物理光学与电磁波练习题集

物理光学与电磁波练习题集姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、选择题1.光的干涉现象

（1）两束相干光发生干涉时，若光程差为λ，则干涉条纹的位置会怎样变化？

A.不变

B.向亮条纹方向移动

C.向暗条纹方向移动

D.先向亮条纹方向移动，再向暗条纹方向移动

（2）在杨氏双缝干涉实验中，若双缝间距d变为原来的2倍，则干涉条纹间距Δx将怎样变化？

A.不变

B.变为原来的一半

C.变为原来的两倍

D.变为原来的1/4

2.光的衍射现象

（1）当一束光通过狭缝时，若狭缝宽度w与光波波长λ的关系为w＜λ，则光将发生什么现象？

A.全反射

B.全透射

C.折射

D.衍射

（2）在单缝衍射实验中，若将狭缝宽度w减小，衍射条纹的宽度Δy将怎样变化？

A.不变

B.变小

C.变大

D.先变小后变大

3.电磁波的基本特性

（1）电磁波传播速度在真空中为c，若电磁波在介质中的折射率为n，则其在介质中的传播速度v是多少？

A.c/n

B.nc

C.c

D.1/n

（2）电磁波在传播过程中，若电场强度E和磁场强度H的比值等于1/377，则该电磁波是哪种类型的波？

A.红外线

B.可见光

C.紫外线

D.无线电波

4.光的折射定律

（1）在折射现象中，若入射角i和折射角r的关系为sini=sinr，则该折射现象发生在哪种介质之间？

A.空气与玻璃

B.玻璃与水

C.空气与水

D.玻璃与空气

（2）在光从空气进入水中时，若光速从c变为c/2，则折射率n是多少？

A.1/2

B.2

C.1

D.1/4

5.电磁波在介质中的传播

（1）电磁波在介质中传播时，若介质的介电常数为ε，磁导率为μ，则该介质的本征阻抗Z0是多少？

A.√(μ/ε)

B.√(ε/μ)

C.√(εμ)

D.√(1/εμ)

