第四章 光及其应用 （Word版含答案）

第4章光及其应用
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．单摆做简谐运动的回复力由重力提供
B．波从一种介质进入另一种介质传播方向一定发生改变
C．阻尼振动的频率随振幅的减小而减小
D．适用于一切波的计算
2．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除关于激光下列说法正确的是　　
A．单色性差 B．方向性差 C．高能量 D．没有波动性
3．如图甲所示，是一双缝干涉实验的装置示意图，在空气里完成该实验得到如图乙的实验现象，在不调整实验装置的情况下，仅把该装置放在另一种透明介质里得到不同的现象则（　　）
A．空气中毛玻璃上显示的条纹数目多
B．介质中毛玻璃上显示的条纹数目多
C．空气和介质中毛玻璃上显示的条纹数目一样多
D．条纹数目多少无法确定
4．如图中四图表示一束由两种颜色组成的复色光通过三棱镜的光路图，其中正确的是（ ）
A． B． C． D．
5．2018年诺贝尔物理学奖授予美国学者ArthurAshkin、法国学者GerardMourou、加拿大学者DonnaStrickland（女），以表彰他们在激光物理领域的突破性发明。关于激光，下列说法正确的是（　　）
A．激光不能像无线电波那样用来传递信息
B．全息照相利用了激光方向性好的特点
C．激光可以发生干涉，且平行度好
D．激光是横波，在光导纤维中传递信息要比在真空中快
6．如图，观看2012年底热门3D立体电影《少年派的奇幻漂流》时所带的特制眼镜实际上是一对偏振片．立体电影技术的理论基础是
A．光的传播不需要介质
B．光是横波
C．光能发生衍射
D．光有多普勒效应
7．下列现象中属于光的衍射现象的是（　　）
A．太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上形成彩色光带
B．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环
C．油滴滴在潮湿水泥路面上形成油膜，在阳光照射下油膜上有一圈圈的彩色光环
D．吹出的肥皂泡上出现彩色条纹
8．用a、b两种不同的单色光在相同条件下分别经同一单缝衍射装置得到的衍射图样如图甲、乙所示。现使a光从水中斜射向水面上的O点，其入射角为i、折射角为r，如图丙所示。对于这两种单色光，下列说法正确的是（　　）
A．在真空中a光的波长较短
B．水对a光的折射率
C．在水中a光的传播速度较大
D．a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较小
9．如图所示，由不同频率的a、b两种单色光组成的复色光沿半圆形玻璃砖的半径MO方向以入射角射向玻璃砖的圆心O，其出射光束OP中只有a光，且出射光束的出射角。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小
B．ab两种单色光在玻璃砖中的传播速率之比为4：5
C．ON光束中只有b光
D．玻璃对a光的折射率为0.75
10．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃，B、C两点为两单色光的射出点，已知从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB，从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC，则(　　)
A．OC光线为红光，tB＝tC
B．OB光线为红光，tB＝tC
C．OC光线为红光，tB＞tC
D．OB光线为红光，tB＜tC
11．如图所示，一束光从空气中射向折射率为n=的某种玻璃的表面，θ1表示入射角，则下列说法中错误的是（　　）
A．当θ1＞45°时会发生全反射现象
B．无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°
C．欲使折射角θ2=30°，应以θ1=45°的角度入射
D．当入射角θ1=arctan时，反射光线和折射光线恰好互相垂直
12．如图所示，AOB是截面为扇形的玻璃砖的横截面图，其顶角θ＝75°，今有一束单色光线在横截面内从OA的中点E沿垂直OA的方向射入玻璃砖，一部分光线经AB面反射后恰好未从OB面射出，不考虑多次反射作用，则玻璃砖的折射率为(　 　)
A．
B．
C．
D．
二、多选题
13．如图所示，一半圆形玻璃砖，C点为其圆心，直线过C点与玻璃砖上表面垂直。与直线平行且等距的两束不同频率的细光束a、b从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下说法正确的是（　　）
A．此玻璃砖对b光的折射率大
B．真空中a光的波长小于b光的波长
C．a光的频率大于b光的频率
D．若a、b光从此玻璃砖射入真空，a光发生全反射的临界角较大
14．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图．a、b光相比
