第四章光及其应用 单元综合训练 （word版含答案）

第四章光及其应用
一、选择题（共15题）
1．如图所示检查下方玻璃板上表面是否平整，单色光从上面照射会产生条纹，这是利用了光的（ ）
A．圆孔衍射
B．单缝衍射
C．双缝干涉
D．薄膜干涉
2．如图所示，从S点向两个方向分别发出光束a和光束b，两束光经三棱镜折射后平行射出，以下说法正确的是( )
A．三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在三棱镜中a光的速度小于b光的速度
C．在真空中a光的频率小于b光的频率
D．在真空中a光的速度小于b光的速度
3．下列说法中正确的是（　　）
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．杨氏双缝干涉实验证明光是电磁波
C．光从空气射入玻璃时可能发生全反射
D．雨后路面上的油膜表面的彩色条纹是由于光的干涉形成的
4．下列说法正确的是（ ）
A．弹簧振子做受迫振动时，振动频率大小与弹簧振子的固有频率有关
B．当狭缝宽度大于波长时，不会发生衍射现象
C．做简谐振动的物体，加速度随时间的变化规律符合正余弦函数变化规律
D．光的折射现象中，增大入射角，折射角一定增大，入射角与折射角成正比
5．在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大。关于这三种光在水中的性质，同学们能作出什么判断？”有同学回答如下：①c光的频率最大；②a光的传播速度最小；③b光的折射率最小；④a光的波长比b光的长。根据老师的假定，以上回答正确的是
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
6．用如图所示的实验装置在暗室中探究光的性质，左侧是点燃的酒精灯（在灯芯上撒些盐），右侧是竖立的附着一层肥皂液膜的金属线圈，下列说法正确的是（　　）
A．干涉条纹的分布情况与液膜的厚度有关
B．酒精灯火焰发出两种不同颜色的光照射到液膜上，形成干涉条纹
C．在图示的情况下，从肥皂液膜的右面观察时，在液膜上可看到干涉条纹
D．若将金属线圈在竖直平面内顺时针缓慢旋转某一角度，则干涉条纹沿顺时针方向旋转
7．如图所示，图a为单缝，图b为双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远的位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹（图中阴影表示明条纹）如图中的c和d所示，则下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是（　　）
A．图c表示单缝衍射条纹，图d表示双缝干涉条纹
B．单缝s越宽，越容易观察到对应的明暗条纹
C．双缝间距离越短，对应条纹间距越小
D．在相同的条件下，蓝光的干涉条纹间距小于红光的干涉条纹间距
8．两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图所示，若玻璃对a的折射率小于对b的折射率。当它们从玻璃砖的下表面射出后，有（　　）
A．两束光仍平行，间距等于d B．两束光仍平行，间距大于d
C．两束光仍平行，间距小于d D．两束光不再相互平行
9．关于干涉和衍射，正确的说法是（ ）
A．有的波能发生干涉现象，有的波能发生衍射现象
B．波具有衍射特性的条件，是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或小得多
C．产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等
D．在干涉图样中，振动加强区域的质点，其位移始终保持最大；振动减弱区域的质点，其位移始终保持最小
10．夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向、人们逆着光线看去就出现了蜃景。则下列说法正确的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．海市蜃楼是光在密度不均匀的空气中传播时发生折射而产生的
D．海面上的蜃景，成正立的像，位置在实物的上方
11．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃分成OB、OC两束光。下列说法正确的是（　　）
A．光束OB是红光
B．紫光在真空中的波长比红光在真空中的波长大
C．紫光在玻璃中的频率比红光在玻璃中的频率小
D．两束光分别在OB、OC段传播时所用的时间相等
12．如图所示，ΔABC为一直角玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对红光的折射率为
B．红光在玻璃中的传播速度大小为3×108m/s
C．若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，则光不会从AC面射出来
