高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光6 光的偏振 激光随堂练习题

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基础巩固
选择题(第1~8题为单选题,第9题为多选题)
1.在演示双缝干涉的实验时,常用激光作光源,这主要是应用激光的什么特性( )
A.亮度高B.平行性好
C.相干性好D.波动性好
答案C
2.利用激光束来切割各种物质,是利用激光的( )
A.相干性好的特点
B.方向性好、平行度高的特点
C.亮度高的特点
D.单色性好的特点
答案C
3.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛。下列关于激光的叙述正确的是( )
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.激光也是自然界的产物
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
答案D
解析激光属于电磁波,电磁波为横波,选项A错误。频率相同的激光在不同介质中频率不变,但波速不同,由v=λf可知波长也不同,选项B错误。激光是原子受激辐射产生的光,自然界中的发光体不能发出激光,选项C错误。利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离,选项D正确。
4.关于自然光和偏振光,以下说法正确的是( )
A.自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,但是沿各个方向振动的光的强度可以不相同
B.偏振光是在垂直于传播方向上,只沿着某一特定方向振动的光
C.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光,偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D.晚上月亮光是自然光
答案B
解析光源发出的光,沿着各个方向振动的光的强度都相同的光,叫作自然光。沿某个特定方向振动的光叫作偏振光,故选项A错误,B正确。偏振光不能通过偏振片还原为自然光,选项C错误。月亮光是偏振光,选项D错误。
5.关于光的偏振现象,下列说法正确的是( )
A.光的偏振现象说明光是纵波
B.拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰
C.一束自然光通过某偏振片时,只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过
D.一束自然光入射到两种介质的分界面上,只有当反射光与折射光线之间夹角恰好是90°时,反射光是偏振光
答案B
解析光的偏振现象说明光是横波,故选项A错误。拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰,这是利用光的偏振现象,故选项B正确。振动方向和透振方向垂直的光不能通过偏振片,故选项C错误。反射光是偏振光,与折射光、反射光之间的夹角是否等于90°无关,故选项D错误。
6.如图所示,两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上,再通过偏振片Q。现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°,下列说法正确的是( )
A.M、N间为偏振光
B.P、Q间为自然光
C.P、Q间的光逐渐变暗
D.光屏N上的光逐渐变暗
答案D
解析M、P间为自然光,P、N间为偏振光,故选项A、B错误;P、Q间亮度不变,光屏上亮度逐渐变暗,故选项C错误,D正确。
7.在杨氏双缝干涉实验装置的双缝后面各放置一个偏振片,若两个偏振片的透振方向互相垂直,则( )
A.光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度减小
B.光屏上仍有干涉条纹,但亮条纹的亮度增大
C.干涉条纹消失,但仍有光射到光屏上
D.干涉条纹消失,光屏上一片黑暗
答案C
解析因两偏振片的透振方向互相垂直,所以经双缝和偏振片透过去的两列光的振动方向不相同,因此不满足相干条件,不发生干涉,故没有条纹出现,选项A、B错误。但仍有光透过去,所以仍有光射在屏上,只是一般的叠加,选项C正确,D错误。
8.夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼,严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向正好与对面汽车发出的灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置,如下措施可行的是( )
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的
B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
答案D
解析此题要求自己车灯发出的光经反射后仍能进入自己眼中,而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平,从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过窗玻璃,司机面前将是一片漆黑,选项A错误;若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直,则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼,选项B错误;若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°,则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内,却可以透射进对面车内,选项C错误,D正确。
9.关于光的偏振现象及应用,下列说法正确的是( )
A.全息照相利用了光的偏振现象
B.在照相机镜头前加一个增透膜,可以增加透射光强度,这是利用了光的偏振现象
C.拍摄玻璃橱窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度
D.观看3D电影时戴上特制的眼镜会产生立体感觉,这是利用了光的偏振现象
答案CD
解析全息照相的拍摄利用了光的干涉原理,故选项A错误。照相机镜头前加一个增透膜,可以增加透射光强度,这是利用了光的干涉现象,故选项B错误。拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加一个偏振片,让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直,从而减弱反射光的强度,故选项C正确。戴上特制的眼镜观看3D电影会产生立体视觉,是利用光的偏振现象,在两只眼睛中产生视觉差,故选项D正确。
能力提升
一、选择题(第1~2题为单选题,第3~5题为多选题)
1.如图所示,灯泡S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,看不到光亮。下列措施可以使人在P处看到光亮的是( )
