第四章《光》單元測試一．選擇題（共12小題）1．關(guān)于機(jī)械波和光，下列說法正確的是（）A．機(jī)械波和光都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象 B．體檢項(xiàng)目“彩超”，利用了光的多普勒效應(yīng) C．“光導(dǎo)纖維“利用了光的偏振現(xiàn)象 D．“泊松亮斑”是光波的干涉現(xiàn)象【解答】解：A、機(jī)械波和光，都屬于波，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，故A正確；B、醫(yī)院進(jìn)行醫(yī)學(xué)體檢時用的“彩超”儀器，利用了超聲波的多普勒效應(yīng)，故B錯誤；C、“光導(dǎo)纖維“是利用了光的全反射原理，故C錯誤；D、繞過圓盤的光在陰影中心形成亮斑，稱之為“泊松亮斑”，這是光產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，故D錯誤。故選：A。2．下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法正確的是（）A．觀看立體電影時需戴上特制眼鏡，是利用了光的干涉現(xiàn)象 B．一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶是因?yàn)椴煌伾墓庹凵渎什煌?C．激光切割金屬利用了激光相干性好的特點(diǎn) D．肥皂膜在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象【解答】解：A．觀看立體電影時，屏幕向觀看者輸送了兩幅偏振方向不同的畫面，畫面經(jīng)過眼鏡時每只鏡片只能通過一個偏振方向上的畫面，這樣人的左右眼就能接收兩組畫面，經(jīng)過大腦合成立體影像，所以觀看立體電影時需戴上特制眼鏡，是利用了光的偏振現(xiàn)象，故A錯誤；B．白光是由各種色光混合而成，而由于不同顏色的光折射率不同，通過三棱鏡后偏轉(zhuǎn)角度不同，從而形成彩色光帶，故B正確；C．激光切割金屬利用了激光亮度高、能量大的特點(diǎn)，故C錯誤；D．肥皂膜在陽光下呈現(xiàn)彩色條紋是光的干涉現(xiàn)象，故D錯誤。故選：B。3．把酒精燈火焰放在鐵絲圈上的豎立的肥皂膜前。發(fā)現(xiàn)在肥皂膜上觀察到火焰的反射像上有彩色條紋，且上疏下密分布，如圖。由此推測肥皂膜豎直方向側(cè)向截面圖可能是（）A． B． C． D．【解答】解：因?yàn)槁烦滩罴矗さ暮穸鹊膬杀叮┦前氩ㄩL的偶數(shù)倍時，振動加強(qiáng)，為亮條紋，路程差是半波長的奇數(shù)倍時，振動減弱，為暗條紋。所以人從同側(cè)看，可看到亮條紋時，同一高度膜的厚度相同，則彩色條紋水平排列，因豎直放置的肥皂薄膜受到重力的作用，下面厚，上面簿，形狀視如凹透鏡，因此，在薄膜上不同的地方，來自前后兩個面的反射光所走的路程差不同，導(dǎo)致上疏下密，故C正確，ABD錯誤。故選：C。4．如圖，光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯折射率為n1、外套折射率為n2，光由光導(dǎo)纖維的一端從空氣進(jìn)入內(nèi)芯后，經(jīng)多次全反射傳播到另一端射出，則（）A．n1＞n2 B．n1＜n2 C．sinα=1n1 【解答】解：AB．欲使光在n1、n2界面上發(fā)生全反射，必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，需要滿足n1＞n2，故A正確，B錯誤；CD．在內(nèi)芯發(fā)生全反射的臨界角為sinC=圖中發(fā)生全反射，滿足α≥C所以sinα≥sinC解得：sinα≥故CD錯誤。故選：A。5．如圖所示是某款手機(jī)防窺屏的原理圖，在透明介質(zhì)中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可實(shí)現(xiàn)對像素單元可視角度θ的控制（可視角度θ定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍）。發(fā)光像素單元緊貼防窺屏的下表面，可視為點(diǎn)光源，位于相鄰兩屏障的正中間。不考慮光的衍射。下列說法正確的是（）A．屏障的高度d越大，可視角度θ越大 B．透明介質(zhì)的折射率越大，可視角度θ越大 C．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果主要是因?yàn)楣獍l(fā)生了全反射 D．