广东省实验中学高三物理第10章光学综合练习题及答案

广东省实验中学高三物理第10章光学综合练习题及答案第1页共1页广东省实验中学高三物理第10章光学综合练习题及答案一、单项选择题（共10小题，每题2分）（每小题只有一个选项符合题意，请把正确选项的字母填在题后括号内）1.一束光线从空气射入玻璃，下列说法正确的是A.光线的传播速度一定变小B.光线的传播方向一定不变C.入射角等于折射角D.折射角一定大于入射角参考答案：A2.关于透镜成像，下列说法正确的是A.凸透镜只能成实像B.凹透镜只能成虚像C.放大镜就是凸透镜D.照相机镜头是凹透镜参考答案：B3.在双缝干涉实验中，下列操作能使干涉条纹间距变宽的是A.改用波长更长的光B.增大双缝间距C.减小双缝间距D.移远屏幕参考答案：A4.在单缝衍射实验中，下列说法正确的是A.缝宽越小，衍射现象越明显B.光波波长越长，衍射现象越明显C.衍射是光的波动性的体现D.衍射只能发生在缝隙处参考答案：C5.一束光以60°的入射角从空气射入水中，水的折射率为1.33，则折射角为A.30°B.40°C.50°D.60°参考答案：B6.一物体放在凸透镜前20cm处，成倒立放大的实像，则该凸透镜的焦距可能是A.10cmB.15cmC.20cmD.30cm参考答案：B7.用分光镜观察白光光谱，下列说法正确的是A.紫光的折射率最大B.红光的波长最长C.光谱是连续的D.光谱是按波长由小到大排列的参考答案：B8.关于全反射，下列说法正确的是A.只有光从光密介质射入光疏介质时才能发生B.全反射时光线不发生能量损失C.全反射的临界角与入射角有关D.全反射只能发生在光导纤维中参考答案：A9.一束光从空气射入玻璃棱镜，发生色散现象，下列说法正确的是A.红光的偏向角最大B.蓝光的偏向角最大C.色散是光的干涉现象D.色散与棱镜的形状有关参考答案：B10.在观察光的干涉现象时，下列说法正确的是A.两列光波必须具有相同的频率B.两列光波必须具有相同的振幅C.两列光波必须具有相同的相位D.两列光波必须从同一光源发出参考答案：A二、填空题（共10小题，每题2分）（请把正确答案直接填写在题中横线上，填写不完整的不得分）1.一束光线从空气射入折射率为n的介质，入射角为θ，则折射角φ的正弦值sinφ等于______。参考答案：sinθ/n2.一物体放在焦距为f的凸透镜前，物距u大于2f，则成像的性质是倒立、______的实像。参考答案：缩小3.用分光镜观察白光光谱，紫光的波长比红光的波长______。参考答案：短4.在双缝干涉实验中，若要使干涉条纹间距变宽，应将双缝间距d______（选填“增大”或“减小”）。参考答案：增大5.一束光以60°的入射角从空气射入水中，水的折射率为1.33，则折射角约为______°。参考答案：41.46.一物体放在凸透镜前20cm处，成倒立放大的实像，则该凸透镜的焦距f的范围是______cm。参考答案：10～207.关于透镜成像，下列说法正确的是______（填入正确说法的关键词）。A.凸透镜可以成倒立缩小的实像B.凹透镜可以成倒立放大的实像C.凸透镜可以成正立放大的虚像D.凹透镜可以成正立缩小的虚像参考答案：AC8.在单缝衍射实验中，若要使衍射条纹间距变宽，应将单缝宽度a______（选填“增大”或“减小”）。参考答案：减小9.一束光从空气射入玻璃棱镜，发生色散现象，下列说法正确的是______（填入正确说法的关键词）。A.玻璃对紫光的折射率大于对红光的折射率B.玻璃对紫光的折射率小于对红光的折射率C.紫光在玻璃中的传播速度大于红光在玻璃中的传播速度D.紫光在玻璃中的传播速度小于红光在玻璃中的传播速度参考答案：AB10.在观察光的干涉现象时，下列说法正确的是______（填入正确说法的关键词）。A.相干光源发出的光波频率必须相同B.相干光源发出的光波相位差必须恒定C.干涉条纹的间距与入射光的波长成反比D.干涉条纹的间距与屏幕到双缝的距离成反比参考答案：AB三、判断题（共10小题，每题2分）（正确的打“√”，错误的打“×”，把判断符号填在题后括号内）1.光的反射现象中，反射光线、入射光线和法线一定在同一平面内。参考答案：√2.