物理光学考研试题及答案

物理光学考研试题及答案整理

一、单选题（每题2分，共20分）

1.在杨氏双缝实验中，若将两缝之间的距离逐渐增大，则屏上干涉条纹的间距将（）（2分）A.增大B.减小C.不变D.无法确定【答案】B【解析】根据杨氏双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d，其中λ为光的波长，L为缝到屏的距离，d为两缝间距，可知d增大时，Δx减小

2.光的衍射现象说明（）（2分）A.光的波动性B.光的粒子性C.光的电磁性D.光的量子性【答案】A【解析】光的衍射是波特有的现象，当光通过狭缝或小孔时会发生偏离直线传播的现象，这表明光具有波动性

3.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若减小缝宽，则中央亮纹的宽度将（）（2分）A.增大B.减小C.不变D.无法确定【答案】A【解析】根据单缝衍射公式Δx=2λL/d，其中λ为光的波长，L为缝到屏的距离，d为缝宽，可知d减小时，Δx增大

4.光的偏振现象说明（）（2分）A.光的粒子性B.光的波动性C.光的电磁性D.光的量子性【答案】B【解析】光的偏振是横波特有的现象，表明光波的电场矢量振动方向具有特定的方向性，这是波动性的重要特征

5.某种透明材料的折射率为n，当光从空气入射到该材料时，临界角θc为（）（2分）A.arcsinnB.arcsin1/nC.arccosnD.arccos1/n【答案】B【解析】根据全反射临界角公式sinθc=1/n，θc=arcsin1/n

6.下列哪种光不能发生干涉现象？（）（2分）A.可见光B.红外光C.紫外光D.伦琴射线【答案】D【解析】干涉现象是波动的特征，伦琴射线是高能电磁波，其波动性不明显，难以发生干涉

7.在迈克尔逊干涉仪实验中，若反射镜M2移动距离为Δd，则视场中干涉条纹移动数目为（）（2分）A.2Δd/λB.Δd/λC.λ/2ΔdD.λΔd/2【答案】A【解析】根据迈克尔逊干涉仪条纹移动公式N=2Δd/λ，其中λ为光的波长

8.光的衍射极限分辨率公式为（）（2分）A.Δx=λL/dB.Δx=λd/LC.Δx=2λL/dD.Δx=2λd/L【答案】A【解析】光的衍射极限分辨率公式为Δx=λL/d，其中λ为光的波长，L为缝到屏的距离，d为缝宽

9.在光栅衍射实验中，若光栅常数为d，入射光波长为λ，则第k级主极大的衍射角满足（）（2分）A.dsinθ=kλB.dsinθ=λ/kC.sinθ=kλ/dD.sinθ=λd/k【答案】A【解析】光栅衍射公式为dsinθ=kλ，其中k为衍射级数

10.下列哪种偏振片属于线偏振片？（）（2分）A.半波片B.1/4波片C.起偏器D.检偏器【答案】C【解析】起偏器（偏振片）可以将自然光转换为线偏振光

二、多选题（每题4分，共20分）

1.以下哪些现象是光的波动性表现？（）（4分）A.光的干涉B.光的衍射C.光的偏振D.光的反射E.光的折射【答案】A、B、C【解析】光的干涉、衍射和偏振是波动的特征现象，而光的反射和折射是光的传播特性，不特指波动性

2.光的全反射条件包括（）（4分）A.光从光密介质到光疏介质B.入射角大于临界角C.入射角小于临界角D.光从光疏介质到光密介质E.光的波长影响临界角【答案】A、B【解析】光的全反射条件包括光从光密介质到光疏介质且入射角大于临界角

3.下列哪些仪器利用了光的干涉原理？（）（4分）A.迈克尔逊干涉仪B.牛顿环C.光栅衍射仪D.偏振片E.薄膜干涉仪【答案】A、B、E【解析】迈克尔逊干涉仪、牛顿环和薄膜干涉仪都利用了光的干涉原理，光栅衍射仪利用衍射原理，偏振片利用偏振原理

