第四章 光及其应用 专项测试同步练习（Word版含解析）

第四章、光及其应用
一、单选题
1．如图所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为45°。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15°，则此棱镜材料的折射率是（　　）
A． B． C． D．
2．一等腰直角三棱镜的截面如图所示，点是面上的一点，点是面上的一点，且。一单色细光束从面的点沿平行底面方向射入棱镜后，经面一次反射，恰从面的点射出。从面射出的光线，是图中的（　　）
A．① B．② C．③ D．④
3．双缝干涉实验中，用单色光照射双缝，光屏上出现明暗相间的条纹。若使相邻亮条纹之间的距离变小，可采用的办法是（　　）
A．减小单色光的波长 B．减小两缝之间的距离 C．增大单色光的强度 D．增大双缝到屏的距离
4．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是(　　)
A．在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的干涉现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
D．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的衍射现象
5．如图所示，在平静的水面下深h处有一单色点光源S，它发出的光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，已知该单色光的折射率为n，则下列说法正确的是（ ）
A．该单色光在水中的波长比空气中长
B．圆形区域的面积为
C．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做匀速运动
D．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做加速运动
6．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光的折射率较大
B．玻璃对a光的临界角较小
C．b光在玻璃中的传播速度较小
D．b光在玻璃中的传播时间较短
7．下列说法正确的是（　　）
A．“3D电影”的播放和观看利用了光的干涉
B．泊松亮斑是光的衍射现象
C．增透膜的厚度应为入射光在真空中波长的
D．摄影师在拍摄池中的游鱼时，在照相机镜头前加一偏振滤光片，可以增强游鱼的折射光从而使游鱼的影像更清晰
8．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，某同学在纸上画出的界面、与玻璃砖位置的关系如图所示。光从以夹角射入玻璃砖，从射出，该同学其他实验操作均正确，且均以、为界面画光路图，下列说法正确的是（　　）
A．若增大，在另一侧可能观察不到出射光线
B．用不同颜色的光照射大头针，测得该玻璃砖的折射率相同
C．该同学测得的折射率与真实值相比偏大
D．该同学测得的折射率与真实值相比偏小
9．如图所示，abc是一块用折射率n=2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边垂直于bc边，∠aOc=60°。当一束平行光垂直照到ac上时，ab的外表面只有一部分有光线穿出，则穿出光线部分的弧长为（　　）
A． B． C． D．
10．某同学为了研究光的色散，设计了如下实验：在墙角放置一个盛水的容器，其中有一块与水平面成45°角放置的平面镜M，如图所示，一细束白光斜射向水面，经水折射向平面镜，被平面镜反射经水面折射后照在墙上，该同学可在墙上看到 ( )
A．上紫下红的彩色光带 B．上红下紫的彩色光带
C．外红内紫的环状光带 D．一片白光
11．把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是（　　）
A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果
C．将上玻璃板平行上移，条纹逆向劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
12．下列说法不正确的是（　　）
A．在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不变，增大双缝间的距离，干涉条纹间距减小
B．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上滤光片，可以使像更清晰，这是利用了光的偏振原理
C．波遇到障碍物时，一定会发生明显的衍射现象
D．太阳光经过三棱镜的两次折射，会发散成彩色光带
13．如图所示，圆心为O的半圆形某透明玻璃砖置于水平桌面上，一束复色光从P点入射玻璃砖（法线如图虚线所示），在玻璃砖中分为两束单色光a、b，其中a光与法线夹角为，且在A处恰好发生全反射，b光入射到B点。则下列说法正确的是（　　）