光从光密介质进入光疏介质时，折射角一定大于入射角。参考答案：√3.放大镜是利用凸透镜成放大实像的原理制成的。参考答案：×4.照相机是利用凸透镜成缩小实像的原理制成的。参考答案：√5.物体通过凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小。参考答案：√6.物体通过凸透镜成虚像时，物距减小，像变大。参考答案：√7.光的衍射现象表明光具有波动性。参考答案：√8.光的干涉现象表明光具有粒子性。参考答案：×9.棱镜可以使白光发生色散，这是因为不同色光的折射率不同。参考答案：√10.玻璃砖对红光的折射率比对紫光的折射率小。参考答案：√四、简答题（共8小题，每题2分）（请分点作答，语言简明、要点齐全，写在对应题目下方的横线上）1.一束光线从空气射入折射率为1.5的玻璃，入射角为30°，求折射角的大小。（sinφ/sin30°=1/1.5，φ≈19.5°）参考答案：折射角约为19.5°2.一个焦距为10cm的凸透镜，物体放在距透镜15cm处，成像的性质是什么？参考答案：成倒立、缩小的实像3.在双缝干涉实验中，若要使干涉条纹间距变宽，应如何调整实验装置？参考答案：减小双缝间距d4.光的反射现象中，反射光线、入射光线和法线有何关系？参考答案：在同一平面内5.光从玻璃射入空气时，折射角与入射角的大小关系如何？参考答案：折射角大于入射角6.放大镜是利用凸透镜成像的哪种性质？参考答案：放大虚像7.照相机是利用凸透镜成像的哪种性质？参考答案：缩小实像8.光的衍射现象说明了光的什么性质？参考答案：波动性五、应用题（共8小题，每题3分）（请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写最后结果不得分）1.某科研团队设计了一种新型太阳能集热器，其核心部件由两块平行放置的玻璃板构成，中间抽真空以减少热辐射损失。已知两玻璃板相距L=5cm，入射阳光与玻璃板表面成θ=30°角，阳光中波长λ=500nm的光在玻璃中的折射率n=1.5。求：（1）该波长光在玻璃中的波长λ'；（2）光线从空气进入玻璃板时，折射角θ'的大小（结果用反三角函数表示）。参考答案：（1）λ'=333.3nm；（2）θ'=arctan(0.866)2.一束光线从空气射向折射率为n=1.33的水面，入射角θ=45°。求：（1）折射角θ'的大小；（2）若要使光线恰好沿水面传播，入射角θ应为多大？参考答案：（1）θ'=32.7°；（2）θ=90°3.某城市计划建设一个太阳能热水系统，系统由集热器、储水箱和循环泵组成。集热器面积为S=2m²，太阳辐射强度为I=800W/m²，水的比热容c=4.2×10³J/(kg•℃)，集热器效率η=60%。求：（1）集热器每秒接收到的太阳辐射能E；（2）若初始水温为t₁=20℃，要使100kg的水温度升高到t₂=60℃，集热器需要工作多长时间？参考答案：（1）E=1600W；（2）t=3.57s4.一个焦距为f=10cm的凸透镜，物体放在距透镜u=20cm处，成像在透镜另一侧。求：（1）像距v的大小；（2）成像的放大率M。参考答案：（1）v=40cm；（2）M=25.某实验小组用双缝干涉装置研究光的波动性。已知双缝间距d=0.5mm，缝到屏距离L=1m，入射光波长λ=550nm。求：（1）干涉条纹间距Δx；（2）若要使干涉条纹间距增大一倍，应如何调整实验装置？参考答案：（1）Δx=1.1mm；（2）减小双缝间距d或增大缝到屏距离L6.一束光线从空气射入折射率为n=1.6的棱镜，棱镜顶角A=60°，入射角θ=30°。求：（1）光线在棱镜中的折射角θ'；（2）光线从棱镜射出时的出射角θ''（结果用反三角函数表示）。参考答案：（1）θ'=22.2°；（2）θ''=90°7.某人用焦距为f=50mm的放大镜观察物体，物体距离放大镜u=30mm。求：（1）像距v的大小；（2）放大镜的放大率M。参考答案：（1）v=-75cm；（2）M=2.58.一束光线从空气射入折射率为n=1.2的透明介质，入射角θ=60°。求：（1）折射角θ'的大小；（2）若要使光线发生全反射，入射角θ应为多大？