4.光的偏振态包括（）（4分）A.自然光B.线偏振光C.圆偏振光D.椭圆偏振光E.横偏振光【答案】A、B、C、D【解析】光的偏振态包括自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，横偏振光是描述偏振方向的术语

5.光栅衍射的特点包括（）（4分）A.主极大明纹亮度高B.衍射条纹间距与波长成反比C.存在缺级现象D.衍射角与缝宽成反比E.衍射条纹对称分布【答案】A、B、C、E【解析】光栅衍射的特点包括主极大明纹亮度高、衍射条纹间距与波长成反比、存在缺级现象和衍射条纹对称分布，衍射角与缝宽成反比不准确

三、填空题（每题4分，共16分）

1.光的干涉现象中，相长干涉的条件是两束光波到达相遇点的相位差为______（4分）【答案】2kπ（k为整数）【解析】相长干涉的条件是两束光波到达相遇点的相位差为2kπ，即波峰与波峰或波谷与波谷相遇

2.单缝夫琅禾费衍射实验中，当缝宽d减小时，中央亮纹的宽度将______（4分）【答案】增大【解析】根据单缝衍射公式Δx=2λL/d，缝宽d减小时，中央亮纹宽度增大

3.光的偏振态包括自然光、______、______和______（4分）【答案】线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光【解析】光的偏振态包括自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光

4.光栅衍射实验中，若光栅常数为d，入射光波长为λ，则第k级主极大的衍射角满足______（4分）【答案】dsinθ=kλ【解析】光栅衍射公式为dsinθ=kλ，其中k为衍射级数

四、判断题（每题2分，共10分）

1.两个振动方向相互垂直且相位差恒定的偏振光可以形成椭圆偏振光（）（2分）【答案】（√）【解析】两个振动方向相互垂直且相位差恒定的偏振光可以形成椭圆偏振光

2.光的衍射现象只能在缝宽与光波波长相当或更小的情况下发生（）（2分）【答案】（√）【解析】光的衍射现象在缝宽与光波波长相当或更小的情况下更为明显

3.光的干涉现象是波动的特征现象（）（2分）【答案】（√）【解析】光的干涉是波动的特征现象，表明光具有波动性

4.光的全反射只能发生在光从光密介质到光疏介质的过程中（）（2分）【答案】（√）【解析】光的全反射只能发生在光从光密介质到光疏介质的过程中，且入射角大于临界角

5.光栅衍射的条纹间距与光栅常数成反比（）（2分）【答案】（√）【解析】光栅衍射的条纹间距与光栅常数成反比，即光栅常数越小，条纹间距越大

五、简答题（每题4分，共12分）

1.简述杨氏双缝实验的原理及其主要现象（4分）【答案】杨氏双缝实验是通过两狭缝使单色光产生干涉的现象主要现象包括在屏上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光的波长、缝到屏的距离及缝间距有关

2.解释什么是光的偏振，并简述偏振片的原理（4分）【答案】光的偏振是指光波的电场矢量振动方向具有特定的方向性偏振片通过选择性地允许某一方向振动的光通过，将自然光转换为线偏振光

3.简述光栅衍射的原理及其主要特点（4分）【答案】光栅衍射是通过光栅上的大量狭缝使光发生衍射和干涉的现象主要特点包括主极大明纹亮度高、衍射条纹间距与波长成反比、存在缺级现象和衍射条纹对称分布

六、分析题（每题10分，共20分）

1.分析迈克尔逊干涉仪的工作原理及其在测量中的应用（10分）【答案】迈克尔逊干涉仪通过两束光的光程差变化产生干涉条纹移动其工作原理包括光源发出的光被分束镜分成两束，分别射向两个反射镜，反射后再次相遇产生干涉在测量中，通过观察干涉条纹的移动数目可以测量微小长度变化，如折射率、薄膜厚度等

