光学竞赛特色试题及答案大全

光学竞赛特色试题及答案大全

一、单选题

1.下列哪项不属于光的衍射现象？（）（2分）A.泊松亮斑B.光的直线传播C.单缝衍射D.光的偏振【答案】B【解析】光的直线传播是几何光学的基本定律，不属于光的衍射现象其他选项均为光的波动性表现

2.双缝干涉实验中，若将双缝间距逐渐增大，则干涉条纹的间距将（）（2分）A.变大B.变小C.不变D.无法确定【答案】B【解析】根据干涉条纹间距公式Δx=λL/d，双缝间距d增大，条纹间距Δx减小

3.全息照相利用了光的哪种特性？（）（2分）A.直线传播B.反射C.干涉和衍射D.偏振【答案】C【解析】全息照相基于光的干涉和衍射原理记录和再现物体波前

4.下列哪种光学元件不能改变光的传播方向？（）（2分）A.透镜B.棱镜C.反射镜D.分束器【答案】D【解析】分束器主要用于将光束分成多束，不改变光束的传播方向其他选项均可改变光的传播路径

5.光在真空中传播的速度约为（）（2分）A.3×10^8m/sB.3×10^5m/sC.3×10^7m/sD.3×10^9m/s【答案】A【解析】光在真空中的速度为约3×10^8米每秒

6.下列哪种现象是由光的色散引起的？（）（2分）A.海市蜃楼B.光的偏振C.彩虹D.光的衍射【答案】C【解析】彩虹是阳光通过水滴发生色散形成的，其他选项分别涉及折射、光的偏振和衍射现象

7.光的波粒二象性最早由谁提出？（）（2分）A.爱因斯坦B.牛顿C.惠更斯D.菲涅尔【答案】A【解析】爱因斯坦在解释光电效应时提出了光的波粒二象性

8.下列哪种光学元件具有会聚作用？（）（2分）A.凹透镜B.凸面镜C.凹面镜D.凸透镜【答案】D【解析】凸透镜具有会聚光线的作用，而凹透镜、凸面镜和凹面镜均具有发散作用

9.光栅衍射实验中，若入射光波长减小，则衍射条纹的间距将（）（2分）A.变大B.变小C.不变D.无法确定【答案】B【解析】根据光栅方程dsinθ_i±sinθ_m=mλ，波长λ减小，衍射条纹间距减小

10.下列哪种光学现象与光的偏振有关？（）（2分）A.折射B.全反射C.双折射D.偏振【答案】D【解析】偏振现象直接与光的偏振特性有关，而折射、全反射和双折射涉及光的折射和反射

二、多选题（每题4分，共20分）

1.以下哪些属于光的波动性表现？（）A.干涉B.衍射C.偏振D.直线传播E.色散【答案】A、B、C【解析】干涉、衍射和偏振是光的波动性表现，直线传播是几何光学特性，色散涉及光的波长与折射率关系

2.全息照相与普通照相的区别有哪些？（）A.全息照相记录光的振幅和相位B.全息照相需要参考光C.全息照相可立体再现D.全息照相需要单色光E.全息照相可放大图像【答案】A、B、C、D【解析】全息照相记录光的全部信息（振幅和相位），需要参考光、单色光，并可实现立体再现，但图像放大通常需要特殊设计

3.以下哪些现象与光的色散有关？（）A.彩虹B.海市蜃楼C.玻璃棱镜分光D.光在水中传播速度变化E.光谱分析【答案】A、C、E【解析】彩虹、玻璃棱镜分光和光谱分析均与光的色散有关，海市蜃楼涉及折射，光在水中速度变化涉及折射率

4.以下哪些光学元件具有会聚作用？（）A.凸透镜B.凹面镜C.凸面镜D.凹透镜E.柱面镜【答案】A、B【解析】凸透镜和凹面镜具有会聚作用，凸面镜、凹透镜和柱面镜具有发散作用

