人教版高中物理选修1 第4章 光 (Word版含答案)
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修1 第4章 光 (Word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 629.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-07 10:38:01 | ||
图片预览
文档简介
人教版高中物理选修1 第4章 光
一、单项选择题（共8小题；共32分）
1. 下列说法正确的是
A. 受迫振动的频率总等于振动系统的固有频率
B. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象
C. “只闻其声不见其人”的现象，是由波的干涉产生的
D. 光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
2. 年英国物理学家洛埃设计了洛埃镜实验，洛埃镜是一块下表面涂黑的平玻璃片或者是金属板，从一狭缝发出的光，以掠入射角（近 度的入射角）入射到洛埃镜上，经反射，光的波阵面改变方向，反射光就像是由光源的虚像发出的一样，两者形成一对相干光源，它们发出的光在屏上相遇，产生明暗相间的干涉条纹。如图所示，水平放置的平面镜 左上方有一点光源 ，仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为 ，下列说法正确的是
A. 光屏上可以看到衍射条纹 B. 光屏上可以看到干涉条纹
C. 光屏上 处呈现亮条纹 D. 光屏上 处呈现暗条纹
3. 下列四种情形中，与其余三种所涉及的光学原理不同的是
A.
透镜上方看到牛顿环
B.
相机镜头涂有增透膜
C.
圆盘后呈现泊松亮斑
D.
检查平面的平整程度
4. 图为“水流导光”实验装置。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细红色激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播，下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是
A. 增大该激光的强度 B. 减小液面离小孔的高度差
C. 改用频率更低的激光 D. 改用适量煤油
5. 如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成 、 两束单色光，下列说法正确的是
A. 有可能单色光 是紫光，单色光 是黄光
B. 玻璃砖对单色光 的折射率大于对单色光 的折射率
C. 从玻璃砖中出射后，单色光 的出射角大于单色光 的出射角
D. 单色光 在玻璃砖中的传播速度大于单色光 在玻璃砖中的传播速度
6. 如图所示， 为位于泳池底部的一点光源，当泳池注入部分水时，从泳池上方观察发现，被光源照亮的水面为一直径等于 的圆形区域，若想让被照亮区域的面积增大，则可采取的方法是
A. 向泳池外抽水，减小水深
B. 将点光源换成频率更高的单色光
C. 将水换成折射率比水大的某种液体
D. 将水换成折射率比水小的某种液体
7. 作为中国海军发展的第二代核潜艇， 核潜艇虽然性能不及西方先进核潜艇，但火力十分强悍，已经搭载了中国最新研制的“巨浪 ”潜射弹道导弹，打击射程达到 公里。作为一种用来携带并发射潜射洲际导弹的战略核潜艇，是中国三位一体中核力量的重要组成部分，也是目前中国军队中生存能力最强的核装备，肩负着中国的二次反击的重任。在浅水中航行的潜艇为了观察水面情况，常使用潜望镜。潜望镜有些是用两个相同的全反射棱镜（截面为等腰直角三角形）制成，有些是用两个平面镜（厚度不计）制成，平面镜和全反射棱镜安装在潜望镜的同一位置，光路如图所示。已知某潜望镜用的全反射棱镜的直角边长为 ，折射率为 ，在矿泉水中的波长为 ，真空中的光速为 。对于该潜望镜，用全反射棱镜与用平面镜，光线通过潜望镜的时间差为
A. B. C. D.
8. 某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气），如图所示（特制容器未画出），通过比对填充后的干涉条纹间距 和填充前的干涉条纹间距 就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝 、双缝中点 、屏上的 点均位于双缝 和 的中垂线上，屏上 点处是 上方的第 条亮条纹（不包括 点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为 ，在矿泉水中的波长为 ，真空中的光速为 ，双缝 与 之间的距离为 ，双缝到屏的距离为 ，则下列说法正确的是
A. 来自双缝 和 的光传播到 点处的时间差为
B.
