2025年科学光和色彩测试题及答案

2025年科学光和色彩测试题及答案一、单项选择题（每题3分，共45分）1.关于光的本质，以下描述正确的是（）A.光仅具有波动性，干涉实验是其经典证据B.爱因斯坦提出的光子说否定了光的波动性C.现代科学认为光具有波粒二象性，宏观表现由具体情境决定D.光的粒子性表现为在真空中以固定频率振动答案：C2.2025年某实验室利用超冷原子云观测到光的“慢光效应”，光在该介质中的传播速度降至17m/s。若真空中光速为299792458m/s，则该介质的折射率约为（）A.1.76×10^7B.1.76×10^6C.1.76×10^4D.1.76×10^3答案：A（折射率n=c/v=299792458/17≈1.76×10^7）3.雨后彩虹的形成主要涉及光的（）A.反射与偏振B.折射、反射与色散C.干涉与衍射D.全反射与吸收答案：B（雨滴对阳光的折射、内部反射及不同色光折射率差异导致色散）4.某新型量子点显示器宣称能覆盖98%的BT.2020色彩空间，其核心技术基于（）A.颜料三原色（青、品红、黄）的减法混合B.色光三原色（红、绿、蓝）的加法混合C.互补色光的叠加消色原理D.单色光的波长精确调控答案：D（量子点通过精确控制纳米颗粒尺寸发射特定波长的单色光，扩展色彩范围）5.用偏振片观察自然光时，旋转偏振片会观察到（）A.透射光强始终不变B.透射光强周期性变化，最大与最小值之比为2:1C.透射光强周期性变化，最小值趋近于0D.透射光强先增强后减弱，无周期性答案：A（自然光各方向振动均匀，通过偏振片后变为线偏振光，旋转偏振片时透射光强保持为原光强的1/2）6.人眼对不同波长光的敏感度曲线（视见函数）峰值出现在（）A.红光（约650nm）B.绿光（约555nm）C.蓝光（约450nm）D.黄光（约580nm）答案：B（明视觉下视锥细胞对555nm绿光最敏感）7.2025年某团队研发的“自适应变色玻璃”可根据环境光强调节透明度，其原理可能涉及（）A.光的干涉导致波长选择性反射B.光电效应引发的电荷迁移改变折射率C.热致变色材料的温度响应D.液晶分子在外加电场下的排列变化答案：D（液晶玻璃通过电场控制液晶分子取向，调节光的透射率）8.用白光照射肥皂膜时观察到彩色条纹，其成因是（）A.光的色散B.薄膜干涉C.光的衍射D.光的偏振答案：B（肥皂膜前后表面反射光发生干涉，不同波长的光干涉加强位置不同）9.下列现象中，与光的衍射无关的是（）A.用游标卡尺观察日光灯看到的彩色条纹B.泊松亮斑C.雨后路面油膜的彩色D.单缝实验中中央亮纹最宽答案：C（油膜彩色是薄膜干涉现象）10.色纯度是描述色彩的重要参数，其定义为（）A.色彩的明亮程度B.色彩与同亮度白光的混合比例C.色彩的波长单一性D.色彩在CIE色品图中的位置到白光点的距离与到光谱轨迹距离的比值答案：D（色纯度=（样品点到白光点距离）/（样品点所在光谱轨迹点到白光点距离））11.某光学传感器能检测到波长为10μm的红外光，该光属于（）A.近红外（0.75-2.5μm）B.中红外（2.5-25μm）C.远红外（25-1000μm）D.微波（>1mm）答案：B12.当光从空气（n1=1）斜射入玻璃（n2=1.5）时，以下说法正确的是（）A.折射角大于入射角B.入射角大于临界角时发生全反射C.折射光的频率与入射光相同D.折射光的波长比入射光长答案：C（光的频率由光源决定，与介质无关；波长λ=v/f=c/(nf)，介质中波长变短）13.人眼感知的“白色”对应（）A.单一波长的光（如550nm）B.红、绿、蓝三原色光等比例混合C.所有可见光波长的均匀分布D.任意两种互补色光的等比例混合答案：B（人眼视锥细胞对红、绿、蓝敏感，三原色等比例混合可激发相同强度的三种信号，感知为白色）14.2025年发布的某款手机采用“动态色彩映射”技术，其目的是（）A.扩大屏幕的色彩gamut（色域）B.将广色域内容适配到标准色域屏幕，避免色彩失真C.提高屏幕的对比度D.增强环境光下的可视性答案：B（动态色彩映射通过调整色彩数据，使广色域内容在标准色域设备上显示时保留关键色彩信息）15.关于光的吸收，以下说法错误的是（）A.物体呈现红色是因为吸收了红光以外的其他色光B.叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光C.大气对紫外线的吸收主要由臭氧分子完成D.半导体材料的带隙决定其能吸收的光的最大波长答案：A（物体呈现红色是因为反射红光，吸收其他色光）二、填空题（每空2分，共20分）1.真空中光速的精确值为______m/s（保留8位有效数字）。答案：2997924582.光的相干条件是：两束光频率相同、______、______。