2.分析光的全反射现象及其应用（10分）【答案】光的全反射是光从光密介质到光疏介质时，当入射角大于临界角时完全反射的现象其应用包括光纤通信、全反射棱镜等光纤通信利用全反射原理，使光信号在光纤中传输，减少信号衰减；全反射棱镜用于光学系统中，改变光路方向

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.在杨氏双缝实验中，使用波长为λ的单色光，缝到屏的距离为L，两缝间距为d若屏上观察到第k级明纹的位置距离中心明纹为x，求k级明纹的位置x与λ、L、d的关系（25分）【答案】根据杨氏双缝干涉公式，第k级明纹的位置满足x=kλL/d具体推导如下设双缝到屏上第k级明纹的距离为x，则两束光的光程差为kλ根据几何关系，有tanθ≈x/L，其中θ为衍射角根据光程差公式kλ=dsinθ，结合tanθ≈sinθ，得到kλ=dx/L，即x=kλL/d

2.在光栅衍射实验中，使用光栅常数为d的光栅，入射光波长为λ，缝到屏的距离为L若屏上观察到第k级主极大的衍射角为θ，求k级主极大的衍射角θ与λ、d的关系（25分）【答案】根据光栅衍射公式，第k级主极大的衍射角满足dsinθ=kλ具体推导如下设光栅上的狭缝间距为d，入射光波长为λ，第k级主极大的衍射角为θ根据光栅衍射公式，有dsinθ=kλ解出sinθ=kλ/d，即θ=arcsinkλ/d---标准答案

一、单选题

1.B

2.A

3.A

4.B

5.B

6.D

7.A

8.A

9.A

10.C

二、多选题

1.A、B、C

2.A、B

3.A、B、E

4.A、B、C、D

5.A、B、C、E

三、填空题

1.2kπ（k为整数）

2.增大

3.线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光

4.dsinθ=kλ

四、判断题

1.（√）

2.（√）

3.（√）

4.（√）

5.（√）

五、简答题

1.杨氏双缝实验是通过两狭缝使单色光产生干涉的现象主要现象包括在屏上出现明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光的波长、缝到屏的距离及缝间距有关

2.光的偏振是指光波的电场矢量振动方向具有特定的方向性偏振片通过选择性地允许某一方向振动的光通过，将自然光转换为线偏振光

3.光栅衍射是通过光栅上的大量狭缝使光发生衍射和干涉的现象主要特点包括主极大明纹亮度高、衍射条纹间距与波长成反比、存在缺级现象和衍射条纹对称分布

六、分析题

1.迈克尔逊干涉仪通过两束光的光程差变化产生干涉条纹移动其工作原理包括光源发出的光被分束镜分成两束，分别射向两个反射镜，反射后再次相遇产生干涉在测量中，通过观察干涉条纹的移动数目可以测量微小长度变化，如折射率、薄膜厚度等

2.光的全反射是光从光密介质到光疏介质时，当入射角大于临界角时完全反射的现象其应用包括光纤通信、全反射棱镜等光纤通信利用全反射原理，使光信号在光纤中传输，减少信号衰减；全反射棱镜用于光学系统中，改变光路方向

七、综合应用题

1.根据杨氏双缝干涉公式，第k级明纹的位置满足x=kλL/d具体推导如下设双缝到屏上第k级明纹的距离为x，则两束光的光程差为kλ根据几何关系，有tanθ≈x/L，其中θ为衍射角根据光程差公式kλ=dsinθ，结合tanθ≈sinθ，得到kλ=dx/L，即x=kλL/d

2.根据光栅衍射公式，第k级主极大的衍射角满足dsinθ=kλ具体推导如下设光栅上的狭缝间距为d，入射光波长为λ，第k级主极大的衍射角为θ根据光栅衍射公式，有dsinθ=kλ解出sinθ=kλ/d，即θ=arcsinkλ/d。