第十三章　光B综合拓展一遍过（2020一遍过·物理选修3-4RJ）

第十三章光,物理选修3-4RJ,一、选择题(每小题6分,共48分)1.(多选)2019福建南平高级中学模拟考试下列说法正确的是()A.太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的干涉的结果B.用光导纤维传送图像信息,这是光的全反射的应用C.泊松亮斑是光的衍射现象,全息照相利用了激光的相干性D.在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物,可使景象清晰E.眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹,这是光的偏振现象,答案,1.BCD【解题思路】太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的折射的结果,选项A错误;用光导纤维传送图像信息,这是光的全反射的应用,选项B正确;泊松亮斑是光的衍射现象,全息照相利用了激光的相干性,选项C正确;在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物,可使景象清晰是利用光的偏振,只让振动方向与透振方向一致的光通过,故D正确;眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹,这是光的衍射现象,选项E错误。,2.劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置侧视图如图a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b所示。干涉条纹有如下特点:任意一条明条纹或暗条纹所在位置对应的薄膜厚度相等;任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。若现从图a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()A.变疏B.变密C.不变D.消失,答案,2.A【解题思路】薄膜干涉中,干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的,当抽去一张纸片后,劈形空气薄膜变薄,相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能使所在位置对应的薄膜厚度跟原先一样,故选A。,3.如图所示,在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡,一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察,他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是()A.红光B.紫光C.蓝光D.黄光,答案,3.B【解题思路】光线从水中射入空气中发生折射时,折射角大于入射角,所以,水面上方的人看水中的灯觉得变浅。水对紫光的折射率最大,光线从水中射入空气中,入射角相同时,紫光折射角最大,水面上方的人看水中感觉紫光灯最浅,故B正确,ACD错误。,4.如图所示,将两块完全相同的平行玻璃砖顶部搭在一起放在水平面上。由红光和蓝光组成的一细光束以平行底边AC从AB边射入、由BC边射出,则从BC边射出的光()A.分成两束,上边为蓝光、下边为红光B.分成两束,上边为红光、下边为蓝光C.仍为一束,并与底边AC平行D.仍为一束,并向底边AC偏折,答案,4.C【解题思路】入射光经过左侧平行玻璃砖折射后平行AC射到右侧玻璃砖的左表面,根据两边玻璃砖的对称性可知再经BC折射后平行AC射出,故C正确。,5.如图所示,一束复色光从空气射入水中,进入水中分成a、b两束。已知它们与水面间的夹角分别是、,则a、b两束光在水中的传播速度之比为()A.sinsinB.sinsinC.coscosD.coscos,答案,5.C【解题思路】设入射角为,由折射定律可得nb=sinsin(90)=sincos,na=sinsin(90)=sincos,可得=coscos,故C正确。,6.如图所示,两块同样的玻璃直角三棱镜ABC,两者的AC面是平行放置的,在它们之间是分布均匀的透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射,在图示的出射光线中()A.1、2、3(彼此平行)中的任一条都有可能B.4、5、6(彼此平行)中的任一条都有可能C.7、8、9(彼此平行)中的任一条都有可能D.只能是4、6中的一条,答案,6.B【解题思路】光通过题图所示两块三棱镜时,方向不变,只发生侧移。从整体上看,像一整块玻璃砖,从左边AB面射入的光和从右边AB面射出的光应该平行,AC错误。因中间介质的折射率与三棱镜的折射率的关系不知道,故出射光线4、5、6中的任一条都有可能,B正确,D错误。,7.(多选)平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体,射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时,=60,当入射光为b光时,=90,则()A.