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果主要是因?yàn)榉栏Q屏使光的波長發(fā)生了變化【解答】解：A．如果屏障越高，則入射角變小，根據(jù)折射定律可知折射角變小，θ角變小，故A錯誤；B．由圖可知，可視角度θ是光線進(jìn)入空氣中時折射角的2倍，透明介質(zhì)的折射率越大，折射角越大，θ角越大，故B正確；CD．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果的原理是因?yàn)槟承┙嵌确秶鷥?nèi)的光被屏障吸收，能射出到空氣中的光其入射角都小于臨界角，沒有發(fā)生全反射，且與光的波長無關(guān)，故CD錯誤。故選：B。6．關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的是（）A．通過兩支鉛筆夾成的一條狹縫觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象 B．泊松亮斑是由光的干涉產(chǎn)生的 C．一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的速度變慢，頻率變低 D．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波【解答】解：A．通過兩支鉛筆夾成的一條狹縫觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，故A正確；B．泊松亮斑是由光的衍射產(chǎn)生的，故B錯誤；C．一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的速度變慢，頻率不變，故C錯誤；D．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故D錯誤。故選：A。7．如圖將一根筷子豎直插入裝有水的圓形玻璃杯中，從圖中視角方向觀察到筷子水中的像與筷子位置發(fā)生了側(cè)移，下列判斷正確的是（）A．像發(fā)生側(cè)移是因?yàn)樗锌曜臃瓷涞墓庠诓ＡП谔幇l(fā)生了全反射 B．像發(fā)生側(cè)移是因?yàn)樗锌曜臃瓷涞墓庠诓ＡП谔幇l(fā)生了折射 C．如將筷子放在圓形玻璃杯的中心軸上，也能看到筷子的像側(cè)移 D．如將筷子沿所在直徑向中心軸移動，移到某處時筷子在水中的像會消失【解答】解：A．全反射是由“光密”介質(zhì)進(jìn)入“光疏”介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角，很明顯該現(xiàn)象是光的折射現(xiàn)象，故A錯誤；B．為了使成像原理更加清晰，應(yīng)作截面圖，如圖為筷子豎直插入盛水玻璃杯內(nèi)的俯視圖，A處為筷子，ABP表示由筷子發(fā)出的穿過玻璃杯壁B射向觀察者P處的一條光線，ON為過B點(diǎn)沿半徑方向的直線，即在B處和空氣的分界面的法線，上述光線則相當(dāng)于在B處由水中射入空氣中，圖中的角θ1和角θ2分別為此光線的入射角和折射角，根據(jù)光的折射規(guī)律可知，應(yīng)有θ1＜θ2，所以觀察者在P處看到的筷子A的像A'的位置不是在A的實(shí)際位置，而是由其實(shí)際位置偏離杯中心的方向向杯壁靠攏一些，所以看上去浸在水中的這段筷子產(chǎn)生了側(cè)移。故B正確；C．筷子在中心處出射光線始終沿直線傳播，即始終垂直杯子，則光線不發(fā)生偏折，故C錯誤；D．筷子在距離杯子的邊沿處發(fā)出的光射到玻璃杯邊緣時入射角較大，最容易發(fā)生全反射，則如將筷子沿所在直徑向中心軸移動，移到某處時筷子在水中的像不會消失，故D錯誤。故選B。8．用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚平面垂直，圖中的P1、P2、P3、P4是四個學(xué)生實(shí)驗(yàn)時插針的結(jié)果。在這四個圖中可以比較準(zhǔn)確地測定折射率的是（）A． B． C． D．【解答】解：根據(jù)光的折射知識畫出光路圖如圖所示，A．A光路圖中從玻璃磚出射時，不滿足實(shí)際在空氣中的折射角大于玻璃磚中的入射角，故A錯誤；B．B光路圖雖然正確，但入射角和折射角均為零度，測不出折射率，故B錯誤；D．D光路圖中，P3、P4與玻璃磚的表面相切，恰好發(fā)生全反射，無法完成實(shí)驗(yàn)，故D錯誤；C．C光路圖中，光線可以滿足從玻璃磚出射時，在空氣中的折射角大于玻璃磚中的入射角，可以比較準(zhǔn)確地測定折射率，故C正確。