C. 该矿泉水的折射率为
D. 仅将单缝 向左（保持 在双缝的中垂线上）移动的过程中， 点处能观察到暗条纹
二、双项选择题（共4小题；共16分）
9. 如图为单反照相机取景器的示意图。多边形 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面图，，由 、 两种单色光组成的细光束从空气垂直 射入棱镜，经两次反射后光线垂直 射出，且在 、 边只有 光射出，光路如图所示，则 、 两束光
A. 在真空中， 光的传播速度比 光的大
B. 在棱镜内， 光的传播速度比 光的大
C. 以相同的入射角从空气斜射入水中， 光的折射角较大
D. 当光从水斜射入空气，入射角从零逐渐增大时， 光比 光先发生全反射
10. 一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是
A. 内芯的折射率比外套的大，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的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射
C. 波长越长的光在光纤中传播的速度越小
D. 若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射
11. 我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图 所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，为了更好地理解光晕现象，我们将问题简化为两维问题。假设冰晶在二维上可以看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。如图 ， 表示冰晶上的入射角， 表示经过第一个界面的折射角， 表示光线离开冰晶的折射角，以及 表示入射光线和出射光线之间的偏转角。若仔细观察光晕，能看到内外有不同颜色，分别为红色和蓝色。则以下说法中正确的是
A. 入射角 越大，则出射角 越大
B. 入射角 越大，则出射角 越小
C. 内侧为红色，外侧为蓝色
D. 内侧为蓝色，外侧为红色
12. 如图所示， 为半圆柱体玻璃的横截面， 为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿 方向从真空射入玻璃，紫光、红光分别从 、 点射出。设紫光由 到 的传播时间为 ，红光由 到 的传播时间为 ，则下列说法中正确的是
A. 改变入射角，出射光线不会与入射光线平行
B. 向右平移入射光线 ，紫光不会发生全反射
C.
D.
三、解答题（共4小题；共52分）
13. 某游泳池底部粘有一与池边垂直的米尺，其零刻线恰好位于池底边缘，小明同学站在泳池边上，所处位置与米尺在同一竖直平面内，如图所示，小明到泳池边的距离等于其身体高度时，恰好能看到米尺的 刻线，当池中注满水时，小明向后移动到距泳池边的距离为其身高的 倍时，恰好能看到米尺的 刻线，不计人眼到头顶的距离，求：
（1）游泳池的深度；
（2）泳池中水的折射率。
14. 在用红光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离为 ，测得双缝到光屏的距离为 ，在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为 。则：
（1）此红光的频率为多少 它在真空中的波长为多少
（2）假如把整个装置放入折射率为 的水中，这时屏上相邻明条纹的间距为多少
15. 如图所示，一束平行单色光从空气垂直入射到等腰三棱镜的 上， 和 边长相等，顶角为 ，底边 长为 ，这种单色光在三棱镜中的折射率为 。在三棱镜右侧有一足够大的竖直光屏垂直于 ，光屏到 点的距离为 。求光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离。（，结果可以带根号）
16. 如图所示， 是一块玻璃的截面，其中 是半径为 的圆弧面，圆心是 ， 是平面，轴 垂直于 且过 的中点 。从 点射向圆心 的一条单色光线射到圆弧面经玻璃折射后射到 轴上 点，已知 与 轴夹角为 ，从玻璃射出的光线与 轴夹角为 ， 、 间的距离为 。，光在真空中传播速度为 。求：
（1）玻璃的折射率。
（2）这种单色光通过玻璃的时间。
四、实验题（共2小题；共14分）
17. “用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。
（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：
a.灯丝与单缝和双缝必须平行放置
b.干涉条纹与双缝垂直
c.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关
d.干涉条纹的间距与光的波长有关
以上几点中，你认为正确的是 。
（2）当测量头中的分划板中心刻度对准某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为 。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距 时，测量值 实际值。（填“大于”“小于”或“等于”）
