第四章 光 章末综合练（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第四章 光 章末综合练（Word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-20 06:47:33 | ||
图片预览
文档简介
人教版（2019）选择性必修一 第四章 光 章末综合练
一、单选题
1．一束包含各频率成分的激光同时进入光导纤维传播，下列说法正确的是（ ）
A．传播激光信号的光导纤维内芯折射率比外套的低
B．各频率成分的激光束通过光导纤维后频率会降低
C．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分频率更高
D．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分波长更长
2．对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（ ）
A．甲图属于薄膜干涉，也被称为“牛顿环”
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到、的路程差是半波长的奇数倍，则P处是亮条纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹
3．如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知（ ）
A．介质的折射率为2 B．光是从真空射入介质的
C．光的传播速度保持不变 D．反射光线与折射光线的夹角为90°
4．我们经常看到路边施工处挂有红色的灯，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，这样做的另一个重要的原因是（ ）
A．红光比其他可见光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光更容易发生反射
5．对光的衍射现象的定性分析，不正确的是（ ）
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象
B．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
C．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果
D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
6．如图所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处。若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上，则激光应对着哪一位置射出（ ）
A．b的下方 B．b的上方
C．b处 D．无法确定
7．关于光的特性说法正确的是（ ）
A．泊松亮斑是光的干涉现象
B．偏振是横波特有的现象
C．光导纤维传递信号利用了光的反射原理
D．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的折射现象
8．光学现象在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．用透明的标准平面样板去检查光学平面的平整程度，是利用了光的偏振现象
B．透过三棱镜观察一束白光，可以看到彩色条纹，这是光的干涉现象
C．在阳光的照射下，肥皂泡上可以看到彩色条纹，这是光的色散现象
D．光照到一个不透光的小圆盘上，在小圆盘背后的阴影区出现亮斑，这是光的衍射现象
9．在观察光的单缝衍射现象时，当狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，通过狭缝观察线状光源的情况是（ ）
A．不再发生衍射现象 B．衍射现象越来越明显
C．衍射条纹亮度逐渐变暗 D．衍射条纹的间距逐渐变大
10．半径为R的半圆柱形透明材料的横截面如图所示，某实验小组将该透明材料的A处磨去少许，使一激光束从A处射人时能够沿AC方向传播。已知AC与直径AB的夹角为30°，激光束到达材料内表面的C点后同时发生反射和折射现象，从C点的出射光束恰与AB平行（图中未画出）。该材料的折射率为（ ）
A． B． C． D．
11．在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。”意思是说，若鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移。这里描述的是光的（ ）
A．直线传播现象 B．折射现象
C．干涉现象 D．衍射现象
12．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（ ）
A．在冰晶中，b光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
二、填空题
13．有两束光线以相同入射角通过狭缝射入玻璃砖中，已知A光在玻璃砖中的折射率光在玻璃砖中的折射率，两种光在玻璃砖中传播时间分别为和，两种光从狭缝S中射出时跟入射方向间的夹角分别为和，则_________，________（两空均填“>”“<”或“=”）。
14．在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向____，在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向____，不同的横波，振动方向可能不同。
