2025大學(xué)光學(xué)試題及答案一、選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種光學(xué)現(xiàn)象是由于光的折射引起的（）A.水中倒影B.小孔成像C.海市蜃樓D.日食現(xiàn)象答案：C解析：水中倒影是光的反射現(xiàn)象；小孔成像和日食現(xiàn)象是光沿直線傳播形成的；海市蜃樓是由于光在不均勻的大氣中折射而產(chǎn)生的虛像，所以選C。2.當(dāng)一束光從空氣斜射入玻璃中時，入射角為45°，折射角可能為（）A.0°B.30°C.45°D.60°答案：B解析：光從空氣斜射入玻璃中時，折射角小于入射角。已知入射角為45°，所以折射角應(yīng)小于45°，0°是光垂直入射時的情況，不符合斜射條件，所以選B。3.用焦距為10cm的凸透鏡做實驗，當(dāng)物體距凸透鏡30cm時，在光屏上能得到一個清晰的像，這個像的性質(zhì)是（）A.正立、放大的虛像B.倒立、放大的實像C.正立、縮小的虛像D.倒立、縮小的實像答案：D解析：已知凸透鏡焦距\(f=10cm\)，物體距凸透鏡\(u=30cm\)，此時\(u>2f\)。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)\(u>2f\)時，成倒立、縮小的實像，所以選D。4.以下關(guān)于偏振光的說法正確的是（）A.自然光就是偏振光B.偏振光不能發(fā)生干涉現(xiàn)象C.只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象D.立體電影利用的是光的折射原理答案：C解析：自然光不是偏振光，自然光包含各個方向的光振動，而偏振光只有特定方向的光振動，A錯誤；偏振光滿足相干條件時能發(fā)生干涉現(xiàn)象，B錯誤；只有橫波才有偏振現(xiàn)象，縱波沒有偏振現(xiàn)象，C正確；立體電影利用的是光的偏振原理，D錯誤。所以選C。5.光在某種介質(zhì)中的傳播速度為\(1.5×10^{8}m/s\)，則該介質(zhì)的折射率為（）A.1B.1.5C.2D.3答案：C解析：根據(jù)折射率公式\(n=\frac{c}{v}\)，其中\(zhòng)(c=3×10^{8}m/s\)是光在真空中的傳播速度，\(v=1.5×10^{8}m/s\)是光在該介質(zhì)中的傳播速度，代入可得\(n=\frac{3×10^{8}}{1.5×10^{8}}=2\)，所以選C。6.用單色光照射雙縫，在光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，若使雙縫間的距離減小，則相鄰明條紋間的距離將（）A.減小B.增大C.不變D.無法確定答案：B解析：根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L\lambda}z3jilz61osys\)，其中\(zhòng)(L\)是雙縫到光屏的距離，\(\lambda\)是單色光的波長，\(d\)是雙縫間的距離。當(dāng)\(d\)減小時，\(\Deltax\)增大，所以選B。7.以下關(guān)于全反射的說法正確的是（）A.發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線很弱B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射C.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，可能發(fā)生全反射D.發(fā)生全反射的臨界角與介質(zhì)有關(guān)答案：D解析：發(fā)生全反射時，沒有折射光線，只有反射光線，A錯誤；光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角大于等于臨界角才會發(fā)生全反射，B錯誤；光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不會發(fā)生全反射，C錯誤；臨界角\(C\)滿足\(\sinC=\frac{1}{n}\)，\(n\)是介質(zhì)的折射率，所以臨界角與介質(zhì)有關(guān)，D正確。所以選D。8.一個物體放在凸透鏡的主光軸上，在光屏上得到一個放大的像，如果將物體與凸透鏡的距離增大為原來的2倍，在光屏上得到的像（）A.一定是放大的像B.一定是縮小的像C.一定是等大的像D.可能是放大的像，也可能是縮小的像答案：B解析：物體在光屏上成放大的像，說明此時\(f<u<2f\)。當(dāng)將物體與凸透鏡的距離增大為原來的2倍時，\(2u>2f\)，根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)\(u>2f\)時，成倒立、縮小的實像，所以選B。9.以下關(guān)于光的色散現(xiàn)象的說法正確的是（）A.光的色散現(xiàn)象表明，白光是由各種色光混合而成的B.光的色散現(xiàn)象是由于光的反射引起的C.