第四章 光及其应用同步训练（Word版含答案）

第四章光及其应用
一、选择题（共15题）
1．对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时(　　)
A．其速度比在水中的大，其波长比在水中的长
B．其速度比在水中的大，其波长比在水中的短
C．其速度比在水中的小，其波长比在水中的短
D．其速度比在水中的小，其波长比在水中的长
2．如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则（　　）
A．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中，a光的波长小于b光的波长
C．在真空中，a光的波长大于b光的波长
D．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
3．如图所示，单色光沿从空气射入水中，以O点为圆心，作两半径分别为R和的同心圆，大圆与入射光线相交于A，与折射光线相交于B，小圆与延长线相交于M，连线恰好和水平界面垂直，垂足为N，则下列说法正确的是（　　）
A．水的折射率
B．光线从空气中进入水中，频率变大了
C．光线在段的传播时间的大于在段的传播时间
D．由于数据不足，无法确定入射角和折射角的大小，故无法计算折射率
4．以下说法中正确的是（　　）
A．肥皂泡在在阳光的照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的色散现象
B．光的偏振现象说明光是纵波
C．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点
D．当观察者向静止的声源运动时，观察者接受到的声源频率低于声源发出的频率
5．如图所示，一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光源S，其中一条光线以入射角射到液体与空气的界面上，以折射角发生折射。则（　　）
A．液体的折射率为 B．从液体到空气，光波长变短
C．液体表面亮斑的面积为 D．光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45°
6．一束白光通过三棱镜后发生了色散现象，如图所示。下列说法错误的是（　　）
A．玻璃对红光的折射率最小
B．红光的偏折角最大
C．红光在玻璃中的传播速度比紫光大
D．屏幕上各色光的光谱由下到上的排列顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫
7．水中的空气泡看上去比较亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是（ ）
A．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮
B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮
C．从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生反射，因而较亮
D．从水中到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
8．某同学在测玻璃折射率时，把玻璃砖一边与aa′对齐，但另一条边bb′画得明显过宽，其它操作符合要求，由此引起的误差及测量结果正确表述是（　　）
A．折射角偏大，折射率比真实值小
B．折射角偏小，折射率比真实值大
C．折射角偏大，折射率比真实值大
D．折射角偏小，折射率比真实值小
9．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是
甲：单色光通过劈尖产生产生明暗条纹
乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹
丙：单色光通过双缝产生明暗条纹
丁：单色光通过单缝明暗条纹
A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹
B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大
D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
10．如图所示，有一截面为等腰直角三角形ABC的光学介质，其上方放置了一块平面镜，该平面镜所在平面与三角形的底面AC（长为L）平行且相距为。现一束光从底面上的D点（与A点距离为）垂直底面入射，该束光在界面AB上的E点（图中未画出）发生反射和折射；若把反射光到达界面BC的位置记为F点（图中未画出），发现折射光经过平面镜发生一次反射后也恰能到达F点。下列说法正确的是（　　）（设三角形介质和平面镜均处于真空中）
A．介质内的反射光有可能在F点发生全反射
B．该介质对该光束的全反射临界角的正弦值为
C．在E点的反射光的光速是折射光的光速的倍
D．反射光从E点到达F点的时间是折射光从E点平面镜反射到达F点的倍
11．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况可能发生的是（　　）
A． B．
C． D．
12．如图所示，为一个均匀透明介质球，球心位于O点，半径为R。一束单色光从真空中沿DC方向平行于直径AOB射到介质球上的C点，DC与AB的距离，若该光束射入球体经一次反射后由E点再次折射回真空中，此时的出射光线刚好与入射光线平行，已知光在真空中的速度为c，则(　　)
A．介质球的折射率为n＝3
B．若增大入射光的频率，则该出射光线仍与入射光线平行
C．光束从C点射入到从E点射出所经历的总时间为
D．若介质球的折射率增大，光线可能在介质球的内表面CBE区域的某位置发生全反射
13．下列说法中正确的有__________。
A．光在介质中的速度小于光在真空中的速度
B．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．由红光和绿光组成的一细光束从水 中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是绿光
E．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，仅减小双缝之间的距离后，观察到如图乙所示的条纹
14．如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分成各种单色光，对其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是（　　）
