高中第四章 光综合与测试单元测试同步练习题

这是一份高中第四章 光综合与测试单元测试同步练习题，共15页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( D )
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用了光的衍射现象
C.光导纤维传递信息利用了光的折射现象
D.光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
解析:检查光学平面的平整程度是利用了薄膜干涉现象,选项A错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用了色散现象,选项B错误;光导纤维传递信息是利用了全反射现象,选项C错误;增透膜利用了光的薄膜干涉现象,选项D正确。
2.如图所示,一条光线通过一个在水中的球形空气泡,下列哪一条表示出射光线的路径( A )
A.光线1 B.光线2
C.光线3 D.光线4
解析:光先从水进入空气泡中,由折射定律可知折射角应大于入射角;然后又从空气射入水中,折射角应小于入射角。综上所述,只有光线1符合要求,故选项A正确。
3.用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为( B )
解析:薄膜的干涉是等厚干涉,同一条纹厚度相同,故条纹是水平的,故选B。
4.让太阳光垂直照射一块遮光板,板上有一个可以自由收缩的三角形孔,当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时,在孔后的屏上将先后出现( D )
A.由大变小的三角形光斑,直至光斑消失
B.由大变小的三角形光斑、明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失
C.由大变小的三角形光斑,明暗相间的条纹,直至黑白色条纹消失
D.由大变小的三角形光斑,小圆形光斑,明暗相间的彩色条纹,直至条纹消失
解析:当孔足够大时,由于光的直线传播,所以屏首先出现的是三角形光斑,之后随着小孔的继续缩小,出现小孔成像,成的是太阳的像,故为小圆形光斑。随着小孔的进一步缩小,当尺寸与光波波长相当时,出现了明暗相间的衍射条纹,最后随小孔的闭合而全部消失,故选项D正确。
5.如图所示,水下光源S向水面A点发射一束光线,折射光线分成a、b两束,则( C )
A.在水中,b光波长比a光波长大
B.a、b两束光相比较,在真空中的传播速度a光比b光大
C.用同一双缝干涉实验装置做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距
D.若保持入射点A位置不变,将入射光线顺时针旋转,则从水面上方观察,a光先消失
解析:由题图可知,光线发生折射时,偏折角大的折射率大,频率高,波长短。由题图知b光的折射率大,波长短,A错误;真空中,光的传播速度相等,B错误;用同一双缝干涉实验装置做实验时,由Δx=ldλ知波长长的,条纹间距大,C正确;若保持入射点的位置不变,将入射光线顺时针旋转,折射率大的先发生全反射,即b光先发生全反射,D错误。
6.两束细平行光a和b相距为d,从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面,如图所示,若玻璃对a的折射率小于对b的折射率。当它们从玻璃砖的下表面射出后,有( B )
A.两束光仍平行,间距等于d
B.两束光仍平行,间距大于d
C.两束光仍平行,间距小于d
D.两束光不再相互平行
解析:作出两种光线在平行玻璃砖中的光路图。由题意知narb,故d'>d;光线经过两侧面平行的玻璃砖后方向不变,折射光线仍平行,B正确。
7.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴线(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴线重合。已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为( C )
A.rC.2r
解析:如图所示,玻璃的折射率为 1.5,可得临界角小于45°,经过第一次折射(底面)时,由于入射角等于零,所以折射角也是零,因此折射光线不发生偏折。当第二次折射(侧面)时,由于入射角等于60°,所以会发生光的全反射,反射光线却恰好垂直侧面射出。因为ON等于r,则OA等于2r,由于∠MOA=∠AMO=30°,所以AM等于2r,故C正确。
8.如图所示,电灯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,则( BD )
A.图中a光为偏振光
B.图中b光为偏振光
C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮
D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮
解析:自然光沿各个方向是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光,则A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,则B正确;人眼在P处看不到光亮,是因为偏振片A与偏振片B的偏振方向相互垂直,当以SP为轴将B转过90°后,A、B的偏振方向不再垂直,在P处将看到光亮,而当以SP为轴将B转过180°后,A、B的偏振方向仍垂直,在P处看不到光亮,则C错误,D正确。
