2025年几何光学实验题库及答案

2025年几何光学实验题库及答案

一、单项选择题1.在薄透镜成像实验中，当物距u大于2倍焦距f时，所成的像为（）A.正立、放大的虚像B.倒立、缩小的实像C.倒立、放大的实像D.正立、缩小的虚像答案：B2.用分光计测量三棱镜顶角时，望远镜所观察到的三棱镜两个光学面的反射像夹角为120°，则三棱镜顶角为（）A.30°B.60°C.90°D.120°答案：B3.在验证光的等厚干涉——牛顿环实验中，测量干涉条纹直径时，若实际测量的是弦长，对测量结果（）A.有影响，使结果偏大B.有影响，使结果偏小C.无影响D.不确定答案：C4.以下关于光学实验中常用光源的说法，正确的是（）A.钠光灯发出的光为单一频率的光B.汞灯发出的光只有一种颜色C.氦氖激光器发出的光是相干光D.白炽灯发出的光适合用于精确的干涉实验答案：C5.在测量凸透镜焦距的实验中，利用物距像距法测量，若物屏与像屏之间的距离L固定，当在物屏与像屏之间移动凸透镜时，能得到两次清晰的像，设两次成像时凸透镜的位置间距为d，则凸透镜焦距f为（）A.\(f=\frac{L^2-d^2}{4L}\)B.\(f=\frac{L^2+d^2}{4L}\)C.\(f=\frac{Ld}{4}\)D.\(f=\frac{L+d}{4}\)答案：A6.在双缝干涉实验中，为了增大干涉条纹的间距，可采取的方法是（）A.减小双缝间距B.减小光的波长C.减小光屏到双缝的距离D.换用频率更高的光答案：A7.利用迈克尔逊干涉仪测量光波波长，当移动可动反射镜时，观察到干涉条纹移动了N条，已知可动反射镜移动的距离为Δd，则光波波长λ为（）A.\(\lambda=\frac{2\Deltad}{N}\)B.\(\lambda=\frac{\Deltad}{N}\)C.\(\lambda=\frac{N}{2\Deltad}\)D.\(\lambda=\frac{N\Deltad}{2}\)答案：A8.在三棱镜色散实验中，不同颜色的光在三棱镜中的折射角不同，其中（）光的折射角最大。A.红B.橙C.蓝D.紫答案：D9.以下关于光学元件成像性质的说法，错误的是（）A.平面镜成等大、正立的虚像B.凹透镜成正立、缩小的虚像C.凸面镜成正立、放大的虚像D.凹面镜可以成实像也可以成虚像答案：C10.在测量玻璃折射率的实验中，用插针法确定光路，若入射角为i，折射角为r，则玻璃折射率n为（）A.\(n=\frac{\sini}{\sinr}\)B.\(n=\frac{\sinr}{\sini}\)C.\(n=\sini\sinr\)D.\(n=\frac{\cosi}{\cosr}\)答案：A二、多项选择题1.以下属于几何光学实验中常用的测量工具的有（）A.分光计B.迈克尔逊干涉仪C.游标卡尺D.螺旋测微器答案：ABCD2.在薄透镜成像实验中，可能出现像模糊不清的原因有（）A.透镜光心与物屏、像屏中心不在同一高度B.物距选择不合适C.环境光线过强D.透镜表面有污渍答案：ABCD3.关于光的干涉现象，以下说法正确的是（）A.两列频率相同的光一定能产生干涉现象B.干涉条纹是等间距的C.光的干涉现象证明了光具有波动性D.薄膜干涉可以用于检查平面的平整度答案：CD4.在使用分光计测量角度时，需要进行的调节步骤有（）A.调节望远镜聚焦无穷远B.调节望远镜光轴与分光计中心轴垂直C.调节载物台平面与分光计中心轴垂直D.调节平行光管发出平行光答案：ABCD5.以下关于牛顿环实验的描述，正确的有（）A.牛顿环是等厚干涉条纹B.中心暗斑是由于半波损失造成的C.测量干涉条纹直径时应避免空程误差D.实验中使用的光源可以是钠光灯答案：ABCD6.在测量凸透镜焦距的方法中，包含以下哪些（）A.物距像距法B.共轭法C.自准直法D.反射法答案：ABC7.关于迈克尔逊干涉仪，以下说法正确的是（）A.可以用于测量微小长度变化B.可以测量光波波长C.两束相干光的光程差改变时，干涉条纹会移动D.调节迈克尔逊干涉仪时，需要使两臂光程尽量相等答案：ABCD8.在三棱镜色散实验中，涉及到的物理知识有（）A.光的折射B.不同颜色光的频率不同C.不同颜色光在同一介质中的折射率不同D.光的全反射答案：ABC9.以下光学元件中，对光线有会聚作用的有（）A.凸透镜B.凹面镜C.凸面镜D.凹透镜答案：AB10.在光学实验中，为了保证实验数据的准确性，需要注意的事项有（）A.正确使用测量仪器B.多次测量取平均值C.记录实验数据时要注意有效数字D.