2025大學(xué)光學(xué)工程試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.光在真空中的傳播速度約為（）A.3×10?m/sB.3×10?m/sC.3×10?m/sD.3×10?m/s答案：D。光在真空中的傳播速度是一個(gè)基本的物理常量，其值約為3×10?m/s，這是在光學(xué)學(xué)習(xí)中必須牢記的知識(shí)點(diǎn)。2.以下哪種光學(xué)元件對(duì)光線(xiàn)有會(huì)聚作用（）A.平面鏡B.凹透鏡C.凸透鏡D.凸面鏡答案：C。凸透鏡中間厚邊緣薄，對(duì)光線(xiàn)有會(huì)聚作用；平面鏡主要是改變光的傳播方向；凹透鏡對(duì)光線(xiàn)有發(fā)散作用；凸面鏡對(duì)光線(xiàn)有發(fā)散作用，常用于汽車(chē)后視鏡等。3.當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí)，凸透鏡成（）A.倒立、縮小的實(shí)像B.倒立、放大的實(shí)像C.正立、放大的虛像D.正立、縮小的虛像答案：A。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí)，在光屏上成倒立、縮小的實(shí)像，像距在1倍焦距和2倍焦距之間，照相機(jī)就是利用這一原理制成的。4.一束光從空氣斜射入水中，入射角為45°，折射角可能是（）A.0°B.30°C.45°D.60°答案：B。光從空氣斜射入水中時(shí)，折射角小于入射角。已知入射角為45°，所以折射角應(yīng)小于45°，且折射角不為0°（當(dāng)光垂直入射時(shí)折射角才為0°），故折射角可能是30°。5.關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（）A.兩列光只要相遇就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.干涉條紋是由兩列光波在空間疊加形成的C.只有頻率相同的兩列光才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D.干涉條紋的亮暗與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)答案：C。兩列光產(chǎn)生干涉現(xiàn)象需要滿(mǎn)足相干條件，即頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；干涉條紋是滿(mǎn)足相干條件的兩列光波在空間疊加形成的穩(wěn)定的圖樣，B選項(xiàng)不準(zhǔn)確；只有頻率相同的兩列光才有可能滿(mǎn)足相干條件產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，C選項(xiàng)正確；干涉條紋的亮暗與光的強(qiáng)度有關(guān)，亮紋處光的強(qiáng)度大，暗紋處光的強(qiáng)度小，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。6.用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（）A.相鄰干涉條紋之間的距離相等B.中央明條紋寬度是兩邊明條紋寬度的2倍C.屏與雙縫之間的距離減小，則屏上條紋間距增大D.雙縫之間的距離增大，則屏上條紋間距增大答案：A。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰干涉條紋之間的距離是相等的，這是雙縫干涉條紋的一個(gè)重要特征，A選項(xiàng)正確；中央明條紋和兩邊明條紋寬度是一樣的，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L\lambda}ikugcgu\)（其中\(zhòng)(\Deltax\)為條紋間距，\(L\)為屏與雙縫之間的距離，\(\lambda\)為光的波長(zhǎng)，\(d\)為雙縫之間的距離），屏與雙縫之間的距離\(L\)減小，條紋間距\(\Deltax\)減小，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；雙縫之間的距離\(d\)增大，條紋間距\(\Deltax\)減小，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。7.光的衍射現(xiàn)象表明（）A.光具有粒子性B.光具有波動(dòng)性C.光沿直線(xiàn)傳播D.光的傳播不需要介質(zhì)答案：B。光的衍射是光繞過(guò)障礙物繼續(xù)傳播的現(xiàn)象，這是光具有波動(dòng)性的重要表現(xiàn)，B選項(xiàng)正確；光具有粒子性的表現(xiàn)主要是光電效應(yīng)等現(xiàn)象，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；光的衍射現(xiàn)象說(shuō)明光不總是沿直線(xiàn)傳播的，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；光的傳播不需要介質(zhì)是光的一種傳播特性，與光的衍射現(xiàn)象無(wú)關(guān)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。8.一束自然光通過(guò)偏振片后（）A.仍是自然光B.成為偏振光C.光的強(qiáng)度不變D.