9.如图(甲)所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的,如图(乙)所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是( AB )
A.在冰晶中,b光的传播速度较小
B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大
C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小
D.用同一装置做单缝衍射实验,b光中央亮条纹更宽
解析:由题图(乙)可知,太阳光射入六角形冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=cn知在冰晶中b光的传播速度较小,A正确;由a光的折射率小于b光的折射率,可知a光的频率小于b光的频率,所以a光的波长大于b光的波长,根据Δx=ldλ可知,通过同一装置发生双缝干涉时,a光相邻条纹间距较大,B正确;a光的折射率较小,由临界角公式sin C=1n可知,a光的临界角较大,C错误;用同一装置做单缝衍射实验时,波长越长,中央亮条纹越宽,故a光的中央亮条纹更宽,D错误。
10.如图所示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,光接收器接收的光强度就会变化。关于这种温度计的工作原理,正确的说法是( AC )
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强度就会越大,表示温度变化越大
解析:检偏器和起偏器的透振方向相同,光的偏振方向变化越大,透过检偏器的光的强度就越小,表示温度变化越大,故A、C正确。
11.水下一点光源,发出a、b两种单色光。人在水面上方向下看,如图所示,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,Ⅱ区域只有a光射出。下列判断正确的是( AB )
A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光折射角小
B.在真空中,a光的波长大于b光的波长
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域
解析:由题干分析可知,b光在Ⅰ区域边缘发生了全反射,a光在Ⅱ区域的外边缘发生了全反射,则知a光的临界角比b光的临界角大,由sin C=1n知,水对a光的折射率小于对b光的折射率,由折射定律知,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光折射角小,故A正确,C错误;水对a光的折射率小于对b光的折射率,则a光的频率小于b光的频率,由c=λf知,在真空中,a光的波长大于b光的波长,故B正确;水下b光能射到图中Ⅱ区域,只是不能射出水面,故D错误。
12.如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时,光的传播方向中可能正确的是( AD )
解析:根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx=ldλ可知,a光的波长长,频率小,则同一介质对a光的折射率小,对b光的折射率大。根据平行玻璃砖的光学特性可知,出射光线与入射光线平行,由于a光的折射率小,偏折程度小,所以出射时a光应在右侧,故A正确,B错误;由sin C= 1n分析可知,a光的临界角较大,当光从棱镜射入空气中时,若b不发生全反射,能射出棱镜,则a光一定也不发生全反射,故C错误;当光从棱镜射入空气中时,若a不发生全反射,能射出棱镜,b光可能发生全反射,故D正确。
二、非选择题(共52分)
13.(8分)利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心时如图(甲)所示,游标卡尺的示数如图(丙)所示,第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心时如图(乙)所示,游标卡尺的示数如图(丁)所示,已知双缝间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则图(丙)中游标卡尺的示数为 mm。图丁游标卡尺的示数为 mm。在实验中,所测单色光的波长为 m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片,那么在光屏上将 (选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。
解析:根据游标卡尺的原理,可读出图(丙)的示数为11.4 mm;图(丁)的示数是16.8 mm。Δy=16.8-11.44 mm=1.35 mm。又根据Δy=ldλ,则 λ=dΔyl=6.75×10-7 m。
当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时,不满足干涉条件,故不能看到明暗相间的条纹。
答案:11.4 16.8 6.75×10-7 不能
评分标准:每空2分。
14.(8分)如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3。图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。
