2025年大學(xué)本科二年級(jí)（物理學(xué)）光學(xué)綜合試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6題，每題5分。每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，下列說法正確的是A.頻率不變，波長不變B.頻率改變，波長改變C.頻率不變，波長改變D.頻率改變，波長不變答案：C2.一束光由空氣射向某種介質(zhì)，當(dāng)入射角為45°時(shí)，折射角為30°，則這種介質(zhì)的折射率為A.√2/2B.√2C.1/√2D.2答案：B3.關(guān)于光的干涉現(xiàn)象，下列說法正確的是A.只要兩列光相遇就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象B.只有頻率相同的兩列光才能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象C.干涉條紋是等間距的D.干涉條紋的間距與光的波長無關(guān)答案：B4.用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是A.相鄰干涉條紋之間的距離相等B.中央亮條紋最寬，兩邊亮條紋寬度逐漸變窄C.屏與雙縫之間的距離增大，干涉條紋間距不變D.雙縫之間的距離增大，干涉條紋間距增大答案：A5.關(guān)于光的衍射現(xiàn)象，下列說法正確的是A.只有障礙物的尺寸比光的波長小才能發(fā)生衍射現(xiàn)象B.衍射現(xiàn)象是光特有的現(xiàn)象C.光的衍射現(xiàn)象證明了光具有波動(dòng)性D.光的衍射現(xiàn)象與光的直線傳播是矛盾的答案：C第II卷（非選擇題共70分）（總共4題，每題10分，答題要求：根據(jù)題目要求，寫出必要的文字說明、推理過程或計(jì)算步驟。）1.一束光從某種介質(zhì)射向空氣，入射角為30°，折射角為60°，求這種介質(zhì)的折射率。2.用波長為500nm的單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距為0.5mm，屏與雙縫之間的距離為1m，求相鄰干涉條紋之間的距離。3.簡述光的干涉和衍射的區(qū)別與聯(lián)系。4.材料：在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常會(huì)用到各種光學(xué)元件，如透鏡、棱鏡、平面鏡等。這些光學(xué)元件的性能和參數(shù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著重要的影響。例如，透鏡的焦距、折射率等參數(shù)會(huì)影響光的傳播路徑和成像效果；棱鏡的折射角、色散特性等會(huì)影響光的折射和色散現(xiàn)象。問題：請(qǐng)舉例說明一種光學(xué)元件的性能和參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，并闡述如何通過調(diào)整這些參數(shù)來優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果。（總共3題，每題10分，答題要求：根據(jù)題目要求，結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和解答。）1.在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果把雙縫中的一條縫遮住，光屏上還會(huì)出現(xiàn)干涉條紋嗎？為什么？2.用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光屏上會(huì)出現(xiàn)怎樣的干涉條紋？為什么？3.材料：在研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同的偏振片對(duì)光的偏振方向有著不同的選擇作用。例如，當(dāng)一束自然光通過一個(gè)偏振片后，會(huì)變成偏振光，其偏振方向與偏振片的偏振化方向一致。問題：請(qǐng)解釋為什么偏振片能夠使自然光變成偏振光，并說明偏振片在實(shí)際應(yīng)用中的一些例子。（總共2題，每題15分，答題要求：根據(jù)題目要求，結(jié)合材料內(nèi)容進(jìn)行分析和闡述。）1.材料：在光學(xué)顯微鏡中，利用光的折射和干涉原理來放大物體。通過調(diào)整物鏡和目鏡的焦距、折射率等參數(shù)，可以改變顯微鏡的放大倍數(shù)和分辨率。例如，增大物鏡焦距可以提高放大倍數(shù)，但會(huì)降低分辨率；增大物鏡折射率可以提高分辨率，但會(huì)增加像差。問題：請(qǐng)分析如何在保證一定分辨率的前提下，盡可能提高顯微鏡的放大倍數(shù)。2.材料：在光纖通信中，光信號(hào)通過光纖進(jìn)行傳輸。光纖的折射率分布會(huì)影響光信號(hào)的傳輸特性，如光信號(hào)的傳播速度、損耗等。例如，采用漸變折射率光纖可以減少光信號(hào)的色散，提高傳輸距離。問題：請(qǐng)闡述光纖的折射率分布對(duì)光信號(hào)傳輸特性的影響，并說明如何優(yōu)化光纖的折射率分布來提高光纖通信的性能。答案：1.由折射定律n=sinγ/sinα，γ=60°，α=30°，可得n=sin60°/sin30°=√3。2.根據(jù)公式Δx=Lλ/d（其中L為屏與雙縫間距，λ為波長，d為雙縫間距），代入數(shù)據(jù)可得Δx=1×500×10??/(0.5×10?3)=1×10?3m=1mm。3.區(qū)別：干涉是兩列或多列相干光疊加形成穩(wěn)定的明暗相間條紋；衍射是光繞過障礙物偏離直線傳播而進(jìn)入幾何陰影，并在屏幕上出現(xiàn)光強(qiáng)分布不均勻的現(xiàn)象。聯(lián)系：都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，都有明暗相間的條紋等現(xiàn)象。4.例如透鏡，焦距影響成像位置和放大倍數(shù)。焦距越小，對(duì)光的偏折能力越強(qiáng)，成像離透鏡越近且放大倍數(shù)越大。可通過更換不同焦距的透鏡來調(diào)整實(shí)驗(yàn)所需的成像效果。1.不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。因?yàn)楦缮鏃l紋是兩列相干光疊加形成的，遮住一條縫后，只有一束光，無法形成相干光疊加，所以不會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。2.光屏上會(huì)出現(xiàn)彩色干涉條紋。因?yàn)榘坠馐怯筛鞣N波長的光混合而成，不同波長的光在雙縫干涉時(shí)，由于波長不同，干涉條紋間距不同，所以會(huì)形成彩色條紋。3.自然光包含各個(gè)方向的光振動(dòng)，偏振片只允許沿其偏振化方向的光振動(dòng)通過，所以自然光通過偏振片后變成偏振光。應(yīng)用例子如3D電影，通過偏振眼鏡使左右眼分別看到不同偏振方向的畫面，從而產(chǎn)生立體感。1.可適當(dāng)減小物鏡焦距來提高放大倍數(shù)，同時(shí)通過優(yōu)化物鏡材料和制作工藝等方法來減