A.以过S和P的直线为轴将A转过60°
B.以过S和P的直线为轴将B转过180°
C.平移偏振片A、B使其互换位置
D.将光源S由灯泡更换为太阳光
答案A
解析自然光沿各个方向的振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从灯泡直接发出的光为自然光,此时看不到光亮,则两偏振片透振方向相互垂直,以过S和P的直线为轴将A转过60°,则两偏振片透振方向不再相互垂直,则可看见光亮,故选项A正确。以过S和P的直线为轴将B转过180°,两偏振片透振方向仍相互垂直,仍看不见光亮,故选项B错误。平移偏振片A、B使其互换位置,两偏振片透振方向仍相互垂直,仍看不见光亮,故选项C错误。将光源S由灯泡更换为太阳光,仍为自然光,两偏振片透振方向仍相互垂直,仍看不见光亮,故选项D错误。
2.偏振光通过不加电压的液晶时,光的偏振方向会被液晶旋转,这种性质叫液晶的旋光性。用人工方法也可以产生旋光效应,其中最重要的是磁致旋光效应。当偏振光沿着(或逆着)磁场方向透过样品时,偏振方向会旋转一个角度α。实验表明,磁致旋光效应有如下规律:①对于给定的介质,偏振方向转过的角度α与样品的长度l和磁感应强度B的乘积成正比,即α=klB,k为比例系数。②偏振光沿着磁场方向通过样品,逆着光的传播方向看,偏振方向顺时针转过一个角度;逆着磁场方向通过样品,逆着光的传播方向看,偏振方向逆时针转过一个角度。利用磁致旋光的这一特点可以制成光隔离器,即只允许光从一个方向通过而不能从反方向通过。现使一束激光(偏振光)通过一偏振片(偏振方向与透振方向平行),沿着磁场方向通过某一样品后垂直射到一玻璃砖,会有部分光反射,如图所示。为了消除反射光对前面装置的影响,那么所加磁场至少多大[已知该种样品的k=15°/(cm·T),样品的长度l为3 cm,玻璃砖反射不改变偏振方向]( )
A.0.5 T
B.1 T
C.1.5 T
D.2 T
答案B
解析向右传播,通过样品后,从左往右看,激光偏振方向逆时针转过klB角度,通过玻璃砖反射回来,向左传播通过样品后,偏振方向继续逆时针转过klB角度,所以总共转过2klB角度。为了不能透过偏振片,那么2klB至少是90°,所以B=1 T。故选项B正确,A、C、D错误。
3.下图是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置,检偏器的透振方向与起偏器的相同。一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而使偏振光的偏振方向发生变化,光接收器接收的光照强度就会变化。关于这种温度计的工作原理,正确的说法是( )
A.到达检偏器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光照强度就会越小,表示温度变化越大
B.到达检偏器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光照强度就会越小,表示温度变化越小
C.到达检偏器的光的偏振方向变化越小,光接收器所接收的光照强度就会越大,表示温度变化越小
D.到达检偏器的光的偏振方向变化越大,光接收器所接收的光照强度就会越大,表示温度变化越大
答案AC
解析温度变化越大,光纤的各个物理参量变化越大,光的偏振方向变化越大,光接收器接收的光照强度会越小,故选项A、C正确,B、D错误。
4.下图是立体电影的工作原理图,观众戴上一副特殊的眼镜就能看到由立体电影放出的立体图像。关于立体电影,以下说法正确的是( )
A.观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B.这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C.戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看,则银幕上只是一片光亮而无图像
D.产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时,在视网膜上形成的像并不完全相同
答案BD
解析放立体电影时有左右两架放映机同时工作,如题图所示,在每架放映机前装有一块偏振镜子,其偏振方向互相垂直,因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直,这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不改变,观众眼睛所戴的偏振眼镜的两只镜片偏振方向互相垂直,且左眼镜片跟左边放映机前偏振镜的偏振方向一致,这样,左眼只能看到左边放映机映出的画面,右眼只能看到右边放映机映出的画面,两眼看到的画面略有差别,因而产生立体感。因此选项B、D正确。
5.鉴别奶粉的质量,奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标,可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度,从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后,偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α,这一角度α称为“旋光度”,α的值只与糖溶液的浓度有关,将α的测量值与标准值相比较,就能确定被测样品的含糖量了。如图所示,S是自然光源,A、B是偏振片,转动B,使到达O处的光最强,然后将被测样品P置于A、B之间,则下列说法正确的是( )
A.到达O处光的强度会明显减弱
B.到达O处光的强度不会明显减弱
C.将偏振片B转动一个角度,使得O处光的强度仍为最大,偏振片B转过的角度等于α
D.将偏振片A转动一个角度,使得O处光的强度仍为最大,偏振片A转过的角度等于α
答案ACD
解析自然光通过偏振片后得到垂直于光的传播方向与偏振片的透振方向平行的偏振光,该偏振光经被测样品后,其偏振方向发生了偏转,即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α,到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致,故O处光的强度会明显减弱,故选项A正确,B错误;若将A或B转动一个角度,使得O处光的强度仍为最大,说明它们转过的角度等于α,故选项C、D正确。
二、非选择题
6.一束光由真空入射到平面玻璃上,当其折射角为30°时,反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直),由此可以计算出玻璃的折射率是多少?此时的入射角称为起偏角,也叫布儒斯特角,试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。
答案3 θ1=arctan n
解析光由空气进入玻璃,光路图如图所示,根据折射定律可得n=sin θ1sin θ2,而θ1+θ2=90°
所以n=sin θ1sin θ2=1tan θ2
由题意知θ2=30°
n=3
所求的布儒斯特角为θ1,所以由n=sin θ1sin θ2=tan θ1
可得表达式为θ1=arctan n