光的頻率發(fā)生改變答案：B。自然光包含各個(gè)方向的光振動(dòng)，通過(guò)偏振片后，只有與偏振片透振方向一致的光振動(dòng)能夠通過(guò)，從而成為偏振光，B選項(xiàng)正確；自然光通過(guò)偏振片后光的強(qiáng)度會(huì)減弱，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；光的頻率由光源決定，通過(guò)偏振片后光的頻率不會(huì)發(fā)生改變，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。9.以下關(guān)于光學(xué)儀器的說(shuō)法，錯(cuò)誤的是（）A.顯微鏡的目鏡和物鏡都是凸透鏡B.望遠(yuǎn)鏡的目鏡和物鏡都是凹透鏡C.照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡D.投影儀的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡答案：B。顯微鏡的目鏡和物鏡都是凸透鏡，物鏡成倒立、放大的實(shí)像，目鏡成正立、放大的虛像，A選項(xiàng)正確；望遠(yuǎn)鏡的物鏡是凸透鏡，目鏡可以是凸透鏡也可以是凹透鏡，常見(jiàn)的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡目鏡和物鏡都是凸透鏡，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，成倒立、縮小的實(shí)像，C選項(xiàng)正確；投影儀的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，成倒立、放大的實(shí)像，D選項(xiàng)正確。10.已知某種介質(zhì)的折射率為\(\sqrt{2}\)，光在該介質(zhì)中的傳播速度為（）A.\(\sqrt{2}×10?m/s\)B.\(2×10?m/s\)C.\(\frac{3}{\sqrt{2}}×10?m/s\)D.\(3×10?m/s\)答案：C。根據(jù)折射率公式\(n=\frac{c}{v}\)（其中\(zhòng)(n\)為介質(zhì)的折射率，\(c\)為光在真空中的傳播速度，\(v\)為光在介質(zhì)中的傳播速度），可得\(v=\frac{c}{n}=\frac{3×10?}{\sqrt{2}}=\frac{3}{\sqrt{2}}×10?m/s\)，C選項(xiàng)正確。二、填空題（每題4分，共20分）1.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做______。答案：光的折射。這是光的折射現(xiàn)象的基本定義，是光學(xué)中的重要概念。2.凸透鏡的焦距為\(10cm\)，當(dāng)物體放在距凸透鏡\(15cm\)處時(shí)，成______、______的實(shí)像。答案：倒立、放大。已知凸透鏡焦距\(f=10cm\)，物距\(u=15cm\)，此時(shí)\(f\ltu\lt2f\)，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，成倒立、放大的實(shí)像。3.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若用紅光和藍(lán)光分別做實(shí)驗(yàn)，______光產(chǎn)生的干涉條紋間距較大。（已知紅光波長(zhǎng)大于藍(lán)光波長(zhǎng)）答案：紅。根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L\lambda}acsoioi\)，在\(L\)和\(d\)相同的情況下，波長(zhǎng)\(\lambda\)越大，條紋間距\(\Deltax\)越大，因?yàn)榧t光波長(zhǎng)大于藍(lán)光波長(zhǎng)，所以紅光產(chǎn)生的干涉條紋間距較大。4.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是______波。答案：橫。光的偏振現(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象，只有橫波才有偏振特性，所以光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波。5.已知光在某種介質(zhì)中的傳播速度為\(2×10?m/s\)，則該介質(zhì)的折射率為_(kāi)_____。答案：\(1.5\)。根據(jù)折射率公式\(n=\frac{c}{v}\)（其中\(zhòng)(c=3×10?m/s\)為光在真空中的傳播速度，\(v=2×10?m/s\)為光在該介質(zhì)中的傳播速度），可得\(n=\frac{3×10?}{2×10?}=1.5\)。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述凸透鏡成像的規(guī)律。答：凸透鏡成像規(guī)律如下：-當(dāng)物距\(u\gt2f\)（\(f\)為凸透鏡焦距）時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像，像距\(f\ltv\lt2f\)，應(yīng)用如照相機(jī)。-當(dāng)物距\(u=2f\)時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像，像距\(v=2f\)。