18. 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 、 ，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 的像被 的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ，使 挡住 和 的像， 挡住 以及 和 的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中 为两圆弧圆心，图中已画出经 、 点的人射光线。
（1）在图甲上补画出所需的光路。
为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角 和折射角 ，请在图甲中的 分界面上画出这两个角。
（2）用所测物理量计算折射率的公式为 。
（3）为了保证在弧面 得到出射光线，实验过程中，光线在弧面 的入射角应适当 （填“小一些”“无所谓”或“大一些”）。
（4）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率 。
答案
第一部分
1. D
【解析】受迫振动的频率等于驱动力的频率，与振动系统的固有频率无关，选项A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的干涉现象，选项B错误；“只闻其声不见其人”的现象，是波的衍射现象，选项C错误；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象，选项D正确。
2. B
【解析】光源 直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光在光屏上相遇，发生干涉，则在光屏上可以看到干涉条纹，故A错误，B正确；因反射光线不能照射到 点，故 点不会有干涉条纹，故C、D错误。
3. C
【解析】牛顿环利用了光的干涉原理；增透膜利用了光的干涉原理；泊松亮斑利用了光的衍射原理；用标准样板检查光学平面的平整程度利用了光的薄膜干涉原理。综上所述，与其余三种所涉及的光学原理不同的是C。
4. D
【解析】当光射向水与空气界面的入射角小于临界角时，光会被限制在水流内传播。当增大激光的强度时，不会改变光在界面处的入射角，光在水流中仍不会发生全反射，故A错误。减小液面离小孔的高度差，则从孔中射出的水流速度会变小，水流轨迹会变得弯曲，激光在水和空气界面处的入射角会变小，光不会在界面处发生全反射，故B错误。若改用频率更低的激光，增大了发生全反射所需要的临界角，而光从水中射向空气的入射角更加小于临界角，更加不会发生全反射现象，故C错误。若改用煤油，折射率变大，发生全反射所需要的临界角变小，会出现全反射现象，故D正确。
5. D
【解析】由题图可知，玻璃砖对单色光 的折射率大，因此单色光 的频率大，则有可能 光为紫光， 光为黄光，故A、B错误；光束由平行玻璃砖一个表面入射时，不论入射角多大，光均能从平行玻璃砖另一表面射出，且光线方向与射入玻璃砖前的平行，故单色光 的出射角等于单色光 的出射角，故C错误；由 可知，单色光 的折射率小，在玻璃砖中的传播速度大，故D正确。
6. D
【解析】设临界角为 ， 为水的深度，水面上形成的光斑边缘光线恰好发生全反射，入射角等于临界角 ，根据几何关系知 ，向泳池外抽水，减小水深，临界角 不变，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故A错误。将点光源换成频率更高的单色光，水对光的折射率变大，根据 知，临界角减小，根据 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故B错误。根据 可知，将水换成折射率比水大的某种液体，临界角 减小，根据 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小；将水换成折射率比水小的某种液体，临界角 增大，根据 可知，被光源照亮的水面的直径增大，被照亮区域的面积增大，故C错误，D正确。
7. B
【解析】两种情况下总的光程相等，只是用全反射棱镜时，光会在玻璃中传播一段距离，，相应的时间 ，
其中 ，
而用平面镜时，对应的 的光程是在空气中进行的，，
时间差为 。
8. C
【解析】由于第 条亮条纹对应路程差 ，但光在介质中的传播速度 ，故来自双缝 和 的光传播到 点处的时间差为 ，故A错误；
由公式 ， 可知，光在水中的波长小于在空气中的波长，所以在水中的干涉条纹间距 小于填充前的干涉条纹间距 ，故B错误；
由公式 ， 可知，，，则得 ，故C正确；
由公式 可知，移动单缝 对观察结果没有影响，故D错误。
第二部分
9. B， D
【解析】所有光在真空中的传播速度都相等，A错误；
由题可知 光发生折射， 光发生了全反射，说明 光的临界角比 光的小，由 可知，棱镜对 光的折射率比对 光的大，由 可知在棱镜内， 光的传播速度比 光的大，B正确；
棱镜对 光的折射率比对 光的大，由 可知，以相同入射角从空气斜射入水中， 光的折射角较小，C错误；
