第四章《光》单元测试（解析版）

第四章《光》单元测试一．选择题（共12小题）1．关于机械波和光，下列说法正确的是（）A．机械波和光都能发生干涉和衍射现象 B．体检项目“彩超”，利用了光的多普勒效应 C．“光导纤维“利用了光的偏振现象 D．“泊松亮斑”是光波的干涉现象【解答】解：A、机械波和光，都属于波，都能发生干涉和衍射现象，故A正确；B、医院进行医学体检时用的“彩超”仪器，利用了超声波的多普勒效应，故B错误；C、“光导纤维“是利用了光的全反射原理，故C错误；D、绕过圆盘的光在阴影中心形成亮斑，称之为“泊松亮斑”，这是光产生衍射现象，故D错误。故选：A。2．下列有关光学现象的说法正确的是（）A．观看立体电影时需戴上特制眼镜，是利用了光的干涉现象 B．一束白光通过三棱镜形成彩色光带是因为不同颜色的光折射率不同 C．激光切割金属利用了激光相干性好的特点 D．肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的衍射现象【解答】解：A．观看立体电影时，屏幕向观看者输送了两幅偏振方向不同的画面，画面经过眼镜时每只镜片只能通过一个偏振方向上的画面，这样人的左右眼就能接收两组画面，经过大脑合成立体影像，所以观看立体电影时需戴上特制眼镜，是利用了光的偏振现象，故A错误；B．白光是由各种色光混合而成，而由于不同颜色的光折射率不同，通过三棱镜后偏转角度不同，从而形成彩色光带，故B正确；C．激光切割金属利用了激光亮度高、能量大的特点，故C错误；D．肥皂膜在阳光下呈现彩色条纹是光的干涉现象，故D错误。故选：B。3．把酒精灯火焰放在铁丝圈上的竖立的肥皂膜前。发现在肥皂膜上观察到火焰的反射像上有彩色条纹，且上疏下密分布，如图。由此推测肥皂膜竖直方向侧向截面图可能是（）A． B． C． D．【解答】解：因为路程差即（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍时，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍时，振动减弱，为暗条纹。所以人从同侧看，可看到亮条纹时，同一高度膜的厚度相同，则彩色条纹水平排列，因竖直放置的肥皂薄膜受到重力的作用，下面厚，上面簿，形状视如凹透镜，因此，在薄膜上不同的地方，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同，导致上疏下密，故C正确，ABD错误。故选：C。4．如图，光导纤维的内芯折射率为n1、外套折射率为n2，光由光导纤维的一端从空气进入内芯后，经多次全反射传播到另一端射出，则（）A．n1＞n2 B．n1＜n2 C．sinα=1n1 【解答】解：AB．欲使光在n1、n2界面上发生全反射，必须从光密介质射入光疏介质，需要满足n1＞n2，故A正确，B错误；CD．在内芯发生全反射的临界角为sinC=图中发生全反射，满足α≥C所以sinα≥sinC解得：sinα≥故CD错误。故选：A。5．如图所示是某款手机防窥屏的原理图，在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可实现对像素单元可视角度θ的控制（可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。下列说法正确的是（）A．屏障的高度d越大，可视角度θ越大 B．透明介质的折射率越大，可视角度θ越大 C．防窥屏实现防窥效果主要是因为光发生了全反射 D．防窥屏实现防窥效果主要是因为防窥屏使光的波长发生了变化【解答】解：A．如果屏障越高，则入射角变小，根据折射定律可知折射角变小，θ角变小，故A错误；B．由图可知，可视角度θ是光线进入空气中时折射角的2倍，透明介质的折射率越大，折射角越大，θ角越大，故B正确；CD．防窥屏实现防窥效果的原理是因为某些角度范围内的光被屏障吸收，能射出到空气中的光其入射角都小于临界角，没有发生全反射，且与光的波长无关，故CD错误。故选：B。6．关于光现象及其应用，下列说法正确的是（）A．通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象 B．泊松亮斑是由光的干涉产生的 C．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，频率变低 D．光的偏振现象说明光是一种纵波【解答】解：A．通过两支铅笔夹成的一条狭缝观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故A正确；B．泊松亮斑是由光的衍射产生的，故B错误；C．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，频率不变，故C错误；D．光的偏振现象说明光是一种横波，故D错误。故选：A。7．