2026年大学光学试验题库及答案

2026年大学光学试验题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.分光计调整中，望远镜调焦到无穷远的标志是？A.从望远镜中看到清晰的狭缝像B.从望远镜中看到清晰的十字叉丝像C.从望远镜中看到双面反射镜反射回来的十字叉丝像与叉丝重合，且无视差D.从望远镜中看到清晰的光栅谱线答案：C解析：望远镜调焦到无穷远时，平行光会恰好会聚在叉丝平面上。此时由双面反射镜反射回来的十字叉丝像（平行光成像）会与叉丝完全重合，且移动眼睛时两者无相对位移（无视差）。2.迈克尔逊干涉仪实验中，等倾干涉条纹的典型特点是？A.等间距的平行直条纹B.中心疏、边缘密的同心圆环C.中心密、边缘疏的同心圆环D.条纹形状随反射镜倾角随机变化答案：B解析：等倾干涉的光程差满足Δ=2dcosθ，其中θ为入射光与法线的夹角。越靠近条纹中心，θ越小，cos3.杨氏双缝干涉实验中，若将整个装置浸入清水中，干涉条纹间距将如何变化？A.变大B.变小C.不变D.无法判断答案：B解析：条纹间距公式为Δx=Lλd4.全息照相实验中，拍摄全息图时利用的核心光学原理是？A.光的干涉B.光的衍射C.光的折射D.光的偏振答案：A解析：全息照相通过物光与参考光的干涉，将物光的振幅和相位信息以干涉条纹的形式记录在感光材料上；再现过程利用的是光的衍射原理。5.单缝夫琅禾费衍射实验中，若同时增大单缝宽度和入射光波长，则中央明纹的宽度将？A.一定变大B.一定变小C.保持不变D.变化不确定答案：D解析：中央明纹宽度公式为Δx=2fλa，其中a为缝宽，6.分光计实验中，“各半调节法”的主要作用是？A.使望远镜调焦到无穷远B.使平行光管出射平行光C.使望远镜光轴与分光计中心轴垂直D.使载物台完全水平答案：C解析：各半调节法通过反复调整望远镜俯仰螺钉和载物台调平螺钉，使双面反射镜正反两面的十字反射像都与上叉丝重合，最终使望远镜光轴与分光计中心转轴垂直。7.牛顿环实验中，若测量的是暗环的弦长而非直径，最终测得的曲率半径结果将？A.偏大B.偏小C.无影响D.无法确定答案：C解析：设弦长为lm，弦到圆心的距离为h，则由勾股定理得(lm8.迈克尔逊干涉仪实验中，若观察到等倾条纹不断向中心收缩，则动镜M1与定镜像M2′A.增大B.减小C.不变D.无法判断答案：B解析：等倾干涉中心对应级次最高，满足2d=kλ。当d减小时，最高级次k减小，条纹不断向中心“陷入”；每陷入1条条纹，9.阿贝成像原理实验中，物为一维光栅，若在频谱面上挡住除0级外的所有衍射级，像面上将看到？A.与原物完全相同的光栅像B.均匀亮区，无条纹结构C.对比度下降的光栅像D.条纹间距变大的光栅像答案：B解析：0级衍射对应物的直流分量（平均亮度），高级次衍射对应物的细节信息。仅保留0级时，像面只有均匀照明，无法形成条纹结构。10.劈尖干涉实验中，若劈尖的上表面整体向上平移，干涉条纹将？A.向棱边方向移动，间距不变B.向远离棱边方向移动，间距不变C.向棱边方向移动，间距变小D.向远离棱边方向移动，间距变大答案：A解析：劈尖条纹间距为Δl=λ二、填空题（每空1分，共20分）1.分光计主要由____、____、载物台和读数装置四部分组成。答案：望远镜、平行光管2.牛顿环实验中，读数显微镜的鼓轮需沿同一方向转动，是为了消除______误差。答案：空程（或回程）3.实验室常用迈克尔逊干涉仪的粗调手轮分度值为____mm，微调鼓轮分度值为____mm。答案：0.01、0.00014.若光栅每毫米刻线数为N，则光栅常数d的表达式为______（mm）。答案：d5.