高中物理汇编选修3-4光学部分

选修3－4光学部分
一、选择题
1．大气中空气层的密度是随着高度的增加而减小的．从大气外射来一束阳光，如下图的四个图中，能粗略表示这束阳光射到地面的路径的是〔 〕
答案：B
2．目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器已研制成功．如下图，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器〔 〕
A ．沿视线对着空间站瞄高一些
B ．沿视线对着空间站瞄低一些
C ．沿视线对准空间站直接瞄准
D ．条件不足，无法判别
答案：C
3．在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯〔可看做光源〕，小鱼在水中游动，小鸟在水面上方飞翔，设水中无杂质且水面平静，下面的说法中正确的选项是〔 〕
A ．小鱼向上方水面看去，看到水面到处都是亮的，但中部较暗
B ．小鱼向上方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鱼的位置无关
C ．小鸟向下方水面看去，看到水面中部有一个圆形区域是亮的，周围是暗的
D ．小鸟向下方水面看去，看到的是一个亮点，它的位置与鸟的位置有关
答案：BD
解析： 突破口在于镜面反射原理和折射定律
4．如下图，一束圆锥体形的单色光在空气中传播，将会聚于P ，在到达P 之前假设先进入水中，圆锥的轴垂直于水面，圆锥的顶角为θ。

P 到水面的距离一定，则〔θ很小时，
sin tan θθθ==〕
〔 〕 A ．假设θ很大，锥体内的光线不能全部聚于一点
B ．假设θ很小，锥体内的光线不能全部聚于一点水面
C ．θ很大时，光线与轴的交点从P 点开始至无限远
D ．θ很小时，光线与轴的交点无限靠近P
答案：A
4．“不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹的产生原因是光的色散，如下图为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，a 、b 为两种折射出的单色光．以下说法正确的选项是〔 〕
A ．a 光光子能量大于b 光光子能量
B ．在水珠中a 光的传播速度大于b 光的传播速度
C ．用同一双缝干预装置看到的a 光干预条纹间距比b 光宽
D ．如果b 光能使某金属发生光电效应，则a 光也一定能使该金属发生光电效应
答案：BC
5．如下图，真空中有一个半径为R ，质量分布均匀的玻璃球，频率为f 的细激光束在真空中沿直线BC 传播，并于玻璃球外表的C 点经折射进入小球，并在玻璃球外表的D 点又经折射进入真空中．已知120COD ∠=，玻璃球对该激光束的折射率为3,则以下说法中正确的选项是〔 〕
A ．激光束的入射角45α=
B ．一个光子在穿过玻璃球的过程中能量逐渐变小
C ．此激光束在玻璃球中穿越的时间为3R t c
=〔其中c 为真空中的光速〕 D ．改变入射角α的大小，细激光束可能在球的内外表发生全反射
解析：C 由折射率的关系sin sin n r
α=，可知：3sin sin 2n r α==，因此60α=，A 错；由于光的频率与光源有关，所以光的频率不变，光子的能量不变，B 错；根据s t v
=，其中0,2cos303c n s R R v ===，因此3R t c
=，C 对；只要光束能射入，则就不可能在球内发生全反射，D 错误。

