光学实验自测题.docx

实验一 薄透镜焦距测定05-06-21. 下面哪项实验结果可能是对凹透镜焦距测定数据正确的表示？（-59.95cm）2. 光学实验中常把各种光学元件组合成光学系统调整到各元件主轴等高和共轴，一般细调使用的方法可以称为：大像追小像3. 光学平台上进行焦距测定实验，正确的记录原始数据的习惯是：记录各个元器件所在的坐标值4. 采用“虚物成实像法”测定发散透镜焦距时，对于像距，应取正值。5. 薄透镜焦距测量实验要求成像必须尽可能清晰，以下哪项不是清晰像的判据：成像大6. 在实验中常把各种光学元件组合成光学系统，按照一般光学光路通用调节方法，首要任务是调整好各元件主轴的等高和共轴；调节分两步：一般先粗调,后微调。7. 薄透镜焦距测定中用到低压汞灯，汞灯属于气体放电光源，发出复合光。使用时需要启动预热,断电后需要冷却。8. 透镜成像的高斯公式中各物理量的符号法则是：距离自参考点（薄透镜光心）量起，与光线行进方向一致时为正,反之为负。9. 薄凸透镜焦距测定主要的三种方法有：物距像距法，大像小像（二次成像）（共轭法）法，自准直法。10. 远方物体经过透镜成像的像距为什么可以视为焦距？参考答案 根据高斯公式（成像公式），物距为无穷远，代入得焦距等于像距。11. 用自准直法测量凸透镜焦距时，透镜光心偏离底座中心坐标时，应如何解决？参考答案 由于透镜的光心不一定在底座刻线的平面内，所测结果可能偏大或偏小，要消除这一系统误差，可将透镜反转180度，再测量一次，然后取其平均值。12. 不同物距的物体经过凸透镜成像时，像的清晰区大小是否相同？参考答案 不相同，原因有二：一是不同区间的物成像区间范围不相同，二是由于近轴光线条件不能满足，致使存在色像差。13. 在等高共轴调节中可以小像追大像吗？参考答案 不可以，越调越远14. 测量薄凹透镜焦距主要有哪些方法？参考答案 （1）虚物成实像法；（2）有平面镜辅助确定虚像位置法。15. 光学系统的等高共轴调节方法是什么？参考答案 关键词：粗调 细调 二次成像法，大像追小像16. 测透镜焦距时存在误差的主要原因有哪些？参考答案 （1）等高共轴调节不好；（2)成像清晰范围找得不准；（3）由于物屏所放位置不能测量或者倾斜没有进行修正。实验二 光的等厚干涉及应用05-06-21. 以下哪项，是对读数显微镜的错误操作：BA.旋转调焦手轮时，要由下向上移动镜筒； B.转动测微鼓轮，让十字叉丝垂线和各目标对准。若移动叉丝超过了目标环数时，可以倒退回去，直接将移动叉丝移动到目标环，继续测量。 C.调节目镜进行视度调节，使叉丝清晰 D.读数为主尺和测微手轮的读数之和，读法与测量原理与螺旋测微器相似。2. 劈尖干涉中任意相邻的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为：半个波长3. 若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经其空气层上、下表面反射的二光束相遇后发生干涉。其干涉图样是：一系列明暗相间，内稀外密的同心圆环，且中央为暗斑。4. 空气劈尖上、下两表面反射的两束相干光发生干涉，其干涉条纹是：一簇间距相等，宽度相等且平行于两玻璃片交线（即劈尖的棱）的明暗相间的平行条纹5. 牛顿环实验中，我们用来测量平凸透镜的曲率半径的方法是：测量得出第m个和第n个暗条纹的直经Dm和Dn,利用逐差法进行计算。6. 牛顿环同一干涉圆环上各处对应的空气层厚度是相同的，因此称为等厚干涉。若以平行单色光垂直照射到牛顿环上,在空气层下表面反射时会产生半波损失。7. 钠灯是最常用的单色光源，放出两条强谱线，波长为589.0nm 和589.6nm，通常称为钠双线，因两条谱线很接近，通常取其平均值作为该单色光源的波长。