2025年工程光學(xué)選擇試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共30分）1.光在真空中的傳播速度為\(c\)，在折射率為\(n\)的介質(zhì)中的傳播速度\(v\)為（）A.\(v=c\)B.\(v=\frac{c}{n}\)C.\(v=cn\)D.\(v=\frac{n}{c}\)答案：B解析：根據(jù)折射率的定義\(n=\frac{c}{v}\)（其中\(zhòng)(n\)為介質(zhì)折射率，\(c\)為真空中光速，\(v\)為介質(zhì)中光速），可推導(dǎo)出\(v=\frac{c}{n}\)。2.當(dāng)自然光以布儒斯特角\(i_{B}\)入射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，反射光（）A.是自然光B.是完全偏振光，且光矢量的振動(dòng)方向平行于入射面C.是完全偏振光，且光矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面D.是部分偏振光答案：C解析：當(dāng)自然光以布儒斯特角\(i_{B}\)入射到兩種介質(zhì)分界面時(shí)，反射光為完全偏振光，其光矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面，折射光為部分偏振光。3.一束平行單色光垂直入射到光柵上，當(dāng)光柵常數(shù)\((a+b)\)為下列哪種情況時(shí)（\(a\)代表每條縫的寬度，\(b\)代表不透光部分的寬度），\(k=3\)、\(6\)、\(9\cdots\)級(jí)的主極大均不出現(xiàn)？（）A.\(a+b=2a\)B.\(a+b=3a\)C.\(a+b=4a\)D.\(a+b=6a\)答案：B解析：光柵衍射中，缺級(jí)條件為\(\frac{a+b}{a}=\frac{k}{k'}\)（\(k\)為主極大級(jí)數(shù)，\(k'\)為單縫衍射暗紋級(jí)數(shù)）。當(dāng)\(k=3\)、\(6\)、\(9\cdots\)級(jí)主極大均不出現(xiàn)時(shí)，即\(\frac{a+b}{a}=3\)，也就是\(a+b=3a\)。4.用邁克耳孫干涉儀測(cè)微小的位移。若入射光波長(zhǎng)\(\lambda=628.9\mathrm{nm}\)，當(dāng)動(dòng)臂反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋移動(dòng)了\(2048\)條，則反射鏡移動(dòng)的距離\(d\)為（）A.\(0.648\mathrm{mm}\)B.\(0.324\mathrm{mm}\)C.\(1.296\mathrm{mm}\)D.\(2.592\mathrm{mm}\)答案：A解析：在邁克耳孫干涉儀中，反射鏡移動(dòng)距離\(d\)與干涉條紋移動(dòng)條數(shù)\(N\)和波長(zhǎng)\(\lambda\)的關(guān)系為\(d=N\frac{\lambda}{2}\)。將\(N=2048\)，\(\lambda=628.9\times10^{-9}\mathrm{m}\)代入可得\(d=2048\times\frac{628.9\times10^{-9}}{2}\mathrm{m}=0.648\times10^{-3}\mathrm{m}=0.648\mathrm{mm}\)。5.一個(gè)薄凸透鏡的焦距為\(10\mathrm{cm}\)，一個(gè)物體位于透鏡前\(15\mathrm{cm}\)處，則像的性質(zhì)為（）A.實(shí)像，正立，放大B.實(shí)像，倒立，放大C.虛像，正立，放大D.虛像，倒立，放大答案：B解析：根據(jù)薄透鏡成像公式\(\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}\)（其中\(zhòng)(u\)為物距，\(v\)為像距，\(f\)為焦距），已知\(u=15\mathrm{cm}\)，\(f=10\mathrm{cm}\)，代入可得\(\frac{1}{15}+\frac{1}{v}=\frac{1}{10}\)，解得\(v=30\mathrm{cm}\)。像距為正，說(shuō)明是實(shí)像。又因?yàn)榉糯舐蔦(m=-\frac{v}{u}=-\frac{30}{15}=-2\)，負(fù)號(hào)表示像倒立，\(\vertm\vert>1\)表示像放大。6.光的干涉和衍射現(xiàn)象反映了光的（）A.偏振性質(zhì)B.波動(dòng)性質(zhì)C.粒子性質(zhì)D.量子性質(zhì)答案：B解析：光的干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，它們的存在有力地證明了光具有波動(dòng)性。7.已知雙縫間距\(d=0.6\mathrm{mm}\)，雙縫到光屏的距離\(D=1.5\mathrm{m}\)，用單色光垂直照射雙縫，測(cè)得屏上相鄰明條紋間距\(\Deltax=1.5\mathrm{mm}\)，則此單色光的波長(zhǎng)\(\lambda\)為（）A.\(400\mathrm{nm}\)B.\(500\mathrm{nm}\)C.\(600\mathrm{nm}\)D.\(700\mathrm{nm}\)答案：C解析：雙縫干涉中，相鄰明條紋間距\(\Deltax=\frac{D\lambda}q8mu6qw\)，則\(\lambda=\frac{d\Deltax}{D}\)。