2026年北京市人教版高中物理选修第2册第5章光学实验题

2026年北京市人教版高中物理选修第2册第5章光学实验题一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在进行“测量玻璃砖的折射率”实验时，若入射光线与玻璃砖界面夹角为30°，折射光线与界面夹角为20°，则该玻璃砖的折射率约为（）A.1.73B.1.33C.1.50D.1.57解析：根据折射定律n=sinθ1/sinθ2，其中θ1为入射角，θ2为折射角。本题中入射角θ1=30°，折射角θ2=90°-20°=70°，代入公式得n=sin30°/sin70°≈0.5/0.94≈0.53，显然计算错误，需重新测量角度。正确角度应为入射角为30°，折射角为40°，则n=sin30°/sin40°≈0.5/0.64≈0.78，选项中无正确答案，需检查实验操作。2.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，若双缝间距为0.5mm，双缝到屏距离为1m，测得相邻亮条纹间距为1.2mm，则该光的波长约为（）A.480nmB.560nmC.632.8nmD.700nm解析：双缝干涉条纹间距公式为Δx=λL/d，其中λ为波长，L为双缝到屏距离，d为双缝间距。代入数据得λ=Δx•d/L=1.2×10-3m×0.5×10-3m/1m=6×10-7m=600nm，最接近选项B。3.在“观察光的衍射现象”实验中，若用波长为500nm的单色光照射直径为0.1mm的小圆孔，则屏上观察到的主要现象是（）A.明暗相间的干涉条纹B.单色衍射图样C.复色衍射图样D.光的直线传播解析：衍射现象显著条件为λ≈a，其中λ为波长，a为障碍物尺寸。本题中500nm与0.1mm量级不匹配，应选择更小孔径（如0.05mm）或更短波长（如400nm）才能观察到明显衍射，故选项错误。正确实验条件应为λ≈a，如用400nm照射0.1mm孔。4.在“全息照相”实验中，若激光器功率为1W，曝光时间为0.1s，则记录介质所需的最小曝光能量约为（）A.0.1JB.0.01JC.10mJD.100μJ解析：曝光能量E=P•t=1W×0.1s=0.1J，但全息记录需满足相干条件，实际需考虑光强分布不均，最小能量应大于0.1J，选项C最合理。5.在“偏振现象”实验中，若用偏振片A和偏振片B调节透射光强，当两偏振片偏振方向垂直时，透射光强为最大值的（）A.1/4B.1/2C.1/3D.3/4解析：马吕斯定律I=I0cos²θ，θ为偏振方向夹角。当θ=90°时，I=I0cos²90°=0，但实际实验中因环境光干扰，透射光强不为零，应为1/4，选项A正确。6.在“棱镜色散”实验中，若用白光通过三棱镜，则下列说法正确的是（）A.红光偏向角最大B.紫光偏向角最大C.所有色光偏向角相同D.玻璃对红光折射率最大解析：根据色散规律，紫光频率高折射率大，偏向角最大，选项B正确。7.在“牛顿环”实验中，若用钠光灯（λ=589.3nm）照射，测得第k环直径为4mm，则第k+1环直径约为（）A.4.5mmB.4.8mmC.5.0mmD.5.2mm解析：牛顿环直径公式D=2√(kλR)，相邻环直径比Dk+1/Dk=√(k+1)/√k≈1.04，故Dk+1≈1.04Dk=1.04×4mm=4.16mm，最接近选项B。8.在“光栅衍射”实验中，若光栅常数为0.002mm，用单色光照射产生第二级主极大，则该光波长约为（）A.400nmB.500nmC.600nmD.700nm解析：光栅公式d(sinθm-1)=mλ，第二级（m=2）sinθ2=1+2λ/d=1+2λ/0.002mm，θ2≈90°时λ≈0.001mm=1000nm，显然错误，需重新计算。正确计算：d(sinθ2-1)=2λ，sinθ2≈1时λ≈d/2=0.001mm=1000nm，选项中无正确答案，需检查实验参数。9.在“光导纤维”实验中，若光纤芯径为50μm，折射率为1.5，则该光纤的数值孔径NA约为（）A.0.2B.0.4C.0.6D.0.8解析：NA=sinθc=n√(2-1/n)=√(n²-1)=√(1.5²-1)=√1.25≈1.12，显然错误，需重新计算。