高中物理选修3-4第十三章《光》测试卷

第十三章《光》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.关于光现象，下列说法正确的是()
A．自然光是偏振光
B．在平静的湖面上出现树的倒影是光的全反射现象
C．水面上的油膜在阳光的照射下出现彩色的花纹是光的衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，把入射光由绿光改为黄光，条纹间距将变宽
2.镜发生色散现象，下列说法正确的是()
A．红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B．红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C．玻璃对红光的折射率比紫光大
D．玻璃中紫光的传播速度比红光大
3.在完全透明的水下某深处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形的透光圆面，若透光圆面的半径匀速增大，则光源正()
A．加速上升
B．加速下降
C．匀速上升
D．匀速下降
4.下列有关光现象的说法正确的是()
A．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大
B．以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射
C．紫光从空气射向水中，只要入射角足够大，就可以发生全反射
D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
5.下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是()
A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
6.让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息经过处理后还原成声音和图象，这是利用激光的 ()
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
7.关于光的偏振现象，下列说法中正确的是（）
A．偏振光沿各个方向振动的光波的强度都相同
B．自然光在水面反射时，反射光和折射光都是一定程度的偏振光
C．光的偏振现象说明光是一种纵波
D．照相机镜头表面的镀膜是光的偏振现象的应用
8.光线从折射率为的介质中射向空气，如果入射角为60°，如图所示光路可能的是()
A．答案A
B．答案B
C．答案C
D．答案D
9.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的．光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，如图的一束光信号与界面夹角为α，由内芯射向外层，要想在此界面发生全反射，必须满足的条件是()
A．n1＞n2，α大于某一值
B．n1＜n2，α大于某一值
C．n1＞n2，α小于某一值
D．n1＜n2，α小于某一值
10.点光源照在一个剃须刀片上，在屏上形成了它的影子，其边缘较为模糊，原因是()
A．光的反射
B．光强太小
C．光的干涉
D．光的衍射
11.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．左侧点燃酒精灯(在灯芯上洒些食盐)，右侧是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．下列是在肥皂膜上观察到的干涉图样示意图，其中最合理的是()
A．
B．
C．
D．
12.如图甲所示，在平静的湖面下有一个点光源S，它发出的是两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光构成的复色光的圆形区域，
周边为环状区域，且为a光的颜色(图乙为俯视图)．则以下说法中正确的是()
A．水对a光的折射率比b光的大
B．a光在水中的传播速度比b光的大
C．a光的频率比b光的大
D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄
13.已知一束单色光在水中的传播速度是真空中的，则（）
A．这束光在水中传播时的波长为真空中的
B．这束光在水中传播时的频率为真空中的
C．对于这束光，水的折射率为
D．从水中射向水面的光线，一定可以进入空气中
14.如图所示，让自然光照到P偏振片上，当P、Q两偏振片的透振方向间的夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱()
A． 0°
B． 30°
C． 60°
D． 90°
15.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，如图四个光路图中正确的是()
A．
B．
C．
D．
二、实验题(共3小题)
16.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示．
(1)以白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点，你认为正确的是______．
A．单缝和双缝必须平行放置
B．各元件的中心可以不在遮光筒的轴线上
C．双缝间距离越大呈现的干涉条纹越密
D．将滤光片移走则无干涉现象产生
(2)当测量头中的分划板中心刻线第一次对齐A条纹中心时，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时，游标卡尺的示数如图戊所示．已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图戊中游标卡尺的示数为________ mm，所测光波的波长为________ m．(保留两位有效数字)
(3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，如图己所示．则在这种情况下来测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值．(填“大于”、“小于”或“等于”)
17.如图，画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上，M是放在白纸上的半圆形玻璃砖，其底面的圆心在坐标的原点，直边与x轴重合，OA是画在纸上的直线，P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针，P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针，α是直线OA与y轴正方向的夹角，β是直线OP3与轴负方向的夹角，只要直线OA画得合适，且P3的位置取得正确，测得角α和β，便可求得玻璃得折射率．某学生在用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线OA上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，他应该采取的措施是______________．若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是_____________________．若他已正确地测得了的α、β的值，则玻璃的折射率n=_____________________．
18.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l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量的有__________，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________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)．
三、计算题(共3小题)
19.由折射率n＝的透明物质制成的三棱柱，其横截面如图中△ABC所示，一光束SO以45°的入射角从AB边射入，在AC边上恰好发生全反射，最后垂直BC边射出，求：
(1)光束经AB面折射后，折射角的大小．
(2)△ABC中△A和△B的大小．
20.如图所示，是一种折射率n＝1.5的棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小sin i＝，求：
(1)光在棱镜中传播的速率；
(2)画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程．(不考虑返回到AB和BC面上的光线)
21.如图，上、下表面平行的厚玻璃砖置于水平面上，在其上方水平放置一光屏．一单色细光束从玻璃砖上表面入射，入射角为i，经过玻璃砖上表面和下表面各一次反射后，在光屏上形成两个光斑．已知玻璃砖的厚度为h，玻璃砖对该单色光的折射率为n，光在真空中的速度为c.求：
(1)两个光斑的间距d；
(2)两个光斑出现的时间差Δt.
四、简答题(共3小题)
22.将手电筒射出的光照到平面镜上，发生反射后，再用偏振片观察反射光，发现旋转偏振片时有什么现象？说明什么？
23.在真空中，黄光波长为6×10－7m，紫光波长为4×10－7m.现有一束频率为5×1014Hz的单色光，它在n＝1.5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？
24.凸透镜的弯曲表现是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入(如图所示)。