A．玻璃对a光的折射率较小
B．b光在玻璃中的传播速度较大
C．b光在玻璃中的传播时间较长
D．用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的相邻两明条纹之间的距离大
E．用同一衍射实验装置做实验，b光的衍射条纹宽度相等且比a光的宽
15．我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。如图2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，该云层高度约5.5km。为了理解光晕现象，我们将问题简化为两维。如图3，θi表示冰晶上的入射角，θ2表示为经过第一个界面的折射角，θ0表示为光线离开晶体的折射角，以及θD表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以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。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θi越大，则出射角θD越小 B．入射角θi越大，则出射角θ0越小
C．内侧为红色，外侧为蓝色 D．内侧为蓝色，外侧为红色
三、填空题
16．若设双缝间距为d，双缝到屏的距离为l，光的波长为λ，则双缝干涉中相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距为______。
17．在双缝干涉实验中，光的频率越高，光屏上出现的条纹越宽( )
18．如图是高速公路上的反光柱，它的反光材料主要由里面充有空气的小玻璃球组成。当光射向玻璃球时，光可在玻璃球的______(填“内表面”或“外表面”)发生全反射，因为当光线从______(选填“光疏介质”或“光密介质”)射到两种介质的界面上时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。
19．在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹。彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、全反射，再折射后形成的。光的折射本质是复色光因为不同的单色光在同种均匀介质中的______快慢不同造成的。如图为某一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中b束光的折射率一定比a束光更______。
四、解答题
20．如图所示，已知玻璃的折射率为1.5，图甲中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？图乙中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？
21．如图所示，有一个玻璃半球，O为球心，右侧面镀银，光源S在其水平对称轴MO上，从光源S发出的一束光斜射在球面上．当入射光线与对称轴的夹角为30°时，发现一部分光经过球面反射后恰好能竖直向上传播，另一部分光折射进入玻璃半球内，经过右侧镀银面的第一次反射后恰好能沿原路返回．若球面的半径为R，光在真空中的传播速度为c．求：
①玻璃的折射率；
②光折射入玻璃半球后传播到右侧镀银面所用的时间．
22．如图所示，从长方体透明玻璃中挖去一个半径为R的半球体，O为半球的球心，O1O2连线为透明玻璃体的主光轴，在离球心0.5R处竖直放置一个足够大的光屏，O2为屏上的点，让一单色光束平行O1O2垂直左侧表面入射，当光线距离O1O2连线0.5R时，折射后的光线达到光屏上距离O2为R的P点，已知透明体的上下侧面均涂有吸光材料，则：
①透明玻璃的折射率为多少；
②当平行光线到光轴O1O2的距离为多少时，折射后射到光屏上的位置离O2最远。
23．如图，一束水平光线透过容器射到液体内部的平面镜上的O点，已知这种液体的折射率为．
（1）求这种液体的全反射临界角．
（2）当平面镜以过点垂直纸面的轴转动时，为使光线能够从液体表面射出，平面镜与入射光的夹角的取值范围应为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向的分力提供的，故A错误；
B．波从一种介质进入另一种介质传播方向不一定发生改变 ，如光波垂直于界面入射，故B错误；
C．阻尼振动的振幅的越来越小，但频率恒定不变，故C错误；
D．适用于一切波的计算，故D正确。
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线；激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀；另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”，所以选项C符合题意．
故选C.
