第4章 光综合过关题（Word版含解析）

光综合过关题
(时间:60分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021浙江嘉兴月考)在一个月光明媚的夜晚,某研究人员站在湖边看到了水里的月亮A,后来他又潜入水中,往水面上方观察,又看到了月亮B,设水中无杂质,周围无光源,水面平静,下面的说法中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.看到A属于光的反射现象,A的位置与研究人员的位置无关
B.看到A属于光的折射现象,A的位置与研究人员的位置有关
C.看到B属于光的反射现象,B的位置与研究人员的位置有关
D.看到B属于光的折射现象,B的位置与研究人员的位置无关
2.(2021北京人大附中高二月考)下列属于光的衍射现象的是(　　)
A.阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑
B.光照射细金属丝,在其后形成的阴影中有亮线
C.在阳光照射下,肥皂泡呈现彩色条纹
D.光照射到凸透镜上,在其后形成圆形亮斑
3.(2021浙江湖州高二期末)关于光的偏振现象,下列说法正确的是(　　)
A.光的偏振现象说明光是纵波
B.拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰
C.一束自然光通过某偏振片时,只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过
D.一束自然光入射到两种介质的分界面上,只有当反射光与折射光线之间夹角恰好是90°时,反射光才是偏振光
4.下表所示是某种频率的光在常温下从真空向介质入射时,介质的折射率,由表中数据结合相关知识可以知道(　　)
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 岩盐 1.55
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5~1.8 水 1.33
水晶 1.55 空气 1.000 28
A.这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度
B.这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距
C.光密介质的密度一定大于光疏介质密度
D.这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射
5.(2021江苏响水中学高二期中)以下关于光导纤维的说法正确的是(　　)
A.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B.内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
D.内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
6.(2021北京东城高二期末)如图所示为双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏。用单色光从左侧照射单缝S时,可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小
B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大
C.若用波长更长的单色光照射,干涉条纹间的距离减小
D.若用白光照射,光屏上不出现条纹
7.
(2021辽宁沈阳模拟)如图所示,有三块截面为等腰直角三角形的透明材料(图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射,在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料的传播速率依次为v1、v2、v3,下列关系式中正确的是(　　)
A.v2>v1>v3 B.v3>v1>v2
C.v3>v2>v1 D.v1>v2>v3
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分,每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.
(2021江苏南通高二月考)水平放置的单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直光屏上,一部分通过水平放置的平面镜反射后射到屏上,这两列光相遇时会发生干涉,形成水平的明暗相间的条纹。则(　　)
A.将光屏向右平移,相邻条纹间距减小
B.将光屏向右平移,相邻条纹间距增大
C.将线光源S向下平移,相邻条纹间距减小
D.将线光源S向下平移,相邻条纹间距增大
9.(2021山东烟台高二期末)如图所示,一束由a、b两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一圆柱形玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,a、b光线经玻璃砖折射后出射到空气中,若a、b光在玻璃砖中的折射角分别为θ1、θ2,则a光和b光(　　)
A.若从光密介质射入光疏介质,a光发生全发射的临界角更大
B.若分别照射同一狭缝,b光通过狭缝时的衍射现象更明显
C.在玻璃砖中的传播速度之比为sin θ1∶sin θ2
D.从玻璃砖中出射到空气中后,两条光线之间的夹角为2(θ1-θ2)
10.(2021内蒙古北重三中高二期中)如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形。细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和折射光束2,已知玻璃的折射率为,入射角为45°(相应的折射角为24°),现保持入射光不变,将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°,如图中虚线所示,则(　　)
A.光束1转过15°
B.光束1转过30°
C.光束2转过的角度小于15°
D.光束2转过的角度大于15°
三、非选择题(本题共5小题,共57分)
11.(7分)(2020山西模拟)如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验。在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像。
(1)以下说法正确的是　　　　。
A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度
B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度
C.入射角θ适当大些,可以提高准确度
D.P1、P2的间距,入射角的大小均与实验的准确度无关
(2)该玻璃砖的折射率n=　　　　。另一同学将大头针插在P1'和P2'位置时,沿着P3、P4的方向看不到大头针的像,其原因可能是　
　　　　　　　　　。
12.(10分)利用如图所示装置研究双缝干涉现象,安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样,在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用刻度尺测出双缝到屏的距离l,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离Δx,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　
A.增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距变窄
B.将蓝色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变窄
C.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄
D.去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹
(2)实验装置中分划板与螺旋测微器相连,第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心,螺旋测微器读数为1.990 mm,转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心,螺旋测微器读数为13.870 mm。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则相邻亮纹的间距Δx为　　　　 mm,所测光波的波长为　　　　 m。
13.(10分)(2021四川绵阳模拟)有一缸壁厚度不计、半径R1=0.7 m的圆柱形不透光的水缸,装有一部分水,水面平静,缸口到水面的距离h1=0.3 m。点光源s在缸底圆心处,在水面上有一遮光薄圆盘,圆盘圆心始终保持在光源s的正上方,圆盘半径R2=0.3 m,人刚好能在水缸口边缘看到光源s的折射光。已知水的折射率n=,不考虑光在水缸壁上的反射,求水的深度h2。
14.(12分)(2021山东临沂十八中高二月考)如图所示是一种折射率n=1.5的棱镜,现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上,入射角i满足sin i=,光在真空(空气)中传播的速率为c=3×108 m/s。
(1)求光进入棱镜后的折射角和光在棱镜中传播的速率;
(2)求此束光线射出棱镜的方向(不考虑返回到AB面上的光线)。
15.(18分)(2020山西高二期末)某透明体外形如图所示,它由折射率相同、半径不同的两个共轴球体组成,大球外表面镀了一层不透光物质,且大球的球心O'恰好在小球球面上,平行轴线的光束从半径为R的小球射入,会聚在轴线上的P点,∠APB=30°,真空中光速为c。求:
(1)透明体的折射率;
(2)从两球体的交点处射入的光线,从进入透明体至到达P点的时间。
参考答案：
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2021浙江嘉兴月考)在一个月光明媚的夜晚,某研究人员站在湖边看到了水里的月亮A,后来他又潜入水中,往水面上方观察,又看到了月亮B,设水中无杂质,周围无光源,水面平静,下面的说法中正确的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.看到A属于光的反射现象,A的位置与研究人员的位置无关
B.看到A属于光的折射现象,A的位置与研究人员的位置有关
C.看到B属于光的反射现象,B的位置与研究人员的位置有关
D.看到B属于光的折射现象,B的位置与研究人员的位置无关
解析A是月光经过湖面反射所成的像,是反射现象,A的位置和月球相对于湖面对称,与研究人员的位置无关,A正确,B错误;B是月光折射至水下射入眼睛所成的像,是折射现象,B的位置与研究人员的位置有关,C、D错误。
答案A
2.(2021北京人大附中高二月考)下列属于光的衍射现象的是(　　)
A.阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑
B.光照射细金属丝,在其后形成的阴影中有亮线
C.在阳光照射下,肥皂泡呈现彩色条纹
D.光照射到凸透镜上,在其后形成圆形亮斑
解析阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑,属于小孔成像现象,故A错误;光照到细金属丝后,在其形成的阴影中有亮线,是光传播到了阴影区域,属于光的衍射现象,故B正确;肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜两个表面反射的光线相互叠加产生的现象,这是光的干涉,故C错误;太阳光经凸透镜后形成圆形亮斑,是由于光发生折射现象,故D错误。
答案B
3.(2021浙江湖州高二期末)关于光的偏振现象,下列说法正确的是(　　)
A.光的偏振现象说明光是纵波
B.拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰
C.一束自然光通过某偏振片时,只有振动方向与该偏振片透振方向垂直的光波才能通过
D.一束自然光入射到两种介质的分界面上,只有当反射光与折射光线之间夹角恰好是90°时,反射光才是偏振光
解析光的偏振现象说明光是横波,故A错误;拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰,这是利用光的偏振现象,故B正确;振动方向和透振方向互相垂直的光不能通过偏振片,故C错误;一束自然光入射到两种介质的表面时,一般情况下反射光线皆为偏振光,故D错误。
答案B
4.下表所示是某种频率的光在常温下从真空向介质入射时,介质的折射率,由表中数据结合相关知识可以知道(　　)
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 岩盐 1.55
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5~1.8 水 1.33
水晶 1.55 空气 1.000 28
A.这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度
B.这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距
C.光密介质的密度一定大于光疏介质密度
D.这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射
解析由表中数据可知,玻璃的折射率大于水的折射率,根据v=可知,光在玻璃中的速度小于在水中的速度,选项A错误;这种频率的光在水中的波长小于在空气中的波长,则根据Δx=λ可知,这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距小于在空气中观测的条纹间距,选项B错误;光密介质的折射率较大,而不是密度较大,故C错误;水晶对这种频率的光的折射率大于水,根据sinC=可知,水晶的临界角较小,则从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射,选项D正确。
答案D
5.(2021江苏响水中学高二期中)以下关于光导纤维的说法正确的是(　　)
A.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B.内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
D.内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
解析全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质,入射角大于等于临界角,所以内芯的折射率大于外套的折射率,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射,故B正确,A、C、D错误。
答案B
6.(2021北京东城高二期末)如图所示为双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,S1、S2为双缝,P为光屏。用单色光从左侧照射单缝S时,可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小
B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大
C.若用波长更长的单色光照射,干涉条纹间的距离减小
D.若用白光照射,光屏上不出现条纹
解析根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,减小双缝间的距离,即d变小,则干涉条纹间距增大,选项A错误;根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,增大双缝到屏的距离,即l增大,干涉条纹间距增大,选项B正确;根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,若用波长更长的单色光照射,干涉条纹间距增大,选项C错误;若用白光照射,光屏上将出现彩色条纹,选项D错误。
答案B
7.