该玻璃对a光的折射率为2B.该玻璃对b光的折射率为3C.在该玻璃中a光的速度比b光的速度大D.用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验,a光的条纹间距小,答案,7.AD【解题思路】由题知a光全反射临界角为30,由临界角公式sinC=1得该玻璃对a光的折射率na=1sin30=2,故A正确;由题知b光全反射临界角为45,由临界角公式sinC=1得该玻璃对b光的折射率nb=1sin45=2,故B错误;该玻璃对b光的折射率较小,根据v=分析知,在该玻璃中b光的速度比a光的速度大,故C错误;该玻璃对a光的折射率较大,可知a光的频率较大,波长较短,而双缝干涉条纹的间距与波长成正比,所以用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验,a光的条纹间距小,故D正确。,8.(多选)如图甲所示,在平静的水面下深h处有一个点光源s,它发出不同颜色的a光和b光,在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域,该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域,周围为环状区域,且为a光的颜色(见图乙)。设b光的折射率为nb,则下列说法正确的是()A.在水中,a光的波长比b光的大B.水对a光的折射率比b光的大C.在水中,a光的传播速度比b光的大D.复色光圆形区域的面积为S=221E.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中,a光的干涉条纹间距比b光的窄,答案,8.ACD【解题思路】a光在水面上有光射出的区域面积较大,知a光的临界角较大,根据sinC=1知,a光的折射率较小,再由v=f可知,在水中,a光的波长比b光的大,故AC正确,B错误;设复色光区域圆半径为r,依据sinC=1,结合几何关系,可知2+2=1,而复色光圆形区域的面积为S=r2=221,故D正确;a光的折射率小,波长长,根据双缝干涉条纹间距与波长成正比,可知相同条件下,a光的干涉条纹间距比b光的宽,故E错误。,二、非选择题(共22分)9.(11分)2019浙江绍兴一中月考某同学用如图甲所示的双缝干涉实验仪测量光的波长。(1)实验中选用的双缝间距为d,双缝到像屏的距离为L,在像屏上得到的干涉图样如图乙所示,分划板刻线在图中A、B位置时,游标卡尺的读数分别为x1、x2,则入射的单色光波长的计算表达式为。(2)分划板刻线在明条纹B处时,游标卡尺的读数为31.15mm,由此可知该游标卡尺的分度是。(选填“10分度”、20分度”或“50分度”)(3)关于该实验,下列说法正确的是。A.如果去掉滤光片,在像屏上得到的是明暗相间的白色干涉条纹B.如果用激光作为光源,则无须凸透镜和滤光片,也能在像屏上得到干涉条纹,C.单缝和双缝必须相互平行,且处于竖直方向的位置,否则无法用测量头读数D.若双缝中某一条被遮住,则像屏上不再有条纹(4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如图丙所示,条纹间距x的测量值(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值。,答案,9.【参考答案】(1)(21)6(2分)(2)20分度(3分)(3)B(3分)(4)大于(3分)【解题思路】(1)根据条纹间距公式x=知,入射光的波长为=(21)6。(2)因为10分度、20分度、50分度的精确度分别为0.1mm、0.05mm、0.02mm,所以读数为31.15mm时使用的是20分度的游标卡尺。(3)去掉滤光片,产生彩色的干涉条纹,故A错误。如果用激光作为光源,则无须凸透镜和单缝,因为激光平行度好,亮度高,故B正确。单缝和双缝必须相互平行,但不一定要处于竖直方向的位置,故C错误。若双缝中某一条被遮住,则会形成单缝衍射条纹,故D错误。(4)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,则相邻两条亮条纹的中心在测量方向上的距离增大,所以条纹间距的测量值大于真实值。,10.(11分)2019山东潍坊一中期末考试如图所示,截面为四分之三圆的玻璃柱,圆弧ABC面镀银,圆弧的半径为206cm。一细光束垂直OA并从OA的中点D射入玻璃柱,玻璃柱对该光的折射率为2,光在真空中的传播速度c=3108m/s。求:(1)光从玻璃柱中射出时的折射角。(2)光在玻璃柱中传播的时间(保留2位有效数字)。,答案,10.答案:(1)45(2)8.710-9s解:(1)光射入玻璃柱后的光路如图所示,在E点,sinDEO=12,得DEO=30(1分)由几何关系知DEO=BEO=EBO=OBF光在OC面上射出时的入射角为r=30(1分)由折射定律有n=sinsin(2分)得光从OC面射出时的折射角为i=45(1分)(2)光在玻璃柱中传播的路程为s=DE+EB+BF(2分)由几何关系可知DE=Rcos30,BE=2Rcos30,BF=cos30光在玻璃柱中传播的速度为v=(1分)光在玻璃柱中传播的时间为t=(1分)代入数据解得t=8.710-9s(2分),学科核心素养是学生通过学科学习而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。