D．若将这束红光向左水平移动一小段距离则从AC面上出来的折射角小于60°
13．下列说法正确的有
A．光的偏振说明光是横波
B．高速运动的物体沿运动方向会变长
C．可见光中，紫光的波长最短
D．声波从空气进入水中，频率变大
14．在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡， A为入射点，之后a、b色光分别从C点、D点射向介质，如图所示。已知A点的入射角为，a色光的偏向角为(C点出射光线与入射光线的夹角)，CD弧所对的圆心角为，则下列结论正确的是（ ）
A．b色光的偏向角为
B．介质对a色光的折射率
C．b色光从介质射向空气的临界角正弦
D．若用a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置，屏上的条纹间距
15．把用相同玻璃制成的厚度为的正方体和半径亦为的半球体，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方分别观察、中心处报纸上的字，下列的观察记录正确的是（）
A．中的字比中的高
B．中的字比中的高
C．一样高
D．中的字较没有玻璃时高，中的字和没有玻璃时一样
二、填空题
16．(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”、“B”或“C”)点会出现暗条纹．
(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．
17．如图所示，在研究光的全反射实验中，一束单色光沿半圆形玻璃砖的半径方向射向玻璃砖与空气的分界面，不考虑反射，当入射角为30°时，测得折射角为θ，改变入射角，当入射角为θ时，恰好发生全反射。则光发生全反射的临界角C= ___________，玻璃的折射率n= ___________，光在玻璃中的传播速度v=___________（空气中的光速等于真空中的光速c）。
18．如图所示，折射率为n=2的玻璃球半径为R，O点为球心，现将玻璃球切掉一部分，形成一个球缺，球缺的高度为，与球缺横截面积相同的均匀光柱垂直于界面射入球缺．则该光在玻璃球缺里发生全反射的临界角C=_____．光第一次能从球缺上方的界面射出的光柱的截面积S=_________．
19．用某种透光物质制成一块直角三棱镜，其横截面为如图所示的直角三角形ABC，∠C=30°。把方木板放置在桌面上，该三棱镜放在木板上，且将一张白纸压在三棱镜和木板之间。透过白纸在木板上垂直插两枚大头针P1、P2，并使P1、P2插入点的连线垂直于AB面。在BC面的右侧透过三棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像__________________，再在观察的这一侧的视线上先后垂直于木板插上另外两枚大头针P3、P4，使得P3______________，P4______________；记下P3、P4插入点的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4插入点作直线，量出该直线与BC面的夹角为37°。则该透光物质的折射率n=__________，请在图中画出相应的正确完整的光路图_____。（取sin37°=0.60）
三、综合题
20．如右图所示，两面平行的玻璃砖下表面涂有反射物质，一束与上表面成30入射的光线，在右端垂直标尺上形成了A、B两个光斑，A、B间距为4cm，已知玻璃砖的折射率为，画出形成两光斑的光路图，并求此玻璃砖的厚度d．
21．如图所示，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射，，棱镜的折射率，求：
(1)棱镜的全反射角C。
(2)光从棱镜第一次射入空气时的折射角。
(3)光在棱镜中的速度和光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间（设光在真空中传播速度为c）。
22．如图所示，边长为L的等边三棱镜面镀有反光膜（厚度不计）。一单色光从面上的D点与面成角射入三棱镜，经镜面反射后，从边上的E点射出。已知B点到D点的距离点到E点的距离，光在真空中的传播速度为c。求：
（1）三棱镜的折射率；
（2）该单色光从边射出时的折射角及其在三棱镜中的传播时间。
23．如图所示，长为2R、半径为R的玻璃圆柱，AB是玻璃圆柱中央轴线，现在下表面中央A点处放一个点光源，除玻璃圆柱体上表面发光外，整个侧面的下半部分也发光，光在真空中的传播速度为c，不考虑多次反射，求：
（1）玻璃圆柱体的折射率；
（2）从玻璃圆柱体上表面射出的光线在玻璃圆柱体内传播的最短时间和最长时间。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
