第四章
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.关于光的折射现象,下列说法正确的是
( )
A.光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B.光由一种介质进入另一种介质,传播方向一定改变
C.人观察盛水容器的底部,发现水变浅了,这是折射现象
D.光从空气射入液体中,它的传播速度一定增大
2.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示.下列说法正确的是
( )
A.此介质的折射率等于1.5
B.此介质的折射率等于
C.入射角小于45°时可能发生全反射现象
D.入射角小于30°时可能发生全反射现象
3.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时,它也随着你靠近而后退.对此现象的解释正确的是
( )
A.出现的是“海市蜃楼”,只是由光的反射造成的
B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
C.太阳辐射到地面,地表温度升高,地表空气折射率大,发生全反射
D.太阳辐射到地面,地表温度升高,地表空气折射率小,发生全反射
4.如图所示,A、B两束可见光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖,其出射光均由圆心O点沿OC方向射出,则
( )
A.A光的频率较小
B.A光在玻璃砖中的速度较大
C.分别用A、B光照射同一双缝干涉实验装置,A光的干涉条纹间距较小
D.分别用A、B光照射同一单缝衍射实验装置,A光的衍射现象更明显
5.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是
( )
甲
乙
A.减小光源到单缝的距离
B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏的距离
D.换用频率更高的单色光源
6.单色光源发出的光经一狭缝,照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的
( )
A
B
C
D
7.打磨某截面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ打磨在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况),则下列判断正确的是
( )
A.若θ>θ2,则光一定在OP边发生全反射
B.若θ>θ2,则光会从OQ边射出
C.若θ<θ1,则光会从OP边射出
D.若θ<θ1,则光会在OP边发生全反射
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.下列现象属于光的干涉现象的是
( )
A
B
C
D
9.下列关于光的偏振现象的应用正确的是
( )
A.自然光通过起偏器后成为偏振光,利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向
B.立体电影利用了光的偏振现象
C.手影的形成是偏振现象
D.拍摄日落时水面上的景物时,在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
10.在一次讨论中,老师说:“假设水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测发现,b在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大.”根据老师的假设,关于这三种光在水中的性质,同学们的下列回答正确的是
( )
A.c光的频率最大
B.a光的传播速度最小
C.水对b光的折射率最大
D.a光的波长比b光的短
三、非选择题:共54分.
11.(9分)如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置.然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像.
甲
(1)此后正确的操作步骤是 (填选项前的字母).?
A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P3本身和P1、P2的像
(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出).为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图乙、丙所示.在图中仅通过测量ED、GF的长度便可正确计算出折射率的是图 (选填“乙”或“丙”),所测玻璃折射率的表达式n= (用代表线段长度的字母DE、GF表示).?
乙
丙
12.(9分)如图所示,在利用双缝干涉测量光的波长的实验中,需要从游标卡尺上读出某条亮条纹的位置.图甲中所示的游标卡尺的读数是 mm.若双缝间相距d,双缝到屏间的距离为l,相邻两个亮条纹中心的距离为Δx,则光的波长λ= (字母表达式).某同学在两条亮条纹之间测量,测量Δx的情况如图乙所示.其他数据为d=0.20
mm,l=700
mm,由此可计算出该光的波长λ= m.?
甲
乙
13.(10分)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°.∠A=30°.截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上.
(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由.
(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值.
14.(12分)激光已经深入到我们生活的各个方面.某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双缝干涉测量激光的波长.
(1)如图所示,在水平面上方适当位置固定激光光源,使其发射与水平面成30°角斜向下的激光,在水平光屏上M点呈现一小光斑.放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖,激光光斑移至水平光屏上的N点.测得玻璃砖厚度d=
cm,MN的长度b=2
cm.根据以上信息,求该玻璃对激光的折射率n.
(2)为测量该激光的波长,将激光垂直射向间距为d的双缝(每个缝的宽度很窄,宽度可忽略),在双缝后面距离为l处的光屏上可以观察到干涉条纹.现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐,经测量得出5条亮条纹之间的距离为a,求该激光的波长.
15.(14分)如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点到S1、S2的距离之差为2.1×10-6
m,已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×10-7
m,B光在某种介质中波长为
3.15×10-7
m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°,分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验.
(1)A、B光在P点是亮条纹还是暗条纹?
(2)若让A光照射S1,B光照射S2,试分析光屏上能观察到的现象.第四章
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.关于光的折射现象,下列说法正确的是
( )
A.光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B.光由一种介质进入另一种介质,传播方向一定改变
C.人观察盛水容器的底部,发现水变浅了,这是折射现象
D.光从空气射入液体中,它的传播速度一定增大
解析:光发生反射时,光的传播方向也改变,选项A错误.光从一种介质垂直进入另一种介质,传播方向不变,选项B错误.由n=可知,光从空气射入液体中,它的传播速度减小,选项D错误.
