2026年人教版高中物理选修光学第7章习题集

2026年人教版高中物理选修光学第7章习题集一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在进行光的干涉实验时，若用单色光照射双缝，观察到干涉条纹间距为Δx。现改用频率更高的单色光，其他条件不变，则干涉条纹的间距将如何变化？A.变大B.变小C.不变D.无法确定解析：根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λL/d，其中λ为光的波长，L为双缝到屏的距离，d为双缝间距。频率更高的单色光对应波长λ减小，因此Δx将变小。选项B正确。2.某同学用牛顿环装置测量平凸透镜的曲率半径，观察到第m级暗环的半径为rm，第m+5级暗环的半径为rm+5。已知光波长为λ，透镜与平板接触处为理想接触，则透镜的曲率半径R为多少？A.rm(m+5)/4λB.rm(m+5)/2λC.rm(m+5)/3λD.rm(m+5)/5λ解析：牛顿环暗环半径公式为rm＝√(mλR)，则rm+5＝√((m+5)λR)。两式平方相除得(m+5)/m＝(rm+5)²/rm²，解得R＝rm(m+5)/4λ。选项A正确。3.一束光从空气射入玻璃砖，入射角为30°，折射角为22°。若将该光束以临界角入射到水面上，则光在水面发生全反射的条件是临界角大于多少？A.30°B.22°C.arcsin(1/1.33)D.arcsin(1.5/1.33)解析：玻璃砖的折射率n＝sin30°/sin22°≈1.33。全反射条件为光从光密介质射向光疏介质，临界角θc＝arcsin(1/n)≈48°。水面的临界角需大于48°，选项C正确。4.某人透过焦距为10cm的凸透镜观察物体，物距为15cm，则成像距离为多少？成像性质如何？A.30cm，倒立放大实像B.15cm，正立放大虚像C.7.5cm，倒立缩小实像D.10cm，正立放大虚像解析：根据透镜公式1/f＝1/u＋1/v，v＝(fu)/(u-f)＝(10×15)/(15-10)＝30cm。因u＞f且v＞u，成像为倒立放大实像。选项A正确。5.用衍射光栅观察单色光衍射时，若光栅常数为1.2×10⁻⁶m，要观察到第三级明纹，光的波长应满足什么条件？A.λ＞3.6×10⁻⁷mB.λ＜3.6×10⁻⁷mC.λ＝3.6×10⁻⁷mD.λ＝4.8×10⁻⁷m解析：光栅衍射明纹条件为dsinθ＝kλ，第三级明纹k＝3，sinθ＜1，λ＜d/3＝4×10⁻⁷m。选项B正确。6.某激光器发射波长为632.8nm的红光，若用该激光照射直径为0.1mm的小圆孔，则屏上观察到衍射图样的中央亮斑直径约为多少？A.1.28mmB.2.56mmC.5.12mmD.10.24mm解析：中央亮斑直径D＝2.44λL/d，假设L＝1m，d＝0.1×10⁻³m，D＝2.44×632.8×10⁻⁹×1/0.1×10⁻³≈1.56mm。选项A最接近。7.一束自然光以45°角射到玻璃水面，反射光和折射光之间的相位差为多少？A.0°B.90°C.180°D.360°解析：自然光反射后偏振，反射光和折射光振动方向垂直，相位差为π。选项C正确。8.用分光计测量棱镜的折射率，测得最小偏向角为δm，棱镜顶角为A，则折射率n为多少？A.sin(δm/2)/sin(A/2)B.cos(δm/2)/cos(A/2)C.sin(A/2)/sin(δm/2)D.cos(A/2)/cos(δm/2)解析：最小偏向角公式n＝sin((A+δm)/2)/sin(A/2)。选项A正确。9.某全息照相实验中，使用波长为500nm的激光记录，再现时用600nm的激光照射，则观察到衍射图样的变化是？A.条纹间距变大B.条纹间距变小C.条纹亮度增强D.条纹消失解析：全息图记录物光和参考光干涉条纹，再现时条纹间距λ'＞λ，条纹间距变大。选项A正确。10.某光纤的纤芯折射率为1.5，包层折射率为1.46，该光纤的数值孔径NA为多少？