【点睛】
激光的发射原理及产生过程的特殊性决定了激光具有普通光所不具有的特点：即三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）．激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线，激光照射到月球上形成的光斑直径仅有1公里左右．而普通光源发出的光射向四面八方，为了将普通光沿某个方向集中起来常使用聚光装置，但即便是最好的探照灯，如将其光投射到月球上，光斑直径将扩大到1000公里以上． 激光束的方向性好这一特性在医学上的应用主要是激光能量能在空间高度集中，从而可将激光束制成激光手术刀．另外，由几何光学可知，平行性越好的光束经聚焦得到的焦斑尺寸越小，再加之激光单色性好，经聚焦后无色散像差，使光斑尺寸进一步缩小，可达微米级以下，甚至可用作切割细胞或分子的精细的“手术刀”．
3．B
【解析】
【分析】
【详解】
把该装置放在另一种透明介质里，则光的波长变短，则根据
可知，条纹间距变小，则介质中毛玻璃上显示的条纹数目多。
故选B。
4．D
【解析】
【详解】
由题意，光在棱镜的两个侧面上都会发生折射，根据光的折射定律可知，每次折射都会向底边偏折；同时，由于是两种颜色组成的复色光，玻璃对不同单色光的折射率不同，不同单色光在同一侧面的偏折角也就不同。
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．计算机技术传递的是二进制数0、1，可用激光的明灭来表示0、1，所以激光可用来传递信息，故A错误；
B．激光全息照相是利用激光频率相同、相干性好的特点，进行叠加干涉而形成的，故B错误；
C．激光的三大特点：平行度好、亮度高、相干性好，故可以发生干涉现象，故C正确；
D．激光是电磁波，所以是横波，当激光在光导纤维中传递信息时，由于介质的折射率大于真空中的，所以传播速度比真空中的慢，故D错误。
故选C。
6．B
【解析】
【详解】
试题分析：振片式立体电影技术的基本原理是光的偏振，用的是横波的特点．故B正确，
考点：考查了光得偏振
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．太阳光通过透明的装满水的金鱼缸后在地面上形成彩色光带是光的折射现象，选项A错误；
B．通过遮光板上的小孔观察远处明亮的电灯，看到电灯周围有一圈彩色光环是光的衍射现象，选项B正确；
C．油滴滴在潮湿水泥路面上形成油膜，在阳光照射下油膜上有一圈圈的彩色光环，是薄膜干涉，选项C错误；
D．吹出的肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象，选项D错误。
故选B。
8．C
【解析】
【详解】
A．甲光衍射明显，说明光的波长比乙的波长大，即，A错误；
B．水对a光的折射率，B错误；
C．光的波长比的波长大，根据可知光的频率小，折射率小，根据可知在水中a光的传播速度较大，C正确；
D．根据全反射定律可知a光从水中射向空气发生全反射时的临界角较大，D错误。
故选C。
9．A
【解析】
【详解】
A．由于出射光束OP中只有a光，所以b光发生了全反射，则有
根据公式
可知
即玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小，A正确；
B．根据折射率公式
可得
B错误；
C．根据光的反射特性可知，ON光束中即有a光，又有b光，C错误；
D．根据折射率公式得
D错误。
故选A。
10．A
【解析】
【详解】
玻璃对红光的折射率小于对蓝光的折射率，由折射定律知，红光和蓝光以相同的入射角射入玻璃砖时，红光的折射角大，所以OC光线为红光．设任一光线在O点的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径为R.则光在玻璃中的速度为
由几何知识得
s＝2Rcos(90°－r)＝2Rsin r
则光在玻璃传播时间为
由折射定律得
nsin r＝sin i
则得
由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，即有
tB＝tC
故选A。
11．A
【解析】
【详解】
A．发生全反射现象的条件是：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角，所以，选项A中，当光从空气中射向玻璃时不会发生全反射现象，选项A错误；
B．由折射率
n==
可知，当入射角最大为90°时，折射角θ2=45°，所以B正确；
C．由折射率
n=
可知，当折射角θ2=30°
应以θ1=45°的角度入射；故C均正确；
D．由折射率
n=
可知，当入射角时，有
反射光线和折射光线恰好互相垂直，故D均正确。
本题选择错误的，故选A。
12．B
【解析】
【详解】
如图所示
因E点为OA的中点，所以入射角
α＝30°①
β＝θ＝75°②
临界角C＝180°－2α－β＝45°③
OB面恰好发生全反射，则
sin C＝ ④
解得n＝
故选B
13．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图和折射定律可知，玻璃砖对b的折射率大于a的，选项A正确；
BC．玻璃砖对b的折射率大于a的，所以b的频率高，由，可知在真空中，a光的波长大于b光的波长，选项BC错误；
D．由可知，a光的折射率小，所以a光发生全反射的临界角大，选项D正确。
故选AD。
14．ACD
【解析】
【详解】
由光路图可知，玻璃对a光的折射程度较小，即玻璃对a光的折射率较小，选项A正确；根据n=c/v可知v=c/n，则b光在玻璃中的传播速度较小，选项B错误；根据t=x/v可知b光在玻璃中的传播距离较大，速度较小，则传播的时间较长，选项C正确；a光的折射率较小，波长较大，则根据可知用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的相邻两明条纹之间的距离大；用同一衍射实验装置做实验，a光衍射比b光明显，即b光的衍射条纹宽度相等且比a光的窄，选项D正确，E错误；故选ACD.