要检查玻璃板上表面是否平整，则干涉形成的条纹是a板的下表面和b板的上表面的反射光干涉产生的．具体为：当两反射光的路程差（即膜厚度的2倍）是半波长的偶数倍，出现明条纹，是半波长的奇数倍，出现暗条纹，若条纹是直的则板平整，若条纹发生弯曲，则玻璃板不平整，故检查下方玻璃板上表面是否平整，是利用了光的薄膜干涉，故ABC错误，D正确．故选D．
2．B
【详解】
A．由图看出，通过玻璃三棱镜后a光的偏折角大于b光的偏折角，根据折射定律知a光的折射率大于b光的折射率，A错误；
B．a光的折射率大于b光的折射率，由
可知光a在三棱镜中的传播速度要小于光束b，B正确；
D．在真空中，光的传播速度都为，D错误；
C．a光的折射率大于b光的折射率，则在真空中a光的频率大于b光的频率，C错误。
故选B。
3．D
【详解】
A．光的偏振现象说明光是横波，故A项错误；
B．杨氏双缝干涉实验证明光具有波动性，不能证明光是电磁波，故B项错误；
C．由于玻璃相对于空气是光密介质，光从空气射入玻璃时不可能发生全反射，故C项错误；
D．雨后路面上的油膜表面的彩色条纹是由于油膜的前后表面反射光，进行光的叠加，光的干涉形成的，故D项正确。
故选D。
4．C
【详解】
根据受迫振动的特点可知，弹簧振子做稳定的受迫振动时，弹簧振子的频率等于周期性驱动力的频率，故A错误；当狭缝宽度大于波长时，也会发生衍射现象；只不过不明显，故B错误；简谐振动的物体，受到的合外力与位移成正比，由其振动方程可知，其速度和加速度两物理量随时间的变化规律均符合正余弦函数变化规律，故C正确；根据折射定律得知：在光的折射现象中，入射角的正弦与折射角的正弦成正比．故D错误．故选C．
5．B
【详解】
由视深与实深的关系式 可知b光的折射率最小，故③正确；c光从水下照亮水面的面积比a的大说明c光不容易发生全反射，即c光的折射率比a光的小，其频率也小于a的频率，故①错误，综上可知nb6．A
【详解】
A．薄膜干涉是液膜前后两个面反射的光相互叠加，发生干涉造成的，则干涉条纹的分布情况与液膜的厚度有关，A正确；
B．酒精灯（灯芯上撒盐）火焰发出的单色光照射到液膜上，由膜前后表面反射，获得两种相同频率的光（颜色相同），从而进行叠加，形成干涉条纹，B错误；
C．观察薄膜干涉要顺着入射光的方向，即在酒精灯的同侧，C错误；
D．在转动金属线圈的过程中，由于重力作用，同一水平高度的液膜厚度是相同的，即液膜的厚度不变，故反射光的路程差也不会发生变化，产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变，D错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．单缝衍射条纹宽度是逐渐减小的，双缝干涉条纹宽度相同，故A错误；
B．对于相同的光线，单缝越窄，越容易产生衍射，故B错误；
C．由双缝干涉的原理可知，双缝间距越短，干涉条纹间距越大，故C错误；
D．根据公式
蓝光的波长小于红光，所以在相同的条件下，蓝光的干涉条纹间距小于红光的干涉条纹间距，故D正确。
故选D。
8．B
【详解】
作出两种光线在平行玻璃砖的光路图如下
根据折射率公式有
na=，nb=
由题意知
na则
ra>rb
由几何关系得
>d
光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线平行。故ACD错误，B正确。
故选B。
9．C
【详解】
A、一切波均能发生衍射现象，但明显的衍射现象必须是波的波长比阻碍物尺寸大得多或相关不大．而要发生干涉现象必须是频率相同，故A错误．B、所有的波都能发生衍射，波具有明显的衍射特性的条件，是障碍物的尺寸与波长比较相差不多或小得多．该条件不能说成是波的衍射的条件，故B错误．C、要产生干涉现象的必要条件之一，就是两列波的频率相等，故C正确．D、在干涉图样中，振动加强区域的质点，其振幅保持增大，位移不是始终保持最大，但振动方向却是相同，所以也可能为零；同理振动减弱区域的质点，其振幅却是始终保持最小，故D错误．故选C．
10．D
【详解】
AC．蜃景是景物由于光在大气层中不停地发生全反射，从而人们逆着光线看去就出现了蜃景，故AC错误；
B．光在大气层中发生全反射，可知下层空气的折射率大于上层空气的折射率，故B错误；
D．海面上的蜃景，成正立的像，位置在实物的上方，所以又称上现蜃景，故D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．由图可知，OB偏折更大，即折射角更小，则折射率更大，由于在真空中紫光的频率大于红光的，即在真空中紫光的折射率更大，说明光束OB是紫光，故A错误；
B．由于在真空中紫光的频率更大，由公式可知，紫光在真空中的波长比红光在真空中的波长小，故B错误；
C．由于在真空中紫光的频率更大，且光的频率不变，则紫光在玻璃中的频率比红光在玻璃中的频率大，故C错误；
D．设任一光线的入射角为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
则光在玻璃传播时间为
由折射定律得，得
由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，故D正确。
故选D。
12．C
