2025年工程光学复试题及答案

2025年工程光学复试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1.关于光的折射定律，下列说法正确的是：

A.入射角等于折射角

B.折射率等于光速之比

C.入射角的正弦与折射角的正弦之比等于折射率

D.光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角

2.凸透镜的焦距为10cm，当物体放在距离透镜30cm处时，像距为：

A.15cm

B.20cm

C.25cm

D.30cm

3.在杨氏双缝干涉实验中，当双缝间距增大时，干涉条纹将：

A.变宽

B.变窄

C.不变

D.消失

4.自然光通过偏振片后，光强变为原来的：

A.1/2

B.1/4

C.1/8

D.1/16

5.激光器的基本组成部分不包括：

A.工作物质

B.泵浦源

C.谐振腔

D.反射镜

6.在夫琅禾费单缝衍射中，中央明纹的宽度与：

A.缝宽成正比

B.缝宽成反比

C.波长成正比

D.波长成反比

7.光学系统的分辨率主要受限于：

A.衍射现象

B.干涉现象

C.偏振现象

D.吸收现象

8.在迈克尔逊干涉仪中，当移动反射镜距离为λ/2时，干涉条纹将：

A.移动一条

B.移动两条

C.不移动

D.消失

9.关于全反射现象，下列说法正确的是：

A.光从光疏介质射向光密介质时可能发生

B.临界角与折射率无关

C.发生全反射时，折射角等于90°

D.全反射可用于光纤通信

10.在光电效应中，光电子的最大动能与：

A.光的强度成正比

B.光的频率成正比

C.光的波长成正比

D.照射时间成正比

二、填空题（每题2分，共12分）

1.光在真空中的传播速度约为______m/s。

2.几何光学中，光在均匀介质中沿______传播。

3.光的干涉现象表明光具有______性。

4.激光的英文全称是______。

5.光学系统中，能够使平行光汇聚于一点的透镜称为______透镜。

6.在偏振光学中，马吕斯定律描述了______光通过偏振片后的光强变化规律。

三、判断题（每题2分，共12分）

1.光的传播速度在不同介质中是相同的。（）

2.凹透镜对光有发散作用，不能形成实像。（）

3.光的衍射现象表明光具有波动性。（）

4.自然光通过两个偏振方向相互垂直的偏振片后，光强为零。（）

5.激光具有单色性、相干性、方向性和高亮度等特点。（）

6.在光学系统中，像差是指实际成像与理想成像之间的差异。（）

四、多项选择题（每题2分，共4分）

1.下列属于光的波动性的现象有：

A.干涉

B.衍射

C.偏振

D.反射

2.下列光学元件中，能够改变光路的有：

A.平面镜

B.凸透镜

C.棱镜

D.偏振片

五、简答题（每题5分，共10分）

1.简述光的波粒二象性及其在工程光学中的应用。

2.解释激光的原理及其在工程领域的主要应用。

参考答案及解析

一、单项选择题

1.答案：D

解析：根据折射定律，光从光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角。选项A错误，因为只有在垂直入射时入射角才等于折射角。选项B错误，折射率等于光在真空中的速度与在介质中的速度之比。选项C错误，应该是入射角的正弦与折射角的正弦之比等于第二介质相对于第一介质的折射率。

2.答案：A

解析：根据透镜成像公式1/f=1/u+1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距。代入f=10cm，u=30cm，可得1/v=1/10-1/30=2/30，所以v=15cm。

3.答案：B

解析：在杨氏双缝干涉实验中，干涉条纹的宽度Δx=λD/d，其中λ为波长，D为双缝到屏幕的距离，d为双缝间距。当双缝间距d增大时，Δx减小，即干涉条纹变窄。

4.答案：A

解析：自然光可以看作是两个垂直方向上的偏振光的叠加，且两个方向上的光强相等。当自然光通过一个偏振片时，只有一个方向的偏振光能够通过，因此光强变为原来的一半。

5.答案：D

解析：激光器的基本组成部分包括工作物质、泵浦和谐振腔。反射镜是谐振腔的一部分，不是独立的组成部分。

6.答案：B

解析：在夫琅禾费单缝衍射中，中央明纹的宽度Δx=2λf/a，其中λ为波长，f为透镜焦距，a为缝宽。因此，中央明纹的宽度与缝宽成反比。

7.答案：A

解析：光学系统的分辨率主要受衍射现象的限制，这是由光的波动性决定的。瑞利判据指出，当一个点光源的衍射图样的中央极大与另一个点光源的衍射图样的第一极小重合时，这两个点刚好能够被分辨。

