光学计算题进阶测试题及详尽答案

光学计算题进阶测试题及详尽答案

一、单选题（每题2分，共20分）

1.透镜的焦距为10cm，物体放在距离透镜15cm处，则成像的位置和性质分别是（）（2分）A.成倒立放大的实像，像距大于20cmB.成倒立缩小的实像，像距小于20cmC.成正立放大的虚像，像距小于10cmD.成正立放大的实像，像距大于10cm【答案】B【解析】根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，u=15cm，f=10cm，计算得v=30cm物体位于焦距和两倍焦距之间，成倒立放大的实像，像距大于20cm

2.一束光线从空气斜射入水中，入射角为30°，则折射角的大小是（）（2分）A.30°B.45°C.60°D.小于30°【答案】D【解析】根据斯涅尔定律n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，空气折射率n₁≈1，水折射率n₂≈

1.33，计算得sinθ₂=

0.866，θ₂≈30°，但实际折射角小于入射角

3.某照相机的镜头焦距为50mm，若要拍摄距离相机3m的物体，则物距与像距的关系是（）（2分）A.物距大于两倍焦距，像距小于焦距B.物距小于焦距，像距大于两倍焦距C.物距大于两倍焦距，像距大于两倍焦距D.物距小于焦距，像距小于焦距【答案】C【解析】物距u=3m远大于焦距，根据透镜成像规律，成倒立缩小的实像，像距v介于焦距与两倍焦距之间

4.双缝干涉实验中，若将双缝间距变小，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】A【解析】干涉条纹间距Δx=λL/d，d为双缝间距，d变小，Δx变大

5.某透镜使物体成放大率为2的倒立实像，若物体移动到更靠近透镜的位置，则成像的性质将（）（2分）A.仍为倒立实像，放大率增大B.变为正立虚像，放大率减小C.仍为倒立实像，放大率减小D.变为正立实像，放大率增大【答案】A【解析】物体靠近透镜时，仍成倒立实像，但放大率随物距减小而增大

6.光的衍射现象说明（）（2分）A.光是粒子B.光是波C.光沿直线传播D.光的传播速度是恒定的【答案】B【解析】光的衍射是波特有的现象，证明光具有波动性

7.一束白光通过三棱镜后发生色散，说明（）（2分）A.不同色光的折射率不同B.白光不是单色光C.光的折射率与波长有关D.以上都是【答案】D【解析】白光色散是由于不同色光折射率不同导致的，折射率又与波长有关

8.某人透过放大镜看物体，看到的是放大的虚像，则该放大镜是（）（2分）A.凸透镜，物体在焦点内B.凸透镜，物体在焦点外C.凹透镜，物体在焦点内D.凹透镜，物体在焦点外【答案】A【解析】凸透镜在焦点内成正立放大的虚像

9.某人的眼睛近视，应配戴（）（2分）A.凸透镜B.凹透镜C.短焦透镜D.远视镜【答案】B【解析】近视眼需要凹透镜发散光线，使成像移到视网膜上

10.光的全反射条件是（）（2分）A.光从光密介质射入光疏介质B.入射角大于临界角C.入射角小于临界角D.A和B【答案】D【解析】全反射需要光从光密介质射入光疏介质且入射角大于临界角

二、多选题（每题4分，共20分）

1.以下哪些现象属于光的波动性表现？（）（4分）A.光的干涉B.光的衍射C.光的反射D.光的色散E.光的偏振【答案】A、B、E【解析】光的干涉、衍射和偏振是波特有的现象，反射和色散与粒子性无关

2.透镜成像规律中，以下说法正确的有（）（4分）A.凸透镜成实像时，物距增大，像距减小B.凹透镜始终成正立缩小的虚像C.凸透镜成虚像时，物体位于焦点内D.凹透镜成实像时，物体位于焦点外E.透镜成实像时一定是倒立的【答案】B、C、E【解析】凹透镜始终成正立缩小的虚像，凸透镜成虚像时物体在焦点内，透镜成实像时一定是倒立的

3.双缝干涉实验中，以下操作会使干涉条纹间距变大的有（）（4分）A.增大双缝间距B.减小双缝间距C.使用波长更长的光D.增大透镜到屏的距离E.使用波长更短的光【答案】B、C、D【解析】干涉条纹间距Δx=λL/d，d减小、λ增大、L增大都会使Δx变大