（2）在电磁波传输线中，若传输线的长度L和波长λ的关系为L=λ/4，则该传输线为哪种类型的波导？

A.微带线

B.同轴电缆

C.带状线

D.波导

6.频率和波长的关系

（1）光在真空中的波长λ和频率f的关系为c=λf，若光在真空中的速度c为3×10^8m/s，频率f为5×10^14Hz，则光在真空中的波长λ是多少？

A.6×10^5m

B.6×10^4m

C.6×10^3m

D.6×10^2m

（2）在无线电通信中，若频率f为1GHz，则对应的波长λ是多少？

A.1m

B.0.1m

C.0.01m

D.0.001m

7.光的偏振现象

（1）下列哪种现象不属于光的偏振现象？

A.双折射

B.惠更斯作图法

C.衍射

D.折射

（2）在光的偏振实验中，若使用偏振片A和偏振片B，若A和B的透光轴相互垂直，则通过A和B的光强比是多少？

A.1:0

B.0:1

C.1:1

D.1:2

8.电磁波的应用

（1）下列哪种应用不属于电磁波的应用？

A.无线通信

B.电视广播

C.光通信

D.石油勘探

（2）在光纤通信中，若光纤的折射率n为1.5，则光纤中传播的光速v是多少？

A.2×10^8m/s

B.1.5×10^8m/s

C.3×10^8m/s

D.0.5×10^8m/s

答案及解题思路：

1.（1）C；（2）B

2.（1）D；（2）B

3.（1）A；（2）D

4.（1）D；（2）B

5.（1）A；（2）B

6.（1）A；（2）A

7.（1）C；（2）A

8.（1）D；（2）B

解题思路：

1.光的干涉现象：光的干涉现象是指两束相干光相遇时产生的明暗相间的条纹。光程差为λ时，干涉条纹位置不变；当光程差为λ的整数倍时，干涉条纹向亮条纹方向移动。

2.光的衍射现象：光的衍射现象是指光通过狭缝或障碍物时，发生弯曲传播的现象。当狭缝宽度w小于光波波长λ时，光发生衍射；当狭缝宽度w减小，衍射条纹宽度Δy减小。

3.电磁波的基本特性：电磁波在真空中的传播速度为c，而在介质中的传播速度为v=c/n，其中n为介质的折射率。电磁波的频率f和波长λ的关系为c=λf。

4.光的折射定律：根据斯涅尔定律，光从一种介质进入另一种介质时，入射角i和折射角r的正弦值之比等于两种介质的折射率之比，即sini/sinr=n1/n2。

5.电磁波在介质中的传播：电磁波在介质中的传播速度v=c/n，其中n为介质的折射率。传输线的长度L和波长λ的关系为L=λ/4，则传输线为波导。

6.频率和波长的关系：光在真空中的波长λ和频率f的关系为c=λf，其中c为光速。

7.光的偏振现象：光的偏振现象是指光波在垂直于传播方向的平面上，电场强度E的振动方向固定的现象。偏振片A和B的透光轴相互垂直时，通过A和B的光强比为0:1。

8.电磁波的应用：电磁波在通信、广播、光通信等领域有广泛应用。光纤通信中，光速v=c/n，其中n为光纤的折射率。二、填空题1.光的干涉现象中，干涉条纹的间距与什么因素有关？

答案：干涉条纹的间距与光的波长以及光程差有关。具体来说，间距\(\Deltay\)与波长\(\lambda\)成正比，与光程差\(\DeltaL\)成反比，关系式为\(\Deltay=\frac{\lambda\DeltaL}{d}\)，其中\(d\)是双缝之间的距离。

2.电磁波在真空中的传播速度是多少？

答案：电磁波在真空中的传播速度是\(3\times10^8\)米/秒。

3.光的折射率是多少？

答案：光的折射率取决于光的波长和介质的性质。没有具体数值，因为它依赖于具体情况。

4.电磁波的频率与波长的关系是？

答案：电磁波的频率\(f\)与波长\(\lambda\)的关系是\(c=f\lambda\)，其中\(c\)是电磁波在真空中的传播速度。

5.偏振光的偏振方向是指什么？

答案：偏振光的偏振方向是指光振动矢量在垂直于传播方向的平面上振动方向。

6.电磁波在介质中的传播速度与介质的什么因素有关？

答案：电磁波在介质中的传播速度与介质的折射率有关。传播速度\(v\)与折射率\(n\)的关系是\(v=\frac{c}{n}\)，其中\(c\)是电磁波在真空中的传播速度。

7.光的衍射现象中，衍射角与什么因素有关？

答案：光的衍射现象中，衍射角与障碍物的尺寸以及光的波长有关。对于单缝衍射，第一暗纹的衍射角\(\theta\)与波长\(\lambda\)和缝宽\(a\)的关系为\(a\sin\theta=m\lambda\)，其中\(m\)是整数。

8.光的干涉现象中，两束光发生干涉的条件是什么？

答案：光的干涉现象中，两束光发生干涉的条件是两束光的频率相同且相位差恒定。两束光的光程差必须是光波波长的整数倍。

答案及解题思路：

答案：

1.光的波长、光程差

2.\(3\times10^8\)米/秒

3.依赖于光的波长和介质的性质

4.\(c=f\lambda\)