从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。

这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环，它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的。

如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径是更大还是更小？如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径是变大还是变小？
答案解析
1.【答案】D
【解析】自然光是沿各个方向振动，而偏振光沿特定方向振动，故A错误；在平静的湖面上出现树的倒影是光的反射现象，故B错误；水面上的油膜在阳光的照射下出现彩色的花纹，是膜两表面反射光，频率相同，进行相互叠加，出现光的干涉现象，故C错误；光的双缝干涉实验中，波长越长，干涉条纹间距越宽，当把入射光由绿光改为黄光，波长变长，则条纹间距将变宽，则D 正确．
2.【答案】B
【解析】由光的色散知识可知，红光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃对红光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的传播速度比红光小
3.【答案】D
【解析】所形成的透光圆面是由于全反射造成的，如图所示，圆面的边缘处是光发生全反射的位置，即i＝C.
若光源向上移动，只能导致透光圆面越来越小．所以光源只能向下移动．
如图所示，取时间t，则透光圆面半径的扩大量为x＝vt.
由几何知识可得
h＝xcosC＝vtcosC
设这段时间内，光源下移的距离为L，由几何关系可知：
L＝＝vtcotC
由上面的表达式可知：vcotC为定值，L与t成正比关系，满足匀速运动条件，所以，光源向下匀速运动．
4.【答案】A
【解析】在双缝干涉实验中，条纹间距d与入射光波长成正比，所以入射光由紫光改为红光时波长变长，条纹间距d变大，A项正确．设全反射中的临界角为C，由sin C＝可知，折射率越大，临界角越小，即紫光的临界角小于红光的临界角，所以紫光能发生全反射时，红光不一定能发生
全反射，则B错误．光从空气射入水中为从光疏介质射入到光密介质，不会发生全反射，所以C 错误．在镜头前加装备偏振片是为减弱玻璃反射的光对拍摄的负面影响，所以D错误．
5.【答案】B
【解析】在双缝干涉实验中，单缝的作用是获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，双缝的作用是获得两个振动情况完全相同的相干光源，故选项A错误，B正确．在两个相干光源完全相同的情况下，光屏上距两缝的路程差为半波长的奇数倍处出现暗条纹，选项C错误．两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了方便肉眼观察，故选项D错误．
6.【答案】A
【解析】激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．
7.【答案】B
【解析】A，自然光是在垂直于传播方向的上沿一切方向振动且各个方向振动的光波强度都相同，而不是偏振光，故A错误；
B，自然光在水面反射时，反射光和折射光的振动方向不同，都是一定程度的偏振光，所以B正确；C，光的偏振现象说明光是一种横波，故C错误；
D，照相机的增透膜，使得反射光发生干涉从而使其减弱，所以反射光的光程差等于光在增透膜的
波长的，则厚度通常为绿光在增透膜中波是光的干涉现象，故D错误；
8.【答案】C
【解析】根据sinC＝可求出临界角为45°，由于入射角大于临界角，则必定发生全反射，因此只
有反射光线而无折射光线．
9.【答案】C
【解析】光在内芯和外层的界面上发生全反射，则内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，由于入射角要大于等于临界角，所以α应小于某一值．故C正确，A、B、D错误．故选：C.
10.【答案】D
【解析】
11.【答案】B
【解析】
12.【答案】B
【解析】在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的
面积较大，则知a光的临界角较大，根据sin C＝，知a光的折射率较小，折射率小，由v＝，知a光在水中的传播速度比b光大，故A错误，B正确．折射率越大，光的频率越大，则知a光的频率比b光小，故C错误．a光的折射率小，频率小，波长较长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，知a光的波长长，双缝干涉条纹间距较宽，故D错误．
13.【答案】A
【解析】A，由v=λγ，得知波速与波长成正比，而单色光在水中的传播速度是真空中的，则有这束光在水中传播时的波长为真空中的，故A正确；B，在不同介质中光的传播速度不同，但频率不变，故B错误；C，由n＝，得知介质中的波速与折射率成反比．因为单色光在水中的传播速度是真空中的，所以对于这束光，水的折射率为，故C错误；D，从水中射向水面的光
