2025年大学《物理学》专业题库—— 光学原理在物理学中的应用.docxVIP

2025年大学《物理学》专业题库——光学原理在物理学中的应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内。每小题3分，共30分）

1.一束光从空气射入玻璃，下列哪个量一定保持不变？

A.光的频率

B.光的波长

C.光的传播速度

D.折射率

2.在杨氏双缝干涉实验中，若用白光光源替换单色光光源，则在屏幕上观察到的现象是：

A.干涉条纹变密

B.干涉条纹变疏

C.出现彩色的干涉条纹

D.干涉条纹消失

3.光的衍射现象表明：

A.光是粒子性的

B.光是横波

C.光具有波动性

D.光速是恒定的

4.在迈克耳孙干涉仪实验中，若其中一个反射镜移动了λ/4的距离，则观察到的干涉条纹将：

A.移动λ/4的距离

B.移动λ/2的距离

C.移动λ的距离

D.不发生移动

5.下列哪种光学元件不能产生色散现象？

A.棱镜

B.平面镜

C.玻璃砖

D.圆柱透镜

6.光子晶体是一种具有周期性介电常数或折射率分布的材料，其主要应用领域之一是：

A.滤光片

B.光纤

C.光子开关

D.以上都是

7.激光的产生利用了光子的：

A.波粒二象性

B.能量量子化

C.相干性

D.色散现象

8.在量子光学中，squeezedstates是指：

A.光子数被压缩的状态

B.光子数被放大的状态

C.光强被压缩的状态

D.光强被放大的状态

9.光学显微镜的分辨率主要受限于：

A.光的频率

B.光的波长

C.物镜的放大倍数

D.目镜的放大倍数

10.吸收光谱的产生是由于：

A.原子发射光子

B.原子吸收光子

C.光在介质中发生衍射

D.光在介质中发生反射

二、填空题（请将答案填在横线上。每空3分，共30分）

1.光在真空中传播的速度约为_______。

2.光的干涉现象是_______相叠加的结果。

3.光的衍射现象中，障碍物越小，衍射现象越_______。

4.偏振现象是_______振动的光才具有的现象。

5.惠更斯原理可以用来解释光的_______和_______。

6.激光器通常由_______、谐振腔和_______三部分组成。

7.光子晶体能够控制光的传播，因此被称为_______。

8.光谱分析可以根据物质的_______来确定其化学成分。

9.扫描隧道显微镜（STM）利用了_______原理进行成像。

10.光在从光密介质进入光疏介质时，折射角_______入射角。

三、计算题（请写出必要的公式、推导过程和计算结果。每题10分，共30分）

1.一束单色光从空气以60°的入射角射入折射率为1.5的玻璃砖。求：（1）折射角；（2）光在玻璃砖中的传播速度。

2.在杨氏双缝干涉实验中，双缝间距为0.5mm，缝到屏幕的距离为1m，使用波长为500nm的单色光。求：（1）相邻亮纹或暗纹的间距；（2）第三级亮纹的位置。

3.一束平行光垂直入射到每毫米有500条刻线的光栅上。求：（1）该光栅的光栅常数；（2）当使用波长为600nm的光照射时，第一级衍射光的衍射角。

四、简答题（请简洁明了地回答下列问题。每题8分，共24分）

1.简述光的色散现象及其物理原因。

2.与普通光源相比，激光有哪些主要特点？

3.简述光子晶体在控制光传播方面的独特作用。

五、论述题（请结合具体实例，深入分析下列问题。共16分）

论述光学原理在凝聚态物理研究中的一些重要应用，例如在材料表征、器件制造或基础物理现象探索方面的具体体现。

试卷答案

一、选择题

1.A

解析思路：光从一种介质进入另一种介质时，频率由光源决定，保持不变；波长和波速会因介质折射率的变化而改变。

2.C

解析思路：白光包含多种波长的光，不同波长的光产生干涉条纹的间距不同，导致屏幕上出现彩色的干涉条纹。

3.C

解析思路：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，这是波特有的性质，表明光具有波动性。

4.B

解析思路：根据迈克耳孙干涉仪原理，移动一个反射镜的距离Δd对应于光程差变化2Δd，观察到移动的条纹数目N=2Δd/λ。当Δd=λ/4