（1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿____________的光，而且沿各个方向振动的光波____都相同，这样的光叫做自然光。
（2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的____，这样的光称为偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是____，入射角变化时偏振的程度也有所变化。
（3）偏振现象：偏振方向与透振方向平行的光都通过偏振片，偏振方向与透振方向____的光不能通过偏振片，这种现象称为偏振现象。
15．在双缝干涉实验中，用频率ν＝5×1014Hz的单色光照射双缝，若屏上P点到双缝距离之差为0.9μm，则P点将出现________条纹。若将整个装置放入折射率n＝2的介质中进行上述实验，则P点将出现________条纹。
16．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长____的时候，衍射现象才会明显。
17．在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，两缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某一亮条纹（记作第一条）的中心，这时手轮上的示数如图（a）所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心，这时手轮上的示数如图（b）所示。这两次示数依次为______mm和______mm。由此可以计算这次实验中所测得的单色光的波长为____mm。
三、解答题
18．2022年2月4日举办的北京冬奥会开幕式令世界沸腾。在这场感觉、听觉、视觉交织融合的饕盛宴背后，最大的“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体的球心O重合，过球心的横截面如图所示。图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。
（1）求半球体介质对光的折射率及光从该介质射入空气中的临界角；
（2）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不会发生全反射，管芯发光区域面积最大值为多少？
19．将一左侧贴有反光条的透明体（图中的阴影部分）平放于平整坐标纸（由若干个正方形方格组成）上，并在一端放上足够大的光屏，如图（俯视图）所示。用激光平行于坐标纸照射该透明体表面上的P点，调整入射光角度，在光屏上仅出现M、N两个亮斑，则：
（1）透明体对该激光的折射率n约为多少？（结果保留3位有效数字）
（2）若正方形方格边长为L，该透明体的折射率n光在真空中的传播速度为c，求该激光到达光屏上M、N的时间差 t为多少？
20．如图所示，在水面下方处有一个与水面平行的圆盘状发光盘，圆盘半径。由圆盘边缘上A点发出的某条光线射到水面上，当其入射角为时，其折射光与水面的反射光线恰好垂直，求：
（i）水对此单色光的折射率n；
（ii）水面上有光线射出的区域面积S。
21．在研究光的折射现象时，进行如图所示的实验，其中 ABC为一顶角∠A=30°的直角三棱镜的截面，三棱镜材料对红光的折射率，AB边的长度l=0.15m，PD为垂直于直线BCD的足够大的光屏。一宽度也为l的平行红光光束垂直射向AB面，求屏上红光光束的宽度。
22．光的反射、折射及全反射是自然界中很常见的现象，在一次实验课上，某小组进行了实验：选取一块半径为R的半圆柱形透明体，将一束单色细光束由空气（视为真空）沿着半径方向射入其中，如图甲所示，对其从圆心O点射出后的折射光线的强度用相应传感器进行了记录，发现从O点射出的折射光线的强度随着夹角θ的变化而变化，变化情况如图乙所示，真空中光的传播速度为c，针对该单色光而言，求：
（i）当时，折射角的正弦值为多大？
（ii）若光线反射一次后直接射出透明体，求光线在透明体中传播的时间多长？
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A.光纤通信的原理是光的全发射，光导纤维内芯的折射率比外套的大，A错误；
B.光从一种介质射入另一种介质时，频率不变，各频率成分的激光束通过光导纤维后频率不变，B错误；
C.各频率成分的激光束在光导纤维传播中折射率大的偏折程度大，对应的频率大的激光出现在前端部分，C正确；
D.频率大的激光出现在前端部分，其波长短，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．甲图是小孔衍射的图样，故A错误；
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整，故B正确；
C．图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍，则P是亮纹，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则P是暗纹，故C错误；
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】
AB．由光路可知，光是由介质射向真空的，根据折射定律
选项AB错误；
C．光从介质进入真空中，则光速变大，选项C错误；
D．因反射角为30°，则反射光线与折射光线的夹角为90°，选项D正确。
故选D。
4．A
【详解】
红光的波长较长，频率较小，比其他可见光更容易发生衍射，更易被观察到。
故选A。
5．D
【详解】
AB．光的衍射现象是光在传播过程中，能绕过障碍物继续向前传播的现象，从而为光的波动说提供了有力的证据，故AB正确；
C．衍射条纹是光波的叠加的结果，故C正确；
