專題09光學(xué)

【知識梳理】

【專題過關(guān)】

一、光的折射和全反射

1.某透明均勻介質(zhì)的截面圖如圖所示，直角三角形的直角邊8c與半圓形的直徑重合，NACB=30。，半圓

形的半徑為R,一束光線從E點(diǎn)射入介質(zhì)，其延長線過半圓形的圓心。，且E、O兩點(diǎn)距離為凡已知光線

在￡點(diǎn)的折射角為30。，真空中的光速為c,則光線在該透明均勻介質(zhì)中運(yùn)動的時間為（）

D.叵

C

2.如圖所示是一種測量介質(zhì)折射率的方法。在矩形介質(zhì)的上表面，覆蓋一塊毛玻璃，兩者之間有很薄的空

氣層。光照射到毛玻璃，經(jīng)毛玻璃透射后可以以任意角度射到待測介質(zhì)的上表面。在介質(zhì)的另一個側(cè)面外

有一個目鏡，目鏡可以在以。為圓心的軌道上轉(zhuǎn)動，移動目鏡時光軸仍始終指向。點(diǎn)。測量過程中，從目

鏡的視場中出現(xiàn)半明半暗的視野（如圖所示），此時對應(yīng)的，=45。，目鏡再逆時針往上轉(zhuǎn)，視場中就是全暗

的視野了。貝U（）

毛

玻

璃

c

A-TB-T-fDf

3.如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細(xì)光束由真空沿著徑向與A3成。角射入，對射出的折

射光線的強(qiáng)度隨。角的變化進(jìn)行記錄，得到的關(guān)系如圖乙所示。圖丙是這種材料制成的透明體，左側(cè)是半徑

為R的半圓，右側(cè)是長為8R、高為2R的長方體，一束單色光從左側(cè)A點(diǎn)沿半徑方向與長邊成37。角射入透

明體。已知光在真空中的傳播速度為c,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列說法正確的是（）

4

A.該透明材料的臨界角為37°B.該透明材料的折射率為:

光在透明體中傳播的時間為答

C.光在透明體中傳播的速度為0.6cD.

4.如圖所示，在某種液體內(nèi)，有一軸截面為正三角形的薄壁透明圓錐罩ABC,底面AB水平，。為中點(diǎn),

罩內(nèi)為空氣。位于。點(diǎn)的點(diǎn)光源發(fā)出的光線中垂直于的光恰好不能射出液面。下列說法正確的是（）

C

D

A.液體的折射率為百

B.液體的折射率為垃

3

C.。點(diǎn)發(fā)出的光照射到2C界面時可能發(fā)生全反射

D.。點(diǎn)發(fā)出的光進(jìn)入液體后傳播速度不變

5.夏季常出現(xiàn)如圖甲所示的日暈現(xiàn)象，日暈是太陽光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。如圖

乙所示為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖，。、6為其折射出的光線中的兩種單色光，比較久6兩

種光，下列說法正確的是（）

甲乙

A.。光的頻率比6光的低

B.在冰晶中，6光的傳播速度比。光的大

C.用同一裝置做雙縫干涉實驗時，6光相鄰亮條紋的間距比。光的大

D.從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角比b光的大

6.如圖所示，空氣中有一折射率為正的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90。、半徑為R的扇形NBC。該