光的临界角比 光的小，当光从水斜射入空气，入射角从零逐渐增大时， 光的入射角先达到临界角，所以 光比 光先发生全反射，D正确。
10. A， D
【解析】当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故A正确，B错误；波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率 越小，根据公式 知，光在光纤中传播的速度越大，故C错误；根据 知，折射率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，故D正确。
11. B， D
【解析】由折射定律 可知，入射角 越大，折射角越大，由几何关系可知，光射到出射界面的入射角越小，由折射定律可知，出射角 越小，故B正确；由于蓝光比红光折射率大，故偏折角大，所以内侧为蓝光，故D正确。
12. B， C
【解析】当调整入射角，恰好使玻璃中的出射点在圆柱体玻璃的最低点时，进入玻璃和射出玻璃的两条法线是平行的，根据折射定律，易知出射光线会与入射光线平行，故A错误；
向右平移入射光线 ，只会使光线在射出玻璃时的入射角变小，不能达到发生全反射的条件，所以B正确；
设任一光线入射角为 ，折射角为 ，光在玻璃中传播的路程是 ，半圆柱的半径为 。光在玻璃中的速度为 。
由几何知识，有
则光在玻璃中传播的时间为
由折射定律，得
联立可得
依题意，入射角相等， 、 相等，所以时间相等，故C正确，D错误。
第三部分
13. （1）
【解析】小明到泳池边的距离等于其身体高度时，恰好能看到米尺的 刻线，如图
根据几何关系可知，光线此时与米尺夹角为 ，故游泳池的深度为 。
（2）
【解析】当池中注满水时，小明向后移动到距泳池边的距离为其身高的 倍时，恰好能看到米尺的 刻线
根据几何关系可知
因为水深为 ，故
折射率 。
14. （1） ；
【解析】根据题意知相邻明条纹的间距
又因为
则红光在真空中的波长
红光的频率
（2）
【解析】红光在水中传播的速度
在水中的波长
则屏上相邻明条纹的间距
15.
【解析】根据全反射条件，光线射入三棱镜后射出时的临界角
光线射入三棱镜后，在 边的入射角为 ，不会发生全反射
设射出 边时的出射角为 ，根据折射定律有
得
根据题意可知，射到光屏上最低点的位置在图中 点，如图所示由几何关系可知
故
在 边的入射角为 ，大于全反射的临界角 ，会发生全反射。
由题意可知，从 边全反射的光线中射到光屏上最高点的位置在图中 点，如图所示。由几何关系可知，
故
所以光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离为 。
16. （1）
【解析】由于光线沿圆弧面的半径方向，所以光线在圆弧面没有偏折，射到平面的 点射出玻璃，如图所示， 是从玻璃射出的光线，作光线在平面的 点的法线 ，可得
设玻璃的折射率为 ，则
解得 。
（2）
【解析】在 中，，，，则
解得
设光在玻璃中传播速度为 ，在玻璃中经过的路程为 ，通过玻璃的时间为 ，则
解得 。
第四部分
17. （1） ad
【解析】实验中，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，故a正确；干涉条纹与双缝平行，故b错误；根据干涉条纹的间距公式 知，干涉条纹的疏密程度与双缝间距、波长有关，故c错误，d正确。
（2） （ 均算对）
【解析】读数为 。
（3） 大于
【解析】如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大。
18. （1）
【解析】连接 、 与 交于一点，此交点为光线从玻璃砖中射出的位置， 、 的连线与 的交点为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
（2）
（3） 小一些
【解析】为了保证能在弧面 上有出射光线，实验过程中，光线在弧面 上的入射角应适当小一些，才不会使光线在 面上发生全反射。
（4）
【解析】图线的斜率 ，由题图乙可知斜率为 ，即该玻璃的折射率为 。
第1页（共1 页）
一、单项选择题（共8小题；共32分）
1. 下列说法正确的是
A. 受迫振动的频率总等于振动系统的固有频率
B. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象
C. “只闻其声不见其人”的现象，是由波的干涉产生的
D. 光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
2. 年英国物理学家洛埃设计了洛埃镜实验，洛埃镜是一块下表面涂黑的平玻璃片或者是金属板，从一狭缝发出的光，以掠入射角（近 度的入射角）入射到洛埃镜上，经反射，光的波阵面改变方向，反射光就像是由光源的虚像发出的一样，两者形成一对相干光源，它们发出的光在屏上相遇，产生明暗相间的干涉条纹。如图所示，水平放置的平面镜 左上方有一点光源 ，仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为 ，下列说法正确的是
A. 光屏上可以看到衍射条纹 B. 光屏上可以看到干涉条纹
C. 光屏上 处呈现亮条纹 D. 光屏上 处呈现暗条纹
3. 下列四种情形中，与其余三种所涉及的光学原理不同的是
A.