故選：C。9．如圖是藍(lán)色大閃蝶，在陽光下可以看到其翅膀燦爛閃爍。藍(lán)色大閃蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，這些翅脊有一串類似臺階的結(jié)構(gòu)。光照射翅脊上“臺階結(jié)構(gòu)”的典型光路如圖所示，則（）A．翅膀燦爛閃爍是光的干涉現(xiàn)象 B．翅膀燦爛閃爍是光的色散現(xiàn)象 C．翅膀燦爛閃爍是光的全反射現(xiàn)象 D．光在空氣中的波長約是在翅脊中波長的23【解答】解：ABC、由圖可知射向翅脊的光被翅脊的前、后表面反射，在翅脊的前表面處會形成彩色的條紋，這種情況屬于薄膜干涉，是光的干涉現(xiàn)象，故A正確，BC錯誤；D、翅脊的折射率n＝1.5，則光在翅脊中的速度v=cn=故選：A。10．劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖甲所示，將一塊平板玻璃a放置在另一玻璃板b上，在一端夾入兩張紙片，當(dāng)黃光從上方入射后，從上往下可以觀察到如圖乙所示的干涉條紋。則（）A．任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等 B．彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度不相等 C．若抽去一張紙片，條紋變密 D．若換用藍(lán)光從上方入射，條紋變疏【解答】解：AB．光在空氣膜中的光程差為Δx＝2d，即光程差為空氣層厚度的2倍，當(dāng)光程差Δx＝nλ+12λ時（存在半波損失），此處為亮條紋，當(dāng)光程差為Δx＝nC．當(dāng)光程差Δx＝nλ+12λ時此處表現(xiàn)為亮條紋，則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為1D．由于相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為12λ故選：A。11．甲、乙、丙三幅圖分別表示光的三種現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．圖甲中光纖的外套的折射率大于內(nèi)芯的折射率 B．圖乙中只要入射角θ1足夠大，當(dāng)光線從玻璃進(jìn)入空氣時有可能發(fā)生全反射 C．圖乙中在測定玻璃折射率時，若玻璃磚前后兩表面不平行，則測量誤差較大 D．圖丁中M、N是偏振片，當(dāng)M固定，緩慢轉(zhuǎn)動N時，光屏P上的光亮度將會發(fā)生變化【解答】解：A.圖甲中光纖的外套的折射率小于內(nèi)芯的折射率，故A錯誤；B.圖乙中根據(jù)光路可逆原理可知，光線能進(jìn)入玻璃就能從玻璃射出而不發(fā)生全反射，故B錯誤；C.圖乙中在測定玻璃折射率時，若玻璃磚前后兩表面不平行，測量結(jié)果不受影響，故C錯誤；D.圖丙中M、N是偏振片，當(dāng)M固定，緩慢轉(zhuǎn)動N時，通過M片的光線會因?yàn)镹的轉(zhuǎn)動，逐漸的減弱以及逐漸的增強(qiáng)。則光屏P上的光亮度將會發(fā)生變化，故D正確。故選：D。12．如圖所示，ABCD為直角梯形玻璃磚的橫截面示意圖，∠A＝60°，AB長為3a，AD長為2a，E為AD邊的中點(diǎn)。一束單色光從E點(diǎn)垂直于AD邊射入玻璃磚，在AB邊上的O點(diǎn)（圖中未畫出）剛好發(fā)生全反射，然后從BC邊上的P點(diǎn)（圖中未畫出，不考慮該處的反射光）射出玻璃磚，該單色光在真空（或空氣）中傳播的速度為c。下列說法正確的是（）A．該單色光在玻璃磚中發(fā)生全反射的臨界角為30° B．玻璃磚對該單色光的折射率為33C．該單色光從E點(diǎn)傳播到P點(diǎn)所經(jīng)歷的時間為10a3cD．換用波長更長的單色光進(jìn)行上述操作，則在P點(diǎn)可能發(fā)生全反射【解答】解：畫出光路圖如圖所示A、由該單色光在O點(diǎn)剛好發(fā)生全反射可知，在O點(diǎn)的入射角等于臨界角，設(shè)為θC，根據(jù)幾何關(guān)系可得θC＝60°，故A錯誤；B．根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系有sinθc=C．根據(jù)幾何關(guān)系可知，單色光在玻璃磚中傳播的距離為s1＝EO+OP又：EO＝2asin60°，OP=設(shè)單色光在玻璃磚中傳播的速度為v，根據(jù)折射率關(guān)系有n=光從E點(diǎn)到P點(diǎn)的傳播時間為t代入數(shù)據(jù)解得t1D．