第四章 光及其应用 专项测试（word版含答案）

第四章、光及其应用
一、选择题（共16题）
1．在白炽灯的照射下，能从紧压在一起的两块玻璃板的表面看到彩色条纹。这是光的（　　）
A．双缝干涉现象 B．薄膜干涉现象 C．单缝衍射现象 D．色散现象
2．如上图所示为一梯形玻璃砖，A、B、C、D为外表面四个顶点，将用“插针法”测此玻璃砖的折射率，实验时操作较为规范的是 __________
A．可直接用手抓AB、CD所在的上、下侧面
B．用铅笔直接紧靠CD所在的面画边界线
C．移动玻璃砖应用手捏A、D（或B、C）所在的棱
D．只能用平行的 、 所在的上下侧面测折射率
3．如图所示，一束绿光从水中的A点沿AO方向以入射角i射向空气，反射后通过B点，折射后通过C点（B、C在图中均未画出）．现从水中的A点沿AO方向发出一束红光，则
A．红光反射后不会通过B点
B．红光折射后可能通过C点
C．红光可能没有折射光线
D．红光不可能没有折射光线
4．关于光和波的相关知识及其应用，皋城高中高二学生提出以下四种观点，其中正确的是　　
A．激光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．声波和光波均为横波
D．同一声波在不同介质中传播速度不同，同一光波在不同介质中传播速度相同
5．1801年，一位英国科学家首次在实验室里观察到了光的干涉现象，他是
A．托马斯·杨 B．泊松 C．牛顿 D．麦克斯韦
6．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.如图四个光路图中正确的是( )
A．B．
C．D．
7．抗击新冠肺炎疫情的战斗中，中国移动携手“学习强国”推出了武汉实景24小时直播，通过5G超高清技术向广大用户进行九路信号同时直播武汉城市实况，全方位展现镜头之下的武汉风光，共期武汉“复苏”。5G是“第五代移动通信技术”的简称，其最显著的特征之一为具有超高速的数据传播速率。5G信号一般采用3.3×109~6×109 Hz频段的无线电波，而第四代移动通信技术4G的频段范围是1.88×109~2.64×109 Hz，则（　　）
A．5G信号比4G信号所用的无线电波在真空中传播的更快
B．5G信号相比于4G信号更不容易绕过障碍物，所以5G通信需要搭建更密集的基站
C．空间中的5G信号和4G信号相遇会产生干涉现象
D．5G信号是横波，4G信号是纵波
8．如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的（　　）
A．① B．② C．③ D．④
9．虹是由太阳光射入雨滴（球形）时，经一次反射和两次折射而产生色散形成的。现有白光束L由图示方向射入雨滴，a、b是经反射和折射后的其中两条出射光线，如图所示，下列说法中错误的是（　　）
A．光线b在水滴中传播时的波长较长
B．光线a在雨滴中的折射率较大
C．若分别让a、b两色光通过同一双缝装置，则b光形成的干涉条纹的间距较大
D．光线a在雨滴中的传播速度较大
10．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
11．如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（　　）
A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
D．若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射
12．如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰三角形,顶角a为30°．一束光线垂直于ab面射入棱镜,又从ac面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是(　　)
A． B． C． D．
13．如图所示，等腰三角形ABC为一棱镜的横截面（AB=AC）。一束光线垂直于AB入射，恰好在AC面上发生全反射，并垂直于BC射出棱镜。则该棱镜的折射率为（　　）
A． B．1.5 C． D．
14．下列说法中正确的是（ ）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
B．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型
D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
