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2025年大学物理（光学基础应用）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 光的干涉现象的本质是
A. 光的波动性的体现
B. 光的粒子性的体现
C. 光的波粒二象性的体现
D. 光的能量分布不均匀的体现

2. 杨氏双缝干涉实验中，若将双缝间距增大，则干涉条纹间距
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小

3. 薄膜干涉中，等倾干涉条纹的特点是
A. 条纹是一系列同心圆环
B. 条纹是平行直线
C. 条纹间距不均匀
D. 条纹间距随入射角增大而增大

4. 光的衍射现象是指
A. 光偏离直线传播绕过障碍物传播的现象
B. 光在介质中传播速度改变的现象
C. 光的偏振现象
D. 光的干涉现象

5. 单缝衍射实验中，若将缝宽减小，则中央明纹宽度
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 先增大后减小

6. 光栅衍射中，光栅常数越小，衍射条纹
A. 越密集
B. 越稀疏
C. 不变
D. 先密集后稀疏

7. 自然光通过偏振片后，光强变为原来的
A. 1/2
B. 1/3
C. 1/4
D. 不变

8. 当光从光疏介质射向光密介质时，反射光会发生
A. 半波损失
B. 全波损失
C. 无相位变化
D. 相位变化不确定

9. 光的干涉和衍射的主要区别在于
A. 干涉是两束或多束光叠加，衍射是单束光绕过障碍物
B. 干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
C. 干涉只在特定条件下发生，衍射随时都能发生
D. 干涉现象明显，衍射现象不明显

10. 对于迈克尔逊干涉仪，当移动可动反射镜时，干涉条纹会发生移动，若移动距离为λ/2，则条纹移动
A. 1条
B. 2条
C. 3条
D. 4条

第II卷（非选择题 共70分）

二、填空题（共20分）
答题要求：本题共10空，每空2分。把答案填在题中的横线上。

11. 光的相干条件是________________、________________、________________。

12. 双缝干涉实验中，若两缝间距为d，缝到屏的距离为D，波长为λ，则相邻明纹间距Δx = ________________。

13. 等厚干涉中，劈尖干涉条纹是________________，相邻条纹间距与劈尖夹角θ的关系是________________。

14. 单缝衍射中，中央明纹半角宽度θ0 = ________________。

15. 光栅衍射中，光栅方程为________________。

16. 马吕斯定律指出，强度为I0的线偏振光通过偏振片后，透射光强I = ________________。

17. 光的偏振态有________________、________________、________________等。

18. 菲涅耳半波带法中，若单缝处波面可分成偶数个半波带，则屏上对应点为________________；若分成奇数个半波带，则屏上对应点为________________。

19. 迈克尔逊干涉仪中，可动反射镜移动距离x与条纹移动数目N的关系是________________。

20. 光的吸收定律为________________。

三、简答题（共15分）
答题要求：简要回答下列问题。

21. 简述光的干涉现象在实际生活中的应用（至少举两个例子）。（5分）

22. 说明光的衍射现象产生的原因及条件。（5分）

23. 解释什么是光的偏振现象，并说明其在哪些方面有应用？（至少举两个例子）（5分）

四、计算题（共20分）
答题要求：写出必要的文字说明、公式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

24. 在杨氏双缝干涉实验中，已知双缝间距d = 0.2mm，缝到屏的距离D = 1m，用波长λ = 500nm的单色光照射，求：（1）相邻明纹间距；（2）若将整个装置放入折射率n = 1.5的介质中，相邻明纹间距变为多少？（10分）

25. 一单色平行光垂直照射一单缝，缝宽a = 0.1mm，缝后放一焦距f = 50cm的凸透镜，在透镜焦平面上测得中央明纹宽度为5mm，求：（1）该单色光的波长；（2）若将单缝换成光栅，光栅常数d = 10^-3mm，在同一实验条件下，屏上的第一级明纹位置在哪里？（10分）

五、材料分析题（共15分）
答题要求：阅读材料，回答问题。

材料：在光学实验中，我们常常会遇到各种光现象。比如在观察薄膜干涉时，发现不同厚度的薄膜会呈现出不同颜色的条纹。这是因为不同波长的光在薄膜上下表面反射后相互干涉，由于薄膜厚度不同，光程差不同，满足干涉加强或减弱的条件也不同，从而出现了不同颜色的条纹。在单缝衍射实验中，当缝宽较小时，衍射现象明显，中央明纹很宽，两侧还有一系列明暗相间的条纹。而当缝宽逐渐增大时，衍射现象逐渐减弱，条纹变得不明显。光的偏振现象在很多领域也有重要应用，例如在3D电影技术中，通过偏振眼镜，利用光的偏振原理，使观众左眼和右眼看到不同偏振方向的图像，从而产生立体感。

26. 请分析材料中提到的薄膜干涉条纹颜色不同的原因。（5分）

27. 材料中提到单缝衍射现象与缝宽有怎样的关系？（5分）

28. 结合材料说明光的偏振现象在3D电影技术中的应用原理。（5分）

答案：
1. A
2. B
3. A
4. A
5. A
6. A
7. A
8. A
9. A
10. A
11. 频率相同、振动方向相同（或相位差恒定）、光程差恒定
12. Dλ/d
13. 平行直线、Δx = λ/2θ
14. λ/a
15. dsinθ = kλ（k = 0, ±1, ±2,...）
16. I0cos²α（α为线偏振光振动方向与偏振片偏振化方向夹角）
17. 自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光（写出任意三个即可）
18. 暗纹、明纹
19. x = Nλ/2
20. I = I0e^(-αl)（I0为入射光强，I为透射光强，α为吸收系数，l为介质厚度）
21. 如干涉仪用于精密测量长度；增透膜利用干涉减少反射光，增加透射光等。
22. 光的衍射是由于光在传播过程中遇到障碍物，偏离直线传播绕过障碍物继续传播。条件是障碍物或孔的尺寸与光的波长相近或比波长小。
23. 光的偏振现象是指光矢量的振动方向相对传播方向具有不对称性。应用如3D电影、偏光显微镜、汽车挡风玻璃等。
24. （1）相邻明纹间距Δx = Dλ/d = 1×500×10^-9/0.2×10^-3 = 2.5×10^-3m = 2.5mm；（2）在介质中相邻明纹间距Δx' = Dλ'/d = Dλ/(nd) = 2.5/1.5 ≈ 1.67mm。
25. （1）中央明纹宽度Δx0 = 2fλ/a，所以λ = aΔx0/2f = 0.1×10^-3×5×10^-3/2×0.5 = 5×10^-7m = 500nm；（2）由光栅方程dsinθ = kλ，k = 1时，sinθ = kλ/d = 1×500×10^-9/10^-3 = 5×10^-4，y = ftanθ ≈ fsinθ = 0.5×5×10^-4 = 2.5×10^-4m = 位置在距中央明纹中心2.5×10^-4m处。
26. 不同波长的光在薄膜上下表面反射后相互干涉，因薄膜厚度不同，光程差不同，满足干涉加强或减弱条件不同，导致出现不同颜色条纹。
27. 缝宽较小时，衍射现象明显，中央明纹宽，两侧有明暗相间条纹；缝宽逐渐增大时，衍射现象减弱，条纹不明显。
28. 3D电影技术中，通过偏振眼镜，左眼和右眼看到不同偏振方向的图像。利用光的偏振原理，使观众两眼看到的图像不同，从而产生立体感。