2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫——光的波動(dòng)理論與光譜分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)前的字母填在答題紙上。）1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若用白光光源替換單色光光源，則屏上出現(xiàn)的是：A.單色亮條紋B.白色亮條紋C.黑白相間的彩色條紋D.單色暗條紋2.薄膜干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件之一是：A.光源必須是不相干的B.薄膜厚度必須均勻C.兩束光必須滿足相干條件D.觀察者必須在特定角度3.單縫夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)縫寬變窄時(shí)，中央明紋的寬度將：A.變窄B.變寬C.不變D.先變寬后變窄4.光柵衍射產(chǎn)生主極大條件是：A.dsinθ=mλ(m為整數(shù))B.asinθ=mλ(m為整數(shù))C.dsinθ=λ/m(m為整數(shù))D.a+b=mλ(m為整數(shù))5.自然光通過偏振片A后，再通過偏振片B，若兩偏振片的偏振化方向垂直，則透射光強(qiáng)度為：A.零B.自然光強(qiáng)度的1/2C.偏振光強(qiáng)度的1/2D.入射光強(qiáng)度的1/46.下列哪種現(xiàn)象是光具有偏振性的有力證據(jù)？A.光的反射B.光的折射C.光的衍射D.光的雙折射7.在光譜分析中，原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜主要反映了：A.分子的振動(dòng)能級(jí)B.原子的內(nèi)層電子躍遷C.原子的外層電子躍遷D.原子核的性質(zhì)8.棱鏡光譜儀和光柵光譜儀都能產(chǎn)生光譜，它們的主要區(qū)別在于：A.適用的光譜類型不同B.分辨率不同C.光譜線的顏色不同D.構(gòu)造材料不同9.布儒斯特角是指：A.沒有反射，只有透射的角度B.反射光為完全偏振光時(shí)入射光線與界面夾角C.折射光線與界面夾角D.入射光線與界面夾角10.下列哪種光譜分析技術(shù)是基于原子外層電子吸收特定頻率的光而產(chǎn)生的？A.發(fā)射光譜分析B.原子吸收光譜分析C.散射光譜分析D.X射線熒光分析二、填空題（每小題2分，共20分。請將答案填在答題紙上。）1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏幕到雙縫的距離為D，雙縫間距為d，波長為λ，第m級(jí)明紋到中心亮紋的距離為________。2.產(chǎn)生薄膜等傾干涉的條件是薄膜的厚度均勻，且兩反射光束的光程差滿足________。3.單縫夫瑯禾費(fèi)衍射中央明紋的寬度與縫寬成________比例，與波長成________比例。4.光柵衍射的第m級(jí)主極大滿足關(guān)系式________，其中d為光柵常數(shù)，θ為衍射角，λ為波長，m為衍射級(jí)次。5.自然光通過偏振片后變成________光，其光強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼囊话耄ú豢紤]偏振片吸收）。6.光的雙折射現(xiàn)象表明光波是________振動(dòng)。7.光譜按產(chǎn)生方式可分為________光譜、______光譜和________光譜。8.光譜分析根據(jù)物質(zhì)與輻射能相互作用的不同，可分為________光譜分析和________光譜分析兩大類。9.當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，反射光是完全________光。10.原子吸收光譜分析利用了物質(zhì)對特定波長輻射的________性質(zhì)。三、計(jì)算題（共40分。請寫出必要的公式、代入數(shù)據(jù)、計(jì)算過程和結(jié)果。）1.（10分）在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，使用波長為589.3nm的鈉黃光，雙縫間距為0.5mm，縫到屏的距離為1.0m。求（1）中央明紋兩側(cè)第五級(jí)明紋間的距離；（2）若用厚度為1.0x10??m的透明薄膜遮住其中一條縫，中央明紋將移動(dòng)多遠(yuǎn)？2.（10分）一束波長為500nm的單色光垂直入射到折射率為1.5的平行薄膜上，薄膜厚度為1.2x10??m。求（1）兩反射光束的光程差；（2）在膜面上形成的是反射光的明紋還是暗紋？（設(shè)膜的上、下表面反射光均為從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)反射）3.（10分）一單縫寬度a=0.1mm，用波長λ=500nm的單色光垂直照射，屏幕距離單縫1.0m。求（1）中央明紋的寬度；（2）若用另一束單色光照射，中央明紋寬度變?yōu)樵瓉淼?倍，求該光波的波長。4.（10分）一光柵每毫米有500條刻線，用波長為589.3nm的單色光垂直照射該光柵。求（1）第一級(jí)主極大的衍射角；（2）最多能觀察到幾級(jí)主極大？