6．如下图，两束单色光a 、b 分别照射到玻璃三棱镜AC 面上，穿过三棱镜后互相平行，则〔 〕
A ．a 光频率高
B ．b 光频率高
C ．a 光穿过棱镜时间短
D ．b 光穿过棱镜时间短
答案：BC
7．如下图，P 、Q 是两种透明材料做成的两块形状相同的直角梯形棱镜，登合在一起组成一
个长方体．某单色光自P 的上外表斜射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率P Q n n <．射到P 的上外表的光线与P 的上外表之间的夹角为θ．以下说法正确的选项是〔 〕
A ．光线有可能不从Q 的下面射出
B ．从Q 的下外表射出的光线一定与入射到P 的上外表的光线平行
C ．如果光线从Q 的下外表射出，出射光线与下外表的夹角一定大于θ
D ．如果光线从Q 的下外表射出，出射光线与下外表的夹角一定小于θ
答案：AD
8．如下图，一束复色可见光入射到置于空气中的平行玻璃砖MNPQ 上，穿过玻璃后从下外表射出a 、b 两束单色光，则以下说法正确的选项是〔 〕
A ．玻璃对a 光的折射率较大
B ．b 光子的能量较大
C ．a 、b 两束单色光互相平行
D ．假设增大MN 面上的入射角，a 光可能在PQ 面上发生全反射
答案：BC
9．两束单色光A 、B 同时由空气射到某介质的界面MN 上，由于折射而合成一复色光C ，如下图，以下说法正确的有〔 〕
A ．A 光光子的能量大于
B 光光子的能量 B ．两种光照射同一种金属，B 光更容易使金属发生光电效应
C ．在同一种介质中，A 光的折射率小于B 光的折射率
D ．用同样的装置做光的双缝干预实验，A 光比B 光得到的干预条纹间距大
答案：AC
10．如下图为一直角棱镜的横截面90bac ∠=，60abc ∠=，一平行细光束从O 点沿垂直于bc 面的方向射入棱镜．已知棱镜材料的折射率n =
2，假设不考虑原入射光在bc 面上的
反射光，则有光线〔〕
A．从ab面射出
B．从ac面射出
C．从bc面射出，且bc面斜交
D．从bc面射出，且与bc面垂直
答案：BD
11．如下图，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三梭镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是〔〕
A．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽
B．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽
C．红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽
D．红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽
答案：CD
12．如图，一个棱镜的顶角为 ，一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面射入，在光屏上形成从红到紫排列的彩色光带，各色光在棱镜中的折射率和临界角见表．当入射角逐渐减小到0的过程中，彩色光带的变化情况是〔〕
A．紫光最先消失，最后只剩红光、橙光
B．紫光最先消失，最后只剩红光、橙光、黄光
C．红光最先消失，最后只剩紫光
D．红光最先消失，最后只剩紫光、蓝光
答案：A
13．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干预条纹，称为牛顿环，以下说法正确的选项是〔〕
A．干预现象是由于凸透镜下外表反射光和玻璃上外表反射光叠加形成的
B．干预现象是由于凸透镜上外表反射光和玻璃上外表反射光叠加形成的
C．干预条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干预条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
答案：C
14．用绿光做双缝干预实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离∆．以下说法中正确的有〔〕
为x
A．如果增大单缝到双缝间的距离，x∆将增大
B．假设将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干预条纹
C．如果增大双缝到光屏之间的距离，x∆将增大
D．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，x∆将增大
答案：BC
15．高级光学仪器的光学镜片常镀有一层增透膜，以下说法中正确的选项是〔〕A．增透膜的原理是利用光的干预原理使透射光互相干预而加强
B．增透膜虽然利用了薄膜干预的原理，但并不会产生干预条纹
C．增透膜的反射光中没有干预条纹，可见没有发生光的干预现象
D．有些地摊上或流动小贩的劣质望远镜为了提高身价，特意在镜片上镀一层“薄膜”而显现出鲜明的金黄色，号称“镀膜镜片”，这样的“膜”其实反而会有“减透”的恶果答案：D
16．将铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它挂上一层薄薄的液膜．液膜竖直放置时，由于重力作用，上面薄，下面厚，且时间越长，下面越厚．在酒精灯的火焰上撤上一些食盐，用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜，液膜反射的光使我们看到灯焰的像，可观察到像上有亮暗相间的条纹，如下图．则以下的说法中正确的选项是〔〕
A．像上有亮暗相间的条纹，这是光的波动性的表现
B．像上有亮暗相间的条纹，说明光反射后出现了偏振现象
C．像上亮暗相间的条纹是肥皂膜前后两外表反射的光叠加而形成的
D．用同一块竖直放置的液膜观察灯焰的像时，在一个不太长的时间段里，应该会看到像
上亮暗相间的条纹间隔逐渐变密
答案：ACD
17．两细束平行光a 、b 的间距为1x ∆，斜射到一块矩形玻璃砖的同一外表上．已知在玻璃中的传播速度a b v v >，设经玻璃砖两次折射后的出射光线间距为2x ∆，则以下说法正确的选项是〔 〕
A ．2x ∆可能等于零
B ．2x ∆不可能小于1x ∆
C ．2x ∆不可能等于1x ∆
D ．2x ∆不可能大于1x ∆
答案：A
18．关于电磁波，以下说法中正确的选项是〔 〕
A ．在真空中，频率高的电磁波速度较大
B ．在真空中，电磁波的能量越大，传播速度越大
C ．电磁波由真空进鹅介质，速度变小，频率不变
D ．只要发射电路的电磁振荡停止，产生的电磁波立即消失
答案：C
19．如图，P 是一偏振片，P 的透振方向〔用带箭头的实线表示〕为竖直方向。