波長更長的單色光發(fā)生全反射的臨界角更大，所以在P點(diǎn)不可能發(fā)生全反射，故D錯誤。故選：C。二．多選題（共3小題）（多選）13．在光學(xué)儀器中，“道威棱鏡”被廣泛用來進(jìn)行圖形翻轉(zhuǎn)。如圖，ABCD是棱鏡的橫截面，截面是底角為45°的等腰梯形。現(xiàn)有與底面BC平行且頻率相同的兩束單色光a、b射入AB面，經(jīng)折射反射，使從CD面射出的光線發(fā)生了翻轉(zhuǎn)。已知棱鏡材料對該色光的折射率n=2A．兩束光中，有一束可能會從底面BC射出 B．a(chǎn)光能從底面BC射出，b光將從CD面平行于BC射出 C．若光a、b從CD面平行于BC射出，a光離底面BC更近 D．兩束光在棱鏡中的傳播時間相同【解答】解：ABC、光路圖如圖所示：根據(jù)折射定律有n=sin45°根據(jù)幾何知識可知，兩條光在BC面的入射角為α＝75°，因?yàn)閟inC=1所以全反射的臨界角為C＝45°，則光在BC面發(fā)生全反射，根據(jù)幾何知識可知，光在CD面的入射角為30°，根據(jù)光路可逆原理可知，光在CD面的出射光線和入射光線相互平行，但距離C點(diǎn)最近的為光線a，故AB錯誤，C正確；D、根據(jù)幾何關(guān)系及對稱性可知兩束光的光程相等，由于v=c故選：CD。（多選）14．如圖所示，某圓柱形玻璃的橫截面圓心為O、半徑為R。一束由1、2兩種單色光組成的復(fù)色光從橫截面所在平面內(nèi)射向M點(diǎn)，入射光線與OM的夾角α＝60°，在M點(diǎn)折射后進(jìn)入玻璃內(nèi)部，分別射到橫截面上的N、P兩點(diǎn)，∠MOP＝120°，∠MON＝90°。已知真空中的光速為c，下列說法正確的是（）A．玻璃對1、2兩種單色光的折射率之比為22B．適當(dāng)減小入射角α，光線2可能在玻璃中發(fā)生全反射 C．1、2兩束光線在玻璃中傳播的時間差為(3?3D．1、2兩束光線射出后相互平行【解答】解：A．由幾何得∠NMO＝45°，∠PMO＝30°，根據(jù)折射定律可得：n1n2所以玻璃對1、2兩種單色光的折射率之比為n1代入數(shù)據(jù)解得：n1B．因?yàn)椤螼PM＝∠PMO，根據(jù)光路可逆可知，光線2不可能在玻璃中發(fā)生全反射，故B錯誤；C．由折射定律可得：v=c所以光線1在玻璃中傳播的時間為t1光線2在玻璃中傳播的時間為t2因此它們的時間差為Δt=tD．由光路可逆可得，光線1射出玻璃的光線與ON夾角為60°，光線2射出玻璃的光線與OP夾角為60°，由于ON與OP不平行，所以它們的出射光線不平行，故D錯誤。故選：AC。（多選）15．某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，光電傳感器可用來測量光屏上光強(qiáng)的分布。某次實(shí)驗(yàn)時，在電腦屏幕上得到圖乙所示的光強(qiáng)分布。下列說法正確的是（）A．這位同學(xué)在縫屏上安裝的是雙縫 B．這位同學(xué)在縫屏上安裝的是單縫 C．當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時，若要使干涉條紋的間距變大，應(yīng)選用雙縫間距較小的雙縫 D．當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時，若要使干涉條紋的間距變小，應(yīng)增大縫屏與光屏間的距離【解答】解：AB．由圖乙可知，條紋中間寬、兩邊窄，是衍射條紋，所以在縫屏上安裝的是單縫，故A錯誤，B正確；CD．根據(jù)題意，由相鄰明條紋間距公式Δx=λL故選：BC。三．實(shí)驗(yàn)題（共2小題）16．用“插針法”測定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測出的相關(guān)角度如圖甲所示。（1）如果玻璃磚上下表面平行，則可以選擇上表面的兩個對應(yīng)角度（入射角和折射角）來求折射率，也可以選擇下表面的兩個對應(yīng)角度來求折射率，這兩種是等效的。如果所選擇的玻璃磚上下表面不平行，正確操作后得到圖乙所示的光路圖，此時應(yīng)選擇C對應(yīng)的兩個角度來求折射率。A．上表面B．下表面C．上表面或者下表面都沒問題D．上表面或者下表面都會有系統(tǒng)誤差（2）如果有幾塊寬度d不同的玻璃磚可供選擇，則A。A．選擇寬度較大的玻璃磚來做實(shí)驗(yàn)可以減少誤差B．選擇寬度較小的玻璃磚來做實(shí)驗(yàn)可以減少誤差C．