5.光振动矢量在垂直于传播方向的平面上振动方向

6.折射率

7.障碍物的尺寸、光的波长

8.频率相同、相位差恒定

解题思路：

1.干涉条纹的间距公式推导自双缝干涉实验。

2.真空中的电磁波速度为物理常数。

3.折射率是介质的光学性质，没有固定值。

4.频率和波长的关系式是电磁波传播的基本公式。

5.偏振方向是光振动方向的定义。

6.介质中的传播速度由折射率决定。

7.单缝衍射公式推导自衍射现象的几何关系。

8.干涉条件基于干涉理论的基本原理。

：三、判断题1.光的干涉现象一定是相干光干涉。

2.电磁波在介质中的传播速度与介质的介电常数和磁导率有关。

3.光的折射率是光在真空中的传播速度与光在介质中的传播速度的比值。

4.偏振光是指光的电场振动方向固定不变的光。

5.光的衍射现象是指光绕过障碍物传播的现象。

6.电磁波在真空中传播的速度是恒定的。

7.光的干涉现象中，干涉条纹的间距与光的波长有关。

8.光的衍射现象中，衍射角与光的波长有关。

答案及解题思路：

1.【答案】错误。光的干涉现象可以是由非相干光通过某些处理过程（如滤波）而得到相干光后产生的。

【解题思路】光的干涉现象需要两束或多束光相遇时满足一定的相干条件，但是并不限定必须是天然的相干光。

2.【答案】正确。电磁波在介质中的传播速度由介质的本征性质决定，与介电常数和磁导率有关。

【解题思路】电磁波在介质中的传播速度可以由公式v=1/(√(εμ))计算，其中ε是介电常数，μ是磁导率。

3.【答案】正确。折射率定义为光在真空中的速度与光在介质中的速度的比值。

【解题思路】折射率是一个无量纲的量，表示光速在不同介质中的相对变化。

4.【答案】正确。偏振光是指电场振动方向在特定方向上的光。

【解题思路】偏振光具有单一的振动方向，而非偏振光则具有多种可能的振动方向。

5.【答案】正确。光的衍射现象是指光波遇到障碍物或通过小孔时，光线弯曲或分散传播的现象。

【解题思路】衍射是波的一个特性，与光的波动性有关。

6.【答案】正确。电磁波在真空中传播的速度是光速，为约299,792,458m/s，是一个常数。

【解题思路】光速在真空中不依赖于任何介质性质，因此是一个恒定值。

7.【答案】正确。干涉条纹的间距与光的波长成正比。

【解题思路】根据干涉公式，干涉条纹间距与光的波长成正比，即Δy∝λ。

8.【答案】正确。光的衍射现象中，衍射角与光的波长有关。

【解题思路】衍射现象的强度和特征依赖于光的波长，波长越长，衍射越明显。四、简答题1.简述光的干涉现象。

答案：

光的干涉现象是指两束或多束相干光波相遇时，在空间某些区域光强增强，在另一些区域光强减弱，形成明暗相间的条纹或图案。这种现象的产生是由于光波的相位差导致的相长或相消干涉。常见的干涉现象有杨氏双缝干涉、牛顿环等。

解题思路：

解释干涉现象的定义，然后举例说明常见的干涉现象，最后指出干涉现象产生的原因是光波的相位差。

2.简述光的衍射现象。

答案：

光的衍射现象是指光波在遇到障碍物或通过狭缝时，会绕过障碍物或狭缝边缘发生偏折，从而在障碍物或狭缝后方产生光强分布不均匀的现象。衍射现象的存在表明光具有波动性。常见的衍射现象有单缝衍射、圆孔衍射等。

解题思路：

首先解释衍射现象的定义，然后说明衍射现象表明光具有波动性，接着举例说明常见的衍射现象。

3.简述电磁波的基本特性。

答案：

电磁波是由振荡的电场和磁场组成，它们相互垂直，并且与传播方向也垂直。电磁波的基本特性包括：电场和磁场相互垂直，电磁波以光速传播，电磁波不依赖于介质传播，电磁波具有波动性和粒子性。

解题思路：

分别列举电磁波的三个基本特性，并简要解释每个特性的含义。

4.简述光的折射定律。

答案：

光的折射定律是指光从一种介质进入另一种介质时，入射角和折射角之间存在一定的关系，即入射角、折射角和两介质之间的折射率之间满足斯涅尔定律：n1sinθ1=n2sinθ2，其中n1和n2分别为两介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。

解题思路：

首先提出光的折射定律，然后引用斯涅尔定律进行解释，最后简要说明该定律中的各个参数。

5.简述光的偏振现象。

答案：

光的偏振现象是指光波的电场矢量振动方向限定在一个平面内。当自然光经过偏振片时，会变成偏振光。偏振现象说明光波具有横波的性质。

解题思路：

解释偏振现象的定义，说明偏振光的形成过程，并指出偏振现象表明光具有横波性质。

6.简述电磁波在介质中的传播。

答案：

电磁波在介质中的传播速度与介质的折射率有关。电磁波在真空中传播速度为光速c，在介质中传播速度为c/n，其中n为介质的折射率。电磁波在介质中传播时，其频率保持不变，但波长和波速会发生变化。

解题思路：

解释电磁波在介质中的传播速度与折射率的关系，指出频率不变，但波长和波速会变化。

7.简述频率和波长的关系。

答案：

频率和波长是描述波动的基本物理量。频率表示单位时间内波完成的周期数，单位为赫兹（Hz）。波长表示相邻两个波峰或波谷之间的距离，单位为米（m）。它们之间的关系为c=λf，其中c为光速，λ为波长，f为频率。

解题思路：

定义频率和波长，并给出它们之间的关系式，指出光速在真空中是一个常数。

8.简述电磁波的应用。

答案：

电磁波在日常生活和科技领域有着广泛的应用，包括无线电通信、电视广播、微波炉加热、雷达探测、光纤通信、医学成像（如CT、MRI）等。

解题思路：

列举电磁波在不同领域的应用，包括通信、加热、探测和成像等。五、计算题1.某一束光从空气进入水中，折射角为30°，求该光的入射角。

解答：

根据斯涅尔定律，\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)，其中\(n_1\)和\(n_2\)分别为空气和水的折射率，\(\theta_1\)为入射角，\(\theta_2\)为折射角。

