物理競賽中光學(xué)邁克爾遜干涉儀試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題1分，共20分）1.邁克爾遜干涉儀主要用于測量（）A.光的頻率B.光的波長C.光的強(qiáng)度D.光的偏振答案：B2.邁克爾遜干涉儀中補(bǔ)償板的作用是（）A.增加光程差B.減小光程差C.使兩束光的光程相等D.改變光的傳播方向答案：C3.當(dāng)邁克爾遜干涉儀的動(dòng)鏡移動(dòng)半個(gè)波長時(shí)，干涉條紋會(huì)移動(dòng)（）A.一條B.兩條C.半條D.不確定答案：A4.邁克爾遜干涉儀中光源發(fā)出的光經(jīng)過（）后分成兩束光。A.分光板B.補(bǔ)償板C.反射鏡D.透鏡答案：A5.干涉條紋的間距與（）有關(guān)。A.光的波長B.兩束光的夾角C.動(dòng)鏡移動(dòng)速度D.光源強(qiáng)度答案：A6.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，若觀察到干涉條紋變密，說明（）A.光程差減小B.光程差增大C.波長變長D.波長變短答案：B7.用邁克爾遜干涉儀測量微小長度變化時(shí)，主要依據(jù)（）原理。A.光的干涉B.光的衍射C.光的折射D.光的反射答案：A8.邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)過程中，首先要調(diào)節(jié)（）A.分光板B.補(bǔ)償板C.反射鏡D.光源答案：D9.當(dāng)兩束光的光程差為（）時(shí)，干涉條紋為暗條紋。A.整數(shù)倍波長B.奇數(shù)倍半波長C.偶數(shù)倍半波長D.零答案：B10.邁克爾遜干涉儀中反射鏡的作用是（）A.改變光的傳播方向B.增加光程差C.減小光程差D.使光發(fā)生干涉答案：A11.若要觀察到清晰的干涉條紋，邁克爾遜干涉儀的兩束光的光強(qiáng)要（）A.相差很大B.基本相等C.一束光強(qiáng)為零D.無所謂答案：B12.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，測量波長的公式為（）（其中Δd為動(dòng)鏡移動(dòng)距離，N為條紋移動(dòng)條數(shù)）A.λ=2Δd/NB.λ=Δd/NC.λ=4Δd/ND.λ=Δd/2N答案：A13.當(dāng)邁克爾遜干涉儀的動(dòng)鏡勻速移動(dòng)時(shí)，干涉條紋（）移動(dòng)。A.勻速B.加速C.減速D.隨機(jī)答案：A14.邁克爾遜干涉儀中分光板的分光比一般為（）A.1:1B.1:2C.2:1D.不確定答案：A15.干涉條紋的對比度與（）有關(guān)。A.兩束光的光強(qiáng)比B.光的波長C.光程差D.反射鏡的平整度答案：A16.用邁克爾遜干涉儀測量薄膜厚度時(shí)，需要測量（）A.干涉條紋的移動(dòng)距離B.薄膜的折射率C.薄膜的面積D.光源的功率答案：A17.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，若光源為非單色光，會(huì)導(dǎo)致（）A.干涉條紋消失B.干涉條紋變寬C.干涉條紋對比度下降D.干涉條紋間距變大答案：C18.邁克爾遜干涉儀的精度主要取決于（）A.反射鏡的精度B.分光板的精度C.動(dòng)鏡移動(dòng)的精度D.光源的穩(wěn)定性答案：C19.當(dāng)邁克爾遜干涉儀的兩束光的光程差為波長的整數(shù)倍時(shí)，干涉條紋為（）A.亮條紋B.暗條紋C.不確定D.半亮半暗條紋答案：A20.邁克爾遜干涉儀可用于測量（）的微小變化。A.長度B.時(shí)間C.溫度D.以上都可以答案：D二、多項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.邁克爾遜干涉儀的組成部分包括（）A.分光板B.補(bǔ)償板C.反射鏡D.光源答案：ABCD2.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)干涉條紋清晰的方法有（）A.調(diào)節(jié)光源位置B.調(diào)節(jié)分光板角度C.調(diào)節(jié)反射鏡位置D.調(diào)節(jié)補(bǔ)償板位置答案：ABC3.干涉條紋的特點(diǎn)有（）A.等間距分布B.明暗相間C.條紋間距與波長有關(guān)D.條紋對比度與光強(qiáng)比有關(guān)答案：ABCD4.邁克爾遜干涉儀可應(yīng)用于（）A.測量光的波長B.測量微小長度變化C.測量薄膜厚度D.研究光的干涉現(xiàn)象答案：ABCD5.