波带的半径。

9、缝宽都等于a, 缝间距离分别是d, 2d, 3d，计算该衍射屏的夫琅禾费衍射强度分布公式。

第六章 偏振 1) 五种偏振态光的检测；
如何获得五种偏振态的光。

2) 菲涅耳反射和折射公式，振幅反射率、透射率，光强反射率、透射率，能流反射率、透射率 3) 双折射和作图。正晶体、负晶体，三种偏振晶体棱镜；
波晶片；

4) 偏振光的干涉；

5) 旋光现象；
旋光片的结构与波晶片比较；
旋光现象的解释 作业题：2，6，9，11，22，31，33，43，46，47，48。

§1、光的横波性与光的五种偏振态 判断选择练习题：
1. 只用偏振片无法区分自然光和圆偏振光；

2. 偏振片可以区分自然光、部分偏振光和线偏振光；

3. 自然光可以分解为两种偏振方向相互垂直的、相位差固定的偏振光；

4. 圆偏振光以分解为两种偏振方向相互垂直的、相位差固定的偏振光；

§2、光在电介质表面的反射和折射 判断选择练习题：
1. 偏振光在界面反射或者折射时，P分量和S分量可以相互转化；

2. 线偏振光经过两种不同折射率介质界面时，一定存在反射光；

3. 偏振光在界面反射或者折射时，P分量和S分量是相互独立；

4. 自然光经过电介质表面反射或折射后偏振保持不变。

5. 反射光的振幅一定小于入射光的振幅；

6. 透射光的振幅可以大于入射光的振幅；

7. 光经过电介质表面必定产生反射；

8. 光经过电介质表面必定产生折射；

§3、双折射 判断选择练习题：
1. o光和e光都不是线偏振光；

2. o光和e光都是相对相对于介质而言的；

3. 真空中，o光和e光的传播速度不相等；

4. 双折射效应是天然物质所特有的现象，用人工方法无法使各向同性物质的物质产生双折射效应；

5. 波晶片的光轴垂直其界面，旋光片的光轴平行其界面；

6. 在介质传播中，o光可以转换为e光，e光可以转换为o光， §4、晶体光学器件 判断选择练习题：
1. 线偏振光与椭圆偏振光偏振性质不同，因而无法相互转化；

2. 无法将椭圆偏振光可以转化为线偏振光；

3. o光从一种透明介质进入另一种透明介质后一定还是o光；

4. o光从一种透明介质进入另一种透明介质后可以转化为e光；

§5、偏振光的干涉 判断选择练习题：
1. 偏振方向相互垂直的偏振光一定无法产生稳定的干涉图样。

§6、旋光现象 判断选择练习题：
1. 氯霉素的疗效与旋光性无关；

2. 旋光效应是天然物质所特有的现象，用人工方法无法使无旋光性质的物质产生旋光效应；

3. 左、右旋圆偏振光可以分解为线偏振光的叠加，线偏振光却不可能分解为左、右旋圆偏振光的叠加；

4. 只有线偏振光存在折射率，圆偏振光没有折射率；

5. 线偏振光通过晶体后，一定还是线偏振光；

6. 线偏振光通过晶体后，可以转化为圆偏振光；

填空计算练习题：计算结果要给出单位和正负 1. 石英制成的旋光片厚度等于3mm，对波长589nm的光旋光率等于21.8°·mm-1，该波长的光沿光轴方向经过旋光片，相对于入射光的振动面，出射光的振动面转动的角度等于-------65.4°--------------------。