透镜上方看到牛顿环
B.
相机镜头涂有增透膜
C.
圆盘后呈现泊松亮斑
D.
检查平面的平整程度
4. 图为“水流导光”实验装置。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细红色激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播，下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是
A. 增大该激光的强度 B. 减小液面离小孔的高度差
C. 改用频率更低的激光 D. 改用适量煤油
5. 如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成 、 两束单色光，下列说法正确的是
A. 有可能单色光 是紫光，单色光 是黄光
B. 玻璃砖对单色光 的折射率大于对单色光 的折射率
C. 从玻璃砖中出射后，单色光 的出射角大于单色光 的出射角
D. 单色光 在玻璃砖中的传播速度大于单色光 在玻璃砖中的传播速度
6. 如图所示， 为位于泳池底部的一点光源，当泳池注入部分水时，从泳池上方观察发现，被光源照亮的水面为一直径等于 的圆形区域，若想让被照亮区域的面积增大，则可采取的方法是
A. 向泳池外抽水，减小水深
B. 将点光源换成频率更高的单色光
C. 将水换成折射率比水大的某种液体
D. 将水换成折射率比水小的某种液体
7. 作为中国海军发展的第二代核潜艇， 核潜艇虽然性能不及西方先进核潜艇，但火力十分强悍，已经搭载了中国最新研制的“巨浪 ”潜射弹道导弹，打击射程达到 公里。作为一种用来携带并发射潜射洲际导弹的战略核潜艇，是中国三位一体中核力量的重要组成部分，也是目前中国军队中生存能力最强的核装备，肩负着中国的二次反击的重任。在浅水中航行的潜艇为了观察水面情况，常使用潜望镜。潜望镜有些是用两个相同的全反射棱镜（截面为等腰直角三角形）制成，有些是用两个平面镜（厚度不计）制成，平面镜和全反射棱镜安装在潜望镜的同一位置，光路如图所示。已知某潜望镜用的全反射棱镜的直角边长为 ，折射率为 ，在矿泉水中的波长为 ，真空中的光速为 。对于该潜望镜，用全反射棱镜与用平面镜，光线通过潜望镜的时间差为
A. B. C. D.
8. 某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气），如图所示（特制容器未画出），通过比对填充后的干涉条纹间距 和填充前的干涉条纹间距 就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝 、双缝中点 、屏上的 点均位于双缝 和 的中垂线上，屏上 点处是 上方的第 条亮条纹（不包括 点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为 ，在矿泉水中的波长为 ，真空中的光速为 ，双缝 与 之间的距离为 ，双缝到屏的距离为 ，则下列说法正确的是
A. 来自双缝 和 的光传播到 点处的时间差为
B.