A．c色光在该玻璃三棱镜中的速度最大
B．三种色光的波长关系为λa＞λb＞λc
C．若分别让a、b、c三色光通过同一双缝干涉装置，则a光形成的相邻干涉条纹的间距最大
D．若让a、b、c三色光以相同的入射角从某介质射向真空，b光恰能发生全反射，则a光也一定能发生全反射
15．现有一三棱柱工件，由透明玻璃材料组成，如图所示，其截面ABC为直角三角形，∠ACB = 30°。现有一条光线沿着截面从AC边上的O点以45°的入射角射入工件，折射后到达BC边发生全反射，垂直AB边射出。已知CO =AC = L，下列说法正确的是（　　）
A．光线在AC边的折射角为30°
B．该透明玻璃的折射率为2
C．该光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为45°
D．光线在BC边的入射角为30°
E．光线在工件中的传播时间为
二、填空题
16．在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节________和________的中心均位于遮光筒的中心轴线上，并使单缝和双缝竖直并且互相平行.当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离Δx=________，双缝到毛玻璃屏的距离L用________测量，用公式________可以测出单色光的波长．
17．用紫光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，若增大双缝距离，则屏上干涉条纹的间距将________（填“变大”或“变小”）。若其他条件不变，改用红光做实验，则干涉条纹的间距将________（填“变大”或“变小”）。
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．如图所示利用激光完成“双缝干涉”实验，双缝的作用是______________，观察到的现象是______________．
三、综合题
20．某三棱镜的横截面为直角三角形，∠B=30°，AC边长为L。一束光沿平行于BC方向射到AB上的M点，MB=L，光进入三棱镜经BC反射后平行于BA射向AC。已知真空中的光速为c，求：
（1）光从AC边射出时的折射角大小；
（2）光从M点进入三棱镜到从AC边射出，在三棱镜中传播的时间。
21．如图所示，一束光波以45°的入射角从AB面射入透明的三棱镜中，已知光束进入AB面的折射角r＝30°，试求该棱镜的折射率n和临界角C，并在图中画出该光束在棱镜中的光路图。
22．当前，我国军事技术不断向高端发展，基本防御设施更加完善，在某种防御设施中有一种特殊材料制作的观察孔玻璃砖，既有较强的抗击打能力，又可以有较好的视角。如图所示，在宽度为d，厚度未知的矩形玻璃砖里侧，挖掉一块截面为半圆的部分，玻璃砖折射率合适时，外部180°角度处景物发出的光线恰能全部进入O点的人眼，且穿过玻璃砖内侧界面时不偏折，方便观察。假设在O点瞭望员的视角为60°设该玻璃砖对自然光的折射率为n，真空中光速为c。
（1）求该玻璃砖对自然光的折射率n；
（2）求光线同时沿AO与CO方向在玻璃砖中传播的时间差。
23．如图所示，三角形ABC是横截面为直角三角形的三棱镜，其中，AB长度为L。一细束单色光从AB边上的D点射入棱镜，入射角的正弦值为，进入棱镜后折射到BC边的中点，已知A、D两点间距离为。求：
（1）三棱镜材料对这束单色光的折射率；
（2）该光束从棱镜中射出时折射角的正弦值；
（3）该光束在棱镜中传播的时间。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
波速由介质决定，由v=c/n可知光在玻璃的折射率大，在玻璃中的传播速度小，由v=λf可知光在玻璃中的波长小，C对；
2．B
【详解】
D．通过题图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项D错误；
BD．a光的折射率大，则a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确，C错误；
A．由
知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A错误。
故选B。
3．A
【详解】
AD．水的折射率
选项A正确，D错误；
B．光线从空气中进入水中频率不变，选项B错误；
C．根据
可知，光线进入水中后速度减小，则光线在段的传播时间的小于在段的传播时间，选项C错误；
故选A。
4．C
【详解】
A．肥皂泡在在阳光的照射下会呈现彩色，这是由于光的干涉造成的现象，选项A错误；
B．光的偏振现象说明光是横波，选项B错误；
C．用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点，选项C正确；
D．根据多普勒效应，当观察者向静止的声源运动时，观察者接受到的声源频率高于声源发出的频率，选项D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．液体的折射率为
选项A错误；
B．从液体到空气，频率和周期不变，波速变大，则由 可知，波长变长，选项B错误；
CD．根据
则
C=45°
即光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45°，则液体表面亮斑的面积为
选项C错误，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
ABD.光的频率越大，玻璃对其的折射率越大，其偏折角越大，所以玻璃对红光的折射率最小，红光的偏折角最小，屏幕上各色光的光谱由下到上的排列顺序为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，故AD正确，B错误；
C.根据
可知红光在玻璃中的传播速度比紫光大，故C正确。
故选B。
7．D
【详解】
水中的空气泡看上去比较亮是全反射的缘故，发生全反射的条件是光从光密媒质射入光疏媒质，D正确．
8．A
【详解】
如图所示
实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据
因此测得的折射率偏小。
故选A。
9．D
【详解】
AD．丁实验中，单色光通过单缝产生的明暗条纹为光的衍射条纹，其它三个均为光的干涉条纹，选项A错误，D正确；
B．牛顿环产生明暗条纹是不等距的，选项B错误；
C．根据可知，丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的波长越大，频率越小，选项C错误；
故选D.