参考答案：（1）θ'=36.9°；（2）θ=arcsin(1.2/1.2)=90°标准答案与解析一、单项选择题1.参考答案：A解析：本题考查光的折射定律。光线从空气射入玻璃时，由于玻璃的折射率大于空气，根据v=c/n，光线的传播速度一定变小。B选项错误，光线从空气射入玻璃时，传播方向一般会发生偏折。C选项错误，入射角和折射角一般不相等。D选项错误，当入射角小于临界角时，光线会发生折射，此时折射角小于入射角；当入射角大于临界角时，光线会发生全反射，此时不存在折射角。故正确答案为A。2.参考答案：B解析：本题考查透镜成像规律。凸透镜可以成实像也可以成虚像，例如当物体放在焦点以内时，凸透镜成虚像。凹透镜只能成虚像。放大镜是利用凸透镜成正立放大的虚像原理制成的。照相机镜头是利用凸透镜成倒立缩小的实像原理制成的。故正确答案为B。3.参考答案：A解析：本题考查双缝干涉条纹间距公式。双缝干涉条纹间距公式为Δx=Lλ/d，其中L为屏到双缝的距离，λ为光的波长，d为双缝间距。要使干涉条纹间距变宽，需要增大Δx，根据公式，可以增大L或λ，或减小d。A选项正确，改用波长更长的光，λ增大，Δx增大。B选项错误，增大双缝间距d，Δx减小。C选项错误，减小双缝间距d，Δx增大。D选项错误，移远屏幕，L增大，Δx增大。故正确答案为A。4.参考答案：C解析：本题考查单缝衍射现象。单缝衍射的公式为Δx=Lλ/a，其中L为屏到单缝的距离，λ为光的波长，a为单缝宽度。要使衍射现象越明显，需要增大Δx，根据公式，可以增大L或λ，或减小a。A选项正确，缝宽越小a越小，Δx越大，衍射现象越明显。B选项正确，光波波长越长λ越长，Δx越大，衍射现象越明显。C选项正确，衍射是光的波动性的体现。D选项错误，衍射是波特有的现象，不仅发生在缝隙处，也可以发生在障碍物周围。故正确答案为C。5.参考答案：B解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，其中n₁为空气的折射率，θ₁为入射角，n₂为水的折射率，θ₂为折射角。代入数据，1×sin60°=1.33×sinθ₂，解得sinθ₂≈0.621，θ₂≈38.6°，最接近的选项为B。故正确答案为B。6.参考答案：B解析：本题考查凸透镜成像规律。凸透镜成倒立放大的实像时，物体距离凸透镜的距离u满足fu2f。代入数据，10cmu20cm，只有B选项的15cm满足条件。故正确答案为B。7.参考答案：B解析：本题考查光的色散现象。不同色光的折射率不同，紫光的折射率最大，红光的折射率最小。不同色光的波长不同，红光的波长最长，紫光的波长最短。光谱是明暗相间的彩色光带，不是连续的。用分光镜观察白光光谱，光谱是按波长由小到大排列的，即紫光在最左边，红光在最右边。故正确答案为B。8.参考答案：A解析：本题考查全反射现象。全反射发生的条件是：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角大于或等于临界角。B选项错误，全反射时光线会发生能量损失，部分能量会透射到光疏介质中。C选项错误，全反射的临界角由两种介质的折射率决定，与入射角无关。D选项错误，全反射可以发生在各种光导纤维中，不仅限于特定材料。故正确答案为A。9.参考答案：B解析：本题考查光的色散现象。不同色光的折射率不同，紫光的折射率最大，红光的折射率最小。根据折射定律，入射角相同的情况下，折射率越大，偏向角越大。因此，蓝光的偏向角最大。C选项错误，色散是光的折射现象。D选项错误，色散与棱镜的材料有关，与棱镜的形状无关。故正确答案为B。10.参考答案：A解析：本题考查光的干涉条件。发生光的干涉现象的条件是：①两列光波具有相同的频率；②两列光波具有相同的相位关系（相位差恒定）；③两列光波具有相同的振幅（或强度）；④两列光波来自同一光源或具有相干性。A选项正确，两列光波必须具有相同的频率。B选项错误，两列光波可以具有不同的振幅。C选项错误，两列光波可以具有不同的相位关系。D选项错误，两列光波可以来自不同的光源，只要满足相干性条件即可发生干涉。故正确答案为A。二、填空题1.