使用时需要启动预热,断电后需要冷却。8. 牛顿环实验用读数显微镜来测量直径，当十字叉丝的纵线与条纹直径相切时，进行读数（读数为主尺和测微手轮的读数之和）。读数标尺上为0-50mm刻线，每一格的值为1mm，读数鼓轮圆周等分为100格，鼓轮转动一周，标尺就移动一格，所以鼓轮上每一格的值为0.01mm。为了避免回程误差，应采用单方向移动测量。9. 牛顿环干涉图样，在反射方向观察时，将看到一组以接触点为中心的亮暗相间的圆环形干涉条纹，而且中心是一暗斑，如何在透射方向观察，则看到的干涉条纹与反射光的干涉环纹的光强分布恰成互补，中心是亮斑。10. 当一曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一平玻璃板相接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间形成一空气薄膜，薄膜中心处的厚度为零_,愈向边缘愈厚，离接触点等距离的地方，空气膜的厚度相同。我们把他安装在金属框架中构成的装置称为牛顿环。11. 光的干涉条件是什么？什么是等厚干涉？附加光程差产生的条件是什么？参考答案 当频率相同、振动方向相同、相位差恒定的两束简谐光波相遇时，在光波重叠区域，某些点合成光强大于分光强之和，某些点合成光强小于分光强之和，合成光波的光强在空间形成强弱相间的稳定分布，这种现象称为光的干涉。当频率相同、振动方向相同、相位差恒定即为光的干涉条件。当一束单色光入射到透明薄膜上时，通过薄膜上下表面依次反射而产生两束相干光。如果这两束反射光相遇时的光程差仅取决于薄膜厚度，则同一级干涉条纹对应的薄膜厚度相等，这就是所谓的等厚干涉。当光从光疏介质向光密介质传播时，在介质反射表面有相位的突变，对应有半波损失，即二分之一波长的附加光程差。12. 说出你所知道的测量微小长度的方法。参考答案 迈克尔逊干涉仪把一束激光分成两束，经过平面镜分别反射，再干涉，形成干涉环，如果有材料的长度的变化，反映出光程差的变化，这样，原来干涉相消的位置可能就会干涉相长，看起来就像环溢出或者收回，通过数干涉环溢出或者收回的个数，就可以计算长度变化的多少。 用测微目镜测量微小长度。 用光杠杆放大镜原理测量微小长度化。 用劈尖干涉测量微小长度。13. 在测量牛顿环干涉各环的直径时，若叉丝交点不是准确地通过圆环的中心，因而测量的是弦长而非真正的直径。这对实验结果是否有影响？试证明之。参考答案 以弦长代替直径，对测量结果没有影响。证明略。14. 实验中如何避免读数显微镜存在的回程差？使用读数显微镜进行测量时，为什么读数显微镜镜筒必须自下而上移动？参考答案 使用读数显微镜进行测量时，手轮必须向一个方向旋转，中途不可倒退,来避免读数显微镜存在的回程差。避免让镜筒与牛顿环装置碰撞、挤压，损坏读数显微镜的物镜。15. 为什么说显微镜测量的是牛顿环的直径，而不是显微镜内被放大了的直径？若改变显微镜的放大倍率，是否影响测量的结果。参考答案 显微镜只是放大了牛顿环的干涉图样便于观测，但是读数显微镜的标尺并未放大，标尺移动的距离反应的是各环实际的位置坐标。如果改变显微镜的放大倍率，显然不影响测量的结果。16. 如何观察到透射光产生的干涉条纹？反射光的干涉条纹和透射光的干涉条纹有什么特点？参考答案 调整光路让入射光线从读数显微镜的反光镜（10）入射进入牛顿环，即可从目镜中观察到透射光产生的干涉条纹。但由于透射光没有半波损失，形成的是中心为亮斑的明暗相间的同心圆环，与反射光的干涉条纹明暗互补。实验三 分光计的使用及透射光栅测入射光波长05-06-21. 分光计设计了两个角游标是为了消除？偏心差2. 用自准直法调整分光仪的望远镜工作状态时，若从望远镜的视场中所看到的三棱镜的两个面的反射十字像如下图所示，其中表明望远镜的工作状态刚好调好的是: 十字像在测量用十字叉丝处3. 