正确公式为NA=√(n²-1)，n=1.5时NA=√(2.25-1)=√1.25≈1.12，选项中无正确答案，需调整实验参数。10.在“激光干涉”实验中，若两束激光光程差为1.2μm，则观察到干涉条纹（）A.明暗相间B.完全消失C.均匀亮度D.无法判断解析：相干条件Δ=λ/2，Δ=1.2μm=1200nm，若λ=600nm则满足相干，条纹可见，选项A正确。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在“测量玻璃砖的折射率”实验中，若入射角为30°时折射角为20°，则该玻璃砖的折射率n=________。参考答案：1.33解析：根据折射定律n=sin30°/sin20°≈0.5/0.34≈1.47，选项中最接近1.33，需检查实验误差。2.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，双缝间距为0.1mm，双缝到屏距离为1.5m，相邻亮条纹间距为1.8mm，则该光的波长λ=________nm。参考答案：600解析：λ=Δx•d/L=1.8×10-3m×0.1×10-3m/1.5m=1.2×10-7m=600nm。3.在“观察光的衍射现象”实验中，用波长为500nm的单色光照射直径为0.05mm的圆孔，若屏到孔距离为1m，则中央亮斑直径约为________mm。参考答案：12解析：中央亮斑直径D=2.44λL/d=2.44×500×10-9m×1m/0.05×10-3m≈0.0122m=12mm。4.在“全息照相”实验中，若激光波长为632.8nm，记录介质离激光器距离为1m，则干涉条纹间距约为________μm。参考答案：1.25解析：条纹间距Δx=λL/d，假设d=0.1m，Δx=632.8×10-9m×1m/0.1m≈6.33×10-6m=6.33μm，选项中最接近1.25，需检查实验参数。5.在“偏振现象”实验中，若两偏振片偏振方向夹角为60°，则透射光强为入射光强的________倍。参考答案：0.25解析：I=I0cos²60°=0.25I0。6.在“棱镜色散”实验中，若玻璃对红光折射率为1.5，对紫光折射率为1.6，则红光与紫光的偏向角之比约为________。参考答案：1.06解析：偏向角与折射率成反比，θ红/θ紫=1.6/1.5≈1.06。7.在“牛顿环”实验中，若用白光照射，测得第5环直径为6mm，则第10环直径约为________mm。参考答案：7.2解析：相邻环直径比Dk+1/Dk=√(k+1)/√k≈1.18，D10≈1.18×6mm=7.08mm。8.在“光栅衍射”实验中，若光栅常数为0.003mm，用单色光照射产生第三级主极大，则该光波长约为________nm。参考答案：600解析：λ=d•sinθ/m，θ≈90°时λ≈d/m=0.003mm/3=1000nm，选项中最接近600，需检查实验参数。9.在“光导纤维”实验中，若光纤芯径为60μm，数值孔径NA=0.2，则该光纤的包层折射率约为________。参考答案：1.44解析：NA=√(n芯²-n包²)，n包=√(n芯²-NA²)=√(1.5²-0.2²)≈1.44。10.在“激光干涉”实验中，若两束激光光程差为λ/4，则观察到干涉条纹________（填“明纹”“暗纹”或“无法判断”）。参考答案：无法判断解析：相干条件Δ=λ/2，Δ=λ/4时为半波损失，需结合初始相位判断。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在“测量玻璃砖的折射率”实验中，若入射角增大，折射角也增大，且两者之和恒为180°。参考答案：×解析：折射角与入射角之和为180°-θ2，θ2为折射角，非180°。2.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，若用绿光代替红光，相邻亮条纹间距将变小。参考答案：√解析：绿光波长小于红光，Δx与λ成正比。3.在“观察光的衍射现象”实验中，衍射现象的显著程度与光源宽度有关，光源越宽衍射越明显。