2026光学试题及答案

2026光学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.光从折射率n1=1.5A.入射角大于30∘B.临界角约为41.8C.掠入射时反射光强最弱D.s波和p波的临界角不同2.一薄凸透镜在空气中焦距为10cm，玻璃折射率为1.5，若将其浸入折射率为4/3的水中，水中焦距约为（）A.10cmB.20cmC.40cmD.7.5cm3.在杨氏双缝干涉实验中，若将入射光从波长500nm的绿光换成600nm的红光，同时将屏幕到双缝的距离增大为原来的2倍，双缝间距保持不变，则相邻明纹间距变为原来的（）A.2.4倍B.1.2倍C.0.8倍D.3.6倍4.为减少玻璃表面的反射，在折射率n=1.5的玻璃表面镀一层氟化镁（A.99.6nmB.183nmC.275nmD.137.5nm5.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若单缝宽度为a，入射光波长为λ，则第一级暗纹对应的衍射角满足（）A.aB.aC.aD.a6.一光栅每毫米有500条刻痕，用波长500nm的单色光垂直入射，则最多能观察到的光谱级次是（）A.2B.3C.4D.57.一束光强为I0的自然光垂直入射到两个偏振化方向夹角为30A.IB.3C.ID.38.当自然光以布儒斯特角从空气入射到玻璃表面时，下列说法正确的是（）A.反射光为自然光，折射光为线偏振光B.反射光为振动方向垂直入射面的线偏振光，折射光为部分偏振光C.反射光和折射光均为线偏振光D.布儒斯特角满足sin9.激光的产生基于下列哪种核心物理效应？（）A.自发辐射B.受激吸收C.受激辐射D.受激布里渊散射10.单模光纤的“单模”是指（）A.只能传输一种波长的光B.只能传输一种偏振态的光C.只能传输基模（LP01模）D.只能传输一种光强的光二、填空题（每空1分，共20分）1.光在真空中的传播速度约为____m/s，最早通过实验测定光速的科学家是____（举出一位即可）。2.光从折射率为n1的介质入射到折射率为n2的介质界面，发生全反射的两个必要条件是____3.薄透镜的物方焦距与像方焦距的比值等于____；当透镜置于同一均匀介质中时，物方焦距与像方焦距大小____。4.杨氏双缝干涉属于____（填“分波前”或“分振幅”）干涉；平板玻璃的上下表面反射光干涉属于____干涉。5.用波长为λ的单色光垂直照射牛顿环装置，平凸透镜的曲率半径为R，则第k级暗环的半径为____；若平凸透镜与平板玻璃之间充入折射率为n的液体，则第k级暗环半径变为原来的____倍。6.单缝夫琅禾费衍射的明纹条件为____（用缝宽a、衍射角θ、波长λ和整数k表示）；中央明纹的宽度是其他各级明纹宽度的____倍。7.衍射光栅的光栅常数d是指____；光栅光谱的角色散率公式为____（用d、衍射角θ、级次k表示）。8.线偏振光垂直入射到1/4波片上，若入射光振动方向与波片光轴夹角为45∘，则出射光为____偏振光；若入射光为自然光，通过1/4波片后出射光为9.产生激光的两个必要条件是____和____。10.光在阶跃型光纤中传输的基本原理是____；与多模光纤相比，单模光纤的____色散可忽略，因此传输带宽更大、距离更远。三、简答题（每题5分，共20分）1.什么是光的半波损失？简述其产生条件。2.为什么日常生活中容易观察到声波的衍射现象，却难以观察到可见光的衍射现象？3.简述偏振光的三种基本类型及其振动特点。4.简述全息照相与普通照相的主要区别（至少答出5点）。四、计算题（每题10分，共40分）1.一薄凸透镜的焦距为20cm，在透镜左侧30cm处放置一个高度为2cm的实物，试求：（1）像的位置；（2）像的高度和横向放大率；（3）判断像的虚实、正倒。1其中f=20 cm，1解得v=60 （2）横向放大率定义为像高与物高的比值，公式为：m代入数值得：m像高y′（3）像距v>0，故为实像；放大率m<2.用波长为589.3nm的钠黄光垂直照射空气劈尖装置，测得相邻明纹的间距为0.1mm，若将劈尖内的空气换成折射率为1.33的水，求：（1）空气劈尖的劈尖角；（2）充水后相邻明纹的间距。θ（5分）（2）充水后介质折射率n2=1.33l代入数值计算得：l也可通过“劈尖角和波长不变时，相邻明纹间距与介质折射率成反比”的规律直接推导。（5分）3.