A.0.04B.0.06C.0.08D.0.10解析：NA＝√(n₁²-n₂²)＝√(1.5²-1.46²)≈0.08。选项C正确。二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.在杨氏双缝干涉实验中，双缝间距为0.4mm，双缝到屏距离为1.2m，若用波长为589.3nm的光照射，则相邻亮纹间距为______mm。参考答案：0.174解析：Δx＝λL/d＝589.3×10⁻⁹×1.2/0.4×10⁻³＝0.1764mm。2.牛顿环中，若透镜曲率半径为1m，用波长为500nm的光照射，则第5级暗环的半径为______mm。参考答案：5.0解析：rm＝√(mλR)＝√(5×500×10⁻⁹×1)≈0.0707mm。3.光从空气射入折射率为n的介质，发生全反射的条件是入射角大于______。参考答案：arcsin(1/n)解析：全反射临界角θc＝arcsin(1/n)。4.凸透镜的焦距为f，物体放在2f处，则成像距离为______，成像性质为______。参考答案：f；倒立缩小实像解析：根据透镜公式1/f＝1/u＋1/v，v＝2f。5.光栅衍射中，若光栅常数为1.2×10⁻⁶m，要观察到第二级明纹，光的波长λ应满足______。参考答案：λ＜7.2×10⁻⁷m解析：dsinθ＝kλ，k＝2，sinθ＜1，λ＜d/2＝6×10⁻⁷m。6.衍射极限情况下，直径为d的小圆孔的衍射图样中央亮斑半径与波长λ、孔径d的关系为______。参考答案：1.22λL/d解析：中央亮斑直径D＝2.44λL/d，近似为1.22λL/d。7.自然光以θ角入射到偏振片上，透射光强为入射光强的50%，则透射光为______光。参考答案：线偏振解析：马吕斯定律I＝I₀cos²θ，θ＝45°，透射光为线偏振。8.分光计测量棱镜折射率时，若测得最小偏向角为30°，棱镜顶角为60°，则折射率n为______。参考答案：1.73解析：n＝sin((A+δm)/2)/sin(A/2)＝sin(45°)/sin(30°)≈1.73。9.全息照相记录的是物光和参考光的______条纹。参考答案：干涉解析：全息图记录物光和参考光干涉形成的条纹。10.光纤通信中，纤芯折射率为n₁，包层折射率为n₂，数值孔径NA的计算公式为______。参考答案：√(n₁²-n₂²)解析：NA＝√(n₁²-n₂²)。三、判断题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）1.光的干涉现象是光的波动性的重要证据，但光的衍射现象不能证明光的波动性。参考答案：×解析：衍射同样是光的波动性证据，与干涉并列。2.牛顿环中，中心接触点为暗斑，这是由于透镜和平板接触处空气层厚度为零，产生半波损失。参考答案：√解析：中心暗斑由两束光相位差π产生。3.光从光密介质射向光疏介质时，折射角总是大于入射角。参考答案：√解析：根据折射定律n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂，n₁＞n₂时sinθ₂＞sinθ₁，θ₂＞θ₁。4.凸透镜的焦距越短，其会聚能力越强。参考答案：√解析：焦距f越短，1/f越大，透镜强度越强。5.光栅衍射中，当衍射角增大到一定程度时，所有k级明纹都会消失。参考答案：√解析：sinθ＝kλ/d，当sinθ＞1时，k级明纹消失。6.偏振片只能使自然光变为线偏振光，不能使线偏振光变为自然光。参考答案：×解析：线偏振光通过偏振片后仍为线偏振光，但光强减半。7.全息照相的再现光必须与记录时使用的参考光完全相同。参考答案：×解析：再现光只需满足λ相同且满足衍射条件即可。8.光纤通信中，数值孔径越大，光纤的集光能力越强。参考答案：√解析：NA越大，光纤接受光锥角度越大，集光能力越强。9.光的衍射现象中，衍射孔径越小，中央亮斑越亮。参考答案：×解析：孔径越小，中央亮斑亮度越低，但衍射效应越明显。10.分光计测量折射率时，必须精确测量最小偏向角，顶角测量误差对结果无影响。参考答案：×解析：顶角测量误差会直接影响折射率计算结果。