一衍射光栅对某波长的垂直入射光在屏幕上只能出现零级和一级主极大，欲使屏幕上出现更高级次的主极大，应该怎样做？换一个光栅常数较大的光栅；4. 分光计实验时必须调整分光仪，当望远镜的叉丝与物镜的距离使“+”字反射像正好落在十字叉丝平面上，左右观察叉丝与“+”字反射像无视差时，就可以说 : 望远镜可以接收平行光了5. 实验中放置或移动光栅时，不要用手接触光栅表面，以免损坏镀膜。6. 分光计主刻度盘分度值是0.5，游标上有30个分格，期测量精度为1分，记录数据时，必须同时读取两个游标的读数，目的是为了消除度盘的刻度中心和仪器转动轴之间的偏心差。7. 光栅可分为用于透射光衍射的透射光栅和用于反射光衍射的反射光栅两类。8. 分光计的结构主要由底座、自准直望远镜、准直管管、载物平台、刻度圆盘五部分组成。9. 采用逐次逼近各半方法调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直，即将观察面调成水平。10. 使用汞灯的注意事项有哪些？答案: 需要预热和冷却；不要频繁启闭；不可直视。11. 当平行光管的狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？参考答案 当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在测量时难以确定条纹的中心位置。当狭缝过窄，将看不见衍射条纹，因而无法测量。12. 光栅分光与棱镜分光有什么不同？参考答案 光栅分光是利用衍射现象，而棱镜分光则是利用色散现象；光栅光谱有不同级次之分，而棱镜光谱只有一级；在同一级光栅光谱中波长小的光线偏折角度小，而在棱镜光谱中波长小的光线偏折角度大。13. 分光计调节要求是什么?参考答案 分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。14. 分光计主要由几部分组成？各自作用是什么？参考答案 （1）分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。15. 怎样消除刻度盘的偏心差？参考答案 采用两个相差180的窗口读数，取其算术平均值即可消除刻度盘的偏心差。16. 用公式dsin=k测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条件是否满足？参考答案 用此公式测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。实验四 三棱镜玻璃折射率的测定05-06-21. 通常（对于正常色散材料）红光与紫光哪个偏折大？紫光2. 自准直法测三棱镜顶角实验中，分光计哪个部件的调整对本实验无影响?平行光管3. 实验中使用的分光计主刻度盘分度值是（0.5度 ），游标盘分度值是（ 1分）4. 如果观察不到三棱镜的分光光谱，可能的原因是入射光的入射角度的问题。T5. 用辅助单面平面镜即可将望远镜光轴调成与中心转轴垂直。F6. 待测棱镜在载物平台上的放置方法对于光路调节没有一点儿影响。F7. 分光计调节方法是先粗调再细调。T8. 测出三棱镜顶角和对某一单色光的最小偏向角，就可以计算出三棱镜玻璃对该波长的单色光的折射率。9. 光学材料的折射率 n 随波长 而变化的现象称为色散。10. 分光计是用来测量角度的仪器，其最小分度值是1分。按调节要求，应将读值平面、观察平面、待测光路平面，此三个平面调节成相互平行，否则，测量得角度将与实际角度有些差异，即引入系统误差。11. 分光计实际调节使得读数平面、待测光路平面和观察平面这三个平面共面。12. 