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，若光程差發(fā)生變化，干涉條紋會(huì)（）A.移動(dòng)B.變密C.變疏D.消失答案：ABC6.邁克爾遜干涉儀中反射鏡的調(diào)整要求包括（）A.相互垂直B.平行C.反射面平整D.反射率高答案：AC7.影響干涉條紋對比度的因素有（）A.光源的單色性B.兩束光的光強(qiáng)比C.儀器的穩(wěn)定性D.反射鏡的鍍膜質(zhì)量答案：ABCD8.邁克爾遜干涉儀測量微小長度變化時(shí)，需要注意（）A.動(dòng)鏡移動(dòng)方向的準(zhǔn)確性B.條紋移動(dòng)數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)C.環(huán)境的穩(wěn)定性D.光源的強(qiáng)度答案：ABC9.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，若要測量不同波長的光，可通過（）實(shí)現(xiàn)。A.更換光源B.改變分光比C.調(diào)節(jié)補(bǔ)償板D.調(diào)整反射鏡位置答案：A10.邁克爾遜干涉儀可用于驗(yàn)證（）A.光速不變原理B.光的波動(dòng)性C.光的粒子性D.光的干涉定律答案：ABD三、判斷題（每題1分，共10分）1.邁克爾遜干涉儀只能測量可見光的波長。（）答案：×2.補(bǔ)償板的厚度和折射率與分光板相同。（）答案：√3.干涉條紋的間距與光的頻率無關(guān)。（）答案：√4.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，只要兩束光有光程差就會(huì)產(chǎn)生干涉條紋。（）答案：×5.反射鏡的反射率越高，干涉條紋的對比度越好。（）答案：√6.動(dòng)鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的移動(dòng)方向與動(dòng)鏡移動(dòng)方向無關(guān)。（）答案：×7.邁克爾遜干涉儀可用于測量氣體的折射率。（）答案：√8.干涉條紋的明暗變化是由于光程差的改變引起的。（）答案：√9.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，光源的穩(wěn)定性對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響。（）答案：×10.用邁克爾遜干涉儀測量微小長度變化時(shí)，測量精度只與條紋移動(dòng)數(shù)有關(guān)。（）答案：×四、填空題（每題1分，共10分）1.邁克爾遜干涉儀利用（）原理將一束光分成兩束相干光。答案：分光2.干涉條紋的間距公式為Δx=（）（其中λ為光的波長，θ為兩束光的夾角）。答案：λ/2sin(θ/2)3.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)反射鏡使兩束光的光程差盡量（）。答案：小4.當(dāng)兩束光的光程差為（）時(shí)，干涉條紋最清晰。答案：零5.邁克爾遜干涉儀中動(dòng)鏡移動(dòng)的距離與條紋移動(dòng)數(shù)的關(guān)系為（）（用公式表示）。答案：Δd=Nλ/26.干涉條紋的（）反映了兩束光的相干程度。答案：對比度7.邁克爾遜干涉儀可通過測量（）來測量微小長度變化。答案：條紋移動(dòng)數(shù)8.為了提高邁克爾遜干涉儀的測量精度，需要保證（）的穩(wěn)定性。答案：儀器9.邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，光源的（）會(huì)影響干涉條紋的清晰度。答案：單色性10.用邁克爾遜干涉儀測量薄膜厚度時(shí)，薄膜厚度與光程差的關(guān)系為（）（假設(shè)薄膜折射率為n）。答案：d=(n-1)Δd/2五、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述邁克爾遜干涉儀的工作原理。答案：光源發(fā)出的光經(jīng)分光板分成兩束光，一束光經(jīng)反射鏡反射后返回分光板，另一束光透過分光板后經(jīng)另一反射鏡反射后也返回分光板。兩束光在分光板處會(huì)合后發(fā)生干涉。通過調(diào)節(jié)反射鏡的位置改變兩束光的光程差，從而觀察到干涉條紋的變化，可用于測量光的波長、微小長度變化等。2.如何調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀使干涉條紋清晰？答案：調(diào)節(jié)光源位置，使光源發(fā)出的光均勻照亮分光板。調(diào)節(jié)分光板角度，使兩束光的光強(qiáng)基本相等。