本章通过学习光的折射、干涉、衍射和偏振现象,体会其在生产生活中的应用,通过根据光的干涉、衍射等现象来论证光具有波动性,增强证据意识,提升科学论证能力。拓展试题主要是光的反射、折射、干涉及衍射的应用。,1.(多选)2019华南师大附中模拟考试,“科学推理”素养下列说法正确的是()A.太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的折射的结果,这一现象叫作光的色散B.激光测距是应用了激光平行性好的特点C.光导纤维传送图像信息利用了光的衍射原理D.在双缝干涉实验中要使条纹变宽,唯一的办法是将入射光由绿光变为红光E.a、b两种光从相同的介质以相同的入射角射到真空中,若a光的频率大于b光的频率,则逐渐增大入射角,a光先发生全反射,答案,1.ABE【解题思路】太阳光通过三棱镜形成彩色光谱,这是光的折射的结果,这一现象叫作光的色散,选项A正确;激光测距是应用了激光平行性好的特点,选项B正确;光导纤维传送图像信息利用了光的全反射原理,选项C错误;在双缝干涉实验中要使条纹变宽,根据x=可知,因红光的波长比绿光的大,则可将入射光由绿光变为红光,同时也可以增加双缝到像屏的距离或缩小双缝间距,选项D错误;a、b两种光从相同的介质以相同的入射角射到真空中,若a光的频率大于b光的频率,则a光的折射率大于b光的折射率,根据sinC=1/n可知,a光的临界角较小,则逐渐增大入射角,a光先发生全反射,选项E正确。,2.“科学推理”素养如图所示为一个用折射率n=2.15的透明介质做成的四棱镜的横截面图。其中A=E=90,B=60。现有一条光线从图中所示的位置垂直入射到棱镜的AB面上,该光在棱镜中传播的路径如图中虚线所示,下列说法正确的是()A.发生2次全反射B.发生3次全反射C.只有一个界面有光线射出来D.在两个界面有光线射出来,答案,2.D【解题思路】在原图上作图如图所示。光从玻璃射向空气的临界角为C,则sinC=12.15va,选项B错误,D正确;由于nanb,则频率fafb,ab,由x=知,xaxb,选项AC正确。,5.2019重庆市巴蜀中学期末考试,“科学推理”素养如图所示,光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管,中央插一块两面反光的玻璃板,入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射,进入到玻璃管底部,然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于玻璃管壁的折射率时,就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了,从而了解液面的高度。以下说法正确的是()A.玻璃管被液体包住之后,出射光强度增强B.玻璃管被液体包住之后,出射光消失C.玻璃管被液体包住之后,出射光强度减弱D.玻璃管被液体包住之后,出射光强度不变,答案,5.C【解题思路】玻璃管被液体包住之前,由于玻璃管之外是光疏介质空气,光线发生全反射,没有光线从玻璃管壁射出。当玻璃管被透明液体包住之后,如果液体的折射率大于玻璃的折射率,光线不再发生全反射,有一部分光线进入液体,反射光的强度会减弱,故选项C正确,ABD错误。,6.(多选)“科学推理”素养多边形ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图,ABBC,由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直AB射入棱镜,经两次反射后光线垂直BC射出,且在CD、AE边只有a光射出,光路如图所示,则a、b两束光()A.在真空中,a光的传播速度比b光大B.在棱镜内,a光的传播速度比b光小C.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角较小D.从零逐渐增大从水斜射入空气的入射角,b光比a光先发生全反射,答案,6.CD【解题思路】所有色光在真空中传播速度都相同,故A错误;由题图可知,光线在CD界面上,a、b两光的入射角相同,a光发生了折射,b光发生了全反射,说明b光的临界角比a光的小,由临界角公式sinC=1分析知,棱镜对b光的折射率比对a光的大,由公式v=分析知,在棱镜内a光的传播速度比b光的大,故B错误;棱镜对b光的折射率比对a光的大,根据折射定律n=sinsin可知,以相同的入射角从空气斜射入水中时,b光的折射角较小,故C正确;b光的临界角比a光的小,则从零逐渐增大从水斜射入空气的入射角,b光的入射角先达到临界角,则b光比a光先发生全反射,故D正确。,7.“科学推理”素养在研究材料A的热膨胀特性时,可采用如图所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面,在A的上方放一个透明的平行板B,B与A上表面平行,在它们之间形成一厚度均匀的空气膜。现在用波长为的单色光垂直照射,同时对A缓慢加热,在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化。当温度为t1时最亮,然后亮度逐渐减弱至最暗;当温度升高到t2时,亮度再一次回到最亮。(1)在B板上方观察到的亮暗变化是由哪两个