5.以下哪些因素会影响光的衍射现象？（）A.光源大小B.障碍物尺寸C.光的波长D.观察距离E.光的偏振状态【答案】A、B、C、D【解析】光源大小、障碍物尺寸、光的波长和观察距离均会影响光的衍射现象，光的偏振状态不直接影响衍射

三、填空题

1.光的干涉现象中，两束光波必须满足______、______和______三个条件才能发生稳定的干涉【答案】频率相同（相干）、振动方向相同、相位差恒定（4分）

2.光在介质中传播的速度v与真空中光速c的关系为______，其中n为介质的______【答案】v=c/n、折射率（4分）

3.全息照相中，记录光的______和______信息，通过______再现物体【答案】振幅、相位、衍射波（4分）

4.光的偏振现象表明光波是______波，偏振片的作用是______【答案】横、选择性地通过某一方向的光波（4分）

5.光栅衍射实验中，光栅常数d与衍射条纹间距Δx的关系为______【答案】dsinθ_i±sinθ_m=mλ（4分）

四、判断题

1.全息照相不需要单色光即可进行（）（2分）【答案】（×）【解析】全息照相需要单色光以记录光的相位信息

2.光的衍射现象只有在障碍物尺寸与光波波长相当或更小的情况下才会显著（）（2分）【答案】（√）【解析】衍射现象显著的条件是障碍物尺寸与光波波长相当或更小

3.凸透镜和凹透镜均可改变光的传播方向（）（2分）【答案】（√）【解析】凸透镜和凹透镜均通过折射改变光的传播方向

4.光的偏振现象表明光波是纵波（）（2分）【答案】（×）【解析】偏振现象表明光波是横波，纵波无法发生偏振

5.光在介质中传播速度总是比在真空中慢（）（2分）【答案】（√）【解析】光在介质中的传播速度v=c/n，其中n1，因此vc

五、简答题（每题4分，共20分）

1.简述光的干涉现象及其条件【答案】光的干涉是指两列或多列光波在空间相遇时，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱的现象发生稳定干涉的条件包括频率相同、振动方向相同、相位差恒定【解析】干涉现象的核心是相长和相消叠加，条件是相干性要求

2.简述全息照相的原理及其特点【答案】全息照相基于光的干涉和衍射原理，记录光的振幅和相位信息，通过衍射波再现物体特点包括立体成像、可放大图像、信息量高【解析】全息照相的核心是记录和再现光波的全部信息

3.简述光的色散现象及其成因【答案】光的色散是指白光通过介质（如棱镜）后分解为不同颜色的单色光的现象成因是不同颜色的光在介质中的折射率不同，导致偏折角度不同【解析】色散的物理本质是色散率与波长的关系

4.简述光的衍射现象及其特点【答案】光的衍射是指光绕过障碍物或通过小孔后偏离直线传播的现象特点包括与波长和障碍物尺寸有关、存在明暗条纹、可验证光的波动性【解析】衍射是波动特有的现象，与几何光学不同

5.简述光的偏振现象及其特点【答案】光的偏振是指光波的振动方向限定在某一特定平面内的现象特点包括表明光波是横波、可通过偏振片控制透射光、用于减振、立体电影等应用【解析】偏振是横波特有的现象，纵波无法偏振

六、分析题（每题10分，共20分）

1.分析双缝干涉实验中，改变哪些条件会影响干涉条纹的间距【答案】双缝干涉条纹间距公式为Δx=λL/d改变以下条件会影响条纹间距

（1）光源波长λλ增大，Δx增大

（2）双缝到屏幕距离L L增大，Δx增大

（3）双缝间距d d减小，Δx增大【解析】公式分析是关键，涉及三个变量的影响

2.分析全息照相与普通照相的原理和区别【答案】全息照相基于光的干涉和衍射原理，记录光的振幅和相位信息，通过衍射波再现物体普通照相仅记录光的振幅信息，无法立体再现区别包括