【详解】
A．红光到达AC面的入射角为 i=30°，折射角为r=60°，则玻璃对红光的折射率为
故A错误；
B．红光在玻璃中的传播速度大小为
故B错误；
C．设临界角为C，则
，
若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，入射角为 i=60°，根据折射定律可得
折射角为r=30°，光线射到AC面上的入射角等于60°，大于临界角C，所以光线在AC面发生全反射，不会从AC面射出来，故C正确；
D．若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到AC面上的入射角不变，则折射角不变，仍为60°，故D错误；
故选C。
13．AC
【详解】
A、光的偏振现象说明光是横波，故A正确；
B、根据相对论可知，高速运动的物体，沿运动方向的长度会变短；故B错误；
C、可见光中，紫光的频率最高，波长最短，故C正确；
D、声波从空气传入水中， 频率不变，波长变大，波速变大，故D错误；
故选AC．
14．CD
【详解】
光线在A点的入射角为，折射角分别为、，偏向角为、
A．由a色光的偏向角为，根据几何关系有
AC弧所对圆心角为
又有CD弧所对的圆心角为，则AD弧所对圆心角为，则
则b色光的偏向角为
故A错误；
B．介质对a色光的折射率
故B错误；
C．b色光从介质射向空气的临界角正弦为
故C正确；
D．由上述分析可知
则
根据
可知
故D正确。
故选CD。
15．AD
【详解】
如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置．而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高所以看到a中的字比b中的字高，AD正确BC错误．
16． 频率，C;
【详解】
(1)要形成光的干涉，两列光的频率应该相同，在题图所示的干涉区域放置光屏，波峰与波谷相遇的C点会出现暗纹．
(2)相邻的亮条纹的中心间距
Δx＝
由题意知，亮条纹的数目n＝10
则第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L＝
代入数据得L＝1.178×10－2 m
17． 45°
【详解】
根据折射定律
解得全反射的临界角
折射率
光在玻璃中的传播速度
18． 30°
【详解】
由全反射临界角公式sinC=1/n得：sinC=得：C=30°
光线在透光部分的边界恰好发生全反射，入射角等于临界角C，如图所示．
由几何关系得：R2=RsinC=R
所以光第一次能从球缺上方的界面射出的光柱的截面积为：S=πR22=πR2．
19． 被P2的像挡住 挡住P1、P2的像 挡住P3和P1、P2的像 1.6
【详解】
在BC面的右侧透过三棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住，再在观察的这一侧的视线上先后垂直于木板插上另外两枚大头针P3、P4，使得P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像；记下P3、P4插入点的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4插入点作直线，量出该直线与BC面的夹角为37°。
由几何知识得到入射角i=30°，又折射角r=53°，则折射率
画出光路图如图
20．光路图如下
【详解】
试题分析：光路图如答案所示，注意在下表面反射上表面折射
光束入射角
根据折射率得
有几何关系得
且
解得
21．(1)；(2)；(3)；
【详解】
(1)设玻璃对空气的临界角为C，则有
可得
(2)如图所示
由几何知识得
玻璃对空气的临界角为C
则发生全反射，则有
由折射定律有
可得
(3)三棱镜中光速
由几何关系得光线在三棱镜中通过的总路程为
所求时间从BC射出的光线
22．（1）；（2）
【详解】
（1）根据题意，由反射光线的对称性画出光路图如图所示
由几何关系可知，入射角
由B点到D点的距离点到E点的距离可知，三角形和三角形均为等边三角形，折射角
根据折射定律得，解得三棱镜的折射率
（2）由几何关系可知，光在边上射出时的入射角
根据折射定律得，解得
光在棱镜中的传播速度大小，光在棱镜中的传播距离
光在棱镜中的传播时间
23．（1）；（2）；
【详解】
（1）除玻璃圆柱体上表面发光外，整个侧面的下半部分也发光，故从A点射向侧面中点的光线恰好发生全反射，设全反射的临界角为C，则有
由几何关系得
C＝45°
解得
（2）如图所示
从玻璃圆柱体上表面射出的光线，沿直线AB方向射出时间最短，为
如图可知从侧面反射光线到上表面，其中光线①从侧面反射到上表面时其入射角大于临界角，不能从上表面射出；
光线③从侧面反射到上表面时其入射角小于临界角，能从上表面折射出去，但光线沿轴线方向的分速度大，传播时间短；
只有光线②从侧面恰好发生全反射到上表面时折射出去，光线沿轴线方向的分速度小，传播时间长，沿轴线方向速度
最长时间
答案第1页，共2页