三棱镜棱镜角的测量可以采用棱脊分束法或自准直法。13. 测量前分光计的调整要达到哪四点要求？参考答案 ( 1 )目测粗调( 2 )望远镜接收平行光 ( 3 )平行光管射出平行光( 4 )平行光管和望远镜光轴等高，且与分光计中心轴垂直14. 分光计的双游标读数与游标卡尺的读数有何异同点？参考答案 分光计的双游标读数与游标卡尺的读数在读数方法上完全一致，所不同的是：游标卡尺的读数直接就是测量的结果，但分光计的双游标读数则不然。首先，从分光计游标上读取的数据只是代表某一光线或某一直线的空间方位角，而非测量结果某一光线或某直线的转角、或是两光线或两直线的夹角，测量结果是游标两次读数之差的绝对值。其次，为消除分光计由于制造所带来的偏心差，须取两个游标各自测量结果的算术平均值作为最终的测量结果。 另外，对分光计的读数还应注意以下两个问题： 分光计度盘的最小分度值为0.5，故在读数时应看清游标零线过没过 度盘上的半度线。若过半度线，则读数要加30，反之则不加。 由于分光计度盘上的0与360 线重合，所以若某一游标的两次读 数位置恰好位于0线两侧，则该游标两次读数之差的绝对值不能作为测量结果（详因见教材），此时，须用360减去该数值，所得差值即为测量结果。15. 什么是最小偏向角？在实验中,如何来调整测量最小偏向角的位置?参考答案 偏向角：入射光线经两次折射后,传播方向总的变化可以用入射角与出射角的延长线之间的夹角表示。最小偏向角：对于给定的棱镜,顶角A是固定的,故偏向角只随入射角变化,对于某个入射角,偏向角有一个最小值,称为最小偏向角. 慢慢移动游标盘,选择偏向角减小的方向,缓慢转动游标盘,使偏向角减小,继续沿次方向转,可以看到狭缝移至某个位置后将反向移动,那就是最小偏向角的位置。16. 如何采用正确方法拿取三棱镜？参考答案 捏住边棱或磨砂的表面，轻拿轻放，切忌用手直接触摸其光学面。17. 如何判断三棱镜的两个光学面的法线已经垂直于分光计的主轴了？参考答案 如果从望远镜的目镜视场中看到三棱镜的每个光学面反射的“”像都与“”形叉丝的上交点重合，即可说明三棱镜的两个光学面的法线已经垂直于分光计的主轴了。实验五 迈克尔逊干涉仪的调节和使用05-06-21. 激光照射,迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹是：非定域条纹2. 迈氏干涉仪的读数最小分度值是0.001mm3. 迈氏干涉仪的两臂的光程基本相等时，对应的干涉条纹是圆形条纹。4. 观察非定域干涉条纹的方法是：用毛玻璃屏接收5. 钠光灯照射,迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹是：定域条纹6. 迈克尔逊干涉条纹的“冒出”，说明形成干涉的空气“薄膜”是变厚。7. 迈克尔逊干涉仪的可动反射镜M1平移0.5046mm微小距离的过程中,观察到干涉条纹恰好移动1848条,则所用单色光的波长是：5461埃8. 当M1、M2之间的距离d增大时，同一级干涉条纹向外扩展，圆心处有条纹“吐出”。T9. 单色点光源的非定域干涉条纹中间稀边缘密.T10. 用迈克尔逊干涉仪得到类似等倾干涉的条纹，靠近中心的干涉条纹级次低，靠近边缘的干涉条纹级次高。F11. 当M1、M2之间的距离d增大时，同一级干涉条纹向中心“吞入”，中心条纹消失。F12. 两束光满足频率相同，振动方向相同，相位差恒定时即可成为相干光源。13. 获得相干光光源的两种常见方法分别为：分波阵面法，如杨氏双缝实验；分振幅法，如薄膜干涉。14. 迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。15. 迈克尔逊干涉仪的三个读数装置：主尺，最小分度值为1mm；粗调手轮的分度值可读到0.01mm；带刻度盘的微调手轮，可精确读到0.0001mm。