偏振光实验中，当入射的线偏振光振动方向与光轴夹角不为0°或90°时，经过______波片后会出射椭圆偏振光。答案：1/46.单缝夫琅禾费衍射中，中央明纹的宽度是其他各级明纹宽度的______倍。答案：27.全息照相的再现过程利用的是光的______原理。答案：衍射8.杨氏双缝干涉实验中，其他条件不变时减小双缝间距d，干涉条纹间距将______（填“变大”“变小”或“不变”）。答案：变大9.劈尖干涉中，相邻两条暗纹对应的空气层厚度差为______（用入射波长λ表示）。答案：λ10.分光计实验中，平行光管出射平行光的标志是______。答案：狭缝像与望远镜叉丝无视差（或狭缝像清晰成在望远镜叉丝平面上）11.牛顿环实验中通常测量暗环而非亮环，主要原因是______。答案：暗环边界清晰，便于对准（或暗条纹细锐，测量误差小）12.光栅衍射实验中，若左右两侧谱线不等高，说明______。答案：光栅刻痕与分光计中心轴不平行（或光栅未竖直放置）13.验证马吕斯定律实验中，当起偏器与检偏器偏振化方向夹角为60°时，透射光强与入射到检偏器的光强之比为______。答案：1414.阿贝成像原理认为，光学成像的第一步是物的衍射在频谱面上形成______，第二步是频谱分量的干涉形成物像。答案：衍射斑（或频谱、夫琅禾费衍射图样）15.牛顿环实验中采用逐差法处理数据，主要是为了消除______带来的系统误差。答案：透镜与平板玻璃接触形变（或附加光程差、零级级数不确定）16.分光计的读数装置设置两个对称游标的目的是消除______误差。答案：刻度盘偏心（或偏心）17.用1/4波片产生圆偏振光时，入射的线偏振光振动方向与波片光轴的夹角应为______度。答案：4518.全息照相实验中，为保证物光与参考光的相干性，应使两者的光程差______（填“尽量大”或“尽量小”）。答案：尽量小三、判断题（每题1分，共10分）1.分光计调整时，必须先调平载物台，再调整望远镜。答案：错误解析：分光计调整需以望远镜为基准，先调整望远镜（调焦、光轴垂直中心轴），再调整平行光管和载物台。2.读数显微镜的视差是由于待测物的像与叉丝不在同一平面导致的。答案：正确3.迈克尔逊干涉仪的等厚干涉条纹是平行于两反射镜交棱的等间距直条纹。答案：正确4.光栅衍射中，光栅常数越小，同一级谱线的衍射角越大。答案：正确解析：由光栅方程dsinθ=kλ，k和λ不变时，d5.1/2波片可以将线偏振光的振动方向旋转，旋转角度等于入射光振动方向与光轴的夹角。答案：错误解析：1/2波片会使出射线偏振光的振动方向相对于入射光旋转2θ，其中θ6.单缝夫琅禾费衍射实验中，增大单缝到接收屏的距离，中央明纹宽度会变小。答案：错误解析：中央明纹宽度Δx=2Lλ7.全息照相拍摄时，物光与参考光的光强比越大，全息图的衍射效率越高。答案：错误解析：物光与参考光的光强比过大时，干涉条纹对比度下降，全息图的衍射效率会降低，通常光强比控制在1:1到1:10之间。8.杨氏双缝干涉实验中，在其中一条缝后贴偏振片，干涉条纹的对比度会下降。答案：正确解析：两束相干光的振动方向不再完全平行，只有平行分量参与干涉，因此条纹对比度下降。9.劈尖干涉中，增大劈尖的夹角，条纹间距会变大。答案：错误解析：条纹间距Δl=λ10.光学实验中，光学元件的通光表面不能用手直接触摸，以免留下污渍影响光学性能。答案：正确四、简答题（每题5分，共20分）1.简述分光计调整的主要步骤及各步骤的目的。答案：(1)望远镜调焦到无穷远：采用自准直法，调节望远镜焦距使双面反射镜的十字反射像与叉丝无视差，目的是使望远镜能够接收平行光。