柱體厚度為心即皿=。。=42=〃。一束剛好覆蓋面的單色光，以與該面成銳角。的方向照射到

面上。若只考慮首次入射到A8CD面上的光，則ABC。面上有光透出部分的面積為多少？

7.圖（一）是我國宇航員王亞平太空授課時"玩水球"，水滴在完全失重環(huán)境下成為一透明的球體，當(dāng)太陽

光照射到"水球"上時，光會被折射和反射而形成彩虹。如圖（二）為某均勻透明球形液滴的截面圖，圓心。

在球心上。球半徑為R。一束光從空中（看作真空）平行直徑AOB射到圓上的C點(diǎn)，入射角，=60。，該光

射入球內(nèi)經(jīng)過一次反射后從。點(diǎn)再次平行AOB折射向空中。求：

（1）液滴對該光的折射率小

（2）該光從C點(diǎn)射入液滴經(jīng)一次反射從。點(diǎn)射出在液滴內(nèi)傳播的時間北（光在真空中的傳播速度為c）

圖（一）

8.某廣場有一個噴泉，噴泉底部裝有五顏六色的彩燈。如圖所示，如果彩燈為一個長MV=a、寬=8的

矩形水平光帶MNP。（PQ未標(biāo)注），放置在水池底部，燈帶離水面的高度差為/?,水池面積足夠大，燈帶發(fā)

出的綠光在水中的折射率為，真空中的光速為c,求：

（1）燈帶發(fā)出的綠光能射出水面的最短時間；

（2）燈帶發(fā)出綠光時有綠光直接射出的水面的面積。

水面

h

M_N“

綠色燈帶

二、測量玻璃的折射率

9.如圖所示，某同學(xué)在"測定玻璃的折射率"的實驗中，先將白紙平鋪在木板上并用圖釘固定，玻璃磚平放

在白紙上，然后在白紙上確定玻璃磚的界面皈'和"'，。為直線AO與如’的交點(diǎn)，在直線0A上豎直地插

上4、乙兩枚大頭針。

（1）該同學(xué)接下來要完成的必要步驟有

A.插上大頭針片，使鳥僅擋住鳥的像

B.插上大頭針罵，使鳥擋住4的像和鳥的像

C.插上大頭針幾，使鳥僅擋住巴

D.插上大頭針巴，使尸4擋住巴和月、8的像

（2）過巴、巴作直線交沅/于。'，過。'作垂直于奶'的直線MV',連接OO'。測量圖甲中角。和夕的大小，

則玻璃磚的折射率〃=（結(jié)果用a和4表示）。

（3）如圖所示，該同學(xué)在實驗中將玻璃磚界面s'和防'的間距畫得過寬，若其他操作正確，則折射率的測

量值______準(zhǔn)確值（選填"大于"、"小于"或"等于"）。

a--------------r-a

b-----------------b'

（4）在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，玻璃折射率〃=&,對實驗中的一些具體問題，下

列說法中正確的是。

A.為了減小作圖誤差，A和乙的距離應(yīng)適當(dāng)取大些

B.如果在界面s'光的入射角大于臨界角，光將不會進(jìn)入玻璃磚

C.不論光以什么角度從由'射入，經(jīng)一次折射后達(dá)到界面奶'都能射出

D.當(dāng)光在界面因'的入射角i=arctan近時，反射光線跟折射光線恰好垂直

10.某實驗小組的同學(xué)用直角三棱鏡做"測定玻璃折射率”的實驗。他們先在白紙上畫出三棱鏡的輪廓（用實

線0ABe表示），然后放好三棱鏡，在垂直于AB的方向上插上兩枚大頭針片和鳥，在棱鏡的左側(cè)觀察，當(dāng)々

的像恰好被舄的像擋住時，插上大頭針〃，使尸3擋住4、鳥像，再插上大頭針舄，使巴擋住A和片、鳥的

像。移去三棱鏡和大頭針，大頭針在紙上的位置如圖所示。

（1）將圖中的光路圖補(bǔ)充完整______;

（2）根據(jù)圖中所給數(shù)據(jù)，可得該玻璃的折射率〃=;