15．如图所示，截面为等腰三角形的玻璃砖ABC置于水平地面上，一束单色光由地面上的E点发出，射向AB边上的M点，BM=BE，经过玻璃砖折射后，从AC边上N点（图中未画出）射出，最后光斑落在地面上的F点，CF=BE，已知玻璃砖的顶角为，两个底角为，则以下说法中正确的是（　　）
A．玻璃砖的折射率为
B．玻璃砖的折射率为
C．M、N两点一定位于同一水平线上
D．若只使入射光的波长增大，由AC面射出时的出射点在N点上方
16．以下说法正确的是（ ）
A．无论是什么波，只要振幅足够大，就可以产生明显的衍射现象
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的波的频率都会发生变化
D．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢的高度没有变化
E．全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的相干性
二、填空题
17．（1）在海中航行的轮船，受到大风大浪冲击时，为了防止倾覆，应当改变航行方向和__________，使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的__________。
（2）光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的_________现象。要产生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向_________，且入射角等于或大于_________。
18．一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ。
（1）它在时间t内辐射的光能为__________，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为__________。
（2）由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大______
三、综合题
19．半圆柱玻璃体横截面如图所示．图中，O为玻璃截面的圆心，OP与水平直径垂直．一细激光束沿PB照射到半圆柱玻璃体上的B点，经半圆柱玻璃折射后，出射光线与OP平行．已知玻璃截面的圆半径为R，B到OP的距离为，OP长为．求玻璃体的折射率n．
20．如图所示，公园要修建一个截面为等腰梯形的水池，欲使它在注满水的情况下，一束与水平面夹角为的平行光可以照射到整个水池底部，求水池坡面的倾角应满足的条件。（水的折射率为）
21．如图所示是双缝干涉实验装置，屏上O点到双缝S1、S2的距离相等．当用波长为0.75μm的单色光照射时，P是位于O上方的第二条亮纹位置，若换用波长为0.6μm的单色光做实验，P处是亮纹还是暗纹？在OP之间共有几条暗纹？
22．五一小长假，小花与同学在海洋馆看水下表演。如图所示，水下表演者位于A点处，B处为追光灯（用来照亮表演者，增强观众视觉效果），追光灯操作者看到表演者的像位于点处，请画出追光灯照亮表演者的光路图。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
光照射到两块玻璃板之间的空气膜，在上下表面发生反射，产生叠加，形成干涉条纹，属于薄膜干涉。干涉现象说明光具有波动性。故B正确，ACD错误。
故选B。
2．C
【详解】
AB．不能用手抓光学面，不能把玻璃当尺子画线，故AB错误；
C．移动玻璃砖应用手捏A、D（或B、C）所在的棱，故C正确；
D．除平行的AB、CD所在的上下侧面，其它面也可测折射率，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】
红光与绿光的入射角相等，根据反射定律得知：反射角等于入射角，则知红光与绿光的反射角也相等，所以红光反射后必定能通过B点．故A正确．水对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律n=，i相等，绿光的折射角大于红光的折射角，所以红光折射后不通过C点，故B错误．根据可知，绿光的临界角小于红光，绿光没有发生全反射，则红光一定不能发生全反射，则红光不可能没有折射光线，选项C错误，D正确；故选D.
4．A
【详解】
A．激光具有电磁波的一切性质，可以用来传递信息；故A正确.
B．全息照相是利用了激光的相干性来工作的，不是利用了方向性好；故B错误.
C．声波是纵波，光波是横波；故C错误.
D．声波和光波在同一种种介质中传播的速度均相同；故D错误.