D．光的衍射，能绕过阻碍物继续传播，说明已偏离直线传播方向，但没有否定了光的直线传播的结论，光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的多的情况下，光才看做沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，故D错误；
不正确的故选D。
6．C
【详解】
人眼看到的是鱼的虚像，鱼“发出”的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知，当激光从a处向b处发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上。
故选C。
7．B
【详解】
A．泊松亮斑是光的衍射现象，A错误；
B．偏振是横波特有的现象，B正确；
C．光导纤维传递信号利用了光的全反射原理，C错误；
D．阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的干涉现象，D错误；
故选B。
8．D
【详解】
A．用透明的标准平面样板去检查光学平面的平整程度，是利用了光的干涉现象，故A错误；
B．透过三棱镜观察一束白光，可以看到彩色条纹，这是光发生折射形成的色散现象，故B错误；
C．在阳光的照射下，肥皂泡上可以看到彩色条纹，这是光的薄膜干涉现象，故C错误；
D．光照到一个不透光的小圆盘上，在小圆盘背后的阴影区出现亮斑，这是光绕过小圆盘传到阴影区域，是光的衍射现象，故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
AB．当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射；狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，衍射现象会逐渐不明显，最后看不到明显的衍射现象了，但衍射现象还存在，故AB错误；
C．狭缝的宽度逐渐变大时，衍射现象越来越不明显，衍射条纹亮度逐渐变暗，故C正确；
D．当发生衍射时，随着狭缝的宽度逐渐变大，衍射条纹的间距逐渐变小，D错误。
故选C。
10．C
【详解】
如图，设AC激光束在C处的入射角为，折射角为，则根据几何知识可知
由折射定律
解得
A BD错误；C正确。
故选C。
11．A
【详解】
鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动，是光沿直线传播形成的；鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移，这里所说的“影子”实际是鹞鹰经小孔所成的像，既小孔成像，这也是光沿直线传播形成的；故BCD错误，A正确。
故选A。
12．B
【详解】
A．由题图乙可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由知，在冰晶中a光的传播速度较大，故A错误；
B．由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，可知a光的波长大于b光的波长，根据可知通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，故B正确；
C．同种玻璃对a光的折射率较小，由临界角公式可知，a光发生全反射的临界角较大，故C错误；
D．用同一装置做单缝衍射实验，由于a光的波长较长，故a光的中央亮条纹更宽，故D错误。
故选B。
13． = >
【详解】
[1]根据折射定律得
又入射角
得折射角
作出两束光在玻璃砖中的光路图如图所示，A光经过两次反射仍从狭缝射出，其折射角仍为60°，射出时跟入射方向间的夹角
同理B光经过三次反射仍从狭缝射出，其折射角也为60°，射出时跟入射方向间的夹角
故
[2]光在介质中的速度
A光在玻璃砖中传播时间
B光在玻璃砖中传播时间
14． 在同一直线上 垂直 一切方向振动 强度 方向振动的光 偏振光 垂直
【详解】
[1][2] 在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上，在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直，不同的横波，振动方向可能不同。
[3][4] 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这样的光叫做自然光
[5][6] 偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的方向振动的光，这样的光称为偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化。
[7] 偏振现象：偏振方向与透振方向平行的光都通过偏振片，偏振方向与透振方向垂直的光不能通过偏振片，这种现象称为偏振现象
15． 暗 亮
【详解】
[1]由c＝λν得
λ＝＝m＝0.6×10－6m
＝＝
即
Δx＝λ
故P点出现暗条纹；
[2]放入n＝2的介质中
v＝＝1.5×108 m/s
由v＝λ′ν得
λ′＝＝m＝0.3×10－6m
＝＝3
即
Δx′＝3λ′
故P点出现亮条纹。
16．还小
【详解】
光的衍射
[1]发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
17． 0.142 10.300
【详解】
[1]读数为
[2]读数为
[3]根据
可得
18．（1），；（2）
【详解】
（1）根据折射定律得
解得
根据
解得临界角
（2）如图，由正弦定理可知，从P或Q点垂直于圆面发出的光射到球面时的入射角最大，设为，由几何关系有
设光发生全反射的临界角为C，则有