15．BD
【解析】
【分析】
由折射定律和红光和蓝光的折射率进行分析。
【详解】
A．由光路可逆可知，入射角θi越大，则出射角θD越大，选项A错误；
B．由折射定律可知，可知，入射角θi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，则出射角θ0越小，选项B正确；
CD．由于蓝光的折射率大于红光的折射率，因此偏折角大，故内侧为蓝光，选项C错误，D正确；
故选BD。
【点睛】
本题主要考查了折射定律，解题关键在于利用折射定律分析出两个出射角与入射角的变化关系。
16．
【解析】
【分析】
【详解】
略
17．错误
【解析】
【详解】
[1]在双缝干涉实验中，光的频率越高，则波长越小，根据 可知，光屏上出现的条纹越窄，则此题说法错误。
18． 内表面 光密介质
【解析】
【分析】
考查全反射。
【详解】
（1）[1]光的全发射应发生在光密介质的内表面；
[2]从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。
19． 传播速度 大
【解析】
【分析】
【详解】
[1]光的折射本质是复色光因为不同的单色光在同种均匀介质中的传播速度快慢不同造成的。
[2]由图可知，光线折射入水珠时b束光偏折程度较大，故b束光的折射率一定比a束光更大。
20．45°；能发生全反射；45°；能发生全反射
【解析】
【分析】
【详解】
略
21．① ②
【解析】
【详解】
由题意做出光路图，如图所示．
①由于入射光线与对称轴的夹角为30°，过入射点H做对称轴的垂线HN，由光路图和几何关系可得：光在球面上发生反射和折射时的入射角和反射角，折射角
所以由折射率
可得
；
②由几何关系可知：光在玻璃半球内传播的距离
光在玻璃中的传播速度，由得
所以光折射入玻璃半球后传播到右侧镀银面所用的时间
．
22．①；②
【解析】
【详解】
①依题意可知，光线距离连线0.5R平行入射时，入射角为，折射角为，设PO与夹角为，则有
则有
所以
由折射定律可知
代入数据得
②当光线紧贴右侧上边缘射出时，达到光屏上的位置最远，设此时光线离光轴的距离为h，入射角为，折射角为，则有
由集合关系可知：
由折射定律可知
代入数据得
23．（1）450（2）
【解析】
【分析】
（1）已知折射率，根据临界角公式sinC=1/n求得临界角．
（2）由于平面镜转动方向未知，要分顺时针和逆时针两种讨论．为使光线能够从液体表面射出，光线射到液面时，入射角要小于临界角，不能发生全反射．根据几何关系求出反射光线转过的角度，平面镜转过的角度等于反射光线转过角度的一半，即可求得α的取值范围．
【详解】
（1）由题意得 sinC＝ ①
由①式得 C=45° ②
（2）光线从右上方射向液面时刚好发生全反射，光路如图，由图可知
2θ=90°+C=135°③
由③式得 α1＝90° θ＝90° ＝22.5°④
光线从液面射出，必须满足α＞22.5°⑤
光线从左上方射向液面时刚好发生全反射，光路如图，由图可知
2θ=90°-C=45°⑥
由⑥式得 α2=90°-θ=67.5°⑦
光线从液面射出，必须满足α＜67.5°
则光线能从液体表面射出，α的取值范围应为22.5°＜α＜67.5°⑧
【点睛】
本题是几何光学问题，关键要把握临界条件．要运用全反射条件和临界角公式，结合几何关系进行求解．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页