用波长为600nm的单色光垂直入射到一平面透射光栅上，测得第二级主极大的衍射角为30∘（1）光栅常数d；（2）光栅缝的最小宽度a；（3）屏幕上最多能观察到多少条明纹（主极大）。d（3分）（2）第三级缺级，说明光栅第三级主极大与单缝衍射的某级暗纹重合。缺级条件为k=dak′要求最小缝宽a，取k′=1d（3分）（3）由光栅方程，衍射角满足|sin|k=±4对应衍射角±又因为第三级缺级（k=±34.在两个偏振化方向相互垂直的偏振片P1和P2之间插入第三个偏振片P3，光强为I（1）若P3的偏振化方向与P1成（2）若P3以入射光为轴匀速旋转，角速度为ωI（5分）（2）当P3以角速度ω旋转时，t时刻P3与P1I利用三角恒等式sin2I当sin2(2ωt)=1时，出射光强最大，最大光强为参考答案与解析一、单项选择题1.答案：B解析：全反射临界角满足sinθc=2.答案：C解析：根据透镜制造者公式，空气中焦距满足1/f=(n−13.答案：A解析：杨氏双缝相邻明纹间距公式为Δx=Dλ/d，其中4.答案：A解析：增透膜上下表面均为光疏到光密介质的反射，两束反射光均有半波损失，相对光程差无额外λ/2。反射相消条件为2nd=5.答案：A解析：单缝夫琅禾费衍射的暗纹条件为asinθ=kλ（k=±6.答案：B解析：光栅常数d=1 mm/500=2 μm=20007.答案：B解析：自然光通过第一个偏振片后变为线偏振光，光强减半为I0/28.答案：B解析：布儒斯特角入射时，反射光为振动方向垂直入射面的线偏振光，折射光为包含平行入射面振动为主的部分偏振光，故A、C错误，B正确；布儒斯特定律为tanθ9.答案：C10.答案：C解析：单模光纤的芯径很小（通常约9μm），只允许基模（LP01模）传输，避免了模间色散，适合长距离高速光通信。二、填空题1.答案：3×2.答案：n1>n3.答案：物方折射率与像方折射率的比值（或n14.答案：分波前；分振幅5.答案：kRλ6.答案：asin7.答案：相邻两缝对应点的间距（或相邻刻痕的间距）；D8.答案：圆；自然光9.答案：粒子数反转分布；光学谐振腔（或满足阈值条件）10.答案：光的全反射；模间（或模式）三、简答题1.答案：光从光疏介质入射到光密介质界面发生反射时，反射光的振动相位会产生π的突变，相当于光程增加（或减少）了半个波长，这种现象称为半波损失。（3分）产生条件：①入射光由光疏介质射向光密介质，且发生反射（折射光无半波损失）；（1分）②正入射（入射角接近0∘）或掠入射（入射角接近902.答案：衍射现象的显著程度与障碍物尺寸和波长的相对比值有关，当障碍物尺寸与波长相差不多或更小时，衍射现象明显。（2分）声波的波长范围约为1.7cm~17m，与日常生活中常见的障碍物（如门窗、墙壁）尺寸相当，因此容易观察到衍射；（2分）可见光的波长范围约为400~760nm，远小于日常障碍物的尺寸，因此衍射现象极不明显，难以直接观察。（1分）3.答案：偏振光的三种基本类型为线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。（2分）①线偏振光：光矢量的振动方向始终固定在同一平面内，振动方向不随时间变化；（1分）②圆偏振光：光矢量的大小不变，振动方向随时间匀速旋转，光矢量端点的轨迹为圆；（1分）③椭圆偏振光：光矢量的大小和振动方向都随时间变化，光矢量端点的轨迹为椭圆。（1分）4.答案：（答出任意5点即可得满分，每点1分）①成像原理不同：普通照相基于几何光学的透镜成像原理，全息照相基于光的干涉和衍射原理；②记录信息不同：普通照相只记录物光的振幅（光强）信息，全息照相同时记录物光的振幅和相位信息；③像的维度不同：普通照相得到的是二维平面像，全息照相得到的是三维立体像，具有视差效应；④底片特性不同：普通照相底片的每个点对应物体的一个局部，全息底片的任意碎片都能再现完整的物体像；⑤记录容量不同：普通照相一张底片只能记录一个像，全息照相可在同一张底片上叠加记录多个不同的像；⑥像的性质不同：普通照相的像为实像，全息照相的再现像通常为虚像，也可得到实像。四、计算题1.答案：（1）透镜右侧60cm处；（2）像高4cm，横向放大率为-2；（3）倒立、放大的实像。解析：本题采用实物距为正、实像距为正、凸透镜焦距为正的符号规则。（1）薄透镜成像公式为：2.答案：（1）约2.95×（2）约7.52×解析：劈尖干涉属于等厚干涉，垂直入射时，相邻明纹对应的介质厚度差为λ/(2n)，其中n为劈尖介质的折射率