2026年菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射试题含答案

2026年菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射试题含答案一、选择题（共5题，每题2分，计10分）说明：请选择最符合题意的选项。1.在菲涅尔衍射实验中，若光源与衍射屏的距离增加，则衍射图样会发生以下哪种变化？A.变得更清晰B.变得更模糊C.不变D.无法确定2.夫琅禾费衍射与菲涅尔衍射的主要区别在于什么？A.衍射屏的大小B.衍射光源的类型C.衍射距离的远近D.衍射条件的限制3.当单缝宽度减小到与波长相当时，夫琅禾费衍射图样的中央亮纹会怎样变化？A.变窄B.变宽C.消失D.不变4.菲涅尔衍射公式中，决定衍射条纹疏密的主要因素是？A.光源强度B.衍射屏距离C.波长D.孔径大小5.在夫琅禾费衍射实验中，若将透镜沿光轴远离衍射屏移动，则衍射图样的变化是？A.变大B.变小C.不变D.消失二、填空题（共5题，每题2分，计10分）说明：请将答案填写在横线上。6.菲涅尔衍射是光源和观察屏与衍射屏距离的__________衍射。答案：有限7.夫琅禾费衍射是光源和观察屏与衍射屏距离的__________衍射。答案：无限8.单缝夫琅禾费衍射中，中央亮纹的宽度是其他亮纹宽度的__________倍。答案：29.菲涅尔衍射公式中的次级波叠加原理由__________提出。答案：菲涅尔10.夫琅禾费衍射的数学描述通常使用__________方程。答案：惠更斯-菲涅尔三、简答题（共4题，每题5分，计20分）说明：请简要回答下列问题。11.简述菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射的区别及其适用条件。12.解释单缝夫琅禾费衍射图样的形成原理，并说明中央亮纹强度与其他亮纹强度的关系。13.菲涅尔衍射公式中，次级波相位的确定依据是什么？14.在实际应用中，夫琅禾费衍射有哪些典型用途？（例如光学仪器中的光阑设计等）四、计算题（共3题，每题10分，计30分）说明：请列出计算步骤并给出最终答案。15.一束波长为500nm的单色光垂直照射宽度为0.1mm的单缝，观察屏距离缝为1m。求中央亮纹的宽度。16.菲涅尔衍射实验中，光源波长为600nm，衍射屏与光源距离为0.5m，观察屏距离衍射屏为1m。若孔径半径为0.02m，求第1级暗环的位置。17.夫琅禾费衍射中，光源波长为550nm，透镜焦距为0.5m，单缝宽度为0.05mm。若观察屏位于透镜后1m处，求第3级暗纹的衍射角。五、论述题（共1题，计20分）说明：请结合实际应用，深入分析菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射的特点及其区别。18.在光学仪器设计（如显微镜、望远镜）中，菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射分别有哪些影响？如何通过衍射理论优化仪器性能？（例如光阑设计、成像质量提升等）答案与解析一、选择题答案1.B2.C3.B4.C5.A解析：1.菲涅尔衍射是有限距离的衍射，光源或观察屏距离衍射屏较近，衍射图样受距离影响较大，距离增加会因波前弯曲导致图样模糊。2.夫琅禾费衍射是远场衍射，光源和观察屏距离衍射屏均为无限远，通过透镜可等效实现无限距离条件。3.单缝宽度减小时，衍射效应增强，中央亮纹宽度与缝宽成正比，因此变宽。4.菲涅尔衍射条纹疏密与波长和孔径有关，波长越短、孔径越大，条纹越密。5.夫琅禾费衍射中，透镜远离衍射屏会放大图样，因此图样变大。二、填空题答案6.有限7.无限8.29.菲涅尔10.惠更斯-菲涅尔解析：6-7.菲涅尔衍射为有限距离衍射，夫琅禾费衍射为无限距离衍射。8.中央亮纹宽度是其他亮纹宽度的2倍，这是单缝衍射的基本结论。9.菲涅尔衍射基于菲涅尔提出的次级波叠加原理。10.夫琅禾费衍射通过惠更斯-菲涅尔原理和傅里叶变换描述。三、简答题答案11.区别与适用条件-菲涅尔衍射：光源或观察屏与衍射屏距离有限，波前弯曲明显，适用于近距离衍射实验。-夫琅禾费衍射：光源和观察屏距离衍射屏无限远，波前平面，适用于远场衍射，通过透镜可等效实现。适用条件：菲涅尔适用于激光加工、全息术等；夫琅禾费适用于光谱分析、光学仪器成像等。12.单缝夫琅禾费衍射原理单色光通过狭缝时，缝内每一点可视为次级波源，波前叠加形成干涉。中央亮纹因缝内所有点相位一致叠加最强，两侧亮纹强度逐级减弱（强度与sin²θ成正比）。13.次级波相位确定依据菲涅尔公式中，次级波相位由光源到孔径点的距离和波前倾斜决定，即Δφ=k(r+r'cosθ)，其中k为波数，θ为衍射角。14.夫琅禾费衍射的应用-光学仪器光阑设计（如光束限制、光谱分析）。-透镜成像校正（消杂散光）。-滤波器设计（如激光光束整形）。四、计算题答案15.中央亮纹宽度计算公式：Δy=2λL/a代入：λ=500nm=5×10⁻⁷m，L=1m，a=0.1mm=1×10⁻⁴mΔy=2×5×10⁻⁷×1/1×10⁻⁴=1×10⁻²m=1cm16.第1级暗环位置公式：r₁=√(Rλ)代入：R=0.02m，λ=600nm=6×10⁻⁷mr₁=√(0.02×6×10⁻⁷)≈1.095×10⁻⁴m=0.1095mm17.第3级暗纹衍射角公式：asinθ=3λ代入：a=0.05mm=5×10⁻⁵m，λ=550nm=5.5×10⁻⁷msinθ=3×5.5×10⁻⁷/5×10⁻⁵≈0.033θ≈1.91°五、论述题答案18.光学仪器中的衍射影响与优化-菲涅尔衍射：近距离衍射影响光束质量，如激光加工中需避免波前畸变；显微镜中需补偿菲涅尔次级波导致的成像模糊。-夫琅禾费衍射：远场衍射影响成像分辨率，如望远镜需通过增大孔径或减小波长提升分辨率（衍射极限λ/D）。优化方法：-光阑设计：