（3）若實驗中放置三棱鏡的位置發(fā)生了微小的平移，移至圖中虛線處，而測量時仍將0ABe作為實驗中棱

鏡所處位置，根據(jù)光路圖用量角器量出AC面的入射角和折射角，再利用上述數(shù)據(jù)計算出該玻璃折射率的測

量值______真實值（選填"大于"、"小于"或"等于"），理由是。

11.測定玻璃的折射率的實驗如圖所示，欲測一塊半圓形玻璃磚折射率，實驗的主要步驟如下：

A.將半圓形玻璃磚放在白紙上，用鉛筆畫出它的直徑A8,移走玻璃磚，并且刻度尺找出中點(diǎn)。，記下此

點(diǎn)（即圓心）；

B.在圓弧側(cè)的白紙上，作過。點(diǎn)且垂直直徑48的直線CO,放上玻璃磚，在CO上插兩顆大頭針P/和P2

（距離適當(dāng)遠(yuǎn)些）；

C.使玻璃磚以。為軸在白紙上緩慢地轉(zhuǎn)動，同時眼睛向著A8透過玻璃磚觀察P和P2的像，當(dāng)恰好看不

到尸/和尸2的像時，停止轉(zhuǎn)動玻璃磚，記下此時的直徑的位置；

D.量出8。和B'O的夾角。若量得0=41。，sin41=0.66,則①實驗是用現(xiàn)象進(jìn)行的；②

計算公式：；③計算得：O

12.在用圓弧狀玻璃磚做測定玻璃折射率的實驗時，先在白紙上放好圓弧狀玻璃磚，在玻璃磚的一側(cè)豎直

插上兩枚大頭針Pl、P2,然后在玻璃磚的另一側(cè)觀察，調(diào)整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在

的一側(cè)插兩枚大頭針P3和P4,使P3擋住P1和P2的像，P4擋住P3以及P1和P2的像，在紙上標(biāo)出大頭針位

置和圓弧狀玻璃磚輪廓，如圖甲所示，其中。為兩圓弧圓心，圖中已畫出經(jīng)過Pl、P2點(diǎn)的入射光線。

（1）在圖甲中畫出該入射光線的兩次折射光線。

（2）測量分界面上的入射角i和折射角fo

（3）為了保證在弧面處有出射光線，實驗過程中，光線在弧面處的入射角應(yīng)適當(dāng)__________（填"小

一些""大一些"或"無所謂"）。

（4）多次改變?nèi)肷浣?，測得幾組入射角和折射角，根據(jù)測得的入射角和折射角的正弦值，畫出了如圖乙所

示的圖像，由圖像可知該玻璃的折射率〃=。

二、光的干涉、衍射和偏振

13.利用光在空氣薄膜的干涉可以測量待測圓柱形金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑差（約為微米量級）,

實驗裝置如圖甲所示。T1和丁2是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶，Ao為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲，直徑為。°；A為待測金屬絲，

直徑為兩者中心間距為"實驗中用波長為人的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋如圖乙所

示，測得相鄰條紋的間距為AL。則以下說法正確的是（）

11111：＜1—111

AL

乙

AL

A.\DDo\=2lZ

B.A與Ao直徑相差越大，△工越大

C.輕壓Ti右端，若AL增大則有。＜功

D.A與Ao直徑相等時可能產(chǎn)生圖乙中的干涉條紋

14.如圖所示，圓形鐵絲圈上附有一層肥皂液膜，燈泡發(fā)出一種單色光。先后把鐵絲圈水平擺放在燈泡上

方的。位置和豎直擺放在燈泡附近的6位置，則觀察到的干涉條紋是（）

A.a、b位置都是橫條紋B.a、b位置都是環(huán)形條紋

C.。位置是橫條紋，b位置是環(huán)形條紋D.。位置是環(huán)形條紋，b位置是橫條紋

15.煤礦中瓦斯爆炸危害極大。某同學(xué)查資料得知含有瓦斯的氣體的折射率大于干凈空氣的折射率，于是，

他設(shè)計了一種利用光的干涉監(jiān)測礦井瓦斯的儀器，原理如圖所示。在雙縫前面放置兩個完全相同的透明容

器A、B,容器A與干凈的空氣相通，在容器B中通入礦井中的氣體，觀察屏上的干涉條紋，就能夠監(jiān)測瓦

斯?jié)舛?，以下說法正確的是（）

①如果屏的正中央仍是亮條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分相同，不含瓦斯

②如果屏的正中央是暗條紋，說明B中的氣體與A中的空氣成分不相同，可能含有瓦斯

③如果屏上干涉條紋不停地移動，說明B中的氣體瓦斯含量不穩(wěn)定

④只有用單色光照射單縫時，才可能在屏上出現(xiàn)干涉條紋

也進(jìn)