答案：振动方向相同；相位差恒定3.颜料三原色是______、______、______，其混合原理为______（选填“加法”或“减法”）混合。答案：青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）；减法4.牛顿环实验中，中央暗斑的成因是______。答案：下表面反射光（从玻璃到空气）无半波损失，上表面反射光（从空气到玻璃）有半波损失，两束光相位差为π，干涉相消5.人眼的视杆细胞主要负责______（选填“明视觉”或“暗视觉”），对______（选填“彩色”或“黑白”）敏感。答案：暗视觉；黑白三、简答题（每题8分，共40分）1.解释为什么早晨和傍晚的太阳看起来呈红色，而中午呈白色。答案：太阳光线穿过大气层的路径长度在早晚时远大于中午。大气中的分子和微粒对短波长光（蓝、紫光）的散射（瑞利散射）更强，导致早晚时大部分蓝紫光被散射到其他方向，到达人眼的主要是长波长的红光和橙光，因此太阳呈红色；中午时太阳高度角大，光线穿过大气层路径短，各波长光散射差异小，混合后呈现白色。2.说明色光三原色与颜料三原色的区别，并举例说明其应用场景。答案：色光三原色为红（R）、绿（G）、蓝（B），通过加法混合（光的叠加）产生其他颜色，如屏幕显示（LED/LCD通过RGB像素发光）；颜料三原色为青（C）、品红（M）、黄（Y），通过减法混合（吸收其他色光）产生颜色，如印刷（油墨通过吸收白光中的部分波长反射剩余色光）。应用场景：色光混合用于电子显示设备，颜料混合用于印刷、绘画。3.简述光电效应的实验规律，并写出爱因斯坦光电效应方程。答案：实验规律：①存在截止频率（红限），低于该频率的光无法激发光电子；②光电子的最大初动能随入射光频率线性增加，与光强无关；③光电子的发射几乎是瞬时的（延迟<10^-9s）；④光电流强度与入射光强成正比（频率高于截止频率时）。爱因斯坦方程：hν=W+E_kmax（h为普朗克常量，ν为入射光频率，W为金属逸出功，E_kmax为光电子最大初动能）。4.分析偏振3D电影的工作原理。答案：偏振3D电影通过两台放映机分别播放左眼和右眼的影像，两台放映机的光线分别用水平偏振片和垂直偏振片（或左右圆偏振片）调制。观众佩戴的3D眼镜左右镜片分别为对应方向的偏振片（或圆偏振片），左眼只能看到水平偏振（或左圆偏振）的影像，右眼只能看到垂直偏振（或右圆偏振）的影像。大脑将左右眼接收的略有差异的图像融合，产生立体视觉。5.2025年某实验室开发出一种“超材料透镜”，能将入射的白光聚焦为单色光斑。请推测其可能的工作原理。答案：超材料是人工设计的周期性结构，可精确调控材料的折射率随波长的变化（色散特性）。常规透镜因材料的正常色散（折射率随波长增大而减小）导致色差（不同色光聚焦位置不同）。超材料透镜可能通过设计反常色散（折射率随波长增大而增大）或特定的波长-折射率关系，使不同波长的光经透镜后聚焦于同一位置，从而消除色差，实现白光聚焦为单色光斑（或通过波长选择性透射，仅允许单一波长通过并聚焦）。四、实验探究题（共25分）1.（10分）设计实验验证光的折射定律（斯涅尔定律），要求写出实验器材、步骤及数据处理方法。答案：实验器材：激光笔、半圆形玻璃砖（或矩形玻璃砖）、量角器、白纸、铅笔、直尺。实验步骤：①在白纸上画一条直线作为界面（如AB），并在界面上取一点O作为入射点，画垂直于AB的法线NN'。②将半圆形玻璃砖的直径边与AB对齐，圆心与O点重合。③用激光笔从空气侧（玻璃砖外）入射，调整入射角θ1（入射光与NN'的夹角），记录入射光线方向（在白纸上标记两点确定直线）。④观察折射光线在玻璃砖内的传播方向（半圆形玻璃砖的圆弧面可使折射光线沿径向射出，便于观察），标记折射光线的两点，确定折射角θ2（折射光与NN'的夹角）。⑤改变入射角θ1（如30°、45°、60°），重复步骤③-④，记录多组θ1和θ2。数据处理：计算每组sinθ1和sinθ2的比值，若比值近似为常数（等于玻璃砖的折射率n），则验证斯涅尔定律n=sinθ1/sinθ2成立。2.（15分）某同学用单色光（波长λ）做双缝干涉实验，得到如下数据：双缝间距d=0.2mm，双缝到光屏的距离L=1m，测得相邻亮纹间距Δx=3mm。（1）计算该单色光的波长λ；（2）若将实验中的单色光改为白光，描述光屏上的现象并解释原因；（3）若将其中一条缝用红色滤光片覆盖，另一条用蓝色滤光片覆盖，能否观察到干涉条纹？说明理由。答案：（1）双缝干涉相邻亮纹间距公式Δx=Lλ/d，代入数据得λ=Δx·d/L=3×10^-3m×0.2×10^-3m/1m=6×10^-7m=600nm。（2）白光由多种波长的光组成，各波长光的干涉亮纹间距Δx与λ成正比（Δx∝λ）。中央位置（零级亮纹）所有波