以下四种入射光束中哪几种照射P 时能在P 的另一侧观察到透射光？〔 〕
A ．太阳光
B ．沿竖直方向振动的光
C ．沿水平方向振动的光
D ．沿与竖直方向成45角振动的光
解析：ABD 当光的振动方向与偏振光的方向平行时，透光最强；垂直时，无光透过；假设为某一角度时，有部分光透过。

而太阳光是自然光，沿各个方向的振动都存在，因此 A 、
B 、D 选项正确。

[点评]该题为识记题，考查了光的偏振。

只要记住偏振现象即可解出。

〔Ⅰ、识记、易〕 命题思路：此题考查了光的偏振性，关键是弄清光的振动方向、传播方向和偏振片的透振方向三者间的美系，此题较易．
20．以下说法正确的选项是〔 〕
A ．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干预现象
B ．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象
C ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
D ．电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的
解析：B 三棱镜观察太阳光谱是光的折射现象，A 项不正确；利用光的干预可以检测光学平面的平整程度，C 项不正确；电视机遥控器利用红外线变换频道，D 项不正确。

[点评]此题是简单题，考查了光的性质及应用，涉及的知识都以记忆为主。

〔I 、识记、易〕 命题思路：此题考查对光的干预、光的衍射、光的全反射、光的偏振现象的理解及具体应用，难度较小．
21．光的偏振现象说明光是横波，以下现象中不能反映光的偏振特性的是〔〕A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光与折射光线之间的夹角恰好是90时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到秋色条纹
解析：D 自然光经过偏振片或经过界面反射和折射后〔反射光线与折射光线夹角为90〕
会形成偏振光。

经指缝观察日光灯看到彩色条纹是光的衍射现象，D不正确。

[点评]该题为识记题，主要考查了偏振光的产生和性质。

〔I、识记、易〕
命题思路：此题考查光的偏振知识和光的衍射现象等概念，属于较易题目．
22．自从1862年麦克斯韦从理论上预言电磁波的存在、1888年赫兹通过实验证实了电磁波的存在后，利用电磁波的技术雨后春笋般相继问世：无线电报、无线电广播、无线电导航、无线、电视、雷达，以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化．以下有关的说法中正确的选项是〔〕
A．无线电波波速在任何情况下都等于真空中的光速c
B．微波在传播过程中遇到金属导体时，会在其中产生相应的感应电动势或感应电流
C．所用的微波在传播过程中比无线电广播所用的中波更容易绕过障碍物
D．在无线电通讯中，声音信号通常要通过检波加载在高频信号上后，才向外发射
答案：B
23．信息时代，我们的生活越来越离不开电磁波，以下表达中，正确反映电磁场和电磁波理论的是〔〕
A．电磁场是指有内在联系、相互依存的电场与磁场的统一体的总称
B．有电场就会产生磁场，有磁场就会产生电场
C．真空中电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波，它有自身的反射、折射、散射以及干预、衍射、偏振等现象
D．电磁场在空间的传播，靠的是电磁场的内在联系和相互依存，不依赖任何弹性介质答案：ACD
24．以下说法正确的选项是〔〕
A．收音机的原理：通过改变接收机的频率选出需要的无线电信号，这是电谐振现象．把接收到的信号进行调制、放大，通过扬声器复原为声音
B．电子束通过某一晶体窄缝时可能产生衍射图样
C．一切物体都在向外辐射红外线，物体温度越高，辐射红外线越强，波长越长
D．自然光是光振动沿各个方向均匀分布的光，偏振光是光振动沿着特定方向的光
答案：BD
答案：B
25．某高层建筑物外墙大量使用的幕墙玻璃，在白天时外面的人看不清室内的物体，而室内的人却能较清楚地看见外面的事物，其原因是〔〕
A．在玻璃的外外表涂有增透膜
B．在玻璃的外外表涂有高反射膜
C．在玻璃的外外表涂有大量吸收光的物质
D．在玻璃的外外表涂有不透光的彩色薄膜
答案：B 26．如下图的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干预仪器形成的干预图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样〔灰黑色部分表示亮纹〕．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是〔 〕
A ．红黄蓝紫
B ．红紫蓝黄
C ．蓝紫红黄
D ．蓝黄红紫
答案：B
27．如下图的4个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样〔 〕
答案：B
二、填空题
28．为了测定光在透明的有机玻璃中的传播速度，实验室中可提供的器材有：矩形有机玻璃条〔长约40 cm 〕、秒表、平行光光源、刻度尺、三角板、木板、白纸、大头针等．已知真空中的光速是×810m/s.
〔1〕请从上述器材中选出必需的器材来测量光速 ． 〔2〕说明测量光速的方法和要测量的量，并给出计算光速的公式．
答案：〔1〕选出的必需的器材有：矩形有机玻璃条、刻度尺、三角板、木板、白板、白纸和大头针．
〔2〕用插针法测得光通过有机玻璃条的光路，如下图，在空气和有机玻璃的界面上，AO 是入射光线，OB 是折射光线，作出法线ON ，取OA OB ''=，作A E '垂直于ON, B F '垂直于ON ，测出A E '和B F '。