为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不发生全反射，应满足
解得
管芯发光区域面积应满足
所以管芯发光区域面积最大值为。
19．（1）1.33；（2）
【详解】
（1）设在P点入射角为，折射角为，由几何关系可知
由折射定律
（2）P点到N点的时间
P点到M点的时间
其中
该激光到达光屏上M、N的时间差为
20．（i）；（ii）
【详解】
（i）由A点发出的某光线的光路图如图所示
当入射角时，反射角也为30°，反射光线与折射光线恰好垂直，则折射角，由折射定律得
代入数据解得
（ii）设光从水面射出的临界角为C，则有
B点发出的光射出水面的区域为圆，设其半径为R，则由几何知识可知
代入数据得
水面上有光线射出的区域为圆形区域，半径为，则区域面积为
解得
21．0.1m
【详解】
平行光束经过棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图
图中 、 为光在AC面上的入射角和折射角，根据折射定律
根据几何知识
则
设出射光线与水平方向成 角，根据几何知识
解得
因为AB变长为l，根据几何知识
所以
则在屏上形成的光束宽带为
22．（i）；（ii）
【详解】
（i）由题图乙中可看出，θ小于30°时，折射光线强度为零，没有折射光，故发生了全反射
当时，即全反射临界角为60°时，有
当时，入射角为，折射角为，由折射定律有
解得
（ii）根据
可得，此单色光在透明体中传播的速度为
光线在透明体中发生一次反射，通过的总路程为，则在透明体中传播的时间
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
一、单选题
1．一束包含各频率成分的激光同时进入光导纤维传播，下列说法正确的是（ ）
A．传播激光信号的光导纤维内芯折射率比外套的低
B．各频率成分的激光束通过光导纤维后频率会降低
C．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分频率更高
D．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分波长更长
2．对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（ ）
A．甲图属于薄膜干涉，也被称为“牛顿环”
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到、的路程差是半波长的奇数倍，则P处是亮条纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹
3．如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知（ ）
A．介质的折射率为2 B．光是从真空射入介质的
C．光的传播速度保持不变 D．反射光线与折射光线的夹角为90°
4．我们经常看到路边施工处挂有红色的灯，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，这样做的另一个重要的原因是（ ）
A．红光比其他可见光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光更容易发生反射
5．对光的衍射现象的定性分析，不正确的是（ ）
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象
B．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
C．衍射条纹图样是光波相互叠加的结果
D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
6．如图所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处。若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上，则激光应对着哪一位置射出（ ）
A．b的下方 B．b的上方
C．b处 D．无法确定
7．关于光的特性说法正确的是（ ）
A．泊松亮斑是光的干涉现象
B．偏振是横波特有的现象
C．光导纤维传递信号利用了光的反射原理
D．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的折射现象
8．光学现象在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．用透明的标准平面样板去检查光学平面的平整程度，是利用了光的偏振现象
B．透过三棱镜观察一束白光，可以看到彩色条纹，这是光的干涉现象
C．在阳光的照射下，肥皂泡上可以看到彩色条纹，这是光的色散现象
D．光照到一个不透光的小圆盘上，在小圆盘背后的阴影区出现亮斑，这是光的衍射现象
9．在观察光的单缝衍射现象时，当狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，通过狭缝观察线状光源的情况是（ ）
A．不再发生衍射现象 B．衍射现象越来越明显
C．衍射条纹亮度逐渐变暗 D．衍射条纹的间距逐渐变大
10．半径为R的半圆柱形透明材料的横截面如图所示，某实验小组将该透明材料的A处磨去少许，使一激光束从A处射人时能够沿AC方向传播。已知AC与直径AB的夹角为30°，激光束到达材料内表面的C点后同时发生反射和折射现象，从C点的出射光束恰与AB平行（图中未画出）。该材料的折射率为（ ）
A． B． C． D．
11．在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。”意思是说，若鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移。这里描述的是光的（ ）