-當(dāng)\(f\ltu\lt2f\)時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像，像距\(v\gt2f\)，應(yīng)用如投影儀。-當(dāng)物距\(u=f\)時(shí)，不成像，此時(shí)光線(xiàn)經(jīng)凸透鏡折射后平行射出。-當(dāng)物距\(u\ltf\)時(shí)，成正立、放大的虛像，像與物在凸透鏡同側(cè)，應(yīng)用如放大鏡。2.解釋光的干涉和衍射現(xiàn)象的區(qū)別與聯(lián)系。答：區(qū)別：-現(xiàn)象表現(xiàn)：干涉是滿(mǎn)足相干條件的兩列或多列光在空間疊加形成穩(wěn)定的明暗相間條紋的現(xiàn)象，干涉條紋間距相對(duì)均勻；衍射是光繞過(guò)障礙物或通過(guò)小孔等繼續(xù)傳播形成明暗相間條紋的現(xiàn)象，衍射條紋的寬度和間距不均勻，中央條紋較寬。-產(chǎn)生條件：干涉需要兩列或多列光滿(mǎn)足頻率相同、相位差恒定、振動(dòng)方向相同等相干條件；衍射對(duì)光的要求相對(duì)寬松，只要光遇到障礙物或小孔等尺寸與光的波長(zhǎng)相近或更小即可發(fā)生。聯(lián)系：-本質(zhì)：干涉和衍射都是光具有波動(dòng)性的表現(xiàn)，它們都是光的疊加現(xiàn)象，都是由于光的波動(dòng)特性導(dǎo)致的。-相互影響：在實(shí)際的光學(xué)現(xiàn)象中，干涉和衍射往往同時(shí)存在，例如在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)縫都會(huì)發(fā)生光的衍射，然后兩縫的衍射光再發(fā)生干涉。3.簡(jiǎn)述偏振光的應(yīng)用。答：偏振光在多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用：-攝影領(lǐng)域：使用偏振鏡可以消除或減弱非金屬表面的反射光，例如拍攝水面下的物體、玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，能使圖像更加清晰，突出主體；還可以調(diào)節(jié)天空的亮度，使藍(lán)天更藍(lán)，白云更白，增強(qiáng)畫(huà)面的色彩飽和度。-液晶顯示領(lǐng)域：液晶顯示器利用液晶分子在電場(chǎng)作用下的取向變化來(lái)控制光的偏振狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。通過(guò)對(duì)液晶層施加不同的電壓，可以改變液晶分子的排列方向，進(jìn)而控制光的透過(guò)和阻擋，實(shí)現(xiàn)不同顏色和亮度的顯示。-光學(xué)測(cè)量領(lǐng)域：利用偏振光的特性可以測(cè)量一些物理量，例如通過(guò)測(cè)量偏振光的旋轉(zhuǎn)角度可以測(cè)量溶液的濃度（旋光現(xiàn)象）；在應(yīng)力分析中，通過(guò)觀察偏振光在受力透明物體中的干涉條紋變化，可以分析物體內(nèi)部的應(yīng)力分布情況。-立體電影領(lǐng)域：立體電影利用偏振光的原理，通過(guò)兩臺(tái)放映機(jī)分別放映左右眼的圖像，并且使用不同方向的偏振光進(jìn)行投射，觀眾佩戴偏振眼鏡，左右眼鏡片的偏振方向不同，分別只允許對(duì)應(yīng)的偏振光進(jìn)入眼睛，從而在大腦中形成立體的視覺(jué)效果。四、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.有一個(gè)凸透鏡，焦距為\(15cm\)。若將一個(gè)物體放在距凸透鏡\(25cm\)處，求：（1）像的位置；（2）像的性質(zhì)。解：（1）已知凸透鏡焦距\(f=15cm\)，物距\(u=25cm\)，根據(jù)凸透鏡成像公式\(\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}\)（其中\(zhòng)(v\)為像距），可得：\(\frac{1}{v}=\frac{1}{f}-\frac{1}{u}=\frac{1}{15}-\frac{1}{25}=\frac{5-3}{75}=\frac{2}{75}\)則\(v=37.5cm\)，像在凸透鏡另一側(cè)距凸透鏡\(37.5cm\)處。（2）因?yàn)閈(f\ltu\lt2f\)（\(15cm\lt25cm\lt30cm\)），根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，此時(shí)成倒立、放大的實(shí)像。2.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距\(d=0.2mm\)，屏與雙縫之間的距離\(L=1m\)，用波長(zhǎng)\(\lambda=500nm\)的單色光做實(shí)驗(yàn)，求：（1）相鄰兩條亮條紋之間的距離；（2）若將雙縫間距變?yōu)閈(0.4mm\)，其他條件不變，相鄰兩條亮條紋之間的距離變?yōu)槎嗌?。解：?）已知雙縫間距\(d=0.2mm=0.2×10?3m\)，屏與雙縫之間的距離\(L=1m\)，波長(zhǎng)\(\lambda=500nm=500×10??m\)。根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L\lambda}sumqmqu\)，可得相鄰兩條亮條紋之間的距離為：\(\Deltax=\frac{1×500×10??}{0.2×