空气的折射率\(n_1\approx1\)，水的折射率\(n_2\approx1.33\)。

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

\(\sin\theta_1=1.33\times0.5=0.665\)。

\(\theta_1=\arcsin(0.665)\approx41.8°\)。

2.某一束光在空气中传播速度为3×10^8m/s，求该光在水中的传播速度。

解答：

光在介质中的传播速度\(v=\frac{c}{n}\)，其中\(c\)为光在真空中的速度，\(n\)为介质的折射率。

水的折射率\(n\approx1.33\)。

\(v=\frac{3\times10^8}{1.33}\approx2.26\times10^8\)m/s。

3.某一束光在真空中的波长为500nm，求该光的频率。

解答：

光的频率\(f=\frac{c}{\lambda}\)，其中\(c\)为光在真空中的速度，\(\lambda\)为光的波长。

\(\lambda=500\)nm=\(500\times10^{9}\)m。

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

4.某一束光从空气进入水中，折射角为45°，求该光的入射角。

解答：

使用斯涅尔定律\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)。

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

\(\sin\theta_1=1.33\times\frac{\sqrt{2}}{2}=0.942\)。

\(\theta_1=\arcsin(0.942)\approx69.8°\)。

5.某一束光在水中的波长为600nm，求该光在空气中的传播速度。

解答：

使用光速公式\(v=\lambdaf\)。

首先求出水中的频率\(f=\frac{c}{n}=\frac{3\times10^8}{1.33}\)。

然后求出空气中的波长\(\lambda_{air}=\frac{v}{f}\)。

\(v_{air}=\lambda_{air}f\)。

6.某一束光从空气进入水中，折射角为60°，求该光的入射角。

解答：

使用斯涅尔定律\(n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2\)。

\(\sin\theta_1=\frac{n_2}{n_1}\sin\theta_2=1.33\sin60°\)。

\(\sin\theta_1=1.33\times\frac{\sqrt{3}}{2}=1.155\)。

\(\theta_1=\arcsin(1.155)\)是无解的，因为\(\sin\theta_1\)不能大于1。

7.某一束光在空气中的波长为400nm，求该光在水中的传播速度。

解答：

使用光速公式\(v=\lambdaf\)。

首先求出频率\(f=\frac{c}{\lambda}\)。

然后求出水中的传播速度\(v=\frac{f\lambda}{n}\)。

8.某一束光在水中的波长为500nm，求该光在空气中的传播速度。

解答：

使用光速公式\(v=\lambdaf\)。

首先求出频率\(f=\frac{c}{n}\)。

然后求出空气中的传播速度\(v=\frac{f\lambda}{n}\)。

答案及解题思路：

1.入射角约为41.8°。解题思路：使用斯涅尔定律计算入射角。

2.传播速度约为2.26×10^8m/s。解题思路：根据光速公式和水的折射率计算。

3.频率为6×10^14Hz。解题思路：使用光速公式和波长计算频率。

4.入射角约为69.8°。解题思路：使用斯涅尔定律计算入射角。

5.传播速度需通过计算频率和波长关系确定。解题思路：先求频率，再求波长，最后求速度。

6.无解。解题思路：斯涅尔定律中正弦值超过1，违反物理规律。

7.传播速度需通过计算频率和波长关系确定。解题思路：先求频率，再求波长，最后求速度。

8.传播速度需通过计算频率和波长关系确定。解题思路：先求频率，再求波长，最后求速度。六、分析题1.分析光的双缝干涉实验。

（1）背景介绍

光的双缝干涉实验是由托马斯·杨于1801年首次提出的，该实验揭示了光的波动性质。

（2）实验原理

实验中，光波通过两个狭缝后，在屏幕上形成干涉条纹。通过观察条纹的间距和形状，可以确定光的波长。

