2025年幾何光學實驗題庫及答案

一、單項選擇題1.在薄透鏡成像實驗中，當物距u大于2倍焦距f時，所成的像為（）A.正立、放大的虛像B.倒立、縮小的實像C.倒立、放大的實像D.正立、縮小的虛像答案：B2.用分光計測量三棱鏡頂角時，望遠鏡所觀察到的三棱鏡兩個光學面的反射像夾角為120°，則三棱鏡頂角為（）A.30°B.60°C.90°D.120°答案：B3.在驗證光的等厚干涉——牛頓環(huán)實驗中，測量干涉條紋直徑時，若實際測量的是弦長，對測量結(jié)果（）A.有影響，使結(jié)果偏大B.有影響，使結(jié)果偏小C.無影響D.不確定答案：C4.以下關(guān)于光學實驗中常用光源的說法，正確的是（）A.鈉光燈發(fā)出的光為單一頻率的光B.汞燈發(fā)出的光只有一種顏色C.氦氖激光器發(fā)出的光是相干光D.白熾燈發(fā)出的光適合用于精確的干涉實驗答案：C5.在測量凸透鏡焦距的實驗中，利用物距像距法測量，若物屏與像屏之間的距離L固定，當在物屏與像屏之間移動凸透鏡時，能得到兩次清晰的像，設(shè)兩次成像時凸透鏡的位置間距為d，則凸透鏡焦距f為（）A.\(f=\frac{L^2-d^2}{4L}\)B.\(f=\frac{L^2+d^2}{4L}\)C.\(f=\frac{Ld}{4}\)D.\(f=\frac{L+d}{4}\)答案：A6.在雙縫干涉實驗中，為了增大干涉條紋的間距，可采取的方法是（）A.減小雙縫間距B.減小光的波長C.減小光屏到雙縫的距離D.換用頻率更高的光答案：A7.利用邁克爾遜干涉儀測量光波波長，當移動可動反射鏡時，觀察到干涉條紋移動了N條，已知可動反射鏡移動的距離為Δd，則光波波長λ為（）A.\(\lambda=\frac{2\Deltad}{N}\)B.\(\lambda=\frac{\Deltad}{N}\)C.\(\lambda=\frac{N}{2\Deltad}\)D.\(\lambda=\frac{N\Deltad}{2}\)答案：A8.在三棱鏡色散實驗中，不同顏色的光在三棱鏡中的折射角不同，其中（）光的折射角最大。A.紅B.橙C.藍D.紫答案：D9.以下關(guān)于光學元件成像性質(zhì)的說法，錯誤的是（）A.平面鏡成等大、正立的虛像B.凹透鏡成正立、縮小的虛像C.凸面鏡成正立、放大的虛像D.凹面鏡可以成實像也可以成虛像答案：C10.在測量玻璃折射率的實驗中，用插針法確定光路，若入射角為i，折射角為r，則玻璃折射率n為（）A.\(n=\frac{\sini}{\sinr}\)B.\(n=\frac{\sinr}{\sini}\)C.\(n=\sini\sinr\)D.\(n=\frac{\cosi}{\cosr}\)答案：A二、多項選擇題1.以下屬于幾何光學實驗中常用的測量工具的有（）A.分光計B.邁克爾遜干涉儀C.游標卡尺D.螺旋測微器答案：ABCD2.在薄透鏡成像實驗中，可能出現(xiàn)像模糊不清的原因有（）A.透鏡光心與物屏、像屏中心不在同一高度B.物距選擇不合適C.環(huán)境光線過強D.透鏡表面有污漬答案：ABCD3.關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，以下說法正確的是（）A.兩列頻率相同的光一定能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.干涉條紋是等間距的C.光的干涉現(xiàn)象證明了光具有波動性D.薄膜干涉可以用于檢查平面的平整度答案：CD4.