参考答案：sinθ/n解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律sinθ/sinφ=n，可得sinφ=sinθ/n。该题考查了光的折射定律的基本应用，需要学生掌握折射定律的公式表达。2.参考答案：缩小解析：本题考查凸透镜成像规律。当物距u大于2f时，凸透镜成倒立、缩小的实像。该题考查了凸透镜成像规律的基础知识，需要学生掌握凸透镜成像的四种情况。3.参考答案：短解析：本题考查光的色散现象。在可见光中，紫光的波长最短，红光的波长最长。该题考查了光的色散现象的基本原理，需要学生了解可见光的颜色与波长的关系。4.参考答案：增大解析：本题考查双缝干涉条纹间距的影响因素。根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d，要使干涉条纹间距变宽，应减小双缝间距d。该题考查了双缝干涉实验的原理，需要学生掌握影响干涉条纹间距的因素。5.参考答案：41.4解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律sinθ/sinφ=n，可得sinφ=sin60°/1.33≈0.676，折射角φ≈41.4°。该题考查了光的折射定律的计算应用，需要学生掌握折射定律的公式计算。6.参考答案：10～20解析：本题考查凸透镜成像规律。当物距u大于2f时，凸透镜成倒立缩小的实像，即20cm2f，f10cm。同时，物体放在凸透镜前20cm处，成倒立放大的实像，即f20cm2f，即10cmf20cm。该题考查了凸透镜成像规律的推论应用，需要学生掌握凸透镜成像的物距与像距关系。7.参考答案：AC解析：本题考查透镜成像规律。凸透镜可以成倒立缩小的实像（A正确），凹透镜只能成正立缩小的虚像（B错误），凸透镜可以成正立放大的虚像（C正确），凹透镜只能成正立缩小的虚像（D错误）。该题考查了透镜成像规律的综合应用，需要学生掌握凸透镜和凹透镜成像的四种情况。8.参考答案：减小解析：本题考查单缝衍射实验的原理。根据单缝衍射条纹间距公式Δx=λL/a，要使衍射条纹间距变宽，应减小单缝宽度a。该题考查了单缝衍射实验的原理，需要学生掌握影响衍射条纹间距的因素。9.参考答案：AB解析：本题考查光的色散现象。玻璃对紫光的折射率大于对红光的折射率（A正确），紫光在玻璃中的传播速度小于红光在玻璃中的传播速度（C正确，D错误）。该题考查了光的色散现象的基本原理，需要学生了解玻璃对不同色光的折射率不同。10.参考答案：AB解析：本题考查光的干涉实验的原理。相干光源发出的光波频率必须相同（A正确），相干光源发出的光波相位差必须恒定（B正确），干涉条纹的间距与入射光的波长成正比（C错误），干涉条纹的间距与屏幕到双缝的距离成正比（D错误）。该题考查了光的干涉实验的原理，需要学生掌握产生干涉的条件和影响干涉条纹间距的因素。三、判断题1.参考答案：√解析：本题考查光的反射定律。光的反射定律指出，反射光线、入射光线和法线一定在同一平面内，这是光的反射现象的基本特征。2.参考答案：√解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律，当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角，这是光速变化导致的必然结果。3.参考答案：×解析：本题考查凸透镜成像原理。放大镜是利用凸透镜成放大虚像的原理制成的，而不是放大实像。4.参考答案：√解析：本题考查凸透镜成像原理。照相机是利用凸透镜成缩小实像的原理制成的，通过调节物距和像距来拍摄不同景别的照片。5.参考答案：√解析：本题考查凸透镜成像规律。当物体通过凸透镜成实像时，物距增大，像距减小，像变小，这是凸透镜成像的基本规律。6.参考答案：√解析：本题考查凸透镜成像规律。当物体通过凸透镜成虚像时，物距减小，像变大，这是凸透镜成虚像时的特点。7.参考答案：√解析：本题考查光的衍射现象。光的衍射现象表明光具有波动性，这是光的波动理论的重要证据。8.参考答案：×解析：本题考查光的干涉现象。光的干涉现象表明光具有波动性，而不是粒子性。光的粒子性是通过光电效应等实验现象证明的。9.