C. 该矿泉水的折射率为
D. 仅将单缝 向左（保持 在双缝的中垂线上）移动的过程中， 点处能观察到暗条纹
二、双项选择题（共4小题；共16分）
9. 如图为单反照相机取景器的示意图。多边形 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面图，，由 、 两种单色光组成的细光束从空气垂直 射入棱镜，经两次反射后光线垂直 射出，且在 、 边只有 光射出，光路如图所示，则 、 两束光
A. 在真空中， 光的传播速度比 光的大
B. 在棱镜内， 光的传播速度比 光的大
C. 以相同的入射角从空气斜射入水中， 光的折射角较大
D. 当光从水斜射入空气，入射角从零逐渐增大时， 光比 光先发生全反射
10. 一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是
A. 内芯的折射率比外套的大，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的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射
C. 波长越长的光在光纤中传播的速度越小
D. 若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射
11. 我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图 所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，为了更好地理解光晕现象，我们将问题简化为两维问题。假设冰晶在二维上可以看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射。如图 ， 表示冰晶上的入射角， 表示经过第一个界面的折射角， 表示光线离开冰晶的折射角，以及 表示入射光线和出射光线之间的偏转角。若仔细观察光晕，能看到内外有不同颜色，分别为红色和蓝色。则以下说法中正确的是
A. 入射角 越大，则出射角 越大
B. 入射角 越大，则出射角 越小
C. 内侧为红色，外侧为蓝色
D. 内侧为蓝色，外侧为红色
12. 如图所示， 为半圆柱体玻璃的横截面， 为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿 方向从真空射入玻璃，紫光、红光分别从 、 点射出。设紫光由 到 的传播时间为 ，红光由 到 的传播时间为 ，则下列说法中正确的是
A. 改变入射角，出射光线不会与入射光线平行
B. 向右平移入射光线 ，紫光不会发生全反射
C.
D.
三、解答题（共4小题；共52分）
13. 某游泳池底部粘有一与池边垂直的米尺，其零刻线恰好位于池底边缘，小明同学站在泳池边上，所处位置与米尺在同一竖直平面内，如图所示，小明到泳池边的距离等于其身体高度时，恰好能看到米尺的 刻线，当池中注满水时，小明向后移动到距泳池边的距离为其身高的 倍时，恰好能看到米尺的 刻线，不计人眼到头顶的距离，求：
（1）游泳池的深度；
（2）泳池中水的折射率。
14. 在用红光做双缝干涉实验时，已知双缝间的距离为 ，测得双缝到光屏的距离为 ，在光屏上第一条暗条纹到第六条暗条纹间的距离为 。则：
（1）此红光的频率为多少 它在真空中的波长为多少
（2）假如把整个装置放入折射率为 的水中，这时屏上相邻明条纹的间距为多少
15. 如图所示，一束平行单色光从空气垂直入射到等腰三棱镜的 上， 和 边长相等，顶角为 ，底边 长为 ，这种单色光在三棱镜中的折射率为 。在三棱镜右侧有一足够大的竖直光屏垂直于 ，光屏到 点的距离为 。求光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离。（，结果可以带根号）
16. 如图所示， 是一块玻璃的截面，其中 是半径为 的圆弧面，圆心是 ， 是平面，轴 垂直于 且过 的中点 。从 点射向圆心 的一条单色光线射到圆弧面经玻璃折射后射到 轴上 点，已知 与 轴夹角为 ，从玻璃射出的光线与 轴夹角为 ， 、 间的距离为 。，光在真空中传播速度为 。求：
（1）玻璃的折射率。
（2）这种单色光通过玻璃的时间。
四、实验题（共2小题；共14分）
17. “用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图甲所示。
（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：
a.灯丝与单缝和双缝必须平行放置
b.干涉条纹与双缝垂直
c.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关
d.干涉条纹的间距与光的波长有关
