第四章光 单元练习（Word版含答案）

第四章、光
一、选择题（共16题）
1．如图所示的双缝干涉实验，用黄光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　）
A．增大S1与S2的间距 B．将黄光换为红光
C．将黄光换为紫光 D．减小双缝屏到光屏的距离
2．下列现象中属于光的全反射现象的是（　　）
A．阳光照射在肥皂泡上，常看到肥皂泡上有彩色花纹
B．玻璃中的气泡，有时看上去特别明亮
C．在阳光下用白纸对着凹镜前后移动时，在一定距离处纸上会出现耀眼的光斑
D．飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机突然变得非常明亮
3．目前，移动和电信公司都升级了200M光纤入户，网速更快，使用更方便，光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理，下面是某种单色光在光纤中的传播路径经过多次全反射后从右端射出。若该介质的折射率为，则关于的大小，下列判断正确的是（　　）
A．<60° B．<30°
C．>30° D．<30°
4．下列电磁波，其衍射能力由强到弱的顺序排列正确的是( )
A．红外线、可见光、紫外线、γ射线
B．γ射线、可见光、红外线、无线电波
C．可见光、红外线、伦琴射线、γ射线
D．伦琴射线、紫外线、可见光线、红外线
5．如图所示是某一单色光由空气射入截面为等腰梯形的玻璃砖，或由该玻璃砖射入空气时的光路图，其中正确的是（ ）（已知该玻璃砖对该单色光的折射率为1.5）
A．图甲、图丙 B．图甲、图丁 C．图乙、图丙 D．图乙、图丁
6．如图所示为一块透明光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小，现有一束单色光a从原点O以某一入射角由空气射入该材料内部，则单色光a在该材料内部可能的传播途径是（　　）
A． B．
C． D．
7．如图所示，在空气中，一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入，从b表面射出，则以下说法中正确的是
A．出射光线不一定与入射光线平行
B．随着角的增大，光可能在a表面发生全反射
C．随着角的增大，光可能在b表面发生全反射（）
D．无论如何改变 角，光线从a表面射入，不可能在b表面发生全反射
8．用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为，则（　　）
A．光盘材料的折射率
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D．光束c的强度小于O点处折射光束的强度
9．如图所示半圆形玻璃砖，圆心为 O，半径为 R．某单色光由空气从 OB 边界的中点 A垂直射入玻璃砖，并在圆弧边界 P 点发生折射，该折射 光线的反向延长线刚好过B点．则（　　）
A．该玻璃对此单色光的折射率为1.5
B．光从 A 传到 P 的时间为（c为空气中的光速）
C．该玻璃对此单色光的临界角为45°
D．玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化
10．从物理学角度看，彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的。如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两束光（　　）
A．在雨滴中传播时，a光的传播速度一定大于b光
B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量小
C．以相同的入射角从水中射向空气，在空气中只有一种色光时，一定是b光
D．用同一装置做双缝干涉实验，a光干涉条纹间距较大
11．关于光的下列说法正确的是（　　）
A．偏振现象说明光是横波
B．偏振现象说明光是纵波
C．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的衍射现象
D．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的干涉现象
12．一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，经下表面反射从玻璃砖上表面射出，光线分为a、b两束，如图所示下列说法正确的是　　
A．在玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
C．a、b光在涂层表面一定不会发生全反射
D．在真空中，遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象
13．一半球形玻璃砖，C点为其球心，直线OO′与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线OO′平行且到直线OO′距离相等的a、b两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（　　）
A．真空中单个a光光子的能量大于b光光子的能量
B．a光从空气射入玻璃砖后速度变小，频率变小，波长变长
C．若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角大于b光