不同顏色的光在真空中的傳播速度不同D.光的色散現(xiàn)象只發(fā)生在三棱鏡中答案：A解析：光的色散現(xiàn)象是由于不同顏色的光在介質(zhì)中的折射率不同，從而使白光分解成各種色光，表明白光是由各種色光混合而成的，A正確；光的色散現(xiàn)象是由于光的折射引起的，B錯誤；不同顏色的光在真空中的傳播速度都相同，均為\(c=3×10^{8}m/s\)，C錯誤；光的色散現(xiàn)象在很多情況下都會發(fā)生，不只是在三棱鏡中，例如雨后彩虹也是光的色散現(xiàn)象，D錯誤。所以選A。10.用顯微鏡觀察物體時，以下說法正確的是（）A.物鏡成倒立、縮小的實像B.目鏡成正立、放大的虛像C.顯微鏡的放大倍數(shù)等于物鏡的放大倍數(shù)D.顯微鏡的放大倍數(shù)等于目鏡的放大倍數(shù)答案：B解析：顯微鏡的物鏡成倒立、放大的實像，A錯誤；目鏡成正立、放大的虛像，B正確；顯微鏡的放大倍數(shù)等于物鏡的放大倍數(shù)與目鏡的放大倍數(shù)的乘積，C、D錯誤。所以選B。二、填空題（每題4分，共20分）1.光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光具有______性，光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有______性。答案：波動；粒子解析：光的干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象，所以表明光具有波動性；光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光可以像粒子一樣與金屬中的電子相互作用，表明光具有粒子性。2.已知某單色光在真空中的波長為\(\lambda_{0}\)，在折射率為\(n\)的介質(zhì)中的波長為\(\lambda\)，則\(\lambda\)與\(\lambda_{0}\)的關(guān)系為______。答案：\(\lambda=\frac{\lambda_{0}}{n}\)解析：根據(jù)\(v=\lambdaf\)（\(v\)是光在介質(zhì)中的傳播速度，\(\lambda\)是光在介質(zhì)中的波長，\(f\)是光的頻率），光從真空進入介質(zhì)中頻率不變，\(c=\lambda_{0}f\)（\(c\)是光在真空中的傳播速度），又\(n=\frac{c}{v}\)，可得\(n=\frac{\lambda_{0}f}{\lambdaf}=\frac{\lambda_{0}}{\lambda}\)，所以\(\lambda=\frac{\lambda_{0}}{n}\)。3.一個凸透鏡的焦距為\(15cm\)，當(dāng)物體距凸透鏡\(20cm\)時，像距凸透鏡的距離范圍是______。答案：大于\(30cm\)解析：已知\(f=15cm\)，\(u=20cm\)，此時\(f<u<2f\)。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律，當(dāng)\(f<u<2f\)時，成倒立、放大的實像，且\(v>2f\)，所以\(v>30cm\)。4.光從空氣射向某種介質(zhì)，入射角為\(60^{\circ}\)，折射角為\(30^{\circ}\)，則該介質(zhì)的折射率為______。答案：\(\sqrt{3}\)解析：根據(jù)折射率公式\(n=\frac{\sini}{\sinr}\)，其中\(zhòng)(i=60^{\circ}\)是入射角，\(r=30^{\circ}\)是折射角，代入可得\(n=\frac{\sin60^{\circ}}{\sin30^{\circ}}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{1}{2}}=\sqrt{3}\)。5.用波長為\(\lambda\)的單色光做雙縫干涉實驗，雙縫間的距離為\(d\)，雙縫到光屏的距離為\(L\)，則相鄰明條紋間的距離\(\Deltax\)為______。答案：\(\frac{L\lambda}z3jilz61osys\)解析：這是雙縫干涉條紋間距的基本公式，\(\Deltax=\frac{L\lambda}z3jilz61osys\)。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述光的干涉和衍射的區(qū)別與聯(lián)系。答：區(qū)別：-現(xiàn)象表現(xiàn)：干涉是兩列或多列相干光在空間相遇時相互疊加形成穩(wěn)定的強弱分布的現(xiàn)象，干涉條紋一般是等間距、亮度相對均勻變化的；衍射是光在傳播過程中遇到障礙物或小孔時，偏離直線傳播路徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象，衍射條紋的間距和亮度分布不均勻，中央條紋最亮最寬，兩側(cè)條紋逐漸變窄變暗。