在使用分光計測量角度時，需要進行的調(diào)節(jié)步驟有（）A.調(diào)節(jié)望遠鏡聚焦無窮遠B.調(diào)節(jié)望遠鏡光軸與分光計中心軸垂直C.調(diào)節(jié)載物臺平面與分光計中心軸垂直D.調(diào)節(jié)平行光管發(fā)出平行光答案：ABCD5.以下關(guān)于牛頓環(huán)實驗的描述，正確的有（）A.牛頓環(huán)是等厚干涉條紋B.中心暗斑是由于半波損失造成的C.測量干涉條紋直徑時應避免空程誤差D.實驗中使用的光源可以是鈉光燈答案：ABCD6.在測量凸透鏡焦距的方法中，包含以下哪些（）A.物距像距法B.共軛法C.自準直法D.反射法答案：ABC7.關(guān)于邁克爾遜干涉儀，以下說法正確的是（）A.可以用于測量微小長度變化B.可以測量光波波長C.兩束相干光的光程差改變時，干涉條紋會移動D.調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀時，需要使兩臂光程盡量相等答案：ABCD8.在三棱鏡色散實驗中，涉及到的物理知識有（）A.光的折射B.不同顏色光的頻率不同C.不同顏色光在同一介質(zhì)中的折射率不同D.光的全反射答案：ABC9.以下光學元件中，對光線有會聚作用的有（）A.凸透鏡B.凹面鏡C.凸面鏡D.凹透鏡答案：AB10.在光學實驗中，為了保證實驗數(shù)據(jù)的準確性，需要注意的事項有（）A.正確使用測量儀器B.多次測量取平均值C.記錄實驗數(shù)據(jù)時要注意有效數(shù)字D.避免實驗環(huán)境的干擾答案：ABCD三、判斷題1.在薄透鏡成像實驗中，只要物距大于焦距，就一定能在光屏上得到清晰的像。（）答案：錯誤。物距大于焦距時，需調(diào)節(jié)像距等條件才能在光屏上得到清晰像。2.分光計測量角度時，望遠鏡目鏡中的叉絲不需要調(diào)節(jié)清晰。（）答案：錯誤。需要調(diào)節(jié)清晰以便準確讀數(shù)。3.光的干涉和衍射現(xiàn)象都能說明光具有波動性。（）答案：正確。4.牛頓環(huán)實驗中，干涉條紋越往外越密集。（）答案：正確。5.用物距像距法測量凸透鏡焦距時，物距和像距可以隨意取值。（）答案：錯誤。物距需在合適范圍，如大于焦距等，否則無法成像或無法準確測量。6.邁克爾遜干涉儀中，兩束相干光的光程差為波長整數(shù)倍時，出現(xiàn)亮條紋。（）答案：正確。7.在三棱鏡色散實驗中，紅色光的偏向角最大。（）答案：錯誤。紫色光偏向角最大。8.凹透鏡只能成虛像，凸透鏡只能成實像。（）答案：錯誤。凸透鏡也能成虛像。9.測量玻璃折射率時，入射角越大，測量結(jié)果越準確。（）答案：錯誤。入射角應在合適范圍，過大可能出現(xiàn)其他問題影響測量準確性。10.在光學實驗中，使用的光源強度越強越好。（）答案：錯誤。過強的光源可能影響觀察和測量，應選擇合適強度的光源。四、簡答題1.簡述用分光計測量三棱鏡頂角的原理。答案：分光計可精確測量角度。利用反射法，讓平行光照射三棱鏡，通過望遠鏡觀察三棱鏡兩個光學面的反射像。根據(jù)反射定律，望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度是三棱鏡頂角的兩倍。通過測量望遠鏡轉(zhuǎn)過的角度，就可以計算出三棱鏡的頂角大小。測量過程需精確調(diào)節(jié)分光計，確保測量的準確性。2.說明在牛頓環(huán)實驗中，為什么要測量多個干涉條紋的直徑？