(2021辽宁沈阳模拟)如图所示,有三块截面为等腰直角三角形的透明材料(图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射,在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料的传播速率依次为v1、v2、v3,下列关系式中正确的是(　　)
A.v2>v1>v3 B.v3>v1>v2
C.v3>v2>v1 D.v1>v2>v3
解析设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种材料对该单色光的折射率分别为n1、n2、n3。根据全反射条件,光从Ⅰ射向Ⅱ时发生了全反射,则有n1>n2,光从Ⅰ射向Ⅲ时发生了折射,由题图知入射角大于折射角,则有n1答案A
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分,每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.
(2021江苏南通高二月考)水平放置的单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直光屏上,一部分通过水平放置的平面镜反射后射到屏上,这两列光相遇时会发生干涉,形成水平的明暗相间的条纹。则(　　)
A.将光屏向右平移,相邻条纹间距减小
B.将光屏向右平移,相邻条纹间距增大
C.将线光源S向下平移,相邻条纹间距减小
D.将线光源S向下平移,相邻条纹间距增大
解析如果S被视为其中一个缝,S经平面镜成的像S'相当于另一个缝,根据Δx=λ可知,若将光屏向右平移,则l变大,相邻条纹间距增大;若将线光源S向下平移,则d减小,相邻条纹间距增大。
答案BD
9.(2021山东烟台高二期末)如图所示,一束由a、b两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一圆柱形玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,a、b光线经玻璃砖折射后出射到空气中,若a、b光在玻璃砖中的折射角分别为θ1、θ2,则a光和b光(　　)
A.若从光密介质射入光疏介质,a光发生全发射的临界角更大
B.若分别照射同一狭缝,b光通过狭缝时的衍射现象更明显
C.在玻璃砖中的传播速度之比为sin θ1∶sin θ2
D.从玻璃砖中出射到空气中后,两条光线之间的夹角为2(θ1-θ2)
解析根据折射定律,由题图可得a、b光在圆柱形玻璃砖中的折射率为na=、nb=,因为θ1>θ2,所以可得naCb,故A正确。由naλb,故照射同一狭缝,a光通过狭缝时的衍射现象更明显,故B错误。根据n=,可得va=,同理可得vb=,联立求得,故C正确。把出射光线反向延长,再延长入射光线,交于一点,利用几何知识可求得两条出射光线之间的夹角为2(θ1-θ2),故D正确。
答案ACD
10.(2021内蒙古北重三中高二期中)如图所示,一玻璃柱体的横截面为半圆形。细的单色光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和折射光束2,已知玻璃的折射率为,入射角为45°(相应的折射角为24°),现保持入射光不变,将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15°,如图中虚线所示,则(　　)
A.光束1转过15°
B.光束1转过30°
C.光束2转过的角度小于15°
D.光束2转过的角度大于15°
解析
根据题意,半圆柱绕O点顺时针转过15°后的光路图如图所示,转动前光束1(反射光)与入射光线间的夹角为A=45°×2=90°,转动后,入射光线与新的法线夹角为60°,反射光1'与入射光的夹角A'=60°×2=120°,光束1转过的角度为120°-90°=30°,故A错误,B正确;转动前光束2(折射光)与入射光线间的夹角为B=45°+90°+24°=159°,转动后,根据折射定律有,解得r=30°,则折射光2'与入射光间的夹角为B'=30°+90°+30°=150°,光束2转过的角度为159°-150°=9°<15°,故C正确,D错误。
答案BC
三、非选择题(本题共5小题,共57分)
11.(7分)(2020山西模拟)如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验。在一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像。
(1)以下说法正确的是　　　　。
A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些,可以提高准确度
B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些,可以提高准确度
C.入射角θ适当大些,可以提高准确度
D.P1、P2的间距,入射角的大小均与实验的准确度无关
(2)该玻璃砖的折射率n=　　　　。另一同学将大头针插在P1'和P2'位置时,沿着P3、P4的方向看不到大头针的像,其原因可能是　