5.（10分）一束自然光以60°的入射角射到玻璃水面（玻璃折射率n=1.5）。求（1）反射光的偏振狀態(tài)；（2）折射角為多少？四、簡答題（共20分。請簡明扼要地回答下列問題。）1.（5分）簡述光的衍射現(xiàn)象與干涉現(xiàn)象的主要區(qū)別。2.（5分）什么是偏振？獲得偏振光有哪些常用方法？3.（5分）簡述原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜的產(chǎn)生機(jī)制及其主要區(qū)別。4.（5分）簡述光柵光譜與棱鏡光譜的區(qū)別。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.A6.D7.C8.B9.B10.B二、填空題1.dsinθ=mλ(m=0,±1,±2,...)，y=mxλD/d(m=0,±1,±2,...)，第m級(jí)明紋到中心亮紋的距離為|y_m|=mλD/d2.相等（或2Δ=λ）3.反比；正比4.dsinθ=mλ5.偏振6.垂直7.發(fā)射；吸收；散射8.原子；分子9.偏振10.吸收三、計(jì)算題1.解：(1)第五級(jí)明紋對應(yīng)m=±5，距離中心亮紋距離為y_5=±5λD/d第五級(jí)明紋間距離Δy=y_5-(-y_5)=2y_5=2*5*(589.3x10??m)*(1.0m)/(0.5x10?3m)=5.893x10??m=0.5893mm(2)無薄膜時(shí)，中央明紋在屏中心O點(diǎn)。加入薄膜后，通過下縫的光程增加2nt=2*1.0x10??m*1.5=3.0x10??m。為保持光程差為零，光線需補(bǔ)償相位差π，即移動(dòng)到相鄰暗紋位置。設(shè)移動(dòng)距離為x，對應(yīng)光程差Δ=xλ/D=2ntx=(2ntD)/λ=(2*1.5*1.0x10??m*1.0m)/(589.3x10??m)=2.547x10?3m=2.547mm中央明紋向遠(yuǎn)離薄膜遮住縫的一側(cè)移動(dòng)了2.547mm。2.解：(1)光在薄膜中往返一次，光程差為2nd。薄膜上下表面反射光之間，由于上表面是從光疏到光密反射，有半波損失π，光程差為Δ=2nd+π代入數(shù)據(jù)：Δ=2*1.5*(500x10??m)+π=1.5πx10??m(2)Δ=1.5π=(3/2)π。因?yàn)棣?λ=(3/2)π/π=1.5，不是整數(shù)，且不是半波長的奇數(shù)倍(1.5不是半奇數(shù))，所以兩反射光束相位相反，干涉相消，膜面上形成反射光的暗紋。3.解：(1)中央明紋寬度Δx=2λD/a代入數(shù)據(jù)：Δx=2*(500x10??m)*(1.0m)/(0.1x10?3m)=1.0x10?3m=1.0mm(2)若中央明紋寬度變?yōu)?Δx，則λ'=λ*2=500nm*2=1000nm=1.0x10??m4.解：(1)光柵方程dsinθ=mλ。光柵常數(shù)d=1/(500條/毫米)=1/500x103mm=2x10??m第一級(jí)主極大m=1，λ=589.3nm=589.3x10??msinθ?=mλ/d=(1*589.3x10??m)/(2x10??m)=0.29465θ?=arcsin(0.29465)≈17.14°(2)能觀察到的主極大級(jí)次由dsinθ=mλ決定，即m≤d/λm_max=floor(d/λ)=floor((2x10??m)/(589.3x10??m))≈3.38能觀察到的最高級(jí)次為m=3。由于對稱性，能觀察到的主極大級(jí)次為±1,±2,±3，共7級(jí)。5.解：(1)根據(jù)布儒斯特定律，tanθ_B=n?/n?。當(dāng)入射角θ?=60°時(shí)，tanθ_B=n/1=1.5θ_B=arctan(1.5)≈56.31°因?yàn)槿肷浣?0°>布儒斯特角56.31°，所以反射光為完全偏振光，偏振面垂直于入射面。(2)由折射定律n?sinθ?=n?sinθ?sinθ?=(n?/n?)sinθ?=(1/1.5)sin60°≈0.5/1.5*(√3/2)=(√3/6)θ?=arcsin(√3/6)≈15.52°四、簡答題1.干涉是兩列或多列光波在空間相遇時(shí)疊加，形成穩(wěn)定光強(qiáng)分布的現(xiàn)象，通常與相位差有關(guān)，可在光波傳播路徑上實(shí)現(xiàn)。衍射是光繞過障礙物或小孔后偏離直線傳播的現(xiàn)象，本質(zhì)是波前上各點(diǎn)發(fā)出的子波疊加的結(jié)果，通常在障礙物邊緣附近觀察到，條紋分布與波長遠(yuǎn)有關(guān)。2.偏振是指光波的振動(dòng)方向被限制在某一特定平面內(nèi)的現(xiàn)象。獲得偏振光的方法有：利用偏振片（吸收法）；利用反射（布儒斯特定律）；利用雙折射（自然光入射到某些晶體）；利用散射（如康普頓散射）。3.原子發(fā)射光譜是物質(zhì)受熱或受激發(fā)后，原子外層電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)，以光子形式釋放能量而產(chǎn)生的光譜。原子吸收光譜是物質(zhì)對具有特定頻率（對應(yīng)能級(jí)差）的外來光輻射產(chǎn)生選擇性吸收，導(dǎo)致該頻率光強(qiáng)度