D．若用a、b分别在空气中做双缝干涉实验，同等条件下，光屏上得到的相邻两条干涉条纹的间距a光小于b光
14．如图所示为一束光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路，则
A．介质Ⅰ的折射率最大
B．介质Ⅱ的折射率最大
C．介质Ⅲ的折射率最大
D．光在介质Ⅱ中传播速度最大
15．下列说法中正确的是_______。
A．游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质时频率并不改变
B．光导纤维传递信息是利用了光的干涉原理
C．做简谐运动的物体每次通过同一位置时，其速度一定相同，但加速度不一定相同
D．在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长
E．在做“利用单摆测重力加速度”的实验中，摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了，测得的重力加速度值偏小
16．某兴趣小组设计了一种检测油深度的油量计，如图1所示油量计固定在油桶盖上并将油量计竖直插入油桶，通过油箱盖的矩形窗口可看见油量计的上端面明暗相间的区域。图2是油量计的正视图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，腰长为，相邻两个锯齿连接的竖直短线长度为，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，塑料的折射率小于油的折射率。若油面不会超过图2中的虚线Ⅰ，不计油量计对油面变化的影响，则（　　）
A．窗口竖直向下射入的光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中，折射光线与反射光线垂直，形成暗区
B．窗口竖直向下射入的光线在塑料和空气的界面处发生全反射，返回油量计的上端面并射出，形成亮区
C．透明塑料的折射率至少要大于2
D．油的深度h与明线长度L满足的关系式为
二、填空题
17．在白炽灯照射下，从用手指捏紧的两块玻璃板的表面能看到彩色条纹，这是光的______现象；通过两根并在一起的铅笔狭缝去观察发光的白炽灯，也会看到彩色条纹，这是光的______现象．
18．摄影师在拍摄玻璃橱窗里的陈列物时，为减弱反射光而使玻璃后的景象清晰，常在镜头前装一片______滤光片。光的______现象说明了光是横波，光的______与______现象说明光是一种波。
19．光能在光导纤维中传播是利用了光的全反射现象。光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，则n1___n2（填“大于”“等于”或“小于”）；若光纤只有内芯并置于空气中，光纤的长为L并已拉直，让光从它的一个端面入射，从另一端面射出，则光在光纤中传播的最长时间为____。（已知光在真空中的传播速度为c，光在光纤表面只发生全反射）
20．如图所示，一直角三棱镜横截面AB边垂直荧光屏，底边BI长为L，。一束光线由BI中点垂直BI射入棱镜，该棱镜对该光线的折射率为，最终在荧光屏上得到两个比较亮的光斑，则两个光斑之间的距离为______，光线在三棱镜中传播的最长时间为______。（不计光线在棱镜中的第三次反射，光在真空中的传播速度为c）
综合题
21．现要检测一块工业半球形玻璃砖的折射率。半球形玻璃砖的截面如图所示，O是半球形玻璃砖的球心，MN是其中心轴，已知玻璃砖的半径R= 1 m，两束与中心轴平行的相同检测光a、b射入半球形玻璃砖，当a光与中心轴MN的距离L=0.5 m时，a光从玻璃砖上C点射出，出射光线与中心轴MN交于F点，当b光与中心轴MN距离m时，b光在玻璃砖右侧恰好发生全反射，求∶
（i）玻璃砖对检测光的折射率n；
（ii）C点与F点间的距离。（取cos 15°=0.97）
22．如图所示，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为n的透明半球体，O为球心，轴线OA垂直于光屏，O至光屏的距离R，位于轴线上O点左侧R处的点光源S发出一束与OA夹角θ=60°的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c。试求：
（i）从半球体出射光线与光屏的夹角；
（ii）光线从S传播到达光屏所用的时间。
23．如图所示是某种玻璃棱镜的横截面.该横截面由一个等腰直角三角形ABN和一个四分之一圆形MNB构成,AB=BM=BN=R。一束宽度稍小于R的平行单色光垂直射入AB边(A、B两点没有光线射入),光线恰好没有从AN边射出。已知光在真空中的传播速度为c。求:
(i)该玻璃棱镜的折射率n
(ii)光线在该棱镜中运行的最短时间t(结果可用根号表示)
24．如图所示，在“用插针法测定玻璃的折射率”的实验中，一位同学已完成了部分实验操作，他在白纸上点画出界面的法线，并画出一条带箭头的线段作为入射光线。在入射光线上竖直地插上两枚大头针、，透过玻璃砖观察大头针、的像，在位置插的大头针正好挡住、的像，在位置插的大头针正好挡住前三个大头针的像。根据。可计算出玻璃的折射率，请你在图中完成整个光路图，并标出角i和角________
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