（1）记录信息全息照相记录全部信息，普通照相记录部分信息

（2）成像方式全息照相通过衍射波成像，普通照相通过透镜成像

（3）成像效果全息照相立体，普通照相平面【解析】原理和区别是核心，涉及技术细节和效果对比

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.某实验中，使用双缝干涉装置测量光波波长已知双缝间距d=

0.5mm，双缝到屏幕距离L=1m，观察到第3级明纹位置x=

3.5mm求光波波长【答案】根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d，第3级明纹位置x=3Δx，所以Δx=x/3=

3.5mm/3=

1.167mm代入公式λ=Δxd/L=

1.167mm×

0.5mm/1000mm=

5.835×10^-7m=

583.5nm【解析】公式应用和计算是关键，涉及多个步骤的推导和单位转换

2.某全息照相实验中，使用波长λ=600nm的单色光，光栅常数d=

0.02mm求第1级和第2级衍射条纹的衍射角【答案】根据光栅方程dsinθ_i±sinθ_m=mλ，第1级（m=1）衍射角sinθ_1=λ/d=600nm/

0.02mm=

0.03，θ_1≈

1.72°第2级（m=2）衍射角sinθ_2=2λ/d=

0.06，θ_2≈

3.58°【解析】公式应用和计算是关键，涉及不同级次的计算和角度转换---标准答案

一、单选题

1.A

2.B

3.C

4.D

5.A

6.C

7.A

8.D

9.B

10.D

二、多选题

1.A、B、C

2.A、B、C、D

3.A、C、E

4.A、B

5.A、B、C、D

三、填空题

1.频率相同、振动方向相同、相位差恒定

2.v=c/n、折射率

3.振幅、相位、衍射波

4.横、选择性地通过某一方向的光波

5.dsinθ_i±sinθ_m=mλ

四、判断题

1.（×）

2.（√）

3.（√）

4.（×）

5.（√）

五、简答题

1.光的干涉现象是指两列或多列光波在空间相遇时，某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱的现象发生稳定干涉的条件包括频率相同、振动方向相同、相位差恒定

2.全息照相基于光的干涉和衍射原理，记录光的振幅和相位信息，通过衍射波再现物体特点包括立体成像、可放大图像、信息量高

3.光的色散是指白光通过介质（如棱镜）后分解为不同颜色的单色光的现象成因是不同颜色的光在介质中的折射率不同，导致偏折角度不同

4.光的衍射是指光绕过障碍物或通过小孔后偏离直线传播的现象特点包括与波长和障碍物尺寸有关、存在明暗条纹、可验证光的波动性

5.光的偏振是指光波的振动方向限定在某一特定平面内的现象特点包括表明光波是横波、可通过偏振片控制透射光、用于减振、立体电影等应用

六、分析题

1.双缝干涉条纹间距公式为Δx=λL/d改变以下条件会影响条纹间距

（1）光源波长λλ增大，Δx增大；

（2）双缝到屏幕距离L L增大，Δx增大；

（3）双缝间距d d减小，Δx增大

2.全息照相基于光的干涉和衍射原理，记录光的振幅和相位信息，通过衍射波再现物体普通照相仅记录光的振幅信息，无法立体再现区别包括

（1）记录信息全息照相记录全部信息，普通照相记录部分信息；

（2）成像方式全息照相通过衍射波成像，普通照相通过透镜成像；

（3）成像效果全息照相立体，普通照相平面

七、综合应用题

1.根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d，第3级明纹位置x=3Δx，所以Δx=x/3=

3.5mm/3=

1.167mm代入公式λ=Δxd/L=

1.167mm×

0.5mm/1000mm=

5.835×10^-7m=

583.5nm

2.根据光栅方程dsinθ_i±sinθ_m=mλ，第1级（m=1）衍射角sinθ_1=λ/d=600nm/

0.02mm=

0.03，θ_1≈

1.72°第2级（m=2）衍射角sinθ_2=2λ/d=

0.06，θ_2≈

3.58°。