2025年大学物理学（光学专题）试题及答案.doc

2025年大学物理学（光学专题）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40分）
答题要求：本卷共8小题，每小题5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. 关于光的干涉，以下说法正确的是
A. 只有频率相同的两列光波才能产生干涉现象
B. 光的干涉现象说明光具有波动性，也具有粒子性
C. 双缝干涉实验中，光屏上距两缝的路程差为波长整数倍处出现暗条纹
D. 薄膜干涉中，肥皂泡表面的彩色条纹是由于光的折射形成的

2. 用单色光做双缝干涉实验，下列说法正确的是
A. 相邻干涉条纹之间的距离相等
B. 中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
C. 屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D. 在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距

3. 光从某种介质射向空气，入射角为45°时，折射角为60°，则该介质的折射率为
A. $\frac{\sqrt{2}}{2}$
B. $\frac{\sqrt{3}}{2}$
C.$\sqrt{2}$
D.$\sqrt{3}$

4. 一束光由空气射向折射率为$\sqrt{2}$的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为
A. 30°
B. 45°
C. 60°
D. 75°

5. 关于光的衍射，下列说法正确的是
A. 光发生明显衍射的条件是障碍物的尺寸远大于光的波长
B. 光的衍射现象说明光沿直线传播是有条件的
C. 泊松亮斑是光的衍射现象
D. 光的衍射现象中，条纹的间距与光的波长无关

6. 用白光做双缝干涉实验时，在光屏上可观察到彩色条纹，这是因为
A. 各种色光的波长不同
B. 各种色光的频率不同
C. 各种色光的传播速度不同
D. 各种色光的能量不同

7. 光导纤维的结构是由内芯和外套组成，下列说法正确的是
A. 内芯的折射率比外套的折射率大
B. 内芯的折射率比外套的折射率小
C. 光导纤维利用了光的全反射原理
D. 光在光导纤维中传播时，在内芯和外套的界面上发生折射

8. 关于光的偏振，下列说法正确的是
A. 自然光通过偏振片后成为偏振光
B. 偏振光不能再通过偏振片
C. 立体电影利用了光的偏振现象
D. 拍摄水下景物时，在镜头前装偏振片可减弱水面反射光的影响

第II卷（非选择题 共60分）

（一）填空题（共15分）
答题要求：本大题共3小题，每空3分。把答案填在题中的横线上。

9. 在双缝干涉实验中，若双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L，所用单色光波长为λ，则相邻明条纹之间的距离为______。

10..光从折射率为n的介质射向空气时，临界角的正弦值为______。

11. 用单色光做单缝衍射实验，中央亮纹的宽度与光的______有关，波长越长，中央亮纹越______。

（二）简答题（共15分）
答题要求：简要回答下列问题。

12. 简述光的干涉和衍射的区别与联系。（7分）

13. 说明光导纤维的工作原理及应用。（8分）

（三）计算题（共15分）
答题要求：解答应写出必要的文字说明、方程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。

14. 一束光从某种介质射向空气，入射角为30°，折射角为45°，求该介质的折射率。（本题7分

15. 在双缝干涉实验中，双缝间距为0.2mm，双缝到光屏的距离为1m，用波长为500nm的单色光照射，求相邻明条纹之间的距离。（本题8分）

（四）材料分析题（共10分）
答题要求：阅读材料，回答问题。

材料：在光学研究中，光的干涉和衍射现象有着广泛的应用。例如，在光学精密测量中，利用干涉原理可以精确测量微小长度、厚度等；在天文观测中，通过分析天体发出的光的衍射图样，可以获取天体的相关信息。同时，光的偏振现象也在许多领域有着重要应用，如立体电影、液晶显示等。

16. 请举例说明光的干涉在光学精密测量中的具体应用。（5分）

17. 分析光的偏振现象在液晶显示中的作用原理。（5分）

（五）综合应用题（共10分）
答题要求：结合所学知识，解决实际问题。

18. 某同学在做双缝干涉实验时，发现光屏上的条纹间距不均匀。请分析可能导致这种现象的原因，并提出解决办法。（5分）

19. 设计一个利用光的衍射现象测量微小物体尺寸的实验方案。（5分）

答案：
1. A
2. A
3. A
4. C
5. BC
6. AB
7. AC
8. ACD
9. $\frac{Lλ}{d}$
10. $\frac{1}{n}$
11. 波长；宽
12. 区别：干涉是两列或多列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域始终减弱，形成稳定的强弱分布的现象；衍射是光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播路径而绕到障碍物后面传播的现象。联系：都是光的波动性的表现，都能产生明暗相间的条纹。
13. 工作原理：光导纤维利用了光的全反射原理，光在内芯中传播，当光线射到内芯和外套的界面时，入射角大于临界角，光就会在内芯中不断发生全反射，从而沿着光纤传播。应用：光纤通信、光纤传感等。
14. 根据折射定律$n=\frac{sinr}{sini}$，已知$i = 3０°$，$r = 45°$，则$n=\frac{sin45°}{sin30°}=\frac{\frac{\sqrt{2}}{2}}{\frac{1}{2}}=\sqrt{2}$。
15. 根据公式$\Delta x=\frac{Lλ}{d}$，已知$d = 0.2mm = 2×10^{-4}m$，$L = 1m$，$λ = 500nm = 5×10^{-7}m$，则$\Delta x=\frac{1×5×10^{-7}}{2×10^{-4}} =　2.5×10^{-3}m = 2.5mm$。
1６. 例如，用迈克耳孙干涉仪可以精确测量微小长度变化。当被测物体长度发生变化时，干涉条纹会发生移动，通过测量条纹移动的数目，利用干涉条纹间距与光程差的关系，可精确计算出物体长度的变化量。
1７. 液晶分子具有特殊的排列方式，在未加电场时，液晶分子对光的偏振态有特定的影响，使得光能够通过液晶层。当加上电场后，液晶分子的排列发生变化，对光的偏振态的影响也改变，从而控制光的透过和阻挡情况，实现图像显示。
1８. 原因可能有：双缝不平行；光源不是单色光等。解决办法：调整双缝使其平行；更换单色光源。
1９实验方案：用单色光照射一个很窄的单缝，在单缝后面放置一个光屏，在光屏上会出现单缝衍射条纹。用显微镜测量中央亮纹的宽度，根据单缝衍射公式，已知光的波长和单缝到光屏的距离，可计算出单缝的宽度，从而实现对微小物体尺寸的测量。