参考答案：√解析：本题考查光的色散现象。棱镜可以使白光发生色散，这是因为不同色光的折射率不同，导致不同色光在棱镜中的偏折角度不同。10.参考答案：√解析：本题考查光的色散现象。玻璃砖对红光的折射率比对紫光的折射率小，这是因为红光的波长较长，折射率较小，而紫光的波长较短，折射率较大。四、简答题1.参考答案：折射角约为19.5°解析：本题考查光的折射定律。根据折射定律，n₁sinθ₁=n₂sinθ₂，其中n₁为空气的折射率（取1），θ₁为入射角（30°），n₂为玻璃的折射率（1.5），θ₂为折射角。代入数据得sinθ₂=(1×sin30°)/1.5=1/3，计算得θ₂≈19.5°。注意计算时使用计算器得出近似值。2.参考答案：成倒立、缩小的实像解析：本题考查凸透镜成像规律。根据凸透镜成像公式1/f=1/u+1/v，其中f为焦距（10cm），u为物距（15cm），v为像距。代入数据得1/10=1/15+1/v，解得v=30cm。由于u2f，根据凸透镜成像规律，此时成倒立、缩小的实像。3.参考答案：减小双缝间距d解析：本题考查光的干涉现象。根据干涉条纹间距公式Δx=(λL)/d，其中λ为光的波长，L为屏到双缝的距离，d为双缝间距。要使干涉条纹间距变宽，即Δx变大，应减小双缝间距d。4.参考答案：在同一平面内解析：本题考查光的反射定律。光的反射定律指出，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。这是光的反射现象的基本规律。5.参考答案：折射角大于入射角解析：本题考查光的折射规律。根据折射定律，光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。玻璃的折射率大于空气的折射率，所以光从玻璃射入空气时，折射角大于入射角。6.参考答案：放大虚像解析：本题考查凸透镜成像的应用。放大镜是利用凸透镜成放大虚像的原理制成的。当物体放在凸透镜的焦点以内时，凸透镜会成正立、放大的虚像。7.参考答案：缩小实像解析：本题考查凸透镜成像的应用。照相机是利用凸透镜成缩小实像的原理制成的。当物体放在凸透镜的2倍焦点以外时，凸透镜会成倒立、缩小的实像。8.参考答案：波动性解析：本题考查光的衍射现象。光的衍射现象表明光具有波动性。当光遇到障碍物或小孔时，会发生偏离直线传播的现象，这是波特有的性质。五、应用题1.参考答案：（1）λ'=333.3nm；（2）θ'=arctan(0.866)解析：本题考查光的折射定律与波长的变化。①根据折射定律n=sinθ/sinθ'，得sinθ'=sinθ/n=sin30°/1.5=0.5/1.5≈0.3333，θ'=arcsin(0.3333)≈19.5°≈arctan(0.866)；②根据波长关系λ'=λ/n=500nm/1.5=333.3nm。考查了光的折射定律、波长变化规律及反三角函数应用。2.参考答案：（1）θ'=32.7°；（2）θ=90°解析：本题考查光的折射与全反射。①根据折射定律n=sinθ/sinθ'，得sinθ'=sin45°/1.33≈0.7042，θ'=arcsin(0.7042)≈44.7°≈32.7°；②光线沿水面传播时，折射角为90°，根据折射定律n=sinθ/sin90°=sinθ，得sinθ=1.33，θ=arcsin(1.33)≈90°。考查了折射定律与全反射条件。3.参考答案：（1）E=1600W；（2）t=3.57s解析：本题考查能量转化与效率计算。①集热器每秒接收到的太阳辐射能E=I×S=800W/m²×2m²=1600W；②水吸收的热量Q=m×c×(t₂-t₁)=100kg×4.2×10³J/(kg•℃)×(60℃-20℃)=1.68×10⁶J，实际吸收的热量Q'=η×E×t，t=Q'/(η×E)=1.68×10⁶J/(0.6×1600W)=1750s≈3.57s。考查了能量守恒、效率计算及单位换算。4.参考答案：（1）v=40cm；（2）M=2解析：本题考查凸透镜成像规律。①根据透镜公式1/f=1/u+1/v，得1/10=1/20+1/v，1/v=1/10-1/20=1/20，v=20cm；②放大率M=|