参考答案：×解析：衍射显著条件为λ≈a，光源宽度增大反而不利于观察。4.在“全息照相”实验中，记录介质必须使用相干光源，且曝光时间需足够长。参考答案：√解析：全息记录需满足相干条件，曝光时间需保证干涉条纹清晰。5.在“偏振现象”实验中，偏振片的作用是改变光的频率。参考答案：×解析：偏振片改变光的振动方向，不改变频率。6.在“棱镜色散”实验中，若棱镜顶角增大，色散现象将更明显。参考答案：√解析：顶角增大导致偏向角增大，色散更显著。7.在“牛顿环”实验中，若用白光照射，则屏上观察到彩色圆环。参考答案：√解析：不同色光产生不同圆环，形成彩色图样。8.在“光栅衍射”实验中，光栅常数值越小，衍射现象越明显。参考答案：√解析：λ≈d时衍射显著，d减小更易满足条件。9.在“光导纤维”实验中，光纤包层折射率必须大于芯径折射率。参考答案：×解析：包层折射率必须小于芯径折射率，才能实现全反射。10.在“激光干涉”实验中，若两束激光光程差为λ/2，则观察到明纹。参考答案：√解析：相干条件Δ=λ/2时为明纹。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述“测量玻璃砖的折射率”实验的主要步骤。参考答案：（1）用直尺测量玻璃砖宽度AB；（2）在玻璃砖AB边画入射光线，过入射点作法线ON；（3）用量角器测量入射角θ1和折射角θ2；（4）重复测量多组θ1和θ2数据；（5）用折射定律计算折射率n=sinθ1/sinθ2。2.解释“用双缝干涉测量光的波长”实验中，为何要使用单色光？参考答案：多色光会产生多个干涉图样叠加，条纹重叠导致无法准确测量间距，单色光只有一个干涉图样，便于测量。3.简述“观察光的衍射现象”实验中，如何增大衍射现象的显著程度？参考答案：减小障碍物尺寸（如用更小圆孔）、减小光源波长、增大障碍物与屏距离。4.解释“全息照相”实验中，为何需要使用相干光源？参考答案：相干光源满足频率相同、相位差恒定条件，才能产生稳定的干涉条纹，记录全息图。5.简述“偏振现象”实验中，马吕斯定律的物理意义。参考答案：透射光强与偏振方向夹角余弦的平方成正比，I=I0cos²θ。6.解释“棱镜色散”实验中，为何不同色光偏向角不同？参考答案：不同色光频率不同，导致折射率不同，根据折射定律n=sinθ1/sinθ2，偏向角与折射率成正比。7.简述“牛顿环”实验中，如何测量透镜曲率半径？参考答案：测量多个暗环直径，用公式R=D²/(4kλ)计算。8.解释“光导纤维”实验中，全反射的条件是什么？参考答案：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.在“测量玻璃砖的折射率”实验中，测得入射角分别为30°、45°、60°时，折射角分别为20°、30°、40°，求该玻璃砖的折射率。参考答案：n1=sin30°/sin20°≈0.5/0.34≈1.47n2=sin45°/sin30°≈0.71/0.5≈1.42n3=sin60°/sin40°≈0.87/0.64≈1.36平均折射率n=(1.47+1.42+1.36)/3≈1.41。2.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，双缝间距为0.1mm，双缝到屏距离为1.2m，相邻亮条纹间距为1.5mm，求该光的波长。参考答案：λ=Δx•d/L=1.5×10-3m×0.1×10-3m/1.2m=1.25×10-7m=625nm。3.在“观察光的衍射现象”实验中，用波长为500nm的单色光照射直径为0.05mm的圆孔，若屏到孔距离为1m，求中央亮斑直径。参考答案：D=2.44λL/d=2.44×500×10-9m×1m/0.05×10-3m≈0.0122m=12.2mm。4.在“全息照相”实验中，若激光波长为632.8nm，记录介质离激光器距离为1.5m，干涉条纹间距为1.8μm，求双缝间距。参考答案：d=λL/Δx=632.8×10-9m×1.5m/1.8×10-6m=0.0536mm。5.在“偏振现象”实验中，若两偏振片偏振方向夹角为60°，入射光强为1W，求透射光强。参考答案：I=I0cos²60°=1W