玻璃磚的寬度對誤差沒有影響【解答】解：（1）只要入射角和折射角測量準(zhǔn)確，根據(jù)折射定律就可以求出玻璃的折射率；因此無論玻璃磚上、下表明是否平行，光在上下表面都發(fā)生折射，用上表面或者下表面對應(yīng)的兩個角度來求折射率都沒問題，故ABD錯誤，C正確。故選：C。（2）若選擇寬度較大的玻璃磚來做實(shí)驗(yàn)，可以增大光線在玻璃磚內(nèi)的光線的長度，更精確地測定折射角，從而減少誤差，故A正確，BC錯誤。故選：A。故答案為：（1）C；（2）A。17．在“用雙縫干涉測光的波長”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。（1）某同學(xué)以線狀白熾燈為光源，對實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)并觀察了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)出以下幾點(diǎn)，下列說法中正確的是BC；A．干涉條紋與雙縫垂直B．單縫和雙縫應(yīng)相互平行放置C．若取下濾光片，光屏上可觀察到白光的干涉圖樣D．想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，可以將單縫向雙縫靠近（2）將測量頭的分劃板中心刻線與某亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1條亮紋，此時手輪上螺旋測微器示數(shù)如圖甲所示。然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6條亮紋中心對齊，記下此時圖乙中手輪上的示數(shù)為13.865mm；（3）已知雙縫間距d為2.0×10﹣4m，測得雙縫到屏的距離L為0.600m，求所測量光的波長為7.70×10﹣7m（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）?！窘獯稹拷猓海?）A．干涉條紋與雙縫平行，故A錯誤；B．單縫和雙縫應(yīng)相互平行放置，故B正確；C．若取下濾光片，光屏上可觀察到白光的干涉圖樣，故C正確；D．想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，則條紋間距減小；根據(jù)條紋間距公式Δx=Ld故選：BC。（2）螺旋測微器的分度值為0.01mm，圖乙中手輪上的示數(shù)為x2＝13.5mm+36.5×0.01mm＝13.865mm（3）圖甲所示螺旋測微器示數(shù)x1＝2mm+32.0×0.01mm＝2.320mm條相鄰紋間距Δx=13.865?2.3206?1mm＝2.310mm＝2.31×10由Δx=Ldλ得，所測光的波長為λ＝7.70×10故答案為：（1）BC；（2）13.865；（3）7.70×10﹣7四．計(jì)算題（共3小題）18．如圖所示，一塊半圓形透明材料，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，材料的折射率n＝2，平行光垂直射向材料的下表面（設(shè)真空中光速為c）。（1）若光到達(dá)上表面后，都能從上表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？（2）一束光在O點(diǎn)左側(cè)與O點(diǎn)相距22【解答】解：（1）光線發(fā)生全反射的臨界角滿足n=由此可知，其能從上表面射出的光線，入射角為C＝30°光路圖如圖1所示：根據(jù)數(shù)學(xué)知識，入射光束在AB上的最大寬度為d＝2Rsin30°=2R×（2）一束光在O點(diǎn)左側(cè)與O點(diǎn)相距22R處，垂直于AB從下方入射，在上表面的入射角為則有sinθ=解得θ＝45°由于θ＞C，因此光在透明材料中發(fā)生全反射，光路圖如圖2所示：根據(jù)數(shù)學(xué)知識，該束光在透明材料中的路程s=2×該束光在透明材料中的光速為v=光從透明材料射出所用時間為t=s答：（1）入射光束在AB上的最大寬度為R；（2）此光從材料射出所用時間為4219．足夠?qū)挼挠境刂醒b有折射率為n=233的均勻液體，池底放有足夠大的反光平面鏡。池水深度H＝2m，在泳池中間某處有一靜止的點(diǎn)光源S，點(diǎn)光源可以向各個方向移動。初始時刻，在液面上觀察到面積為27π（Ⅰ）求點(diǎn)光源S的初始位置離池底高度h；（Ⅱ）讓點(diǎn)光源S向某個方向勻速移動，發(fā)現(xiàn)光斑最右側(cè)邊沿B位置不動，最左側(cè)