調(diào)節(jié)反射鏡位置，使兩束光的光程差盡量小，觀察到清晰的干涉條紋。可微調(diào)反射鏡，使干涉條紋更加清晰、穩(wěn)定。3.邁克爾遜干涉儀測量微小長度變化的實(shí)驗(yàn)步驟有哪些？答案：調(diào)整邁克爾遜干涉儀，使其處于正常工作狀態(tài)，觀察到清晰的干涉條紋。記錄初始干涉條紋的狀態(tài)。緩慢移動(dòng)動(dòng)鏡，同時(shí)記錄條紋移動(dòng)的條數(shù)。根據(jù)公式Δd=Nλ/2（其中Δd為動(dòng)鏡移動(dòng)距離，N為條紋移動(dòng)條數(shù)，λ為光波長）計(jì)算微小長度變化。多次測量，取平均值以提高測量精度。4.干涉條紋的對比度下降可能是什么原因造成的？答案：光源的單色性不好，包含多種波長成分，導(dǎo)致不同波長的光干涉條紋相互疊加，降低對比度。兩束光的光強(qiáng)比不合適，相差過大或過小都會(huì)使對比度下降。儀器存在誤差或不穩(wěn)定因素，如反射鏡不平整、分光板分光不均等，影響兩束光的相干性。外界環(huán)境干擾，如振動(dòng)、溫度變化等，導(dǎo)致干涉條紋不穩(wěn)定，對比度下降。六、論述題（每題5分，共20分）1.論述邁克爾遜干涉儀在現(xiàn)代光學(xué)研究中的重要意義。答案：精確測量光的波長：為光學(xué)研究提供了準(zhǔn)確的波長數(shù)據(jù)，有助于深入了解光的本質(zhì)和特性。測量微小長度變化：可用于高精度測量微小長度變化，在微觀領(lǐng)域的研究中具有重要作用，如測量微小位移、薄膜厚度等。驗(yàn)證光學(xué)理論：通過干涉條紋的觀察和分析，驗(yàn)證光的干涉定律等光學(xué)理論，推動(dòng)光學(xué)理論的發(fā)展。研究光的相干性：對光的相干性進(jìn)行深入研究，為激光技術(shù)、光學(xué)通信等領(lǐng)域的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用于多種光學(xué)測量：可廣泛應(yīng)用于光學(xué)材料特性測量、光學(xué)元件質(zhì)量檢測等方面，促進(jìn)光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。2.論述如何利用邁克爾遜干涉儀測量氣體的折射率。答案：將氣體放入邁克爾遜干涉儀的測量光路中。調(diào)節(jié)干涉儀，使其處于初始狀態(tài)，觀察到清晰的干涉條紋。記錄此時(shí)的干涉條紋狀態(tài)。緩慢改變氣體的壓力或濃度等參數(shù)，同時(shí)觀察干涉條紋的變化。根據(jù)干涉條紋移動(dòng)的情況，利用相關(guān)公式計(jì)算氣體折射率的變化。通過多次測量不同條件下的干涉條紋變化，得到準(zhǔn)確的氣體折射率數(shù)據(jù)。具體計(jì)算時(shí)，可根據(jù)光程差的變化與氣體折射率的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。3.論述邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因及減小誤差的方法。答案：誤差產(chǎn)生原因：光源的不穩(wěn)定性，如強(qiáng)度波動(dòng)、波長變化等，影響干涉條紋的清晰度和穩(wěn)定性。儀器本身的精度問題，如反射鏡的平整度、分光板的分光精度等。外界環(huán)境因素，如振動(dòng)、溫度變化、氣流等，干擾干涉條紋的形成和測量。測量過程中的人為誤差，如條紋移動(dòng)數(shù)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確、動(dòng)鏡移動(dòng)方向偏差等。減小誤差的方法：使用穩(wěn)定的光源，如激光光源，提高光源的穩(wěn)定性。定期校準(zhǔn)和維護(hù)儀器，確保儀器的精度?？刂茖?shí)驗(yàn)環(huán)境，減少振動(dòng)、溫度變化等外界干擾，如在恒溫、恒濕的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。規(guī)范測量操作，提高測量人員的技能和責(zé)任心，準(zhǔn)確計(jì)數(shù)條紋移動(dòng)數(shù)，確保動(dòng)鏡移動(dòng)方向準(zhǔn)確。多次測量取平均值，減小偶然誤差的影響。4.論述邁克爾遜干涉儀與其他光學(xué)干涉儀相比的優(yōu)勢和特點(diǎn)。答案：優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)相對簡單，易于調(diào)節(jié)和操作，便于初學(xué)者掌握。測量精度高，可精確