四、简答题（本大题共8小题，每小题2分，共16分）1.简述杨氏双缝干涉实验中，改变哪些条件可以增大相邻亮纹间距。参考答案：（1）增大双缝到屏的距离L；（2）增大双缝间距d；（3）使用波长更长的光。2.牛顿环中，若透镜与平板间存在空气间隙，如何判断是空气层还是玻璃层更厚？参考答案：通过观察干涉条纹疏密变化判断。若空气间隙增大，条纹间距增大，则空气层更厚；反之，玻璃层更厚。3.解释全反射现象的物理原理，并说明全反射的应用。参考答案：全反射原理：光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角，折射光线消失，全部能量反射回原介质。应用：光纤通信、棱镜倒装望远镜等。4.凸透镜成像时，物距u与像距v之间存在什么关系？如何根据物距判断成像性质？参考答案：关系：1/f＝1/u＋1/v。成像性质判断：（1）u＞2f，倒立缩小实像；（2）f＜u＜2f，倒立放大实像；（3）u＜f，正立放大虚像。5.光栅衍射与单缝衍射有何区别？参考答案：（1）光栅衍射是大量狭缝的衍射叠加，产生明纹更亮、更窄；（2）单缝衍射是单一狭缝衍射，明纹强度相对较弱；（3）光栅可产生更高级次明纹，单缝衍射无高级次明纹。6.偏振现象说明光的什么性质？如何产生线偏振光？参考答案：说明光的横波性。产生方法：（1）反射起偏（布儒斯特角）；（2）折射起偏；（3）偏振片选择振动方向。7.全息照相与普通照相有何根本区别？参考答案：（1）全息照相记录物光和参考光的干涉条纹，普通照相记录光强分布；（2）全息照相可立体再现，普通照相二维成像；（3）全息图对角度敏感，普通照片不敏感。8.光纤通信中，为什么需要使用包层材料？参考答案：包层折射率略低于纤芯，形成全反射边界，防止光信号泄露；同时保护纤芯，提高传输效率。五、应用题（本大题共8小题，每小题4分，共24分）1.某杨氏双缝干涉实验中，双缝间距为0.4mm，双缝到屏距离为1.2m，现用钠光灯（λ≈589.3nm）照射，求相邻亮纹间距，并说明如何通过实验测量该间距。参考答案：（1）计算：Δx＝λL/d＝589.3×10⁻⁹×1.2/0.4×10⁻³≈1.764×10⁻³m＝1.764mm；（2）测量方法：用刻度尺测量屏上相邻亮纹中心距离，除以亮纹数量减1。2.牛顿环实验中，用波长为500nm的光照射，测得第5级暗环半径为2.0mm，求透镜的曲率半径。参考答案：rm＝√(mλR)，R＝rm²/(mλ)＝(2.0×10⁻³)²/(5×500×10⁻⁹)≈8.0m。3.光从空气射入折射率为1.5的玻璃砖，入射角为30°，求折射角，并计算全反射的临界角。参考答案：（1）折射角θ₂＝arcsin(sin30°/1.5)≈19.5°；（2）全反射临界角θc＝arcsin(1/1.5)≈41.8°。4.凸透镜焦距为10cm，物体放在15cm处，求成像位置和性质，并画出光路图。参考答案：（1）成像位置：v＝(fu)/(u-f)＝(10×15)/(15-10)＝30cm；（2）成像性质：倒立放大实像；（3）光路图：从物体射向透镜两条光线，一条过光心，一条平行主轴，交于像点。5.光栅衍射中，光栅常数为1.2×10⁻⁶m，用500nm的单色光照射，求第二级明纹的衍射角。参考答案：sinθ＝kλ/d＝2×500×10⁻⁹/1.2×10⁻⁶≈0.833，θ≈56.3°。6.自然光以60°角入射到偏振片上，求透射光强占入射光强的比例。参考答案：I＝I₀cos²θ＝I₀cos²60°＝0.25I₀。7.全息照相实验中，使用波长为632.8nm的激光记录，若再现时用700nm的激光，能否观察到清晰的像？为什么？参考答案：不能。再现时λ'＞λ，条纹间距增大，超出衍射极限，无法形成清晰像。8.光纤通信中，某光纤纤芯折射率为1.48，包层折射率为1.45，求该光纤的数值孔径及最大接受角。参考答案：（1）NA＝√(1.48²-1.45²)≈0.22；（2）最大接受角θ＝arcsin(NA)≈12.7°。【标准答案及解析】一、单项选择题1.B