16. He-Ne激光器输出波长为632.8nm的红色激光。17. 光波实际传播的路径与折射率的乘积称为光程。18. 正确使用迈克尔逊干涉仪应注意哪几点？参考答案 （1）干涉仪中的全反射镜、分光镜、补偿板均为精密光学元件，调节过程中严禁手摸所有光学表面，防止唾液溅到光学表面上；（2）调节螺钉和转动手轮时，一定要轻、慢，决不允许强扭硬扳；（3）调反射镜时螺钉及拉簧螺丝松紧要适度。反射镜背后的粗调螺钉不可旋得太紧，以防止镜面变形。调整反射镜背后粗调螺钉时，先要把微调螺钉调在中间位置，以便能在两个方向上作微调；（4）测量中，转动手轮只能缓慢地沿一个方向前进（或后退），否则会引起较大的空回误差。19. 获得相干光光源的两种常见方法是什么？参考答案 （1）分波阵面法：从同一波阵面上获取对等的两部分作为子光源成为相干光源；如杨氏实验等。（2）分振幅法：当一束光投射到两种介质的分界面时，它的所有的反射光线或所有的透射光线会聚在一起时即可发生相干；如薄膜干涉等。20. 为什么在观察激光非定域干涉时，通常看到的是弧形条纹？怎样才能看到圆形条纹?参考答案 因为一般在观察激光非定域干涉时，M1和M2通常不能严格平行，看到的是弧形条纹；当调节水平拉簧螺钉与垂直拉簧螺钉的螺丝，使得M1和M2严格平行时，弧形条纹变成圆形条纹。21. 根据什么现象来判断M1和M2平行？参考答案 使反射光和入射光基本重合，现象是经M1和M2反射的两排亮点中最亮的点重合且与入射光基本重合，这时M1、M2基本互相平行。22. 迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹与牛顿环产生的圆条纹有什么不同？参考答案（1）迈克尔逊干涉仪是利用等倾干涉，牛顿环是等厚干涉。（2）迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹，中心级次最高，牛顿环产生的圆条纹中心级次最小，圆环越靠外级次越高。相同点：圆环条纹越向外越密。23. 利用一个臂光程差改变 ，“冒出”或“收缩”一个条纹的特性，请设计激光照射时，用迈克尔逊干涉仪测量平板玻璃折射率的实验方法。参考答案 以平板玻璃为例，激光照射时，调节好迈克尔逊干涉仪，出现等倾干涉圆环，在M2镜前放置厚度为h(可用千分尺测出)的待测玻璃片,由于玻璃的插入导致两束光的光程差的增加,从而条纹开始吞吐，记录下吞吐条纹的数目N，玻璃的插入导致一个臂光程差改变为 ，利用 ，得到玻璃折射率。实验六 偏振现象的观察与分析05-06-21. 以下哪种方法不是用来产生平面偏振光的？利用光栅2. 若在互相正交的偏振片P1和P2间插入一块1/4波片，使其光轴跟起偏器P1的偏振化方向平行，那么透过P2的光斑是变亮还是变暗？变暗3. 若入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的夹角是，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对入射光的振动面转过角度为24. 在实验中，依据布儒斯特定律测定玻璃（甚至不透明物质）的折射率，利用旋光特性测定蔗糖溶液的浓度。5. 自然光在透明介质上反射或者折射时，其反射光和折射光仍未自然光。T6. 偏振片的优点是造价低廉，使用方便，但偏振片的缺点是有颜色，光透过率稍低。F7. 四分之一波片可将平面偏振光变成椭圆或圆偏振光，也可将椭圆与圆偏振光变成平面偏振光。T8. 利用玻璃片堆可产生较强的透射线偏振光。F9. 光的偏振证明了光是横波。10. 涂有二向色性材料的透明薄片，它允许透过某一电矢量振动方向的光，此方向称为偏振化方向或透振方向，而吸收与其垂直振动的光。