阶段质量检测(四)　光及其应用

6/6阶段质量检测(四)光及其应用(满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.我国南宋时的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道:“凡风雨初霁(霁jì,雨后转晴),或露之未晞(晞xī,干),其余点缀于草木枝叶之末,日光入之,五色俱足,闪烁不定,是乃日之光品著色于水,而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象()A.反射 B.色散C.干涉 D.衍射2.为了减少光学元件的反射损失,可在光学元件表面镀上一层增透膜,利用薄膜干涉相消来减少反射光。如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n,要使绿光在垂直入射时反射光完全抵消,最小厚度为d,那么绿光在真空中的波长λ0为()A.d4 B.C.4d D.4nd3.如图所示,一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射,有光线从ab面射出。以O点为圆心,将玻璃砖缓慢转过θ角时,恰好没有光线从ab面射出,则该玻璃砖的折射率为()A.1sinθ2 C.1sin2θ D4.如图所示,两平行细激光束a、b射向空气中足够大的长方体透明材料的下表面,发现该材料的上表面只有一处有光线射出,则()A.材料对激光a的折射率大于对激光b的折射率B.激光a的频率小于激光b的频率C.两束激光在材料的上表面发生了干涉D.有一束激光在材料的上表面发生了全反射5.双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是()A.Δt=5λc B.ΔtC.Δt=10λc D.Δt6.用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的()A.13倍 B.1C.2倍 D.3倍7.如图所示,ABC为等腰棱镜,OO'是棱镜的对称轴,a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜,两束光在AB面上的入射点到D点的距离相等,两束光折射后相交于图中的P点,下列判断正确的是()A.在同一介质中,a光光速大于b光光速B.若从同一介质射入真空,发生全反射时a光的临界角比b光大C.用同一双缝干涉实验装置观察,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距D.在真空中,a光波长大于b光波长二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)8.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法中正确的是()A.此介质的折射率等于1.5B.此介质的折射率等于2C.当光线从介质射向真空中时,入射角大于45°时可发生全反射现象D.当光线从介质射向真空中时,入射角小于30°时可能发生全反射现象9.如图所示,一束自然光通过起偏器照射到光屏上,则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透振方向)()10.如图所示,真空中有一均匀介质球,一束复色光平行于BOC从介质球的A点折射进入介质球内,进入介质球后分成光束Ⅰ、Ⅱ,其中光束Ⅰ恰好射到C点,光束Ⅱ射到D点,∠AOB=60°,则()A.介质球对光束Ⅱ的折射率大于3B.进入介质球的光束Ⅰ一定比同时进入介质球的光束Ⅱ先射出介质球C.当入射角大于某一特定角度时,光束Ⅱ再射到界面上时可能会发生全反射D.用光束Ⅰ和光束Ⅱ分别射向同一双缝干涉装置,光束Ⅱ的条纹间距比光束Ⅰ的条纹间距大三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(6分)某同学通过双缝干涉实验测量光的波长,实验装置如图(a)所示。(1)毛玻璃屏上相邻亮条纹的间距可利用测量头测出,如图(b)所示。先将测量头分划板中心刻线与一亮条纹中心P重合,其读数为0.822mm,然后沿同一方向转动手轮,使分划板中心刻线移过4条暗条纹,与另一亮条纹中心P'重合,相应的读数如图(c)所示,该读数为mm。(2分)

(2)已知双缝间的距离为0.2mm,双缝到屏的距离为1.5m,此单色光波长是mm。(保留三位有效数字)(4分)

12.(8分)(2024·湖北高考)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率,具体步骤如下:①平铺白纸,用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB',交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA',并使其圆心位于O点,画出玻璃砖的半圆弧轮廓线,如图(a)所示。②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖,记录折射光线与半圆弧的交点M。③拿走玻璃砖,标记CO光线与半圆弧的交点P。④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。⑤改变入射角,重复步骤②③④,得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y⁃x图像,如图(b)所示。(1)关于该实验,下列说法正确的是(单选,填标号)。(2分)

A.入射角越小,误差越小B.激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差C.选择圆心O点作为入射点,是因为此处的折射现象最明显(2)根据y⁃x图像,可得玻璃砖的折射率为(保留三位有效数字)。(3分)

(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(3分)