折射率sin sin i A E c n r v B F '==='，则有机玻璃中的光速为B F v c A E
'='。

29．在用双缝干预测光的波长的实验中，准备了以下仪器：
A ．白炽灯
B ．双窄缝片
C ．单窄缝片
D ．滤光片
E ．毛玻璃光屏
〔1〕把以上仪器安装在光具座上，自光源起合理的顺序是〔填字母〕
〔2〕在某次实验中，用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干预条纹，其中亮纹a 、c 的位置利用测量头上的分划板确定，如下图．其中表示a 纹位置〔图甲〕的手轮读数
为 mm ，c 纹位置〔图乙〕的手轮读数为 mm 。

〔3〕已知双缝间的距离为0.18 mm ，双缝与屏的距离为500 mm ，则单色光的波长为 μm 。

.
答案：〔1〕 A D C B E 〔2〕1. 790；
三、计算题
30．水池深为h ，一根长棍竖直地插入水底，棍露出水面部分长度为L ，现有与水平面夹角为60的太阳光照射到水面上，已知水的折射率为n ，求棍在水底的影子的长度．
解析：依题意画出如下图的示意图，且AO 长为L ，因60AO O '∠=，所以
3tan 303
BC O O L L '=== 因为sin 30sin n r
= 所以sin 301sin 2r n n =
=，22sin sin tan cos 1sin 41h r r h CD h r h r r n ====-- 所以水底的影子长为23341
h BD DC BC L n =+=+-。

31．如下图，透明介质球的半径为R ，光线DC 平行于直径AB 射到介质球的C 点，DC 与AB 的距离H =0.8R 。

〔1〕试证明：DC 光线进入介质球后，第一次再到达介质球的界面时，在界面上不会发生全反射。

〔要求说明理由〕
〔2〕假设DC 光线进入介质球后，第二次再到达介质球的界面时，从球内折射出的光线与入射光线平行，求介质的折射率.
解析：〔1〕如图〔1〕所示，DC 光线进入介质球内，发生折射，有n r
i =sin sin 折射角r 一定小于介质的临界角，光线CE 再到达球面时的入射角∠OEC =r ，小于临界角，因此一定不发生全反射。

〔2〕光线第二次到达介质与空气的界面，入射角i ′=r ，由折射定律可得折射角r ′=i 。

假设折射出的光线PQ 与入射光线DC 平行，则∠POA =∠COA =i ，DC 光线进入介质球的光路如图〔2〕所示，折射角r =i /2，
sin i =0.8,sin r =55
折射率n =554)2
sin(sin =i i =1.79。

32．如下图，光从长方体透明介质的上外表AB 射入，射到侧面AD 上〔设AD 边很长〕，讨论以下问题：
〔1〕不管入射角多大，要使光均不能从AD 面射出，则介质的折射率应满足什么条件？ 〔2〕当介质的折射率为n 时，光可能从AD 面射出，要使光真正从AD 面射出，则必须满足什么条件？
解析：〔1〕由折射定律得22sin sin cos 1sin 1()i r r n
α==-=-要使光不可能从AD 面射出，不管i 多大，必须始终满足1sin n α≥
，求得21sin n i ≥+因为sin i 最大值为1，所以2n ≥〔2〕要使光真正从AD 面射出，必须满足1sin n α<
2sin 11()i n n -< 求得2sin 1i n -21i n >-。