如图将一根筷子竖直插入装有水的圆形玻璃杯中，从图中视角方向观察到筷子水中的像与筷子位置发生了侧移，下列判断正确的是（）A．像发生侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了全反射 B．像发生侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了折射 C．如将筷子放在圆形玻璃杯的中心轴上，也能看到筷子的像侧移 D．如将筷子沿所在直径向中心轴移动，移到某处时筷子在水中的像会消失【解答】解：A．全反射是由“光密”介质进入“光疏”介质，且入射角大于等于临界角，很明显该现象是光的折射现象，故A错误；B．为了使成像原理更加清晰，应作截面图，如图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图，A处为筷子，ABP表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁B射向观察者P处的一条光线，ON为过B点沿半径方向的直线，即在B处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在B处由水中射入空气中，图中的角θ1和角θ2分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律可知，应有θ1＜θ2，所以观察者在P处看到的筷子A的像A'的位置不是在A的实际位置，而是由其实际位置偏离杯中心的方向向杯壁靠拢一些，所以看上去浸在水中的这段筷子产生了侧移。故B正确；C．筷子在中心处出射光线始终沿直线传播，即始终垂直杯子，则光线不发生偏折，故C错误；D．筷子在距离杯子的边沿处发出的光射到玻璃杯边缘时入射角较大，最容易发生全反射，则如将筷子沿所在直径向中心轴移动，移到某处时筷子在水中的像不会消失，故D错误。故选B。8．用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖平面垂直，图中的P1、P2、P3、P4是四个学生实验时插针的结果。在这四个图中可以比较准确地测定折射率的是（）A． B． C． D．【解答】解：根据光的折射知识画出光路图如图所示，A．A光路图中从玻璃砖出射时，不满足实际在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，故A错误；B．B光路图虽然正确，但入射角和折射角均为零度，测不出折射率，故B错误；D．D光路图中，P3、P4与玻璃砖的表面相切，恰好发生全反射，无法完成实验，故D错误；C．C光路图中，光线可以满足从玻璃砖出射时，在空气中的折射角大于玻璃砖中的入射角，可以比较准确地测定折射率，故C正确。故选：C。9．如图是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁。蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构。光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图所示，则（）A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象 B．翅膀灿烂闪烁是光的色散现象 C．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象 D．光在空气中的波长约是在翅脊中波长的23【解答】解：ABC、由图可知射向翅脊的光被翅脊的前、后表面反射，在翅脊的前表面处会形成彩色的条纹，这种情况属于薄膜干涉，是光的干涉现象，故A正确，BC错误；D、翅脊的折射率n＝1.5，则光在翅脊中的速度v=cn=故选：A。10．劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图甲所示，将一块平板玻璃a放置在另一玻璃板b上，在一端夹入两张纸片，当黄光从上方入射后，从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则（）A．任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等 B．弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度不相等 C．若抽去一张纸片，条纹变密 D．若换用蓝光从上方入射，条纹变疏【解答】解：AB．光在空气膜中的光程差为Δx＝2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Δx＝nλ+12λ时（存在半波损失），此处为亮条纹，当光程差为Δx＝nC．当光程差Δx＝nλ+12λ时此处表现为亮条纹，则相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为1D．