11. 光有五种偏振态，他们是自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。12. 依据马吕斯定律，实验中自然光经过起偏器后，当检偏器转动一周时会出现两次消光，两次光强极大现象。13. 平面偏振光的产生方法有哪些？参考答案（1）由反射和折射产生偏振（2）由二向色性晶体的选择吸收产生偏振（3）由晶体双折射产生偏振14. 平面偏振光透过1/4波片后，透射光的偏振态情况是怎样的？参考答案 画图略。透射光一般是椭圆偏振光，当=/4时，则为圆偏振光，当=0和/2时，椭圆偏振光退化为平面偏振光15. 用偏振片怎样来区分自然光、部分偏振光和线偏振光？参考答案 将光通过偏振片，光强无变化的为自然光；光强有变化但不会出现完全消光的为部分偏振光；光强有变化且在某个方向为零的为线偏振光。16. 线偏振光通过检偏器后光强的变化情况是怎样的？参考答案 线偏振光通过检偏器后光强的变化遵循马吕斯定律。当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量极大时，称它们为平行。当二者的取向使系统射出的光量极小时，称它们为正交。实验七 全息照相05-06-21. 以下关于全息图说法正确的是：全息底片碎片仍能够再现全息图，但全息图的视场有所缩小、清晰度有所降低。2. 以下关于全息拍摄正确的说法是？全息底片可进行多次曝光，转变方位曝光后全息再现图像可分别呈现。3. 以下关于全息照相理解不正确的是？把全息片推进或远离扩束镜，对于再现像的大小没有影响。4. 做全息照相实验时需要注意以下几点，其中不正确的是？不需要调节全息光路等高和共轴。5. 参考光与物光的夹角越大，条纹越稀疏，越不容易受干扰而发生变化，所以参考光与物光角度稍大为宜。F6. 全息照相过程中物体与底片之间是点面对应的关系，即每个物点所发射的光束直接落在记录介质整个平面上。反过来说，全息图中每一个局部都包含了物体各点的光信息。因而全息照片的每一碎片都能使整个物体再现？T7. 在全息再现的过程中，物体经过参考光的全息记录过程会产生一个与物光光强的平方项有关的噪声，这是我们再全息照相中干扰项，要把它尽量减少，于是在物光相比于参考光小很多时可以将其看做为0，总的来说就是减小噪声对全息再现的影响。T8. 全息图所记录的是物体各点的全部光信息，包括振幅信息和相位信息。9. 参考光与物光的夹角越大，干涉条纹越密，越容易受干扰而发生变化，所以参考光与物光角度不宜太大。10. 在全息照相中要求光路中物光和参考光的光程相等，因为普通激光的波列长度有限，分束镜将一个波列分为物光和参考光两个波列，通过不同路径在感光板或观察屏处相遇，两路光的光程越是接近，两波列叠合越好。11. 全息照相实验的步骤为拍摄全息图、显影、停影、定影、风干和全息图的再现。12. 全息光路中物光与参考光之夹角为什么不能过大而应尽量放小？参考答案 干涉条纹的间距d=d/2sin(/2)由此公式，参考光与物光的夹角越大，条纹越密，这就要求底片具有较高的分辨率,同时越容易受干扰而发生变化，所以参考光与物光角度不宜太大。13. 如何观察再现的物像，扩束的大小及照明方向的改变对再现有什么影响？参考答案 拍摄好的全息底片放回原光路中,用参考光放照射全息片时，经过底片衍射后得到零级光波，从底片透射而出；另外在两侧有正一级衍射和负一级衍射光波存在。人眼迎着正一级衍射光看去，可看到一个与被拍物体完全一样的立体的无失真的虚像。在负一级位置上，可用屏接收到一个实像，称为共轭象。照明方向改变衍射光方向改变，像的位置随之改变。扩束的大小决定像的放大和缩小。14. 全息照相与普通照相的主要区别是什么？参考答案 普通照相是根据几何光学成像原理，记录下光波的强度（即振幅