iH

A.①③B.②③C.②④D.①④

16.大藍(lán)閃蝶以它熠熠生輝的藍(lán)色翅磅而著名，下圖為顯微鏡下其翅膀的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。大藍(lán)閃蝶翅膀

上的鱗片本身是無色的，但當(dāng)白光照在翅膀的鱗片上時，會在其一系列薄薄的鱗片上反射，反射光彼此干

涉，從而顯現(xiàn)出藍(lán)色的光澤。下列說法中正確的是（）

A.閃蝶翅膀顯示出藍(lán)色的光澤屬于光的偏振現(xiàn)象

B.閃蝶翅膀上下鱗片間的距離d近似等于藍(lán)光在空氣中的波長的二分之一的整數(shù)倍

C.閃蝶翅膀上下鱗片間的距離d近似等于藍(lán)光在空氣中的波長的四分之一的奇數(shù)倍

D.除藍(lán)光外的其他色光，在大藍(lán)閃蝶的翅膀上不發(fā)生干涉

17.光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用。例如，在磨制各種鏡面或其他精密的光學(xué)平面時，可以用干涉法

檢查平面的平整程度。如圖所示，在被測平面上放一個透明的樣板，在樣板的一端墊一個薄片，使樣板的

標(biāo)準(zhǔn)平面與被測平面之間形成一個楔形空氣薄層。用單色光從上面照射，在樣板上方向下觀測時可以看到

干涉條紋。如果被測表面是平整的，干涉條紋就是一組平行的直線（如圖甲），下列說法正確的是（）o

A.干涉條紋是空氣薄層的上下兩表面的反射光干涉產(chǎn)生的

B.將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，條紋變疏

C.如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向下凹

D.如果干涉條紋如圖乙所示發(fā)生彎曲，就表明被測表面彎曲對應(yīng)位置向上凸

18.對于以下的光學(xué)現(xiàn)象說法中正確的是（）

I

單縫衍射產(chǎn)生的圖樣

A.圖甲是雙縫干涉示意圖，若只增大兩個狹縫當(dāng)、S2間的距離d,相鄰亮條紋間距離Ax將減小

B.圖乙是單色光單縫衍射實驗現(xiàn)象，若在狹縫寬度相同情況下，上圖對應(yīng)光的波長較短

C.圖丙是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是

凹下的

D.圖丁中的尸、。是偏振片，當(dāng)尸固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動。時，光屏上的光亮度將一明一暗交替變化，此現(xiàn)

象表明光波是橫波

19.如圖所示，截面為半圓形玻璃磚，一束波長九=5xl07m的激光從沿圓心。與直徑成45。射入半圓形玻璃

磚，在。點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，從圓面水平射出后，進(jìn)入雙縫干涉裝置，已知R=0.3m,雙縫間距d=2xlO4m,

光屏離雙縫/=lm,光在真空中的傳播速度為c=3xl08m/s,求：

（1）玻璃磚的折射率

（2）光線在玻璃磚中傳播的時間f;

（3）光屏上相鄰亮條紋的間距

20.研究光的干涉現(xiàn)象原理圖如圖所示。光源S到雙縫S/、S2的距離相等，Si、8連線平行于光屏，。點(diǎn)為

S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出單色光，經(jīng)S1、S2傳播到光屏上尸點(diǎn)，S/尸垂直于光屏，P為