A．a光的光子能量小于b光的光子能量
B．玻璃砖对b光的折射率大于
C．a光从P到A的传播时间小于b光从P到B的传播时间
D．a光从P到A的传播时间等于b光从P到B的传播时间
二、多选题
14．通过一块偏振片分别去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板的光，当以入射光线为轴转动偏振片时，能够观察到光线强弱有变化的是（ ）
A．电灯 B．蜡烛 C．月亮 D．反光的黑板
15．下列关于激光的特点和应用，说法正确的是　　
A．激光可以发生干涉，且平行度好
B．激光不能像无线电波那样用来传递信息
C．VCD、CD机是用激光来读取信息的
D．医学上用激光“光刀”来切开皮肤，这是利用激光的高能特性
16．关于光的偏振现象及应用，下列说法正确的是（　　）
A．全息照相利用了光的偏振现象
B．在照相机镜头前加一个增透膜，可以增加透射光强度，这是利用了光的偏振现象
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度
D．观看3D电影时戴上特制的眼镜会产生立体感觉，这是利用了光的偏振现象
三、填空题
17．如图所示，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后面屏上的阴影中心出现了一个亮斑，被称为泊松亮斑，这是光的_______现象，这一实验有力地支持了光的_________说。
18．光在两种介质的界面上发生全反射，需要满足的条件是：_____和_____．
19．如图所示是一条光线从A媒质射入B媒质并到达B媒质与C媒质界面时发生的现象，由此可判定A，B，C三种媒质的折射率，，间的关系是______．
20．两束细平行光和相距，从空气中相互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的折射率大于对的折射率．当它们从玻璃砖的下表面射出后，两束光______（“仍平行”或“不平行”），间距______（填“=”“<”或“>”）．
四、解答题
21．如图所示，真空中有一个半径为R的均匀透明介质球，一细束激光沿直线AB传播，在介质球表面的B点经折射进入球，入射角θ1＝60°，在球面上另一点又一次经折射后进入真空，此时激光的传播方向相对于光线AB偏转了60°.已知真空中的光速为c，求：
①介质球的折射率n；
②激光在介质球中传播的时间t.
22．如图所示，在桌面上方有一倒立的玻璃圆锥，顶角∠AOB=120 ，顶点O与桌面的距离为4a，圆锥的底面半径，圆锥轴线与桌面垂直。有一半径为R的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率，求光束在桌面上形成的光斑的几何形状和面积。
23．如图，两等腰三棱镜ABC和CDA腰长相等，顶角分别为∠A1=60°和∠A2=30°。将AC边贴合在一起，组成∠C=90°的四棱镜。一束单色光平行于BC边从AB上的O点射入棱镜，经AC界面后进入校镜CDA。已知棱镜ABC的折射率，棱镜CDA的折射率n2=，不考虑光在各界面上反射后的传播，求：(sin15°=，sin75°=)
(i)光线在棱镜ABC内与AC界面所夹的锐角θ；
(ii)判断光能否从CD面射出。
五、作图题
24．如图表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【解析】
【分析】
【详解】
光路图如图所示
由几何关系得，入射角，折射角，根据光路是可逆的，将r看成入射角，i看成折射角，由折射定律得，此棱镜材料的折射率
故A正确，BCD错误。
故选A。
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
根据几何关系，在BC面上的入射角和在AC面上的折射角相等，由折射定律，通过光的可逆性，可知出射光线仍然与AB平行。
故选C。
3．A
【解析】
【详解】
双缝干涉图样中相邻亮条纹之间的距离公式为
若使变小，可以采用的办法是：减小单色光的波长λ、减小双缝到屏的距离l、增大双缝之间的距离d，故A正确，BCD错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
A：在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，故A项错误．
B：用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，故B项错误．
C：光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故C项正确．
D：用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故D项错误．
5．C
【解析】