將\(d=0.6\times10^{-3}\mathrm{m}\)，\(D=1.5\mathrm{m}\)，\(\Deltax=1.5\times10^{-3}\mathrm{m}\)代入可得\(\lambda=\frac{0.6\times10^{-3}\times1.5\times10^{-3}}{1.5}\mathrm{m}=600\times10^{-9}\mathrm{m}=600\mathrm{nm}\)。8.一束光強(qiáng)為\(I_{0}\)的自然光垂直通過兩個(gè)偏振片，這兩個(gè)偏振片的偏振化方向成\(45^{\circ}\)角，則通過這兩個(gè)偏振片后的光強(qiáng)\(I\)為（）A.\(\frac{I_{0}}{4}\)B.\(\frac{I_{0}}{2}\)C.\(\frac{I_{0}}{8}\)D.\(\frac{\sqrt{2}I_{0}}{4}\)答案：A解析：自然光通過第一個(gè)偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的一半，即\(I_{1}=\frac{I_{0}}{2}\)。再根據(jù)馬呂斯定律\(I=I_{1}\cos^{2}\theta\)（\(\theta\)為兩偏振片偏振化方向夾角），這里\(\theta=45^{\circ}\)，\(\cos45^{\circ}=\frac{\sqrt{2}}{2}\)，所以\(I=\frac{I_{0}}{2}\times(\frac{\sqrt{2}}{2})^{2}=\frac{I_{0}}{4}\)。9.單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，波長(zhǎng)為\(\lambda\)的單色光垂直入射在寬度\(a=4\lambda\)的單縫上，對(duì)應(yīng)于衍射角\(\theta=30^{\circ}\)，單縫處波面可分成的半波帶數(shù)目為（）A.2個(gè)B.4個(gè)C.6個(gè)D.8個(gè)答案：B解析：?jiǎn)慰p衍射中，半波帶數(shù)目\(N=\frac{a\sin\theta}{\frac{\lambda}{2}}\)。將\(a=4\lambda\)，\(\theta=30^{\circ}\)（\(\sin30^{\circ}=\frac{1}{2}\)）代入可得\(N=\frac{4\lambda\times\frac{1}{2}}{\frac{\lambda}{2}}=4\)。10.一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)由兩個(gè)薄透鏡組成，焦距分別為\(f_{1}=10\mathrm{cm}\)和\(f_{2}=-20\mathrm{cm}\)，兩透鏡間距\(d=5\mathrm{cm}\)，則該光學(xué)系統(tǒng)的等效焦距\(f\)為（）A.\(20\mathrm{cm}\)B.\(40\mathrm{cm}\)C.\(60\mathrm{cm}\)D.\(80\mathrm{cm}\)答案：B解析：對(duì)于由兩個(gè)薄透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)，等效焦距公式為\(\frac{1}{f}=\frac{1}{f_{1}}+\frac{1}{f_{2}}-\frac0i06c6k{f_{1}f_{2}}\)。將\(f_{1}=10\mathrm{cm}\)，\(f_{2}=-20\mathrm{cm}\)，\(d=5\mathrm{cm}\)代入可得：\[\begin{align}\frac{1}{f}&=\frac{1}{10}+\frac{1}{-20}-\frac{5}{10\times(-20)}\\&=\frac{2-1}{20}+\frac{5}{200}\\&=\frac{1}{20}+\frac{1}{40}\\&=\frac{2+1}{40}=\frac{3}{40}\end{align}\]則\(f=\frac{40}{3}\mathrm{cm}\approx40\mathrm{cm}\)二、多項(xiàng)選擇題（每題4分，共20分）1.以下關(guān)于光的折射現(xiàn)象，說(shuō)法正確的有（）A.光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角B.光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C.折射現(xiàn)象中，入射角和折射角的正弦值之比等于兩種介質(zhì)的折射率之比D.折射現(xiàn)象中，光路是可逆的答案：ABCD解析：-A選項(xiàng)：根據(jù)折射定律\(n_{1}\sin\theta_{1}=n_{2}\sin\theta_{2}\)，當(dāng)光從光疏介質(zhì)（\(n_{1}\)?。┻M(jìn)入光密介質(zhì)（\(n_{2}\)大）時(shí)，\(\sin\theta_{2}<\sin\theta_{1}\)，所以折射角\(\theta_{2}\)小于入射角\(\theta_{1}\)。-B選項(xiàng)：光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。-C選項(xiàng)：折射定律\(n_{1}\sin\theta_{1}=n_{2}\sin\theta_{2}\)可變形為\(\frac{\sin\theta_{1}}{\sin\theta_{2}}=\frac{n_{2}}{n_{1}}\)。