-產(chǎn)生條件：干涉要求兩列光必須是相干光，即頻率相同、相位差恒定、振動方向相同；衍射對光源沒有嚴(yán)格的相干性要求，任何光在遇到合適的障礙物或小孔時都可能發(fā)生衍射，但明顯衍射的條件是障礙物或小孔的尺寸與光的波長相近。聯(lián)系：-本質(zhì)：兩者都是光的波動性的體現(xiàn)，都是由于光的疊加而產(chǎn)生的現(xiàn)象。-理論基礎(chǔ)：都可以用惠更斯-菲涅耳原理來解釋，該原理認(rèn)為波面上的每一點都可以看作是新的子波源，這些子波源發(fā)出的子波在空間相遇時相互疊加。2.說明凸透鏡成像的規(guī)律，并舉例說明其在生活中的應(yīng)用。答：凸透鏡成像規(guī)律：-當(dāng)\(u>2f\)（\(u\)是物距，\(f\)是焦距）時，成倒立、縮小的實像，像距\(f<v<2f\)。例如照相機就是利用這個原理，物體在鏡頭（凸透鏡）的二倍焦距以外，在底片上成倒立、縮小的實像。-當(dāng)\(u=2f\)時，成倒立、等大的實像，像距\(v=2f\)。在一些測量凸透鏡焦距的實驗中會用到這個特點。-當(dāng)\(f<u<2f\)時，成倒立、放大的實像，像距\(v>2f\)。投影儀就是利用這個原理，將膠片上的圖像通過凸透鏡成倒立、放大的實像投射到屏幕上。-當(dāng)\(u=f\)時，不成像，此時光線經(jīng)過凸透鏡后平行射出。-當(dāng)\(u<f\)時，成正立、放大的虛像。放大鏡就是利用這個原理，物體放在凸透鏡的一倍焦距以內(nèi)，人通過放大鏡看到正立、放大的虛像。3.解釋全反射現(xiàn)象，并說明其在光纖通信中的應(yīng)用原理。答：全反射現(xiàn)象：光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到某一角度，折射角達到\(90^{\circ}\)，此時折射光線完全消失，只剩下反射光線，這種現(xiàn)象叫做全反射。發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角，臨界角\(C\)滿足\(\sinC=\frac{1}{n}\)，\(n\)是光密介質(zhì)相對光疏介質(zhì)的折射率。在光纖通信中的應(yīng)用原理：光纖由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大，即內(nèi)芯是光密介質(zhì)，外套是光疏介質(zhì)。當(dāng)光在內(nèi)芯中傳播時，以大于臨界角的角度入射到內(nèi)芯與外套的界面上，就會發(fā)生全反射，光就會在內(nèi)芯中不斷地進行全反射向前傳播，從而實現(xiàn)了信息（以光信號的形式）在光纖中的遠(yuǎn)距離傳輸，具有損耗小、抗干擾能力強等優(yōu)點。四、計算題（每題10分，共20分）1.如圖所示，一玻璃球體的半徑為\(R\)，\(O\)為球心，\(AB\)為直徑。來自\(B\)點的光線\(BM\)在\(M\)點射出，出射光線平行于\(AB\)，另一光線\(BN\)恰好在\(N\)點發(fā)生全反射。已知\(\angleABM=30^{\circ}\)，求：（1）玻璃的折射率；（2）球心\(O\)到\(BN\)的距離。解：（1）設(shè)光線\(BM\)在\(M\)點的入射角為\(i\)，折射角為\(r\)，由幾何關(guān)系可知\(i=30^{\circ}\)，\(r=60^{\circ}\)。根據(jù)折射率公式\(n=\frac{\sinr}{\sini}\)，可得\(n=\frac{\sin60^{\circ}}{\sin30^{\circ}}=\frac{\frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{1}{2}}=\sqrt{3}\)。（2）設(shè)臨界角為\(C\)，由\(\sinC=\frac{1}{n}\)，已知\(n=\sqrt{3}\)，可得\(\sinC=\frac{1}{\sqrt{3}}\)。設(shè)球心\(O\)到\(BN\)的距離為\(d\)，因為光線\(BN\)恰好在\(N\)點發(fā)生全反射，所以\(\angleBNO=C\)。在\(Rt\triangleBNO\)中，\(\sinC=\fracz3jilz61osys{R}\)，則\(d=R\sinC=\frac{R}{\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}R}{3}\)。2.用波長為\(500nm\)的單色光做雙縫干涉實驗，雙縫間的距離為\(0.2mm\)，雙縫到光屏的距離為\(1m\)。求：（1）相鄰明條紋間的距離；（2）若將整個裝置放入折射率為\(1.33\)的水中，相鄰明條紋間的距離變?yōu)槎嗌?？解：?）已知\(\lambda=500nm=5×10^{-7}m\)，\(d=0.2mm=2×10^{-4}m\)，\(L=1m\)。根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L\lambda}z3jilz61osys\)，可得\(\Deltax=\frac{1×5×10^{-7}}{2×10^