答案:C
2.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示.下列说法正确的是
( )
A.此介质的折射率等于1.5
B.此介质的折射率等于
C.入射角小于45°时可能发生全反射现象
D.入射角小于30°时可能发生全反射现象
解析:n==,选项A错误,选项B正确.当光从介质中射向真空中时,随入射角增大,折射角增大,当折射角等于90°时,发生全反射,此时入射角为临界角C,则有n==,解得C=45°,即光从介质射向真空入射角大于或等于45°时发生全反射现象,选项C、D错误.
答案:B
3.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时,它也随着你靠近而后退.对此现象的解释正确的是
( )
A.出现的是“海市蜃楼”,只是由光的反射造成的
B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
C.太阳辐射到地面,地表温度升高,地表空气折射率大,发生全反射
D.太阳辐射到地面,地表温度升高,地表空气折射率小,发生全反射
解析:酷热的夏天地表温度高,地表附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射.
答案:D
4.如图所示,A、B两束可见光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖,其出射光均由圆心O点沿OC方向射出,则
( )
A.A光的频率较小
B.A光在玻璃砖中的速度较大
C.分别用A、B光照射同一双缝干涉实验装置,A光的干涉条纹间距较小
D.分别用A、B光照射同一单缝衍射实验装置,A光的衍射现象更明显
解析:由题图可知,A光的折射率大,所以A光的频率大,波长小,在同一种介质中传播时速度小.由Δx=λ可知,波长越大,双缝干涉条纹间距越大.波长越大,
相同条件下衍射越明显.选项C正确.
答案:C
5.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到图甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是
( )
甲
乙
A.减小光源到单缝的距离
B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏的距离
D.换用频率更高的单色光源
解析:改变条件后亮条纹之间的间距变大,由公式Δx=λ可知,要使Δx增大,可增大双缝到光屏的距离l,选项C错误.减小双缝之间的距离d,选项B正确.换用波长更长,即频率更低的单色光,选项D错误.改变光源到单缝的距离不会改变Δx的大小,选项A错误.
答案:B
6.单色光源发出的光经一狭缝,照射到光屏上,可观察到的图像是下图中的
( )
A
B
C
D
解析:光的双缝干涉条纹是等间距等宽度的明暗相间的条纹,而在光的单缝衍射图样中,中间是最宽最亮的条纹,在中央亮条纹两边的亮条纹宽度越来越小,亮度也越来越低,选项A正确.
答案:A
7.打磨某截面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ打磨在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况),则下列判断正确的是
( )
A.若θ>θ2,则光一定在OP边发生全反射
B.若θ>θ2,则光会从OQ边射出
C.若θ<θ1,则光会从OP边射出
D.若θ<θ1,则光会在OP边发生全反射
解析:光从MN边垂直入射,由几何关系可知光射到PO边上的入射角i=-θ,据题知θ在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光,在OP边和OQ边发生全反射,说明临界角C的范围为-θ2θ2,光在OP上的入射角i=-θ<-θ2-θ1>C,则光在OP边发生全反射,根据几何关系可知光在OQ边上入射角大于临界角,光在OQ边发生全发射,故选项C错误,选项D正确.
答案:D
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.下列现象属于光的干涉现象的是
( )
A
B
C
D
解析:A属于单缝衍射现象,B、C属于薄膜干涉现象,D属于光的色散现象.
答案:BC
9.下列关于光的偏振现象的应用正确的是
( )
A.自然光通过起偏器后成为偏振光,利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向
B.立体电影利用了光的偏振现象
C.手影的形成是偏振现象
D.拍摄日落时水面上的景物时,在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
解析:手影是由光沿直线传播形成的,选项C错误.
答案:ABD
10.在一次讨论中,老师说:“假设水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测发现,b在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大.”根据老师的假设,关于这三种光在水中的性质,同学们的下列回答正确的是
( )
A.c光的频率最大
B.a光的传播速度最小
C.水对b光的折射率最大
D.a光的波长比b光的短
解析:b的像最深说明水对b光的折射率最小,频率最小,波长最大,发生全反射的临界角最大,选项C错误.c照亮水面的面积比a的大,说明a发生全反射的临界角比c的小,水对a光的折射率比水对c光的大,所以,频率最大的是a,选项A错误.传播速度v=,传播速度最小的是a,选项B正确.水对a光的折射率最大,对b光的折射率最小,a光波长最短,b光波长最长,选项D正确.
答案:BD
三、非选择题:共54分.
11.(9分)如图甲所示,在测量玻璃折射率的实验中,两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜,并确定AB和AC界面的位置.然后在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,再从棱镜的右侧观察P1和P2的像.
甲
(1)此后正确的操作步骤是 (填选项前的字母).?