以上几点中，你认为正确的是 。
（2）当测量头中的分划板中心刻度对准某条纹的中心时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为 。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距 时，测量值 实际值。（填“大于”“小于”或“等于”）
18. 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针 、 ，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使 的像被 的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针 和 ，使 挡住 和 的像， 挡住 以及 和 的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中 为两圆弧圆心，图中已画出经 、 点的人射光线。
（1）在图甲上补画出所需的光路。
为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角 和折射角 ，请在图甲中的 分界面上画出这两个角。
（2）用所测物理量计算折射率的公式为 。
（3）为了保证在弧面 得到出射光线，实验过程中，光线在弧面 的入射角应适当 （填“小一些”“无所谓”或“大一些”）。
（4）多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图象，由图象可知该玻璃的折射率 。
答案
第一部分
1. D
【解析】受迫振动的频率等于驱动力的频率，与振动系统的固有频率无关，选项A错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的干涉现象，选项B错误；“只闻其声不见其人”的现象，是波的衍射现象，选项C错误；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象，选项D正确。
2. B
【解析】光源 直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光在光屏上相遇，发生干涉，则在光屏上可以看到干涉条纹，故A错误，B正确；因反射光线不能照射到 点，故 点不会有干涉条纹，故C、D错误。
3. C
【解析】牛顿环利用了光的干涉原理；增透膜利用了光的干涉原理；泊松亮斑利用了光的衍射原理；用标准样板检查光学平面的平整程度利用了光的薄膜干涉原理。综上所述，与其余三种所涉及的光学原理不同的是C。
4. D
【解析】当光射向水与空气界面的入射角小于临界角时，光会被限制在水流内传播。当增大激光的强度时，不会改变光在界面处的入射角，光在水流中仍不会发生全反射，故A错误。减小液面离小孔的高度差，则从孔中射出的水流速度会变小，水流轨迹会变得弯曲，激光在水和空气界面处的入射角会变小，光不会在界面处发生全反射，故B错误。若改用频率更低的激光，增大了发生全反射所需要的临界角，而光从水中射向空气的入射角更加小于临界角，更加不会发生全反射现象，故C错误。若改用煤油，折射率变大，发生全反射所需要的临界角变小，会出现全反射现象，故D正确。
5. D
【解析】由题图可知，玻璃砖对单色光 的折射率大，因此单色光 的频率大，则有可能 光为紫光， 光为黄光，故A、B错误；光束由平行玻璃砖一个表面入射时，不论入射角多大，光均能从平行玻璃砖另一表面射出，且光线方向与射入玻璃砖前的平行，故单色光 的出射角等于单色光 的出射角，故C错误；由 可知，单色光 的折射率小，在玻璃砖中的传播速度大，故D正确。
6. D
【解析】设临界角为 ， 为水的深度，水面上形成的光斑边缘光线恰好发生全反射，入射角等于临界角 ，根据几何关系知 ，向泳池外抽水，减小水深，临界角 不变，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故A错误。将点光源换成频率更高的单色光，水对光的折射率变大，根据 知，临界角减小，根据 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故B错误。根据 可知，将水换成折射率比水大的某种液体，临界角 减小，根据 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小；将水换成折射率比水小的某种液体，临界角 增大，根据 可知，被光源照亮的水面的直径增大，被照亮区域的面积增大，故C错误，D正确。
7. B
【解析】两种情况下总的光程相等，只是用全反射棱镜时，光会在玻璃中传播一段距离，，相应的时间 ，
其中 ，
而用平面镜时，对应的 的光程是在空气中进行的，，
时间差为 。
8. C