答案：牛頓環(huán)實驗測量多個干涉條紋直徑是為了減小誤差。實驗中可能存在各種誤差因素，如測量時的讀數(shù)誤差、干涉條紋中心位置確定的誤差等。測量多個條紋直徑并求平均值，能有效降低這些隨機誤差對實驗結(jié)果的影響。而且通過測量不同級次的條紋直徑，可以更好地驗證牛頓環(huán)干涉的規(guī)律，使測量結(jié)果更具可靠性和準確性。3.簡述邁克爾遜干涉儀的工作原理。答案：邁克爾遜干涉儀利用分振幅法產(chǎn)生雙光束干涉。光源發(fā)出的光經(jīng)分光板分為兩束，一束反射，一束透射。這兩束光分別經(jīng)反射鏡反射后，再次回到分光板并疊加產(chǎn)生干涉。通過調(diào)節(jié)反射鏡位置改變兩束光的光程差，當光程差滿足一定條件時出現(xiàn)干涉條紋。可用于測量微小長度、光波波長等，其精度較高。4.如何用自準直法測量凸透鏡的焦距？答案：將凸透鏡、物屏和平面反射鏡按順序放置在光具座上。物屏上的物點發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射后成為平行光，再經(jīng)平面反射鏡反射回來，再次通過凸透鏡成像在物屏上。當物屏上的像與物重合時，物到凸透鏡光心的距離就是凸透鏡的焦距。這種方法操作簡便，通過調(diào)節(jié)各元件位置找到清晰重合像，即可測量焦距。五、討論題1.在薄透鏡成像實驗中，當物距小于焦距時，無論怎樣移動光屏都找不到像，但通過透鏡卻能看到正立放大的虛像。請討論虛像為什么不能在光屏上呈現(xiàn)，以及這種成像特點在實際生活中有哪些應用？答案：虛像是由光線的反向延長線相交形成的，并非實際光線匯聚，所以不能在光屏上呈現(xiàn)。在實際生活中，放大鏡就是利用了凸透鏡成正立放大虛像的原理，方便人們觀察微小物體。還有在顯微鏡的目鏡中，也是利用這種成像特點，將物鏡所成的像進一步放大，便于人們觀察微觀世界。它能讓我們看清原本難以看清的細節(jié)，在很多領(lǐng)域都有重要應用。2.在光的干涉實驗中，干涉條紋的清晰程度和哪些因素有關(guān)？如何提高干涉條紋的清晰度？答案：干涉條紋清晰程度與光源的相干性、兩束光的光強差異、環(huán)境干擾等因素有關(guān)。光源相干性越好，條紋越清晰；兩束光光強接近時，條紋對比度高，更清晰；環(huán)境干擾小，條紋也更清晰。要提高清晰度，可選用相干性好的光源，如激光。調(diào)節(jié)光路使兩束光光強盡量相等，比如通過調(diào)節(jié)光闌等。同時，要減少環(huán)境振動、光散射等干擾，可在暗室等穩(wěn)定環(huán)境中進行實驗。3.討論在三棱鏡色散實驗中，不同顏色光的折射率不同的原因，以及這種現(xiàn)象在實際生活中有哪些體現(xiàn)？答案：不同顏色光的頻率不同，在三棱鏡這種介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)對不同頻率光的作用不同，導致它們的傳播速度不同。根據(jù)折射率的定義，折射率與光在介質(zhì)中的傳播速度有關(guān)，所以不同顏色光的折射率不同。在實際生活中，彩虹就是這種現(xiàn)象的體現(xiàn)，陽光通過大氣中的小水滴發(fā)生色散形成彩虹。還有在光學儀器中，如相機鏡頭，為了減少色散對成像質(zhì)量的影響，會采用特殊的鏡片組合來矯正不同顏色光的折射率差異。4.在光學實驗中，經(jīng)常會用到各種光學元件，如透鏡、反射鏡、分光鏡等。請討論這些光學元件在不同實驗中的作用，以及它們之間的相互配合是