（1.5分）(2)调整望远镜光轴与分光计中心轴垂直：采用各半调节法，反复调整望远镜俯仰和载物台调平螺钉，使双面镜正反两面的十字反射像都与上叉丝重合，目的是使望远镜光轴与仪器转轴垂直。（2分）(3)调整平行光管：先调节平行光管焦距使狭缝像与望远镜叉丝无视差（出射平行光），再调节平行光管俯仰使狭缝像被中心叉丝平分（光轴与望远镜共线），目的是使出射平行光且光轴与中心轴垂直。（1.5分）解析：分光计调整需遵循“先望远镜、后平行光管与载物台”的顺序，自准直法和各半调节法是核心操作方法，确保后续角度测量的准确性。2.牛顿环实验中，若发现中心是亮斑而非暗斑，试分析可能原因，并说明对曲率半径测量结果是否有影响及原因。答案：可能原因：平凸透镜与平板玻璃之间存在尘埃或接触压力不足，导致中心处空气层厚度不为零，附加光程差使中心满足明纹条件。（2分）对曲率半径测量结果无影响。（1分）原因：采用逐差法处理环直径的平方差时，附加光程差会在平方差运算中抵消，公式Dm解析：本题考查牛顿环实验的系统误差分析，逐差法的核心作用就是消除接触形变、附加光程差等带来的级数不确定问题，只要保证测量环的级数差准确即可。3.如何用一个偏振片和一块1/4波片区分自然光、线偏振光和圆偏振光？写出主要步骤和判断依据。答案：(1)第一步：仅将偏振片置于光路中，旋转偏振片观察透射光强变化：•若光强有强弱变化且存在消光位置，为线偏振光；（1.5分）•若光强始终不变，为自然光或圆偏振光。（1分）(2)第二步：对光强不变的情况，在偏振片前加入1/4波片，再次旋转偏振片观察：•若光强仍无变化，为自然光；（1.5分）•若光强出现变化且有消光位置，为圆偏振光。（1分）解析：圆偏振光经过1/4波片后会转化为线偏振光，因此旋转偏振片会出现消光；而自然光各方向振动无固定相位差，经过1/4波片后仍为自然光，旋转偏振片光强不变。4.光栅衍射实验中，若发现左右两侧的光谱线倾斜（不在同一水平线上），试分析原因并说明调整方法。答案：原因：光栅刻痕方向与分光计中心转轴不平行（光栅未竖直放置），导致各级衍射谱线高度不一致。（2分）调整方法：调节载物台上垂直于光栅平面的调平螺钉，改变光栅的竖直倾角，直到左右两侧各级谱线都与望远镜叉丝的水平线重合（等高）。（3分）解析：调整时注意不要转动载物台的水平方位，避免破坏光栅平面与入射光的垂直状态，仅调整光栅刻痕的竖直度即可。五、计算与数据处理题（每题15分，共30分）1.用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径，入射光为钠黄光，波长λ=暗环级数m567891011121314直径D2.1252.4522.7232.9683.1893.3953.5873.7693.9414.105采用逐差法（按5级间隔分组）处理数据，求：(1)暗环直径平方差的平均值Dm(2)平凸透镜的曲率半径R（单位：mm，保留3位有效数字）；（6分）(3)若读数显微镜的仪器误差限为0.004 答案：(1)计算各级暗环直径的平方（单位：mm2）：D52=4.516，D62=6.012，D72=7.415，D82=8.809，D92=10.170D(2)由牛顿环公式Dm2−R(3)仪器误差的标准不确定度u(由误差传递公式，y=u取平均量级D1≈3.8 mm相对不确定度：ur解析：逐差法可以充分利用实验数据，减小偶然误差，同时消除牛顿环中心附加光程差的系统误差。误差传递时需注意直径平方的灵敏度系数为2D，仪器误差按均匀分布评定时除以32.用分光计测量某透射光栅的光栅常数，已知入射光为钠黄光，波长λ=589.3 nm。实验测得第1级谱线的左右衍射角分别为θ1+=(1)该光栅的光