在波的干涉中，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距Δx与波长λ、屏之间的距离L成正比，与双缝间的距离d成反比，故要增大条纹间距Δx应减小双缝间的距离d，增大双缝屏到光屏的距离L或增大光的波长λ，故B正确，ACD错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．在阳光照射下，常看到肥皂泡上有彩色花纹是由于薄膜干涉现象产生的，故A错误；
B．玻璃中的气泡有时看上去特别明亮，是由于光从玻璃射入气泡时发生全反射形成的，故B正确；
C．在阳光下用白纸对着凸镜前后移动时，在一定距离处纸上会出现耀眼的光斑，这是光的折射现象，故C错误；
D．飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机变得非常明亮，是由于光的反射形成的，故D错误。
故选B。
3．C
【详解】
AB．根据全反射的条件可知，，而
则
C=60°
则
>60°
选项AB错误；
CD．光线从端点能射出，则由
其中i<90°
解得
>30°
选项C正确，D错误。
故选C。
4．A
【详解】
试题分析：在电磁波家族中，按波长由长到短分别有无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等，波长越长越容易衍射，因此所以A项对．
5．C
【详解】
单色光由空气射入玻璃砖时，折射角小于入射角。图甲错误。图乙正确；当该单色光由玻璃砖射入空气时，发生全反射的临界角的正弦值
因为
所以临界角，图丙、图丁中该单色光由玻璃砖射入空气时的入射角为，大于临界角，会发生全反射，图丙正确，图丁错误。
故选C。
6．D
【详解】
光线从空气射入透明的光学材料后，由于该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小，以平行于x轴的平面作为界面，可得折射角越来越大，最终在某一平行于x轴的平面处发生全反射；全反射后，由于该光学材料的折射率沿y轴负方向均匀增大，以平行于x轴的平面作为界面，可得折射角越来越小。故D正确，ABC错误。
故选D。
7．D
【详解】
由于a、b两表面平行，光线在a表面的折射角等于b表面的入射角，根据光路的可逆性可知，光线在b表面的折射角等于在a表面的入射角，由几何关系可知出射光线一定与入射光线平行，故A错误．根据几何知识可知：光经过表面b上的入射角与在表面a上的折射角相等，根据光路可逆性可知：所以不管入射角多大，不可能在b表面和a表面发生全反射，故BC错误，D正确．故选D．
8．D
【详解】
A．如图所示由几何关系可得入射角为
折射角为
根据折射定律有
所以A错误；
B．根据
所以B错误；
C．光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，因为在Q处光还有反射光线，所以C错误；
D．光束c的强度与反射光线PQ强度之和等于折身光线OP的强度，所以D正确；
故选D。
9．B
【详解】
A、作出光路图，如图所示，
根据几何关系知，入射角α=30°，折射角θ=60°，根据折射定律得： ，故A错误．
B、光在玻璃砖中传播的速度 ，则光从A传到P的时间t=，故B正确．
C、根据sinC=得该玻璃对单色光的临界角为：C=arcsin，故C错误．
D、玻璃的临界角与入射角无关，故D错误．
故选B．
10．C
【详解】
A．根据光路图可知，第一次折射时，b光的折射角较大，入射角相等，根据折射率公式
得知，b光的折射率较小，频率较小，根据
可知在雨滴中传播时，a光的传播速度小于b光，故A错误；
B．b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，a光侧移量大，故B错误；
C．根据全反射临界角
可知b光的折射率较小，临界角大，不容易发生全反射，所以以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故C正确；
D．b光的折射率较小，频率较小，波长较长，根据干涉条纹间距公式
可知a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故D错误。
故选C。
11．A
【详解】
AB．衍射和偏振现象说明光是横波，故A正确，B错误；
CD．光导纤维束传输图象和信息，这是利用了光的全反射原理，故CD错误。
故选A。
C
【详解】
A：光路图如图所示
在玻璃砖上表面折射时， a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，由知，在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度．故A项错误．
B：a光的折射率大，频率大，波长小；根据知，在真空中用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距．故B项错误．
C：a、b光在涂层表面的入射角等于在玻璃砖上表面的折射角， a、b光在涂层表面一定不会发生全反射．故C项正确．
D：b光的波长较长，波动性较强，遇到障碍物时b光更容易产生明显的衍射现象．故D项错误．
13．C
【详解】
A．从图示光路图看，在球面上，b光偏折程度厉害，根据光的折射定律可知b光的折射率较大，则频率也较大，根据光子的能量