由于相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为12λ故选：A。11．甲、乙、丙三幅图分别表示光的三种现象，下列说法正确的是（）A．图甲中光纤的外套的折射率大于内芯的折射率 B．图乙中只要入射角θ1足够大，当光线从玻璃进入空气时有可能发生全反射 C．图乙中在测定玻璃折射率时，若玻璃砖前后两表面不平行，则测量误差较大 D．图丁中M、N是偏振片，当M固定，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将会发生变化【解答】解：A.图甲中光纤的外套的折射率小于内芯的折射率，故A错误；B.图乙中根据光路可逆原理可知，光线能进入玻璃就能从玻璃射出而不发生全反射，故B错误；C.图乙中在测定玻璃折射率时，若玻璃砖前后两表面不平行，测量结果不受影响，故C错误；D.图丙中M、N是偏振片，当M固定，缓慢转动N时，通过M片的光线会因为N的转动，逐渐的减弱以及逐渐的增强。则光屏P上的光亮度将会发生变化，故D正确。故选：D。12．如图所示，ABCD为直角梯形玻璃砖的横截面示意图，∠A＝60°，AB长为3a，AD长为2a，E为AD边的中点。一束单色光从E点垂直于AD边射入玻璃砖，在AB边上的O点（图中未画出）刚好发生全反射，然后从BC边上的P点（图中未画出，不考虑该处的反射光）射出玻璃砖，该单色光在真空（或空气）中传播的速度为c。下列说法正确的是（）A．该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角为30° B．玻璃砖对该单色光的折射率为33C．该单色光从E点传播到P点所经历的时间为10a3cD．换用波长更长的单色光进行上述操作，则在P点可能发生全反射【解答】解：画出光路图如图所示A、由该单色光在O点刚好发生全反射可知，在O点的入射角等于临界角，设为θC，根据几何关系可得θC＝60°，故A错误；B．根据临界角与折射率的关系有sinθc=C．根据几何关系可知，单色光在玻璃砖中传播的距离为s1＝EO+OP又：EO＝2asin60°，OP=设单色光在玻璃砖中传播的速度为v，根据折射率关系有n=光从E点到P点的传播时间为t代入数据解得t1D．波长更长的单色光发生全反射的临界角更大，所以在P点不可能发生全反射，故D错误。故选：C。二．多选题（共3小题）（多选）13．在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图，ABCD是棱镜的横截面，截面是底角为45°的等腰梯形。现有与底面BC平行且频率相同的两束单色光a、b射入AB面，经折射反射，使从CD面射出的光线发生了翻转。已知棱镜材料对该色光的折射率n=2A．两束光中，有一束可能会从底面BC射出 B．a光能从底面BC射出，b光将从CD面平行于BC射出 C．若光a、b从CD面平行于BC射出，a光离底面BC更近 D．两束光在棱镜中的传播时间相同【解答】解：ABC、光路图如图所示：根据折射定律有n=sin45°根据几何知识可知，两条光在BC面的入射角为α＝75°，因为sinC=1所以全反射的临界角为C＝45°，则光在BC面发生全反射，根据几何知识可知，光在CD面的入射角为30°，根据光路可逆原理可知，光在CD面的出射光线和入射光线相互平行，但距离C点最近的为光线a，故AB错误，C正确；D、根据几何关系及对称性可知两束光的光程相等，由于v=c故选：CD。（多选）14．如图所示，某圆柱形玻璃的横截面圆心为O、半径为R。一束由1、2两种单色光组成的复色光从横截面所在平面内射向M点，入射光线与OM的夹角α＝60°，在M点折射后进入玻璃内部，分别射到横截面上的N、P两点，∠MOP＝120°，∠MON＝90°。已知真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A．玻璃对1、2两种单色光的折射率之比为22B．适当减小入射角α，光线2可能在玻璃中发生全反射 C．1、2两束光线在玻璃中传播的时间差为(3−3D．1、2两束光线射出后相互平行【解答】解：A．由几何得∠NMO＝45°，∠PMO＝30°，根据折射定律可得：n1n2所以玻璃对1、2两种单色光的折射率之比为n1代入数据解得：n1B．因为∠OPM＝∠PMO，根据光路可逆可知，光线2不可能在玻璃中发生全反射，故B错误；C．由折射定律可得：v=c所以光线1在玻璃中传播的时间为t1光线2在玻璃中传播的时间为t2因此它们的时间差为Δt=tD．由光路可逆可得，光线1射出玻璃的光线与ON夹角为60°，光线2射出玻璃的光线与OP夹角为60°，由于ON与OP不平行，所以它们的出射光线不平行，故D错误。故选：AC。（多选）15．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布。下列说法正确的是（）A．这位同学在缝屏上安装的是双缝 B．这位同学在缝屏上安装的是单缝 C．