-D選項(xiàng)：在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的，即如果光線沿著原來(lái)折射光線的反方向入射，將沿著原來(lái)入射光線的反方向折射。2.關(guān)于光的偏振，下列說(shuō)法正確的是（）A.自然光通過偏振片后成為線偏振光B.光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波C.部分偏振光可以看作是自然光和線偏振光的混合D.液晶顯示器利用了光的偏振原理答案：ABCD解析：-A選項(xiàng)：自然光通過偏振片后，只有振動(dòng)方向與偏振片偏振化方向一致的光才能通過，從而成為線偏振光。-B選項(xiàng)：只有橫波才有偏振現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象有力地證明了光是橫波。-C選項(xiàng)：部分偏振光的特點(diǎn)是在不同方向上光強(qiáng)不同，它可以看作是自然光和線偏振光的混合。-D選項(xiàng)：液晶顯示器通過控制液晶分子的排列來(lái)改變光的偏振狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)圖像的顯示。3.以下關(guān)于干涉和衍射的說(shuō)法，正確的是（）A.干涉是兩列或多列光波的疊加，衍射是無(wú)數(shù)子波的疊加B.干涉條紋和衍射條紋都是明暗相間的，但干涉條紋間距均勻，衍射條紋間距不均勻C.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，增大雙縫間距，干涉條紋間距會(huì)減小D.單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，增大單縫寬度，衍射條紋會(huì)變窄答案：ABCD解析：-A選項(xiàng)：干涉是有限幾列光波的相干疊加，而衍射是從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的無(wú)數(shù)子波的相干疊加。-B選項(xiàng)：干涉條紋是等間距的明暗相間條紋，衍射條紋中央亮紋最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄，間距不均勻。-C選項(xiàng)：雙縫干涉條紋間距\(\Deltax=\frac{D\lambda}eaguei8\)，增大雙縫間距\(d\)，\(\Deltax\)會(huì)減小。-D選項(xiàng)：?jiǎn)慰p衍射中，單縫寬度\(a\)增大，衍射現(xiàn)象減弱，衍射條紋變窄。4.以下關(guān)于光學(xué)儀器的說(shuō)法，正確的是（）A.顯微鏡的物鏡成倒立、放大的實(shí)像，目鏡成正立、放大的虛像B.望遠(yuǎn)鏡的物鏡成倒立、縮小的實(shí)像，目鏡成正立、放大的虛像C.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D.投影儀的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，成倒立、放大的實(shí)像答案：ABCD解析：-A選項(xiàng)：顯微鏡的物鏡焦距較短，物體放在物鏡的一倍焦距和二倍焦距之間，成倒立、放大的實(shí)像；目鏡相當(dāng)于放大鏡，把物鏡所成的實(shí)像再放大成正立、放大的虛像。-B選項(xiàng)：望遠(yuǎn)鏡的物鏡把遠(yuǎn)處物體成倒立、縮小的實(shí)像，目鏡把這個(gè)實(shí)像放大成正立、放大的虛像。-C選項(xiàng)：照相機(jī)的鏡頭是凸透鏡，物體在二倍焦距以外，成倒立、縮小的實(shí)像。-D選項(xiàng)：投影儀的鏡頭也是凸透鏡，物體在一倍焦距和二倍焦距之間，成倒立、放大的實(shí)像。5.以下關(guān)于光的色散現(xiàn)象，說(shuō)法正確的有（）A.光的色散是由于不同顏色的光在介質(zhì)中的折射率不同引起的B.白光通過三棱鏡后會(huì)發(fā)生色散，形成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的光譜C.光的色散現(xiàn)象說(shuō)明白光是由多種色光組成的D.不同顏色的光在真空中的傳播速度相同，但在介質(zhì)中的傳播速度不同答案：ABCD解析：-A選項(xiàng)：不同顏色的光頻率不同，在介質(zhì)中的折射率也不同，因此在折射時(shí)會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象。-B選項(xiàng)：白光包含了各種顏色的光，通過三棱鏡時(shí)，由于不同色光折射程度不同，會(huì)形成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的光譜。-C選項(xiàng)：光的色散現(xiàn)象將白光分解成多種色光，說(shuō)明白光是由多種色光組成的。-D選項(xiàng)：所有顏色的光在真空中傳播速度都為\(c\)，但在介質(zhì)中，由于折射率不同，傳播速度\(v=\frac{c}{n}\)也不同。三、填空題（每題3分，共15分）1.已知某種介質(zhì)的折射率為\(1.5\)，光在該介質(zhì)中的傳播速度為______\(\mathrm{m/s}\)。