某亮條紋中心，OP之間還有左條亮條紋，光由S、S2傳播到P點(diǎn)的時間差為B現(xiàn)緊貼N放置厚度為1的玻

璃片，光由S/垂直穿過玻璃片傳播到P點(diǎn)與光由S2直接傳播到尸點(diǎn)時間相等。已知光在真空中的速度為C,

玻璃對該單色光的折射率為n,不考慮光在玻璃片內(nèi)的反射求：

（1）單色光在真空中的波長2;

（2）玻璃片的厚度乩

四、用雙縫干涉測量光的波長

21.利用雙縫干涉測定光的波長的實驗中，雙縫到光屏間的距離/=1.2m,雙縫間距d=0.3mm,實驗時，接

通電源使光源正常發(fā)光，調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。

光源濾光片單縫雙縫『轉(zhuǎn)輪

遮光筒屏K

（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學(xué)可（)

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動

C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動D.使用間距更小的雙縫

（2）某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖中所給

出，則分劃板在圖中A位置時游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為X4=：LL：Lmm,在B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)為xB=mm,

相鄰兩條紋間距甌=mm；該單色光的波長2=m；

[IIIIII1

AB

12

出“川曲山汗cm

010

Z位置讀數(shù)8位置讀數(shù)

（3）該同學(xué)通過測量頭的目鏡觀察單色光的干涉圖樣時，發(fā)現(xiàn)里面的條紋與分劃板豎線未對齊（如圖所示）,

若不調(diào)節(jié)兩者平行，將使得波長的測量結(jié)果（）

A.結(jié)果偏大B.結(jié)果偏小C.結(jié)果無影響

22.某學(xué)習(xí)小組要用雙縫干涉測量某種單色光的波長，其實驗裝置如圖所示。

AB遮光筒毛玻璃屏

-一-----------------

-

二

m

&I

（1）為測量該單色光的干涉條紋寬度，各儀器安裝位置如圖所示，圖中A為濾光片，B為（填"單縫”

或“雙縫"）。

（2）在用雙縫干涉實驗裝置觀察雙縫干涉條紋時:

①觀察到較模糊的干涉條紋，可以調(diào)節(jié)撥桿使單縫和雙縫平行，從而使條紋變得清晰。

②要想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，需將毛玻璃屏向（填"靠近"或"遠(yuǎn)離"）雙縫的方向移動。

（3）下列圖示中條紋間距表示正確的是（填正確答案標(biāo)號）。

-dAxF

（4）在實驗前已獲知的數(shù)據(jù)有雙縫間的距離［和雙縫與毛玻璃屏之間的距離3通過測量頭觀察到第M條

亮條紋的讀數(shù)為匕，觀察到第M條亮條紋的讀數(shù)為力，請寫出計算該單色光波長的表達(dá)式2=0

23.在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，將雙縫干涉實驗儀器按要求安裝在光具座上，如圖所示。接通

電源使光源正常工作。

（1）M,N、尸三個光學(xué)元件依次為（）

A.濾光片、單縫、雙縫B.濾光片、雙縫、單縫

C.偏振片、單縫、雙縫D.雙縫、偏振片、單縫

（2）某同學(xué)測出記錄的第1條亮條紋中心到第5條亮條紋中心的距離為Ax,若雙縫間距為d,像屏與雙縫

間距離為L計算該單色光波長的表達(dá)式為入=（用題中字母表示）。

（3）在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣

中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法有（）

A.改用紅色激光B.改用藍(lán)色激光C.減小雙縫間距

D.將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動E.將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動

（4）有位同學(xué)通過測量頭觀察到如圖所示清晰的干涉圖樣，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是（）

A.單縫和雙縫沒有調(diào)平行

B.光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏沒有調(diào)共軸

C.測量頭過于左偏，應(yīng)調(diào)節(jié)測量頭上的手輪，使它適當(dāng)右移

D.測量頭過于右偏，應(yīng)調(diào)節(jié)測量頭上的手輪，使它適當(dāng)左移

24.（1）細(xì)絲和單縫有相似的衍射圖樣，在