A.插上大头针P3,使P3挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4,使P4挡住P3的像
D.插上大头针P4,使P4挡住P3本身和P1、P2的像
(2)正确完成上述操作后,在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出).为测量该种玻璃的折射率,两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线,如图乙、丙所示.在图中仅通过测量ED、GF的长度便可正确计算出折射率的是图 (选填“乙”或“丙”),所测玻璃折射率的表达式n= (用代表线段长度的字母DE、GF表示).?
乙
丙
解析:(1)在棱镜的左侧画出一条直线,并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2,确定入射光线,然后在棱镜右侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上大头针P4,使P4挡住P3本身和P1、P2的像,从而确定出射光线.因此选项B、D正确.
(2)设入射角为α,折射角为β,根据折射定律和几何关系可知,对于乙图,sin
α=,sin
β=,对于丙图,sin
α=,sin
β=,可知仅通过测量DE、GF的长度便可正确计算出折射率的是图丙,折射率n==.
答案:(1)BD (2)丙
12.(9分)如图所示,在利用双缝干涉测量光的波长的实验中,需要从游标卡尺上读出某条亮条纹的位置.图甲中所示的游标卡尺的读数是 mm.若双缝间相距d,双缝到屏间的距离为l,相邻两个亮条纹中心的距离为Δx,则光的波长λ= (字母表达式).某同学在两条亮条纹之间测量,测量Δx的情况如图乙所示.其他数据为d=0.20
mm,l=700
mm,由此可计算出该光的波长λ= m.?
甲
乙
解析:从题图甲中可以看出,主尺示数为5
mm,游标卡尺第12条刻线与主尺上的刻线对齐,即游标卡尺示数为12×0.02
mm=0.24
mm,所以题图甲中的游标卡尺的示数为5
mm+0.24
mm=5.24
mm.由干涉条纹间距的计算公式Δx=λ得光的波长表达式λ=.由题图可以求出相邻两条亮条纹间距为Δx=
mm=1.96
mm,代入数据解得光的波长λ=5.6×10-7
m.
答案:5.24 5.6×10-7
13.(10分)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°.∠A=30°.截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上.
(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由.
(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值.
解析:(1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r,折射光线射到BC边上的E点.设光线在E点的入射角为θ,由几何关系有
θ=90°-(30°-r)>60°①,
根据题给数据得
sin
θ>sin
60°>②,
即θ大于临界角,因此光线在E点发生全反射.
(2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射规律及折射定律有
i=
30°③,
i'=90°-θ④,
sin
i=nsin
r⑤,
nsin
i'=sin
r'⑥,
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据得
sin
r'=⑦,
由几何关系,r'
即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角.
答案:(1)会发生全反射 见解析.
(2)
14.(12分)激光已经深入到我们生活的各个方面.某物理小组利用激光束测量玻璃对激光的折射率和利用双缝干涉测量激光的波长.
(1)如图所示,在水平面上方适当位置固定激光光源,使其发射与水平面成30°角斜向下的激光,在水平光屏上M点呈现一小光斑.放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖,激光光斑移至水平光屏上的N点.测得玻璃砖厚度d=
cm,MN的长度b=2
cm.根据以上信息,求该玻璃对激光的折射率n.
(2)为测量该激光的波长,将激光垂直射向间距为d的双缝(每个缝的宽度很窄,宽度可忽略),在双缝后面距离为l处的光屏上可以观察到干涉条纹.现使测量头的分划板中心刻线与条纹的中心对齐,经测量得出5条亮条纹之间的距离为a,求该激光的波长.
解析:(1)如图所示,设折射角所对的边的长度为x,激光入射角i=90°-30°=60°,
由几何关系知sin
i=,
sin
r=,
折射定律n=,
联立并代入数据解得n=.
(2)5条亮条纹之间的距离为a,则相邻两条亮条纹之间的距离Δx=,
由条纹间距公式Δx=λ得λ=.
答案:(1) (2)
15.(14分)如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点到S1、S2的距离之差为2.1×10-6
m,已知A光在折射率为1.5的介质中波长为4×10-7
m,B光在某种介质中波长为
3.15×10-7
m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°,分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验.
(1)A、B光在P点是亮条纹还是暗条纹?
(2)若让A光照射S1,B光照射S2,试分析光屏上能观察到的现象.
解析:(1)设A光在空气中的波长为λ1,在介质中的波长为λ2.
由n==得λ1=nλ2=6×10-7
m,
根据路程差Δr=2.1×10-6
m,可知N1===3.5,
由此可知,S1和S2到P点的路程差是波长λ1的3.5
倍,所以A光在P点为暗条纹.
根据临界角与折射率的关系sin
C=得
n==,
由此可知,B光在空气中的波长
λ3=nλ介=5.25×10-7
m,
路程差Δr和波长λ3的关系为
N2===4,
可见,用B光做光源,P点为亮条纹.
(2)若让A光和B光分别照射S1和S2,这时不能发生干涉,但两种光能发生衍射,此时在光屏上能观察到亮光.
答案:(1)A光在P点为暗条纹,B光在P点为亮条纹.
(2)见解析.