【详解】
A．根据，光在不同介质中相同，在空气中传播速度比水中的传播速度大，所以该单色光在水中波长比空气中长，A错误；
B．根据
由几何关系得
解得
所以圆形区域的面积为，B错误；
CD．设光源S竖直向下匀速运动得速度为v，则在时间t内，光源向下运动了
根据几何关系，圆形区域的边缘向外运动了
是不变值，所以圆形区域的边缘向外做匀速运动，C正确，D错误。
故选C。
6．C
【解析】
【详解】
试题分析：由图知，光线通过玻璃砖后，b光的偏折角大，则玻璃对b光的折射率较大，故A错误．玻璃对a光的折射率较小，由分析知，玻璃对a光的临界角较大．故B错误．由分析知，b光在玻璃中的传播速度较小，故C正确．b光在玻璃砖通过的路程较大，传播速度较小，由分析知b光在玻璃中的传播时间较长．故D错误．故选C．
考点：光的折射；全发射
【名师点睛】此题考查了光的折射定律及全发射知识；解决本题的关键要明确折射率越大，光的偏折角越大，判断出折射率关系，再分析其他量之间的关系．
7．B
【解析】
【分析】
【详解】
A． “3D电影”的播放和观看利用了光的偏振，选项A错误；
B．泊松亮斑是光的衍射现象，选项B正确；
C．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的，选项C错误；
D．拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以过滤水面反射的偏振光，使水面下的景物的影像更清晰，故D错误；
故选B。
8．D
【解析】
【详解】
A．若增大，入射角减小，折射后从玻璃射入空气的入射角一定小于临界角，故一定能折射出玻璃，且入射角减小，平移距离减小，故一定能在另一侧能观察到出射光线，A错误；
B．用不同颜色的光照射大头针，光的频率不同，玻璃对它的折射率也不同，光线偏折不同，测得该玻璃砖的折射率不同，B错误；
CD．如图所示，该同学作出的折射光线为图中虚线，实际折射光线为图中实线，由此可知折射角的测量值大于真实值，根据折射定律可知折射率的测量值与真实值相比偏小，C错误，D正确。
故选D。
【点睛】
9．B
【解析】
【详解】
由题意作出光路图如下图所示
设光的临界角为C，则有
解得
如图，在
时，均发生全反射，图中d点为入射角等于临界角的临界点，所以只有bd部分有黄色光透射出，所以有黄色光射出部分的圆弧对对应的圆心角也是，对应圆弧的长度为
故ACD错误，B正确。
故选B。
10．B
【解析】
【详解】
因为各种色光折射率不同，进入水中发生色散，紫光的折射率最大，红光的折射率最小，所以紫光进入水中偏折最厉害，经平面镜反射后照射到墙上，紫光处于最下端，所以在墙上出现上红下紫的彩色光带．
故选B．
【点睛】
解决本题的关键知道各种色光的折射率不同，白光从一种介质进入另一种介质会发生色散．
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．是由于光在空气薄膜上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，条纹间距都相等，故A正确；
B．条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波峰叠加的结果，故B错误；
C．条纹的位置与空气劈尖膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气劈尖膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C错误；
D．薄膜干涉条纹时，眼睛应从入射光的同一侧，故D错误。
故选A。
12．C
【解析】
【详解】
A．根据光的干涉中，相邻两个亮条纹的中心间距公式Δx=λ可知，增大双缝间的距离d，相邻两个亮条纹的中心间距减小，故A正确；
B．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏转滤光片可以使像更清晰，这是利用光的偏振原理，故B正确；
C．当障碍物的尺寸与波长相差不多或者比波长更小时才能观察到明显的衍射现象，故C错误；
D．太阳光经过三棱镜的两次折射，由于各种色光的折射率不同，所以折射角也就不同，那么经过两次折射就会发散成彩色光带，故D正确。
本题选错的，故选C。
13．D
【解析】
【详解】
A．由图可知，a光的折射率更大，所以a光的频率更大，即a光的光子能量大于b光的光子能量，A错误；
B．由下图可知，a光的临界角为 ，由几何关系可得
设复色光的入射角为i，由折射率关系及折射定律得
B错误；
CD．设半圆形某透明玻璃的半径为R，则有
光线在玻璃里运动的时间为
所以传播时间相等，C错误，D正确。
故选D。
14．CD
【解析】
【详解】
从电灯、蜡烛等光源直接发出的光是自然光，月亮和黑板反射的光是偏振光，当以入射光线为轴转动偏振片时，能够观察到光线强弱有变化的一定是偏振光，故选CD。
15．ACD
【解析】
【详解】