　　　　　　　　　。
解析(1)光线是通过隔着玻璃砖观察大头针成一条直线确定的,大头针间的距离太小,引起的误差会较大,故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些可以提高准确度,故A正确,B错误;入射角θ尽量大些,折射角也会大些,折射现象更明显,角度的相对误差会减小,故C正确,D错误。
(2)由题图知,该玻璃砖的折射率n=,把大头针插在P1'、P2'位置时,沿着P4、P3的方向看不到大头针的像,其原因可能是经过P1'、P2'的光线在界面MN处发生全反射。
答案(1)AC　(2)　经过P1'、P2'的光线在界面MN处发生全反射
12.(10分)利用如图所示装置研究双缝干涉现象,安装好仪器,调整光源的位置,使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。放置单缝和双缝,使缝相互平行,调整各部件的间距,观察白光的双缝干涉图样,在光源和单缝间放置滤光片,使单一颜色的光通过后观察单色光的双缝干涉图样。用刻度尺测出双缝到屏的距离l,用测量头测出相邻的两条亮(或暗)纹间的距离Δx,换用不同颜色的滤光片,观察干涉图样的异同,并求出相应的波长。
(1)关于该实验,下列说法正确的是　　　
A.增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距变窄
B.将蓝色滤光片换成红色滤光片,干涉条纹间距变窄
C.换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄
D.去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹
(2)实验装置中分划板与螺旋测微器相连,第一次分划板中心刻度线对齐第1条亮纹中心,螺旋测微器读数为1.990 mm,转动手轮第二次分划板中心刻度线对齐第10条亮纹中心,螺旋测微器读数为13.870 mm。已知双缝的间距为0.5 mm,从双缝到屏的距离为1 m,则相邻亮纹的间距Δx为　　　　 mm,所测光波的波长为　　　　 m。
解析(1)根据Δx=λ,d为双缝间距,l为双缝到屏的距离,增大单缝到双缝的距离,干涉条纹间距不变,A错误;将蓝色滤光片换成红色滤光片,红光的波长比蓝光长,干涉条纹间距变宽,B错误;换一个两缝之间距离较大的双缝,干涉条纹间距变窄,C正确;去掉滤光片后,将观察到彩色的干涉条纹,D正确。
(2)第1条亮纹中心与第10条亮纹中心之间有9个间距,故Δx=mm=1.320mm,把数据代入λ=求得λ=6.6×10-7m。
答案(1)CD　(2)1.320　　6.6×10-7
13.(10分)(2021四川绵阳模拟)有一缸壁厚度不计、半径R1=0.7 m的圆柱形不透光的水缸,装有一部分水,水面平静,缸口到水面的距离h1=0.3 m。点光源s在缸底圆心处,在水面上有一遮光薄圆盘,圆盘圆心始终保持在光源s的正上方,圆盘半径R2=0.3 m,人刚好能在水缸口边缘看到光源s的折射光。已知水的折射率n=,不考虑光在水缸壁上的反射,求水的深度h2。
解析如图所示,设从遮光薄圆盘的边缘射出的光的入射角为i,折射角为r,则tanr=
解得tanr=
所以sinr=0.8
由=n
解得sini=0.6
所以tani=
又tani=
解得h2=0.4m
答案0.4 m
14.(12分)(2021山东临沂十八中高二月考)如图所示是一种折射率n=1.5的棱镜,现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上,入射角i满足sin i=,光在真空(空气)中传播的速率为c=3×108 m/s。
(1)求光进入棱镜后的折射角和光在棱镜中传播的速率;
(2)求此束光线射出棱镜的方向(不考虑返回到AB面上的光线)。
解析(1)由折射定律有=n
代入数据解得r=30°
由v=
代入数据得v=2×108m/s
(2)画出光路图如图所示,∠BND=60°,∠BDN=45°,∠DEC=90°,
光线射到BC界面时的入射角
i1=90°-∠BDN=45°
sinC=
sini1=即i1>C,故在BC界面发生全反射,
故光线射出棱镜的方向垂直于AC边。
答案(1)30°　2×108 m/s　(2)垂直于AC边
15.(18分)(2020山西高二期末)某透明体外形如图所示,它由折射率相同、半径不同的两个共轴球体组成,大球外表面镀了一层不透光物质,且大球的球心O'恰好在小球球面上,平行轴线的光束从半径为R的小球射入,会聚在轴线上的P点,∠APB=30°,真空中光速为c。求:
(1)透明体的折射率;
(2)从两球体的交点处射入的光线,从进入透明体至到达P点的时间。
解析(1)连接AO',由几何关系知,折射角r=∠OAO'+∠O'AP=45°
入射角i=∠OAO'+∠AO'O=60°
由折射定律有n=
解得透明体的折射率n=
(2)由几何关系可知大球半径R'=2Rcos30°=R
光线在球中的传播距离l=2R'cos15°=2Rcos15°
光在球内传播的速度v=
则时间为t=
答案(1)　(2)