【解析】由于第 条亮条纹对应路程差 ，但光在介质中的传播速度 ，故来自双缝 和 的光传播到 点处的时间差为 ，故A错误；
由公式 ， 可知，光在水中的波长小于在空气中的波长，所以在水中的干涉条纹间距 小于填充前的干涉条纹间距 ，故B错误；
由公式 ， 可知，，，则得 ，故C正确；
由公式 可知，移动单缝 对观察结果没有影响，故D错误。
第二部分
9. B， D
【解析】所有光在真空中的传播速度都相等，A错误；
由题可知 光发生折射， 光发生了全反射，说明 光的临界角比 光的小，由 可知，棱镜对 光的折射率比对 光的大，由 可知在棱镜内， 光的传播速度比 光的大，B正确；
棱镜对 光的折射率比对 光的大，由 可知，以相同入射角从空气斜射入水中， 光的折射角较小，C错误；
光的临界角比 光的小，当光从水斜射入空气，入射角从零逐渐增大时， 光的入射角先达到临界角，所以 光比 光先发生全反射，D正确。
10. A， D
【解析】当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故A正确，B错误；波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率 越小，根据公式 知，光在光纤中传播的速度越大，故C错误；根据 知，折射率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，故D正确。
11. B， D
【解析】由折射定律 可知，入射角 越大，折射角越大，由几何关系可知，光射到出射界面的入射角越小，由折射定律可知，出射角 越小，故B正确；由于蓝光比红光折射率大，故偏折角大，所以内侧为蓝光，故D正确。
12. B， C
【解析】当调整入射角，恰好使玻璃中的出射点在圆柱体玻璃的最低点时，进入玻璃和射出玻璃的两条法线是平行的，根据折射定律，易知出射光线会与入射光线平行，故A错误；
向右平移入射光线 ，只会使光线在射出玻璃时的入射角变小，不能达到发生全反射的条件，所以B正确；
设任一光线入射角为 ，折射角为 ，光在玻璃中传播的路程是 ，半圆柱的半径为 。光在玻璃中的速度为 。
由几何知识，有
则光在玻璃中传播的时间为
由折射定律，得
联立可得
依题意，入射角相等， 、 相等，所以时间相等，故C正确，D错误。
第三部分
13. （1）
【解析】小明到泳池边的距离等于其身体高度时，恰好能看到米尺的 刻线，如图
根据几何关系可知，光线此时与米尺夹角为 ，故游泳池的深度为 。
（2）
【解析】当池中注满水时，小明向后移动到距泳池边的距离为其身高的 倍时，恰好能看到米尺的 刻线
根据几何关系可知
因为水深为 ，故
折射率 。
14. （1） ；
【解析】根据题意知相邻明条纹的间距
又因为
则红光在真空中的波长
红光的频率
（2）
【解析】红光在水中传播的速度
在水中的波长
则屏上相邻明条纹的间距
15.
【解析】根据全反射条件，光线射入三棱镜后射出时的临界角
光线射入三棱镜后，在 边的入射角为 ，不会发生全反射
设射出 边时的出射角为 ，根据折射定律有
得
根据题意可知，射到光屏上最低点的位置在图中 点，如图所示由几何关系可知
故
在 边的入射角为 ，大于全反射的临界角 ，会发生全反射。
由题意可知，从 边全反射的光线中射到光屏上最高点的位置在图中 点，如图所示。由几何关系可知，
故
所以光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离为 。
16. （1）
【解析】由于光线沿圆弧面的半径方向，所以光线在圆弧面没有偏折，射到平面的 点射出玻璃，如图所示， 是从玻璃射出的光线，作光线在平面的 点的法线 ，可得
设玻璃的折射率为 ，则
解得 。
（2）
【解析】在 中，，，，则
解得
设光在玻璃中传播速度为 ，在玻璃中经过的路程为 ，通过玻璃的时间为 ，则
解得 。
第四部分
17. （1） ad
【解析】实验中，灯丝与单缝和双缝必须平行放置，故a正确；干涉条纹与双缝平行，故b错误；根据干涉条纹的间距公式 知，干涉条纹的疏密程度与双缝间距、波长有关，故c错误，d正确。
（2） （ 均算对）
【解析】读数为 。
（3） 大于
【解析】如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大。
18. （1）
【解析】连接 、 与 交于一点，此交点为光线从玻璃砖中射出的位置， 、 的连线与 的交点为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路，如图所示。
（2）
（3） 小一些
【解析】为了保证能在弧面 上有出射光线，实验过程中，光线在弧面 上的入射角应适当小一些，才不会使光线在 面上发生全反射。
（4）
【解析】图线的斜率 ，由题图乙可知斜率为 ，即该玻璃的折射率为 。
第1页（共1 页）