避免实验环境的干扰答案：ABCD三、判断题1.在薄透镜成像实验中，只要物距大于焦距，就一定能在光屏上得到清晰的像。（）答案：错误。物距大于焦距时，需调节像距等条件才能在光屏上得到清晰像。2.分光计测量角度时，望远镜目镜中的叉丝不需要调节清晰。（）答案：错误。需要调节清晰以便准确读数。3.光的干涉和衍射现象都能说明光具有波动性。（）答案：正确。4.牛顿环实验中，干涉条纹越往外越密集。（）答案：正确。5.用物距像距法测量凸透镜焦距时，物距和像距可以随意取值。（）答案：错误。物距需在合适范围，如大于焦距等，否则无法成像或无法准确测量。6.迈克尔逊干涉仪中，两束相干光的光程差为波长整数倍时，出现亮条纹。（）答案：正确。7.在三棱镜色散实验中，红色光的偏向角最大。（）答案：错误。紫色光偏向角最大。8.凹透镜只能成虚像，凸透镜只能成实像。（）答案：错误。凸透镜也能成虚像。9.测量玻璃折射率时，入射角越大，测量结果越准确。（）答案：错误。入射角应在合适范围，过大可能出现其他问题影响测量准确性。10.在光学实验中，使用的光源强度越强越好。（）答案：错误。过强的光源可能影响观察和测量，应选择合适强度的光源。四、简答题1.简述用分光计测量三棱镜顶角的原理。答案：分光计可精确测量角度。利用反射法，让平行光照射三棱镜，通过望远镜观察三棱镜两个光学面的反射像。根据反射定律，望远镜转过的角度是三棱镜顶角的两倍。通过测量望远镜转过的角度，就可以计算出三棱镜的顶角大小。测量过程需精确调节分光计，确保测量的准确性。2.说明在牛顿环实验中，为什么要测量多个干涉条纹的直径？答案：牛顿环实验测量多个干涉条纹直径是为了减小误差。实验中可能存在各种误差因素，如测量时的读数误差、干涉条纹中心位置确定的误差等。测量多个条纹直径并求平均值，能有效降低这些随机误差对实验结果的影响。而且通过测量不同级次的条纹直径，可以更好地验证牛顿环干涉的规律，使测量结果更具可靠性和准确性。3.简述迈克尔逊干涉仪的工作原理。答案：迈克尔逊干涉仪利用分振幅法产生双光束干涉。光源发出的光经分光板分为两束，一束反射，一束透射。这两束光分别经反射镜反射后，再次回到分光板并叠加产生干涉。通过调节反射镜位置改变两束光的光程差，当光程差满足一定条件时出现干涉条纹。可用于测量微小长度、光波波长等，其精度较高。4.如何用自准直法测量凸透镜的焦距？答案：将凸透镜、物屏和平面反射镜按顺序放置在光具座上。物屏上的物点发出的光经凸透镜折射后成为平行光，再经平面反射镜反射回来，再次通过凸透镜成像在物屏上。当物屏上的像与物重合时，物到凸透镜光心的距离就是凸透镜的焦距。这种方法操作简便，通过调节各元件位置找到清晰重合像，即可测量焦距。五、讨论题1.在薄透镜成像实验中，当物距小于焦距时，无论怎样移动光屏都找不到像，但通过透镜却能看到正立放大的虚像。请讨论虚像为什么不能在光屏上呈现，以及这种成像特点在实际生活中有哪些应用？答案：虚像是由光线的反向延长线相交形成的，并非实际光线汇聚，所以不能在光屏上呈现。在实际生活中，放大镜就是利用了凸透镜成正立放大虚像的原理，方便人们观察微小物体。还有在显微镜的目镜中，也是利用这种成像特点，将物镜所成的像进一步放大，便于人们观察微观世界。它能让我们看清原本难以看清的细节，在很多领域都有重要应用。2.在光的干涉实验中，干涉条纹的清晰程度和哪些因素有关？如何提高干涉条纹的清晰度？答案：干涉条纹清晰程度与光源的相干性、两束光的光强差异、环境干扰等因素有关。光源相干性越好，条纹越清晰；两束光光强接近时，条纹对比度高，更清晰；环境干扰小，条纹也更清晰。要提高清晰度，可选用相干性好的光源，如激光。调节光路使两束光光强尽量相等，比如通过调节光阑等。同时，要减少环境振动、光散射等干扰，可在暗室等稳定环境中进行实验。3.讨论在三棱镜色散实验中，不同颜色光的折射率不同的原因，以及这种现象在实际生活中有哪些体现？答案：不同颜色光的频率不同，在三棱镜这种介质中传播时，由于介质对不同频率光的作用不同，导致它们的传播速度不同。根据折射率的定义，折射率与光在介质中的传播速度有关，所以不同颜色光的折射率不同。在实际生活中，彩虹就是这种现象的体现，阳光通过大气中的小水滴发生色散形成彩虹。还有在光学仪器中，如相机镜头，为了减少色散对成像质量的影响，会采用特殊的镜片组合来矫正不同颜色光的折射率差异。4.在光学实验中，经常会用到各种光学元件，如透镜、反射镜、分光镜等。请讨论这些光学元件在不同实验中的作用，以及它们之间的相互配合是