故选A．
5．A
【详解】
英国物理学家托马斯 杨巧妙地解决了相干光源问题，第一次在实验室观察到了光的干涉现象，A正确．
6．A
【详解】
设玻璃的临界角为C，由
得，则C＜45°。由图光线从玻璃射入空气时入射角为i=45°＞C，所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线全部反射回玻璃，A正确，BCD错误。
故选A。
7．B
【详解】
A．任何电磁波在真空中的传播速度均为光速，故传播速度相同，无线电波属于电磁波，故A错误；
B．5G信号的频率更高，波长更短，故相比4G信号更不易发生衍射现象，则5G通信需要搭建更密集的基站，故B正确；
C．5G信号和4G信号的频率不同，则它们相遇不会产生干涉现象，故C错误；
D．电磁波均为横波，故5G信号和4G信号都是横波，故D错误。
故选B。
8．C
【详解】
根据折射定律
解得 ，所以折射光线向右偏折；根据折射定律
解得 ，所以出射光线与入射光线平行。
故选C。
9．D
【详解】
AB．画出光路图，如图所示
分析可知，第一次折射时，a光的折射角较小，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射定律有
知，光线a在雨滴中的折射率较大，b光的折射率较小，则光线b的频率较小，波长较长，故AB正确，不符合题意；
C．双缝干涉条纹的间距与波长成正比，光线b波长较长，则b光形成的干涉条纹的间距较大，故C正确，不符合题意；
D．根据
因光线a在雨滴中的折射率较大，故光线a在雨滴中的传播速度较小，故D错误，符合题意。
故选D。
10．A
【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。
11．C
【详解】
A．根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的的内表面发生全反射，即是P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故A错误；
B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些，故B错误；
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确；
D．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，故D错误。
故选C。
12．B
【详解】
光路图如图所示：
根据几何关系得入射角 ，折射角
由折射定律得
故B正确；
故选B 。
13．A
【详解】
光路图如图所示
由几何关系可知：
解得
所以该棱镜的折射率为
故A正确，BCD错误；
故选A。
14．AC
【详解】
试题分析：根据黑体辐射实验的规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．故A正确．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量较集中，激光光子的能量远小于γ光子的能量
B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型，现象C正确；大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，现象D错误；故选AC.
15．BCD
【详解】
光路图如图所示
AB．由图可知
入射角
折射角为
根据折射定律
故A错误，B正确；
C．根据对称性，可知MN∥EF，故M、N两点一定位于同一水平线上。故C正确；
D．根据
当增加时，将减小，n减小，所以折射角r将增大。由AC面射出时的出射点在N点上方。故D正确。
故选BCD。
16．CDE
【详解】
A．能否产生产生明显的衍射现象看障碍物与波长的尺寸关系，与振幅无关，当障碍物的尺寸小于波长或与波长差不多时能产生明显的衍射现象；故A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生磁场，但不一定能产生电磁波，只有周期性变化的电场周围才一定可以产生电磁波，故B错误；
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，会产生多普勒效应，观察者接收到的波的频率都会增大或减小，故C正确；
D．火车以接近光速行驶时，根据相对论，沿着物体的运动方向，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢的高度没有变化，故D正确；
E．全息照片往往用激光拍摄，主要是利用了激光的高相干性，故E正确；
故选CDE。
17． 速度大小 频率 全反射 光疏介质 临界角
【详解】
（1）轮船为了防止共振，应改变航向和速度大小，从而使风浪冲击力的频率远离轮船摇摆的频率，从而减小振幅；
（2）光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的全反射现象。要产生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角，则光线在纤维中发生全反射。
18．
【详解】
（1）激光器t时间内发出的光能
W＝Pt
由，，则
（2）设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为i′，折射角为r′，如图所示
由折射定律，由几何关系
由全反射临界角的公式
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有，。故
解得
故光导纤维的折射率至少应为。
19．
【详解】
试题分析：作出光路图如图所示，
激光在半圆面上的入射点为B，入射角为，折射角为，根据几何知识，解得，
因，根据几何关系可得，则入射角
根据折射定律可得
20．
【详解】
若要池塘注满水的情况下激光可以照射到整个底部，折射光线与底部的夹角应大于等于，即折射角
入射角
根据折射定律得
即
解得
所以
21．暗纹 有两条暗纹
【详解】
当用波长为λ1=0.75μm单色光时P为O上方第二条亮纹，
所以P到双缝S1、S2的距离差△r=2λ1=2×0.75μm=1.5μm.
改用λ2=0.6μm.的单色光时，路程差△r=λ2，所以P为暗纹，
从O到P路程差由零逐渐增大，必有路程差为和λ2的两点，即OP之间还有两条暗纹．
22．
【详解】
由题意知，连接与水面的交点即为入射点O，BO为入射光线，过O点作法线，再连接OA即为折射光线，因为光沿直线传播，追光灯操作者看到表演者的像位于点处，如图所示
答案第1页，共2页