当作干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大，应选用双缝间距较小的双缝 D．当作干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变小，应增大缝屏与光屏间的距离【解答】解：AB．由图乙可知，条纹中间宽、两边窄，是衍射条纹，所以在缝屏上安装的是单缝，故A错误，B正确；CD．根据题意，由相邻明条纹间距公式Δx=λL故选：BC。三．实验题（共2小题）16．用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。（1）如果玻璃砖上下表面平行，则可以选择上表面的两个对应角度（入射角和折射角）来求折射率，也可以选择下表面的两个对应角度来求折射率，这两种是等效的。如果所选择的玻璃砖上下表面不平行，正确操作后得到图乙所示的光路图，此时应选择C对应的两个角度来求折射率。A．上表面B．下表面C．上表面或者下表面都没问题D．上表面或者下表面都会有系统误差（2）如果有几块宽度d不同的玻璃砖可供选择，则A。A．选择宽度较大的玻璃砖来做实验可以减少误差B．选择宽度较小的玻璃砖来做实验可以减少误差C．玻璃砖的宽度对误差没有影响【解答】解：（1）只要入射角和折射角测量准确，根据折射定律就可以求出玻璃的折射率；因此无论玻璃砖上、下表明是否平行，光在上下表面都发生折射，用上表面或者下表面对应的两个角度来求折射率都没问题，故ABD错误，C正确。故选：C。（2）若选择宽度较大的玻璃砖来做实验，可以增大光线在玻璃砖内的光线的长度，更精确地测定折射角，从而减少误差，故A正确，BC错误。故选：A。故答案为：（1）C；（2）A。17．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，下列说法中正确的是BC；A．干涉条纹与双缝垂直B．单缝和双缝应相互平行放置C．若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样D．想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以将单缝向双缝靠近（2）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为13.865mm；（3）已知双缝间距d为2.0×10﹣4m，测得双缝到屏的距离L为0.600m，求所测量光的波长为7.70×10﹣7m（结果保留三位有效数字）。【解答】解：（1）A．干涉条纹与双缝平行，故A错误；B．单缝和双缝应相互平行放置，故B正确；C．若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样，故C正确；D．想增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹间距减小；根据条纹间距公式Δx=Ld故选：BC。（2）螺旋测微器的分度值为0.01mm，图乙中手轮上的示数为x2＝13.5mm+36.5×0.01mm＝13.865mm（3）图甲所示螺旋测微器示数x1＝2mm+32.0×0.01mm＝2.320mm条相邻纹间距Δx=13.865−2.3206−1mm＝2.310mm＝2.31×10由Δx=Ldλ得，所测光的波长为λ＝7.70×10故答案为：（1）BC；（2）13.865；（3）7.70×10﹣7四．计算题（共3小题）18．如图所示，一块半圆形透明材料，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，材料的折射率n＝2，平行光垂直射向材料的下表面（设真空中光速为c）。（1）若光到达上表面后，都能从上表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？（2）一束光在O点左侧与O点相距22【解答】解：（1）光线发生全反射的临界角满足n=由此可知，其能从上表面射出的光线，入射角为C＝30°光路图如图1所示：根据数学知识，入射光束在AB上的最大宽度为d＝2Rsin30°=2R×（2）一束光在O点左侧与O点相距22R处，垂直于AB从下方入射，在上表面的入射角为则有sinθ=解得θ＝45°由于θ＞C，因此光在透明材料中发生全反射，光路图如图2所示：根据数学知识，该束光在透明材料中的路程s=2×该束光在透明材料中的光速为v=光从透明材料射出所用时间为t=s答：（1）入射光束在AB上的最大宽度为R；（2）此光从材料射出所用时间为4219．足够宽的泳池中装有折射率为n=233的均匀液体，池底放有足够大的反光平面镜。池水深度H＝2m，在泳池中间某处有一静止的点光源S，点光源可以向各个方向移动。初始时刻，在液面上观察到面积为27π（Ⅰ）求点光源S的初始位置离池底高度h；（Ⅱ）让点光源S向某个方向匀速移动，发现光斑最右侧边沿B位置不动，最左侧