线，若入射角大于等于临界角会发生全反射，将不能进入空气中．故D错误．
14.【答案】D
【解析】两偏振片透振方向相同时透过的偏振光最强，两偏振片透振方向垂直
时几乎没有偏振光透过
15.【答案】A
【解析】设玻璃的临界角为C.由sin C＝＝，则得sin C＝<，则C＜45°.由图光线从玻璃射入空气时入射角为i＝45°＞C，所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线全部反射回玻璃，则A正确．
16.【答案】(1)AC(2)16.7 6.6×10－7(3)大于
【解析】(1)在用狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时狭缝必需与灯丝平行，这时干涉条纹与狭缝平行，狭缝与灯丝垂直时观察不到明显的干涉条纹．故A正确；各元件的中心必须在遮光筒的轴线上，故B错误；干涉条纹的间距公式为Δx＝λ；那么双缝间距离越大，则干涉条纹间距越小，故C正确；去掉滤光片，干涉现象不消失，光屏上出现彩色的干涉条纹，故D错误．(2)图丙中游标卡尺的主尺读数为11 mm，游标尺读数为0.1×4 mm＝0.4 mm，所以最终读数为11.4 mm.
图戊中游标卡尺的主尺读数为16 mm，游标尺读数为0.1×7 mm＝0.7 mm，所以最终读数为16.7 mm.
相邻干涉条纹的中心间距为：Δx＝mm＝1.325 mm.
根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ得：λ＝＝m≈6.6×10－7m. (3)如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值Δx偏大．
17.【答案】应该采取的措施是在白纸上另画一条与y轴正方向的夹角较小的直线OA．把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y＜0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像，插上P3后，P3刚好能挡住P1、P2的像．
【解析】由题，在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像，要过玻璃砖看到了P1、P2的像，必须减小入射角，应该采取的措施是在白纸上另画一条与y轴正方向的夹角较小的直线OA．
若他已透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上，直到在y＜0的区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像，插上P3后，P3刚好能挡住P1、P2的像，根据折射率公式得到．
18.【答案】(1)l1和l3n＝(2)偏大
【解析】(1)根据几何知识得，入射角的正弦sin i＝，折射角的正弦sin r＝，又BO＝OC，则折射率为n＝.故需要测量的量有l1和l3；
(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，由折射率律公式n＝可知，测得玻璃砖的折射率将偏大．
19.【答案】(1)30°(2)75°60°
【解析】(1)根据折射定律n＝
代入数据得θ2＝30°
(2)作光路图如图所示，
在AC边上光线正好发生全反射，入射角sinθ1′＝＝，θ1′＝45°
根据几何关系，可以求得△A＝75°，△B＝60°.
20.【答案】(1)2×108m/s(2)光路如中图
【解析】(1)光在棱镜中传播的速率v＝＝＝2×108m/s
(2)由折射定律＝n
得AB面上的折射角r＝30°
由几何关系得，BC面上的入射角θ＝45°
全反射临界角C＝arcsin＜45°，光在BC面上发生全反射，光路如图所示．
21.【答案】(1)2h(2)
【解析】(1)作出如图光路，根据折射定律有＝n△
d＝2h tan r△
由△△式得d＝2h△
(2)两光斑形成的时间差即折射光束在玻璃砖内运动的时间
下表面反射光束多走的路程s＝△
光在玻璃中速度v＝△
Δt＝△
由△△△△式得Δt＝△
22.【答案】见解析
【解析】当旋转偏振片时，观察到旋转偏振片时亮度变化，说明反射光是偏振光
23.【答案】4×10－7m黄色
【解析】先根据λ0＝计算出单色光在真空中的波长λ0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n＝＝，求出光在玻璃中的波长λ. λ0＝＝m＝6×10－7m，又由n＝得λ＝＝m＝4×10－7m.由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜
色依然是黄光．
24.【答案】变大变大
【解析】由于以接触点为圆心的同一圆周上空气楔厚度相同，光通过空气楔的光程差是相同的，所以干涉条纹是环形的，若某一厚度空气楔环，光通过它的光程差为的偶数倍，对应一亮环。

若换作曲率半径更大的凸透镜，则这一厚度要外移，对应牛顿亮环半径要变大。

其他环半径依次变大，所以圆环半径要变大。

同理，若改用波长更长的单色光照射，观察到圆环半径变大。