高中物理 13.7 光的颜色 色散每课一练 新人教版选修34

高中物理 13.7 光的颜色 色散每课一练 新人教版选修34
1．下列哪些是属于薄膜干涉现象( )
A ．雨后美丽的彩虹
B ．阳光照在肥皂膜上的彩色条纹
C ．阳光下水面上的油膜的彩色条纹
D ．阳光通过三棱镜后得到的彩色条纹
答案：BC
2．如图13－7－8甲所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P 是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S 是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图乙中的( )
图13－7－8
解析：选D.铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是水平的． 3.
图13－7－9
如图13－7－9所示，从点光源S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab 间形成一条彩色光带，下面说法中正确的是( )
A ．a 侧是红色光，b 侧是紫色光
B ．在真空中a 侧光的波长小于b 侧光的波长
C ．三棱镜对a 侧光的折射率大于对b 侧光的折射率
D ．在三棱镜中a 侧光的传播速率大于b 侧光的传播速率
解析：选BC.由题图可以看出，棱镜对a 光偏折的严重，即对a 光的折射率大，所以a 侧是紫光，波长较短，b 侧是红光，波长较长，选项A 错B 、C 对；再根据折射率公式n ＝c v
，所以三棱镜中红光传播速率最大，紫光传播速率最小，选项D 错．
4.
图13－7－10
如图13－7－10所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否水平的装置，所用的单色光是用普通光源加滤光片产生的．检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
A ．a 的上表面和b 的下表面
B ．a 的上表面和b 的上表面
C ．a 的下表面和b 的上表面
D ．a 的下表面和b 的下表面
解析：选C.因为光波的波长很短，所以，只有利用很薄的介质膜才能观察到明显的干涉条纹．该题是利用标准样板和厚玻璃板间极薄的空气薄层上、下表面的反射光发生干涉，来对玻璃板上表面的平整度进行检验的．空气薄层的上、下表面就是a 的下表面和b 的上表面． 5.
图13－7－11
如图13－7－11所示，半圆形玻璃砖的半径为R ，直径为MN ，一束白光从Q 点垂直于直径MN 的方向射入半圆形玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，打到光屏上得到由红到紫的彩色光带．已知QM ＝R 2
.如果保持入射光线和光屏的位置不变，而使半圆形玻璃砖沿直径方向向上或向下移动，移动的距离小于R 2
，则有( ) A ．半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上红光最先消失
B ．半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上紫光最先消失
C ．半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上红光最先消失
D ．半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上紫光最先消失
解析：选D.当玻璃砖上移时，从玻璃进入空气中光线的入射角在减小，且移动距离小于R
2
，所以不管哪种色光都不会发生全反射，故A 、B 错．当向下移动时，由于从玻璃进入空气的光线入射角在增大，紫光的临界角最小，所以紫光首先发生全反射，在屏上消失，故C 错，D 对．
一、选择题
1．光的颜色取决于( )
A ．波长
B ．频率
C ．传播速度
D ．折射率
解析：选B.光的频率决定光的颜色，光在传播过程中频率不变，即颜色不变．
2．表面附着油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则( )
A ．两者都是色散现象
B ．两者都是干涉现象
C ．前者是干涉现象，后者是折射现象
D ．前者是色散现象，后者不是色散现象
解析：选AC.阳光照射到油膜上，油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样，是干涉现象．阳光照在边缘棱角处，由于折射产生彩色图样，是折射现象，两者都属于色散现象，选项A 、C 正确．
3.
图13－7－12
如图13－7－12所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，
一束光A 从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a 点和b 点之间，则( )
A ．从a 点射出的是红光，从b 点射出的是紫光
B ．从a 点射出的是紫光，从b 点射出的是红光
C ．从a 点和b 点射出的都是红光，从ab 中点射出的是紫光
D ．从a 点和b 点射出的都是紫光，从ab 中点射出的是红光
解析：选B.此棱镜相对周围介质是光疏介质．因此，光在棱镜中的折射角大于入射角，从棱镜中射出时，折射角小于入射角，所以出射光线向顶角方向偏转．紫光的折射率大则紫光的偏折程度大，即紫光从a 点射出，红光从b 点射出，选项B 正确． 4.
图13－7－13
如图13－7－13所示，两束不同的单色光P 和Q ，以适当的角度射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是从圆心O 点沿OF 方向射出，则下面说法正确的是( )
A ．P 光束在玻璃砖中的折射率大
B ．Q 光束的频率比P 光束的频率大
C ．P 光束穿出玻璃砖后频率变大
D ．Q 光束穿过玻璃砖所需时间长
解析：选BD.根据折射定律知Q 相对P 偏折更多，故Q 光束在玻璃砖中的折射率更大，Q 光束的频率更大，由于两光束在玻璃砖中的路程相等，v ＝c n
，Q 光束速率小，穿过的时间长，P 、Q 光束从玻璃砖进入空气中时，频率不变，波长会变长．
5.