A．激光具有三大特点，平行度好、亮度高、是相干光；故激光可以发生干涉现象；故A正确．
B．激光具有电磁波的一切性质，可以用来传递信息；故B错误．
C．激光的平行度好，故VCD、CD机是用激光来读取信息的；故C正确．
D．医学上用激光“光刀”来切开皮肤，这是利用激光的高能特性；故D正确．
故选ACD．
【点睛】
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”．
16．CD
【解析】
【详解】
A．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，故A错误；
B．照相机镜头前加一个增透膜，可以增加透射光强度，这是利用了光的干涉现象，故B错误；
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，从而减弱反射光的强度，故C正确；
D．戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体视觉，是利用光的偏振现象，在两只眼睛中产生的视觉差，故D正确。
故选CD。
17． 衍射 波动
【解析】
【详解】
[1]当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后面屏上的阴影中心出现了一个亮斑，被称为泊松亮斑，光偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播，这是光的衍射现象。
[2]衍射现象是波特有的现象，这一实验有力地支持了光的波动说。
18． 光是从光密介质进入光疏介质 入射角大于或等于临界角
【解析】
【详解】
试题分析：发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于等于临界角．由此解答即可．
解：光在两种介质的界面上发生全反射，需要满足的条件是：1、光是从光密介质进入光疏介质．2、入射角大于或等于临界角．
故答案为光是从光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角．
19．
【解析】
【详解】
光线从A进入B时，折射角小于入射角，因此，光线从B进入C时，发生全反射，因此B相对A为光密介质，故，根据光路可逆，对A和C，相同的入射角，C的折射角相比A的折射角大，因此A的折射率大于C的折射率，故。
20． 平行 <
【解析】
【详解】
光线通过平行玻璃砖时，要发生两次折射，由于下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路的可逆性，出射光线必定和入射光线平行，所以两条光线出射后仍与入射光线平行，则两束光仍平行．玻璃对a的折射率大于对b的折射率，通过平行玻璃砖后a光侧向位移大于b光的侧向位移，相当于两条光束向后移动，但a的移动距离大于b的，故所以从玻璃砖的下表面射出后，两束光间的距离小于d．
【点睛】由光路的可逆性可知，出射光线的折射角等于最开始入射光线的入射角，所以最后折射入空气中的折射光线与原来的入射光线平行．根据折射率的大小，分析偏折角的大小，从而判断通过平行玻璃砖后侧向位移的大小，即可判断d的变化．
21．(1) (2)
【解析】
【详解】
试题分析：画出光路图，由几何知识得到激光束的折射角，由折射定律求出折射率；由几何知识求出BD的长度，由出激光束在玻璃球中传播的速度，则可求出此激光束在玻璃中传播的时间．
①激光的光路图如图所示：
由几何关系可知折射角 θ2=30°
由折射定律有：
解得：
②激光在介质中传播的距离
传播的速度 ：
激光在介质球中传播的时间：
点睛：本题主要考查了几何光学与物理光学的综合，要抓住光子的频率由光源决定，与介质无关，掌握折射定律、光速公式和全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质时，入射角大于或等于临界角．
22．
【解析】
【详解】
光路图如图所示，由图可知：光束形成的光斑为圆环。
射到OA界面的入射角α＝30 ，则
故入射光能从圆锥侧面射出。
设折射角为β，无限接近A点的折射光线为AC，根据折射定律
或
解得
β＝60
过O点作OD//AC，则
在中
在中
故
在中
光束在桌面上形成光环的面积
23．(i)45°；(ii)不能从DC面射出
【解析】
【详解】
(i)光在AB面上发生折射，如图
由折射定律得
解得
∠2=15°
则
=45°
(ii)光从AC面进入CDA内，由几何关系可得
∠3==45°
由折射定律
解得
∠4=75°
则由几何关系可得
∠5=45°
由折射定律
解得
∠6=90°
光线在DC面恰好发生全反射，不能从DC面射出。（平行DC射出也可）
24．
【解析】
【详解】
由光的折射定律可知
所以临界角
故
由光路可知，光线射到CD面上的入射角为75°，故在CD面上发生全反射。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页