4.光学仪器中，以下哪些利用了凸透镜成像原理？（）（4分）A.照相机B.放大镜C.显微镜物镜D.望远镜物镜E.近视眼镜【答案】A、B、C、D【解析】照相机、放大镜、显微镜物镜和望远镜物镜都利用凸透镜成像原理，近视眼镜使用凹透镜

5.光的全反射现象在生活中的应用有（）（4分）A.光纤通信B.海市蜃楼C.水中潜望镜D.光盘读取E.玻璃筷子在水中看起来变弯【答案】A、C、D【解析】光纤通信、水中潜望镜和光盘读取利用全反射，海市蜃楼是折射现象，筷子变弯是折射引起的视错觉

三、填空题（每题4分，共20分）

1.凸透镜的焦距为20cm，物体放在距离透镜25cm处，则成像的位置是______cm，成像的性质是______、______的实像（4分）【答案】40；倒立；缩小【解析】根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，计算得v=40cm，物距大于两倍焦距，成倒立缩小的实像

2.光的色散是由于______不同导致的，红光的折射率______紫光（4分）【答案】不同色光的折射率；小于【解析】色散是由于不同色光折射率不同导致的，红光波长较长，折射率小于紫光

3.双缝干涉实验中，若双缝间距为

0.5mm，透镜到屏的距离为1m，使用波长为500nm的光，则干涉条纹间距为______mm（4分）【答案】1【解析】干涉条纹间距Δx=λL/d=500×10⁻⁹×1/

0.5×10⁻³=1mm

4.光的全反射临界角是______角的入射角，计算公式为______（4分）【答案】全反射；sinθc=1/n【解析】临界角是全反射的入射角，计算公式为sinθc=1/n，n为介质折射率

5.照相机镜头的焦距为50mm，若要拍摄距离相机

1.5m的物体，则物距与像距的关系是______，成像的放大率为______（4分）【答案】物距远大于两倍焦距，像距介于焦距与两倍焦距之间；小于1

四、判断题（每题2分，共10分）

1.凹透镜可以成放大的实像（）（2分）【答案】（×）【解析】凹透镜始终成正立缩小的虚像，不能成实像

2.光的衍射现象只在障碍物尺寸与光波波长相当或更小时发生（）（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.光的折射率与光的传播速度有关，速度越快，折射率越大（）（2分）【答案】（×）【解析】折射率n=c/v，v是光在介质中的速度，v越大，n越小