图13－7－14
(2011年江苏盐城调研)如图13－7－14所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M ，若用n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是( )
A ．n 1<n 2，a 为红光，b 为蓝光
B ．n 1<n 2，a 为蓝光，b 为红光
C ．n 1>n 2，a 为红光，b 为蓝光
D ．n 1>n 2，a 为蓝光，b 为红光
解析：选B.由图可知，b 光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光．故B 正确．
6．(2011年高考福建理综卷) 如图13－7－15，半圆形玻璃砖置于光屏PQ 的左下方．一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O 点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．若入射点由A 向B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )
图13－7－15
A ．减弱，紫光
B ．减弱，红光
C ．增强，紫光
D ．增强，红光
解析：选C.因n 红＜n 紫，再由临界角公式sin C ＝1n
可得，C 红＞C 紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱，反射光强度会逐渐增强，故应选C.
7.
图13－7－16
(2011年杭州十四中高二期中)一束白色光垂直射入等腰三角形棱镜的AC 面，如图13－7－16所示，在AB 面上发生了全反射，若入射点不变，入射光线逐渐顺时针转动过程中，透过AB 面的光线( )
A ．首先是红光
B ．各色光同时透过
C ．首先是紫光
D ．首先是黄光
解析：选A.当入射光线逐渐顺时针转动的过程中，入射角逐渐增大，射到AB 面上的光线的入射角逐渐减小，因为红光的临界角最大，所以首先在AB 面发生折射透过的光线是红光，A 正确．
8．(2011年高考重庆理综卷)在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a 、b 、c 三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b 在水下的像最深，c 照亮水面的面积比a 的大．关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：
①c 光的频率最大 ②a 光的传播速度最小 ③b 光的折射率最大 ④a 光的波长比b 光的短
根据老师的假定，以上回答正确的是( )
A ．①②
B ．①③
C ．②④
D ．③④
解析：选C.b 像最深说明折射率最小，频率最小，波长最大，发生全反射的临界角最大．c 照亮水面的面积比a 大，说明a 折射率比c 大，发生全反射的临界角比c 小，总之，频率最大的是a ，①错误；传播速度v ＝c n
，故传播速度最小的是a ，②正确；折射率最大的是a ，a 光波长最短，b 光波长最长，③错误，④正确．故选项C 正确．
9．市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使物体被照处的热效应大大降低，从而广泛的应用于博物馆、商店等处．这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面反光镜玻璃表面上镀一层薄膜，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示红外线的波长，则所镀薄膜的最小厚度应为( )
A ．λ/8
B ．λ/4
C ．λ/2
D ．λ
解析：选B.为减少反射的热效应显著的红外线，则要求红外线的薄膜的前后表面反射
后叠加作用减弱，即光程差为半波长的奇数倍，故膜的最小厚度为红外线波长的14
. 10．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图13－7－17甲所示，将一块平板玻璃放置在
另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示．干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等．(2)任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲所示装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹( )
图13－7－17
A ．变疏
B ．变密
C ．不变
D ．消失
解析：选A.撤去一张纸片后，劈形空气薄膜的劈势减缓，相同水平距离上，劈势厚度变化减小，以致干涉时光程差变化减小，条纹变宽，数量变少(变疏)，故A 正确．
二、非选择题
11．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般
用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m 的绿光在垂直表面入射时使反射光
干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度．
解析：由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚
度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的14，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消．而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化．
若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得： n ＝c v ＝λ0f λf
， 即λ＝λ0n
，那么增透膜厚度 h ＝14λ＝λ04n ＝5.52×10－7
4×1.38
m ＝1×10－7 m. 答案：1×10－7
m
12.
图13－7－18
单色细光束射到折射率n ＝2的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角i ＝45°，经折射进入球内后又经内表面反射一次，再经球表面折射后射出的光线，如图13－7－18所示(图上已画出入射光线和出射光线)．
(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向；
(2)求入射光线与出射光线之间的夹角α；
(3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的α角最大，哪种颜色光的α角最小？
解析：(1)如图所示，
(2)由折射定律sin i sin r
＝n ，得： sin r ＝sin i n ＝222＝12，r ＝30°. 由几何关系及对称性，有：α
2＝r －(i －r )＝2r －i .
α＝4r －2i ，
把r ＝30°，i ＝45°代入得：α＝30°.
(3)透明球对红光的折射率最小，折射角r 最大，圆周角β最大，故α最大，同理紫光的α角最小．
答案：见解析。