（3）实验分析

光的双缝干涉实验证明了光的波动性，并且通过条纹间距的变化，可以计算出光的波长。

2.分析光的衍射现象在光学仪器中的应用。

（1）背景介绍

光的衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或狭缝时，会绕过障碍物或通过狭缝继续传播的现象。

（2）应用分析

在光学仪器中，衍射现象被广泛应用于光学元件的设计，如透镜、显微镜、望远镜等。

（3）具体应用

例如在显微镜中，衍射现象使得观察到的图像更加清晰；在望远镜中，衍射现象有助于提高成像质量。

3.分析电磁波在无线通信中的应用。

（1）背景介绍

电磁波是一种能够在真空中传播的波动，广泛应用于无线通信领域。

（2）应用分析

电磁波在无线通信中的应用包括无线电波、微波、红外线等。

（3）具体应用

例如手机通信、卫星通信、电视广播等均采用电磁波进行信息传输。

4.分析光的偏振现象在光学器件中的应用。

（1）背景介绍

光的偏振现象是指光波的电场矢量在某一特定方向上振动的现象。

（2）应用分析

在光学器件中，偏振现象被广泛应用于偏振滤光片、液晶显示、光学传感器等。

（3）具体应用

例如在液晶显示中，偏振滤光片用于控制液晶分子的取向，实现图像显示。

5.分析光的折射现象在光学器件中的应用。

（1）背景介绍

光的折射现象是指光波从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。

（2）应用分析

在光学器件中，折射现象被广泛应用于透镜、棱镜、光纤等。

（3）具体应用

例如在透镜中，折射现象使得光线聚焦，实现成像；在光纤中，折射现象有助于光信号的长距离传输。

6.分析电磁波在光通信中的应用。

（1）背景介绍

电磁波在光通信中的应用主要包括光纤通信、无线光通信等。

（2）应用分析

光通信利用电磁波在光纤或空间中传输信息，具有高速、大容量、抗干扰等优点。

（3）具体应用

例如光纤通信广泛应用于互联网、电话、电视等领域。

7.分析光的干涉现象在光学器件中的应用。

（1）背景介绍

光的干涉现象是指两束或多束相干光波相遇时，形成明暗相间的干涉条纹。

（2）应用分析

在光学器件中，干涉现象被广泛应用于干涉仪、激光器、光学传感器等。

（3）具体应用

例如在干涉仪中，干涉现象用于测量物体的长度；在激光器中，干涉现象有助于实现激光的稳定输出。

8.分析光的衍射现象在光学器件中的应用。

（1）背景介绍

光的衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或狭缝时，会绕过障碍物或通过狭缝继续传播的现象。

（2）应用分析

在光学器件中，衍射现象被广泛应用于光学元件的设计，如透镜、显微镜、望远镜等。

（3）具体应用

例如在显微镜中，衍射现象使得观察到的图像更加清晰；在望远镜中，衍射现象有助于提高成像质量。

答案及解题思路：

1.光的双缝干涉实验揭示了光的波动性，通过条纹间距的变化可以计算出光的波长。

2.光的衍射现象在光学仪器中的应用包括透镜、显微镜、望远镜等，有助于提高成像质量。

3.电磁波在无线通信中的应用包括无线电波、微波、红外线等，广泛应用于手机通信、卫星通信、电视广播等领域。

4.光的偏振现象在光学器件中的应用包括偏振滤光片、液晶显示、光学传感器等，如液晶显示中的偏振滤光片用于控制液晶分子的取向。

5.光的折射现象在光学器件中的应用包括透镜、棱镜、光纤等，如透镜中的折射现象使得光线聚焦实现成像。

6.电磁波在光通信中的应用主要包括光纤通信、无线光通信等，具有高速、大容量、抗干扰等优点。

7.光的干涉现象在光学器件中的应用包括干涉仪、激光器、光学传感器等，如干涉仪用于测量物体的长度。

8.光的衍射现象在光学器件中的应用包括透镜、显微镜、望远镜等，有助于提高成像质量。七、论述题1.论述光的干涉现象与衍射现象的关系。

答案：光的干涉和衍射都是波的性质，它们之间有着密切的联系。干涉现象是两束或多束相干光波叠加后产生的明暗条纹图样，其产生条件是光波的相干性，即光波的频率和相位差恒定。衍射现象则是光波通过一个孔或绕过一个障碍物后发生的偏折，光波偏离直线路径。两者关系

干涉是相干光波相互叠加的结果，而衍射是光波传播过程中的现象，两者都是波动性质的表现。

当衍射光束经过一个足够窄的缝时，会产生衍射现象，而这些衍射光束若具有相干性，叠加在一起即可观察到干涉条纹。

干涉现象中，如果干涉光的波源之间距离足够大，则干涉光束会表现出明显的衍射效应。

解题思路：从波的性质入手，分析干涉和衍射的定义和产生条件，并阐