8.答案：A

解析：在迈克尔逊干涉仪中，当移动反射镜距离为λ/2时，光程差改变一个波长，因此干涉条纹将移动一条。

9.答案：D

解析：全反射发生在光从光密介质射向光疏介质且入射角大于临界角时。临界角与折射率有关，临界角的正弦等于第二介质相对于第一介质的折射率的倒数。发生全反射时，折射角等于90°。全反射现象被广泛应用于光纤通信中。

10.答案：B

解析：根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大动能E_k=hν-W_0，其中h为普朗克常数，ν为光的频率，W_0为逸出功。因此，光电子的最大动能与光的频率成正比，与光的强度无关。

二、填空题

1.答案：3×10^8

解析：光在真空中的传播速度是一个基本物理常数，约为3×10^8m/s。

2.答案：直线

解析：几何光学的基本原理之一是光在均匀介质中沿直线传播，这是形成影子、反射和折射等现象的基础。

3.答案：波动

解析：光的干涉现象是光的波动性的重要表现，当两束或多束相干光叠加时，会产生明暗相间的干涉条纹。

4.答案：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation

解析：激光的英文全称是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，意为"受激辐射光放大"。

5.答案：凸

解析：凸透镜对光有汇聚作用，能够使平行光汇聚于一点，该点称为焦点。

6.答案：线偏振

解析：马吕斯定律描述了线偏振光通过偏振片后的光强变化规律，即I=I_0cos²θ，其中I_0为入射光强，θ为偏振片偏振方向与入射光偏振方向的夹角。

三、判断题

1.答案：×

解析：光在不同介质中的传播速度不同，在真空中的速度最快，在其他介质中的速度小于真空中的速度，且与介质的折射率有关。

2.答案：√

解析：凹透镜对光有发散作用，不能形成实像，只能形成虚像。无论物体放在何处，通过凹透镜成的像都是正立、缩小的虚像。

3.答案：√

解析：光的衍射现象是光的波动性的重要表现，当光通过狭缝或小孔时，会偏离直线传播，绕到障碍物的阴影区。

4.答案：√

解析：自然光通过第一个偏振片后变成线偏振光，当通过第二个偏振方向与之垂直的偏振片时，没有光能够通过，因此光强为零。

5.答案：√

解析：激光具有单色性（波长单一）、相干性（相位一致）、方向性（发散角小）和高亮度（能量集中）等特点，这些特点使激光在各个领域有广泛应用。

6.答案：√

解析：像差是实际光学系统成像与理想成像之间的差异，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变等，是评价光学系统性能的重要指标。

四、多项选择题

1.答案：ABC

解析：光的干涉、衍射和偏振都是光的波动性的表现。而反射既可以用波动理论解释，也可以用粒子理论解释，不是波动性的特有现象。

2.答案：ABC

解析：平面镜可以改变光的方向，凸透镜可以使光汇聚，棱镜可以使光发生折射和色散，从而改变光路。偏振片只改变光的偏振状态，不改变光的方向。

五、简答题

1.答案：

光的波粒二象性是指光既具有波动性又具有粒子性。在干涉、衍射等现象中，光表现出波动性；在光电效应等现象中，光表现出粒子性。在工程光学中，光的波粒二象性有广泛应用：波动性用于设计干涉仪、全息系统等；粒子性用于光电探测器、太阳能电池等。理解光的波粒二象性有助于设计更高效的光学系统，如激光加工、光通信等。

2.答案：

激光的原理是基于受激辐射。在激光器中，工作物质中的原子在外界能量（泵浦源）的作用下被激发到高能级，当这些受激