10．D
【详解】
如图
A．根据几何关系，E、F对称，光线在F点不会发生全反射，A错误；
B．在 中
所以
解得
则出射角
根据
B错误；
C．根据
C错误；
D．反射光的时间
折射光的时间
则时间之比为，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，故A不可能；
B．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，故B不可能；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角应大于入射角，故C不可能；
D．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，故D可能；
本题选可能的故选D。
12．C
【详解】
A．光路图如右图．
由几何关系可得
解得
i＝60°
由图可知
i＝2r
则
r＝30°
所以介质球的折射率
故A错误。
B．若增大入射光的频率，折射率增大，由折射定律知，折射角r减小，折射光线将射到B点下方，反射光线将射到E点左侧，再次折射到空气中时折射角
r′＝i
由几何知识可知，出射光线与入射光线不再平行．故B错误；
C．光束在介质球内经历的光程
s＝4Rcos r
又光在球内传播的速度
所以，光束在介质球内经历的总时间为
故C正确．
D．根据几何知识可知，从C点进入介质球中的光线，射到B点的入射角等于C点的折射角，根据光路可逆性原理可知，光线不可能在B点发生全反射。故D错误。
故选C。
13．ADE
【详解】
A．依据
可知，光在介质中的速度小于在真空中的速度，故A正确；
B．紫外线比紫光的波长短，更不容易发生衍射，而对于干涉只要频率相同即可发生，故B错误；
C．光的偏振现象说明光是横波，并不是纵波，故C错误；
D．绿光的折射率大于红光的折射率，由临界角公式
知，绿光的临界角小于红光的临界角，当光从水中射到空气，在不断增大入射角时，在水面上绿光先发生全反射，从水面消失，故D正确；
E．从图甲所示的条纹与图乙所示的条纹可知，条纹间距变大，根据双缝干涉的条纹间距公式
可知，当仅减小双缝之间的距离后，可能出现此现象，故E正确。
故选ADE。
14．AD
【详解】
B．根据光的偏折程度可知，该玻璃三棱镜对c光的折射率最小，对a光的折射率最大，则c光的波长最长，a光波长最短，故B错误；
A．c光的折射率最小，由公式v＝分析得知，三色光在玻璃三棱镜中传播时c光速度最大，故A正确；
C．c光的波长最长，a光波长最短，而相邻干涉条纹的间距与波长成正比，则a光形成的干涉条纹的间距最小，故C错误；
D．a光的折射率最大，由临界角公式sin C＝分析得知，a光的临界角最小，若让a、b、c三色光以相同的入射角从某介质射向真空，b光恰能发生全反射，则a光也一定能发生全反射，故D正确。
故选AD。
15．ACE
【详解】
A．画出光路图，如图所示，由图中几何关系可知光线在AC边的折射角为30°，A正确；
B．由图可知，在O点的入射角为45°，折射角为30°，由折射定律有
B错误；
C．由
可得全反射角C=45°，C正确；
D．根据图中几何关系可知，光线在BC边的入射角为60°，D错误；
E．根据几何关系可知
OD=L，DE=
光线在工件中的传播速度，则光在工件中的传播时间
E正确。
故选ACE。
16． 光源 滤光片 毫米刻度尺
【详解】
在利用双缝干涉测定光波波长时，首先调节光源和滤光片的中心均位于遮光筒的中心轴线上；
并使单缝和双缝竖直并且互相平行。当屏上出现了干涉图样后，用测量头上的游标卡尺去测量，转动手轮，移动分划板使分划板中心刻线与某条明纹中心对齐时（如图所示），将此明纹记为1，然后再转动手轮，分划板中心刻线向右移动，依次经过2、3…条明纹，最终与明纹n中心对齐，用测量头上的游标卡尺测出n条明纹间距离a，则两条相邻明条纹间的距离
刻度尺量得双缝到屏的距离L，然后由
计算出发生干涉的光波波长。
17． 变小 变大
【详解】
根据知，若增大双缝距离d，则屏上干涉条纹的间距x将变小。
根据知，若其他条件不变，改用红光做实验，则波长增大，所以干涉条纹的间距x将变大。
18． 内表面 光密介质
【详解】
（1）光的全发射应发生在光密介质的内表面；
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． 得到频率相等的两束光 明暗相间、等宽等亮的条纹
【详解】
利用双缝得到两束频率相等的光；
光屏上可以看到明暗相间、等宽等亮的条纹。
20．（1）60°；（2）
【详解】
（1）如图
由几何关系知
所以
根据折射定律
光从AC边射出时的折射角
（2）由几何关系知
光在三棱镜中的传播速度
光在三棱镜中的最短传播时间
21．；45°；
【详解】
由光的折射定律得
由临界角公式可得
由几何关系知，光线在BC面的入射角为，恰好发生全反射，且光线垂直于BC射出三棱镜，该光束在棱镜中的光路图如下
22．（1）2；（2）
【详解】
（1）光线从A点射入时，有
视角
则
有
==2
（2）光速和折射率的关系为
AO光线传播的时间
CO光线传播的时间
则有
23．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）光路如图所示
由几何关系可得DE//AC，所以光束在D点的折射角等于30°，则有
解得
（2）由几何关系知光束在E点的入射角为60°，临界角C满足
解得
所以光束在E点发生全反射，由几何关系知△CDE是等腰三角形，所以光束在D点的入射角等于30°，设折射角为θ，由折射定律可知
解得
（3）由几何关系可知
△CDE是等腰三角形，由
可得光在棱镜中的传播速度为
该光束在棱镜中传播的时间
答案第1页，共2页