4.全息照相利用了光的干涉和衍射原理（）（2分）【答案】（√）【解析】全息照相记录和再现光波时利用了光的干涉和衍射原理

5.近视眼镜的镜片是凹透镜，远视眼镜的镜片是凸透镜（）（2分）【答案】（√）【解析】近视眼需要凹透镜发散光线，远视眼需要凸透镜会聚光线

五、简答题（每题5分，共15分）

1.简述凸透镜成像的规律（5分）【答案】凸透镜成像规律

（1）物距大于两倍焦距，成倒立缩小的实像，像距介于焦距与两倍焦距之间；

（2）物距等于两倍焦距，成倒立等大的实像，像距等于两倍焦距；

（3）物距介于焦距与两倍焦距之间，成倒立放大的实像，像距大于两倍焦距；

（4）物距等于焦距，无像；

（5）物距小于焦距，成正立放大的虚像，像距大于物距

2.解释为什么用放大镜看物体时，物体需要放在焦点内？（5分）【答案】用放大镜看物体时，需要将物体放在焦点内，因为

（1）凸透镜在焦点内成正立放大的虚像；

（2）物体位于焦点内时，光线经过透镜后发散，延长反向延长线相交形成放大的虚像；

（3）只有物体在焦点内，才能看到放大的虚像，否则会看到倒立的实像或无法成像

3.简述光纤通信的原理及其优点（5分）【答案】光纤通信原理

（1）利用光的全反射原理，将光信号在光纤中传输；

（2）光在光纤中不断全反射，几乎不泄漏，信号传输距离远；

（3）光纤由高纯度石英制成，损耗小，带宽高优点

（1）传输损耗小，信号衰减小；

（2）带宽高，传输速率快；

（3）抗干扰能力强，不受电磁干扰；

（4）保密性好，不易被窃听；

（5）体积小，重量轻，便于铺设

六、分析题（每题10分，共20分）

1.分析为什么海市蜃楼现象通常出现在炎热的沙漠或海面上？（10分）【答案】海市蜃楼现象分析

（1）海市蜃楼是光的折射现象，由于空气密度不均匀导致光线弯曲；

（2）在炎热的沙漠或海面上，地面被太阳加热，空气温度垂直分布不均匀，形成上冷下热的气温梯度；

（3）冷空气密度大，热空气密度小，光线在不同密度的空气层中发生折射；

（4）当远处物体的光线经过这种密度不均匀的空气层时，发生连续折射，光线弯曲，使物体像抬升到空中或倒影在地面上；

（5）通常上层冷空气使光线向下折射，下层热空气使光线向上折射，形成上下颠倒的景象

2.分析为什么全息照相能够记录和再现物体的三维信息？（10分）【答案】全息照相三维信息分析

（1）全息照相利用激光的相干性，记录物体光波的振幅和相位信息；

（2）激光束分成两束，一束直接照射全息底片（参考光），另一束照射物体（物光）；

（3）物光和参考光在全息底片上发生干涉，形成复杂的干涉条纹，记录了光波的振幅和相位信息；

（4）再现时用与参考光相同的光束照射全息底片，底片上的干涉条纹使光波发生衍射，形成物体的三维像；

（5）观察者从不同角度观察时，看到的是物体从不同角度发出的光波，如同观察真实物体一样，具有立体感

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.某实验小组进行凸透镜成像实验，测得凸透镜焦距为10cm，实验数据如下表所示请分析数据并回答以下问题

（1）当物距为30cm时，成像的位置和性质是什么？

（2）当物距为5cm时，成像的位置和性质是什么？

（3）分析物距变化对成像位置和性质的影响规律（25分）|物距u/cm|像距v/cm|成像性质||----------|----------|----------||30||||20|20|倒立等大实像||15|30|倒立放大实像||10|无像|||8|40|倒立放大实像||5|||【答案】

（1）当物距为30cm时根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，f=10cm，u=30cm，计算得v=15cm成像位置像距为15cm成像性质物距大于两倍焦距，成倒立缩小的实像

（2）当物距为5cm时根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，f=10cm，u=5cm，计算得v=-10cm成像位置像距为-10cm成像性质物距小于焦距，成正立放大的虚像

（3）物距变化对成像位置和性质的影响规律

①物距大于两倍焦距（u20cm），成倒立缩小的实像，像距介于焦距与两倍焦距之间（fu2f）；

②物距等于两倍焦距（u=20cm），成倒立等大的实像，像距等于两倍焦距（v=2f）；

③物距介于焦距与两倍焦距之间（fu2f），成倒立放大的实像，像距大于两倍焦距（v2f）；

④物距等于焦距（u=f），无像；

⑤物距小于焦距（uf），成正立放大的虚像，像距大于物距（vu）

2.某人眼睛的近点距离为25cm，远点距离为1m，需要配戴怎样的眼镜才能看清远处物体？（25分）【答案】

（1）近点距离为25cm，说明该人看近处物体需要将物体放在25cm处才能看清，说明该人是近视眼；

（2）远点距离为1m，说明该人看远处物体需要将物体放在1m处才能看清，说明该人近视度数为近视度数=100cm/远点距离=100cm/1m=100度；

（3）需要配戴凹透镜矫正，凹透镜度数为100度，才能使该人看清远处物体；

（4）凹透镜能使光线发散，将成像移到视网膜上，矫正近视眼标准答案

一、单选题

1.B

2.D

3.C

4.A

5.A

6.B

7.D

8.A

9.B

10.D

二、多选题

1.A、B、E

2.B、C、E

3.B、C、D

4.A、B、C、D

5.A、C、D

三、填空题

1.40；倒立；缩小

2.不同色光的折射率；小于

3.