13.(12分)半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示,O点为圆心,与直径AB垂直的足够大的光屏CD紧靠住玻璃砖的左侧,OO'与AB垂直。一细光束沿半径方向与OO'成θ=30°角射向O点,光屏CD区域出现两个光斑,两光斑间的距离为(3+1)R,求:(1)此玻璃的折射率;(6分)(2)当θ变为多大时,两光斑恰好变为一个。(6分)14.(12分)某透明材料制成的半径为R的球冠的截面如图所示,其底边AB与圆心O的距离d=24R。现让一光线沿PO方向从P点射入,在底边AB上恰好发生全反射。已知球冠对该光线的折射率n=2,光在真空中的传播速度为c(1)该光线射出球冠时的折射角θ;(6分)(2)该光线射出球冠前在球冠中传播的时间t。(6分)15.(16分)如图所示,水族馆训练员在训练海豚时,将一发光小球高举在水面上方的A位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为23d。训练员将小球向左水平抛出,入水点在B位置的正上方,入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置,折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n=4(1)tanθ的值;(8分)(2)B位置到水面的距离H。(8分)阶段质量检测(四)1.选B雨过天晴时,太阳光照在枝叶上的水珠上,白光经过水珠折射以后,分成各种彩色光,这种现象叫做光的色散现象,选项B正确。2.选D设绿光在膜中的波长为λ,则由d=14λ,得λ=4d,由n=cv=λ0fλf,得绿光在真空中的波长为λ0=nλ=43.选B由题意,将玻璃砖缓慢转过θ角时,恰好没有光线从ab面射出,说明光线发生了全反射,此时的入射角恰好等于临界角,即有i=C,而入射角i=θ,则临界角C=θ。由临界角公式sinC=1n得n=1sinC=1sin4.选B因材料的上表面只有一束光线射出,通过材料后激光a的侧移量小于激光b的侧移量,可知材料对激光a的折射率小于对激光b的折射率,激光a的频率小于激光b的频率,故A错误,B正确;两束激光的频率不同,则不可能在材料的上表面发生干涉,故C错误;两束激光在材料的上表面的入射角等于在下表面的折射角,根据光路可逆知,两束激光在材料的上表面都不会发生全反射,故D错误。5.选A波长为λ的光在玻璃片中的传播速度v=cn,通过10λ的距离,光传播的时间差Δt=10λnc-10λc=6.选B根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=Ldλ,由题图知Δx乙=2Δx甲,则d乙=12d甲,故选7.选C由题图知,a光的偏折角大于b光的偏折角,可知a光的折射率大于b光的折射率,由v=cn知,在同一介质中,a光光速小于b光光速,A错。由临界角公式sinC=1n可知,a光发生全反射时的临界角小于b光发生全反射时的临界角,B错。a光的频率大于b光的频率,由c=λf分析得知,在真空中,a光波长小于b光波长。由条纹间距表达式Δx=ldλ分析知,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,C8.选BC由题图及折射率定义得,n=sin45°sin30°=2,A错,B对;当光线从介质射向真空中时,发生全反射的临界角C满足sinC=1n,解得C=45°,即入射角大于等于45°时可发生全反射现象,C对9.选ABD自然光通过偏振片后成为偏振光,当偏振光的振动方向与偏振片的透振方向平行时能够通过,垂直时不能通过,所以A、B、D正确。10.选AB对于光束Ⅰ,在A点的入射角i=60°,折射角r=i2=30°,则介质球对光束Ⅰ的折射率为n1=sinisinr=3,光束Ⅱ和光束Ⅰ入射角相同,但光束Ⅱ折射角小,所以介质球对光束Ⅱ折射率大于3,A对。由v=cn,结合A选项分析可知光束Ⅱ比光束Ⅰ在介质球中传播速度小,且路程大,所以进入介质球的光束Ⅰ一定比同时进入介质球的光束Ⅱ先射出介质球,B对。从A点入射的光束Ⅱ,再射到界面时,入射角等于A点的折射角,根据光路可逆原理知道,不会发生全反射,C错。介质球对光束Ⅱ的折射率大,故光束Ⅱ的频率大,波长短,而干涉条纹间距与波长成正比,则光束Ⅱ11.解析:(1)该读数为21mm+0.2×0.01mm=21.002mm。(2)已知条纹PP'间还有3条亮条纹,则相邻两亮条纹的间距为Δx=21.002-0.8224mm=5.045mm,由干涉条纹的间距公式Δx=ldλ,解得λ≈6.73×10-4答案:(1)21.002(21.001~21.003均可)(2)6.73×10-412.解析:(1)入射角适当即可,不能太小,入射角太小,会导致折射角太小,测量的误差会变大,故A错误;激光的平行度好,比用插针法测量更有利于减小误差,故B正确;相同的材料在各点的折射效果都一样,故C错误。(2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得,入射角的正弦值为sini=y折射角的正弦值为sinr=x折射率n=sinisin可知y⁃x图像斜率大小等于折射率,即n=3824≈1.58(3)根据(2)中数据处理方法可知,若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径,则折射率的测量结果不变。答案:(1)B(2)1.58(1.56~1.60均可)(3)不变13.解析:(1)细光束在AB界面,一部分反射,另一部分折射,设折射角为β,光路图如图所示,由几何关系得:L1=Rtanθ=根据题意两光斑间的距离为(3+1)R所以L2=R由几何关系知β=45°根据折射定律,折射率n=sinβsinθ=sin45°(2)若光屏CD上恰好只剩一个光斑,则说明该光束恰好在AB面发生全反射由sinC=1n,得临界角为C即当θ≥45°时,光屏上恰好只剩下一个光斑。答案:(1)2(2)θ≥45°14.解析:(1)根据题意,可画出光路图如图所示,设光线在底边AB上的D处发生全反射的临界角为C,则有sinC=1n,又α=解得α=C=45°,故三角形DOE为直角三角形,有sinβ=OD其中OD=d根据折射定律有n=sinθsinβ,解得(2)根据勾股定理有DE=R设光线在球冠中的传播速度大