(1)设AB的长度为a,AO的长度为b,CD的长度为m,DO的长度为n,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量 和
(均选填“a”“b”“m”或“n”),则玻璃砖的折射率可表示为 。
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析:(1)根据几何知识得,入射角的正弦sin i=ABBO=aR,折射角的正弦sin r=CDCO=mR,
根据光的折射定律得,玻璃砖的折射率n=sinisinr=aRmR=am,
所以需要用刻度尺测量a和m即可算出折射率。
(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,折射光线将顺时针转动,而作图时仍以MN为边界,AD为法线,则入射角不变,折射角减小,由折射率公式律n=sinisinr可知,测得玻璃砖的折射率将偏大。
答案:(1)a m am (2)偏大
评分标准:每空2分。
15.(6分)如图所示,AB为一直光导纤维,A、B之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,已知光在真空中的传播速度为c。试求光导纤维所用材料的折射率。
解析:由于恰好在界面发生全反射,
因此可知sin α=1n (1分)
设光在介质中传播的路程为L,可得sin α=sL (2分)
光在介质中传播的速度v=Lt (1分)
又由于n=cv (1分)
联立可得n=cts。 (1分)
答案:cts
16.(8分)在双缝干涉实验中,两缝间的距离为0.020 cm,双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00 cm,用一种单色光黄光做此实验,在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90 cm,试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014 Hz 的红光做此实验,在光屏上6.00 cm范围内最多能有多少条暗条纹。
解析:由题意可得,相邻黄色条纹间距
Δx=an-1=5.90×10-220 m=2.95×10-3 m (1分)
双缝到光屏的距离
l=100.00 cm=1.000 0 m (1分)
根据Δx=ldλ可得
λ=dΔxl=0.02×10-2×2.95×10-31.000 0 m=5.90×10-7 m。 (2分)
而红光波长
λ'=cf=3×1084.00×1014 m=7.5×10-7 m, (1分)
可得Δx'=ldλ'=7.5×10-70.02×10-2 m=3.75×10-3 m (1分)
所以暗条纹数为n=6×10-23.75×10-3=16(条)。 (2分)
答案:5.90×10-7 m 16条
17.(10分)如图,等腰直角三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC中点,位于截面所在平面内的一细光束自O点以角度i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。已知∠ABC=45°,AC=AB=L,透明介质的折射率n=2,真空中的光速为c。求:(可能用到sin 15°=6-24,cs15°= 6+24)
(1)入射角的正弦值sin i;
(2)光束从O点入射到发生第一次全反射所用的时间。
解析:(1)光路如图所示:
由临界角公式sin C=1n
解得C=30°
即∠PO'O=C=30° (1分)
由几何关系可知
∠COO'=∠OBO'+∠BO'O=105° (1分)
折射角r=∠COO'-90°=15°
由折射定律n=sinisinr(1分)
解得sin i=n×sin r=6-22。 (1分)
(2)由正弦定理可得BOsin∠BO'O=OO'sin∠OBO' (1分)
光在介质中通过的路程为s=OO'=BOsin∠OBO'sin∠BO'O,
代入数据可得s=3L3 (1分)
光在介质中的速度为v=cn (1分)
所用时间t=sv (1分)
代入数据解得t=23L3c。 (2分)
答案:(1)6-22 (2)23L3c
18.(12分)如图所示,MN是一条通过透明球体球心的直线,在真空中波长为λ0=600 nm的单色细光束AB平行于MN射向球体,B为入射点,若出射光线CD与MN的交点P到球心O的距离是球半径的 2倍,且与MN所成的夹角α=30°。求:
(1)透明球体的折射率n;
(2)此单色光在透明球体中的波长λ。
解析:(1)连接OB、BC,在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r,如图所示。
在△OCP中,OCsinα=OPsin∠OCP (2分)
据题OP=2OC,α=30°
解得∠OCP=135°(45°值舍去) (1分)
进而可得∠COP=15°。 (1分)
由折射率定义:在B点有n=sinisinr (1分)
在C点有n=sin(180°-135°)sin∠BCO (1分)
又∠BCO=r
所以i=45° (1分)
又∠BOC=180°-i-∠COP=120°
故r=30° (1分)
因此,透明球体的折射率
n=sinisinr=sin45°sin30°=2。 (2分)
(2)n=cv=cfvf=λ0λ (1分)
代入数据解得λ≈424 nm。 (1分)
答案:(1)2 (2)424 nm