可知b光光子的能量较大，A错误；
B．由
可得a光从空气射入玻璃砖后速度变小，在不同的介质中光的频率不变，从空气射入，波长变短，B错误；
C．由
可知折射率较大的b光对应的全反射的临界角小，所以a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角大于b光，C正确；
D．在双缝干涉实验中，由相邻两个亮（暗）条纹的间距公式
可知频率小、波长长的a光在实验中得到的相邻条纹间距大，D错误。
故选C。
14．CD
【详解】
由图可知，介质Ⅰ、Ⅱ相比较，n1＞n2，介质Ⅱ、Ⅲ相比较，n2＜n3，据光的可逆性知，光从Ⅱ射向Ⅰ或从Ⅱ射向Ⅲ时，入射角相等，从折射角上可判断n3＞n1，所以有n3＞n1＞n2，选项AB错误，C正确；Ⅱ的折射率最小，根据可知，光在介质Ⅱ中传播速度最大，选项D正确．
15．ADE
【详解】
A． 游泳时耳朵在水中听到的音乐与在岸上听到的是一样的，说明机械波从一种介质进入另一种介质时频率并不改变，频率由波源决定，故A正确；
B． 光导纤维传递信息是利用了光的全反射原理；故B错误；
C． 做简谐运动的物体每次通过同一位置时，到平衡位置的距离相等，故回复力不变，那么加速度相同；但是，前后两次经过同一位置时，根据振动方向可知：速度大小相同，方向相反，故C错误；
D． 在同一均匀介质中，经过一个周期的时间，波传播的距离为一个波长，故D正确；
E．根据得：
在做“利用单摆测重力加速度”的实验中，摆线上端悬点未固定，振动中出现松动，使摆线长度增加了，知摆长的测量值偏小，导致重力加速度的测量值偏小，故E正确。
故选ADE。
16．BD
【详解】
A．窗口竖直向下射入的光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中，人看到的是暗区，但是折射光线与反射光线不一定垂直，故A错误；
B．窗口竖直向下射入的光线在塑料和空气的界面处发生全反射，从上端射出，进入人的眼睛，因此人看到的是亮区，故B正确；
C．由于锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，故光线从塑料入射到空气时的临界角C小于等于45°，故
故C错误；
D．由题中可知，锯齿总共有n=10个，等腰直角形锯齿的斜边长度为d，故当明线长度为L时，发生全反射的锯齿个数为
因此发生折射的锯齿个数为
由于竖线的长度为，故油的深度为
故D正确；
故选BD。
17． 干涉 衍射
【详解】
从用手指捏紧的两块玻璃板的表面能看到彩色条纹，这是薄膜干涉现象
通过两根并在一起的铅笔狭缝去观察发光的白炽灯，也会看到彩色条纹，这是单缝衍射现象
故答案为干涉；衍射
18． 偏振 偏振 干涉 衍射
【详解】
拍摄橱窗内物品时，反射光的振动方向和橱窗内物品光的振动方向不同，所以在镜头前加一个偏振片可以减弱玻璃表面反射光的影响；
只有横波才有偏振现象，光的偏振现象说明光是横波；
干涉、衍射现象是波特有的现象，光的干涉和衍射现象说明光是一种波。
19． 大于
【详解】
光只有从光密介质射向光疏介质时才能发生全反射，因此n1大于n2。
从表面恰好发生全反射时，运动的路程最长，时间最长，由于
最长路程
光在介质中传播的速度
因此最长传播时间
20．
【详解】
光路图如图所示，两个光斑所在位置为G、F点，由
可得该光线在棱镜中的临界角为
光线第一次射到AI界面时的入射角为
大于临界角，光线发生全反射。经AB界面反射的光线恰好垂直AI射出，射到荧光屏上的F点，另一束光线在AB界面发生折射，此时的入射角为30°，折射光线射到荧光屏上的G点。由折射定律有
解得
由几何知识可知
为等腰三角形，则
则
在中，有
则
光线在棱镜中传播的最大距离为
光线在棱镜中的传播速度为
则光线在棱镜中传播的最长时间为
21．（i）；（ii）1.94 m
【详解】
（i）由题意知，当b光与中心轴MN距离时，发生全反射，根据几何关系有
解得
（ii）由题意知，a光从C点射出，其入射角i= 30°，由
解得折射角
r=45°
在△COF中，∠CFE=15°，CO=1 m，根据正弦定理有
解得
x=1.94 m
22．（i）90°；（ii）
【详解】
（i）光从光源S射出经半球体到达光屏的光路如图。
光由空气射向半球体，由折射定律，有
解得
α=30°
在中，由正弦定理得
R
解得
β=30°
光由半球体射向空气，由折射定律，有
n
解得
γ=60°
即出射光线与轴线OA平行，与光屏垂直。
（ii）光从光源S出发经玻璃半球体到达光屏所用的时间为：
t
根据几何知识可得
R
2（RR）cosβR
R﹣Rsin30°R
光在玻璃半球体内的传播速度为
v
解得
t
23．（i）n=（ii）
【详解】
(i)线恰好没有从AN边射出，则光在AN边发生全反射的临界角为，由，
可得
(ii)所有光线在三角形ABN区域内运动的距离相同，均为
x1=R
被AN边全反射的光线垂直BN边射入MNB区域内，设光线在MN弧上E点恰好发生全反射（如图）,则有∠PEB=
在EM间有光线射出，接近E点射出的光线在棱镜中运动的时间最短，对应的光线在BMN区域内运动的距离
x2=EF=Rcos
光线在棱镜中的速度，光线在该棱镜中运行的最短时间
解得
24．见解析
【解析】
接、作出射光线，与玻璃砖下边界的交点为，连接、做为折射光线，入射光线与法线的夹角为入射角i，折射光线与法线的夹角为折射角，光路图如图。
答案第1页，共2页