14.全反射；sinθc=1/n

5.物距远大于两倍焦距，像距介于焦距与两倍焦距之间；小于1

四、判断题

1.（×）

2.（√）

3.（×）

4.（√）

5.（√）

五、简答题

1.凸透镜成像规律

（1）物距大于两倍焦距，成倒立缩小的实像，像距介于焦距与两倍焦距之间；

（2）物距等于两倍焦距，成倒立等大的实像，像距等于两倍焦距；

（3）物距介于焦距与两倍焦距之间，成倒立放大的实像，像距大于两倍焦距；

（4）物距等于焦距，无像；

（5）物距小于焦距，成正立放大的虚像，像距大于物距

2.用放大镜看物体时，需要将物体放在焦点内，因为

（1）凸透镜在焦点内成正立放大的虚像；

（2）物体位于焦点内时，光线经过透镜后发散，延长反向延长线相交形成放大的虚像；

（3）只有物体在焦点内，才能看到放大的虚像，否则会看到倒立的实像或无法成像

3.光纤通信原理

（1）利用光的全反射原理，将光信号在光纤中传输；

（2）光在光纤中不断全反射，几乎不泄漏，信号传输距离远；

（3）光纤由高纯度石英制成，损耗小，带宽高优点

（1）传输损耗小，信号衰减小；

（2）带宽高，传输速率快；

（3）抗干扰能力强，不受电磁干扰；

（4）保密性好，不易被窃听；

（5）体积小，重量轻，便于铺设

六、分析题

1.海市蜃楼现象分析

（1）海市蜃楼是光的折射现象，由于空气密度不均匀导致光线弯曲；

（2）在炎热的沙漠或海面上，地面被太阳加热，空气温度垂直分布不均匀，形成上冷下热的气温梯度；

（3）冷空气密度大，热空气密度小，光线在不同密度的空气层中发生折射；

（4）当远处物体的光线经过这种密度不均匀的空气层时，发生连续折射，光线弯曲，使物体像抬升到空中或倒影在地面上；

（5）通常上层冷空气使光线向下折射，下层热空气使光线向上折射，形成上下颠倒的景象

2.全息照相三维信息分析

（1）全息照相利用激光的相干性，记录物体光波的振幅和相位信息；

（2）激光束分成两束，一束直接照射全息底片（参考光），另一束照射物体（物光）；

（3）物光和参考光在全息底片上发生干涉，形成复杂的干涉条纹，记录了光波的振幅和相位信息；

（4）再现时用与参考光相同的光束照射全息底片，底片上的干涉条纹使光波发生衍射，形成物体的三维像；

（5）观察者从不同角度观察时，看到的是物体从不同角度发出的光波，如同观察真实物体一样，具有立体感

七、综合应用题

1.凸透镜成像实验分析

（1）当物距为30cm时根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，f=10cm，u=30cm，计算得v=15cm成像位置像距为15cm成像性质物距大于两倍焦距，成倒立缩小的实像

（2）当物距为5cm时根据透镜成像公式1/f=1/v+1/u，f=10cm，u=5cm，计算得v=-10cm成像位置像距为-10cm成像性质物距小于焦距，成正立放大的虚像

（3）物距变化对成像位置和性质的影响规律

①物距大于两倍焦距（u20cm），成倒立缩小的实像，像距介于焦距与两倍焦距之间（fu2f）；

②物距等于两倍焦距（u=20cm），成倒立等大的实像，像距等于两倍焦距（v=2f）；

③物距介于焦距与两倍焦距之间（fu2f），成倒立放大的实像，像距大于两倍焦距（v2f）；

④物距等于焦距（u=f），无像；

⑤物距小于焦距（uf），成正立放大的虚像，像距大于物距（vu）

2.近视眼镜配戴分析

（1）近点距离为25cm，说明该人看近处物体需要将物体放在25cm处才能看清，说明该人是近视眼；

（2）远点距离为1m，说明该人看远处物体需要将物体放在1m处才能看清，说明该人近视度数为近视度数=100cm/远点距离=100cm/1m=100度；

（3）需要配戴凹透镜矫正，凹透镜度数为100度，才能使该人看清远处物体；

（4）凹透镜能使光线发散，将成像移到视网膜上，矫正近视眼。