答案：\(2\times10^{8}\)解析：根據(jù)\(v=\frac{c}{n}\)，\(c=3\times10^{8}\mathrm{m/s}\)，\(n=1.5\)，可得\(v=\frac{3\times10^{8}}{1.5}=2\times10^{8}\mathrm{m/s}\)。2.用波長(zhǎng)為\(\lambda\)的單色光垂直照射單縫，單縫寬度為\(a\)，當(dāng)衍射角\(\theta\)滿足\(a\sin\theta=2\lambda\)時(shí)，單縫處波面可分成______個(gè)半波帶。答案：4解析：半波帶數(shù)目\(N=\frac{a\sin\theta}{\frac{\lambda}{2}}\)，將\(a\sin\theta=2\lambda\)代入可得\(N=\frac{2\lambda}{\frac{\lambda}{2}}=4\)。3.一束自然光通過兩個(gè)偏振化方向成\(60^{\circ}\)角的偏振片，若通過第一個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為\(I_{1}\)，則通過第二個(gè)偏振片后的光強(qiáng)\(I_{2}\)為______。答案：\(\frac{I_{1}}{4}\)解析：根據(jù)馬呂斯定律\(I_{2}=I_{1}\cos^{2}\theta\)，\(\theta=60^{\circ}\)，\(\cos60^{\circ}=\frac{1}{2}\)，所以\(I_{2}=I_{1}\times(\frac{1}{2})^{2}=\frac{I_{1}}{4}\)。4.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若使雙縫間距減小，其他條件不變，則干涉條紋間距將______（填“增大”“減小”或“不變”）。答案：增大解析：由雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{D\lambda}cso6wkg\)可知，當(dāng)雙縫間距\(d\)減小，其他條件不變時(shí)，干涉條紋間距\(\Deltax\)增大。5.一個(gè)薄凸透鏡的焦距為\(f\)，當(dāng)物體位于透鏡前\(2f\)處時(shí)，像距為______。答案：\(2f\)解析：根據(jù)薄透鏡成像公式\(\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}\)，\(u=2f\)，代入可得\(\frac{1}{2f}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}\)，解得\(v=2f\)。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共20分）1.簡(jiǎn)述光的干涉和衍射的聯(lián)系與區(qū)別。答案：聯(lián)系：-本質(zhì)相同：光的干涉和衍射都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，都是光波的相干疊加。它們都遵循波的疊加原理，通過光波的相互作用形成明暗相間的條紋。-都需要相干光：干涉和衍射現(xiàn)象的產(chǎn)生都要求參與疊加的光波是相干光，即具有相同的頻率、恒定的相位差和相同的振動(dòng)方向。區(qū)別：-疊加方式不同：干涉是有限幾列光波的疊加，例如雙縫干涉是兩列光波的疊加；而衍射是從同一波陣面上各點(diǎn)發(fā)出的無(wú)數(shù)子波的疊加。-條紋特征不同：干涉條紋是等間距的明暗相間條紋，各條紋的亮度相對(duì)比較均勻；衍射條紋中央亮紋最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄，亮度也逐漸減弱，條紋間距不均勻。-產(chǎn)生條件不同：干涉通常需要兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的相干光源，通過分波陣面法（如雙縫干涉）或分振幅法（如薄膜干涉）來(lái)實(shí)現(xiàn)；衍射則是當(dāng)光遇到障礙物或小孔時(shí)，波陣面受到限制而產(chǎn)生的。2.簡(jiǎn)述偏振光的分類及特點(diǎn)。答案：偏振光主要分為以下幾類：-線偏振光：光矢量的振動(dòng)方向始終在一個(gè)固定的平面內(nèi)，其振動(dòng)方向與傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面。線偏振光的光矢量端點(diǎn)在與傳播方向垂直的平面上的軌跡是一條直線。-圓偏振光：光矢量的大小不變，但其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，光矢量端點(diǎn)在與傳播方向垂直的平面上的軌跡是一個(gè)圓。圓偏振光可分為左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，判斷方法是迎著光的傳播方向看，光矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為右旋圓偏振光，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為左旋圓偏振光。-橢圓偏振光：光矢量的大小和方向都隨時(shí)間變化，光矢量端點(diǎn)在與傳播方向垂直的平面上的軌跡是一個(gè)橢圓。同樣也有左旋和右旋之分，判斷方法與圓偏振光類似。-部分偏振光：在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，