A．直线传播现象 B．折射现象
C．干涉现象 D．衍射现象
12．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（ ）
A．在冰晶中，b光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
二、填空题
13．有两束光线以相同入射角通过狭缝射入玻璃砖中，已知A光在玻璃砖中的折射率光在玻璃砖中的折射率，两种光在玻璃砖中传播时间分别为和，两种光从狭缝S中射出时跟入射方向间的夹角分别为和，则_________，________（两空均填“>”“<”或“=”）。
14．在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向____，在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向____，不同的横波，振动方向可能不同。
（1）自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿____________的光，而且沿各个方向振动的光波____都相同，这样的光叫做自然光。
（2）偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的____，这样的光称为偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是____，入射角变化时偏振的程度也有所变化。
（3）偏振现象：偏振方向与透振方向平行的光都通过偏振片，偏振方向与透振方向____的光不能通过偏振片，这种现象称为偏振现象。
15．在双缝干涉实验中，用频率ν＝5×1014Hz的单色光照射双缝，若屏上P点到双缝距离之差为0.9μm，则P点将出现________条纹。若将整个装置放入折射率n＝2的介质中进行上述实验，则P点将出现________条纹。
16．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长____的时候，衍射现象才会明显。
17．在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，两缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某一亮条纹（记作第一条）的中心，这时手轮上的示数如图（a）所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮条纹的中心，这时手轮上的示数如图（b）所示。这两次示数依次为______mm和______mm。由此可以计算这次实验中所测得的单色光的波长为____mm。
三、解答题
18．2022年2月4日举办的北京冬奥会开幕式令世界沸腾。在这场感觉、听觉、视觉交织融合的饕盛宴背后，最大的“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体的球心O重合，过球心的横截面如图所示。图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。
（1）求半球体介质对光的折射率及光从该介质射入空气中的临界角；
（2）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不会发生全反射，管芯发光区域面积最大值为多少？
19．将一左侧贴有反光条的透明体（图中的阴影部分）平放于平整坐标纸（由若干个正方形方格组成）上，并在一端放上足够大的光屏，如图（俯视图）所示。用激光平行于坐标纸照射该透明体表面上的P点，调整入射光角度，在光屏上仅出现M、N两个亮斑，则：
（1）透明体对该激光的折射率n约为多少？（结果保留3位有效数字）
（2）若正方形方格边长为L，该透明体的折射率n光在真空中的传播速度为c，求该激光到达光屏上M、N的时间差 t为多少？
20．如图所示，在水面下方处有一个与水面平行的圆盘状发光盘，圆盘半径。由圆盘边缘上A点发出的某条光线射到水面上，当其入射角为时，其折射光与水面的反射光线恰好垂直，求：
（i）水对此单色光的折射率n；
（ii）水面上有光线射出的区域面积S。
21．在研究光的折射现象时，进行如图所示的实验，其中 ABC为一顶角∠A=30°的直角三棱镜的截面，三棱镜材料对红光的折射率，AB边的长度l=0.15m，PD为垂直于直线BCD的足够大的光屏。一宽度也为l的平行红光光束垂直射向AB面，求屏上红光光束的宽度。
22．光的反射、折射及全反射是自然界中很常见的现象，在一次实验课上，某小组进行了实验：选取一块半径为R的半圆柱形透明体，将一束单色细光束由空气（视为真空）沿着半径方向射入其中，如图甲所示，对其从圆心O点射出后的折射光线的强度用相应传感器进行了记录，发现从O点射出的折射光线的强度随着夹角θ的变化而变化，变化情况如图乙所示，真空中光的传播速度为c，针对该单色光而言，求：
（i）当时，折射角的正弦值为多大？
（ii）若光线反射一次后直接射出透明体，求光线在透明体中传播的时间多长？
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A.光纤通信的原理是光的全发射，光导纤维内芯的折射率比外套的大，A错误；
B.光从一种介质射入另一种介质时，频率不变，各频率成分的激光束通过光导纤维后频率不变，B错误；
C.各频率成分的激光束在光导纤维传播中折射率大的偏折程度大，对应的频率大的激光出现在前端部分，C正确；
D.频率大的激光出现在前端部分，其波长短，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．甲图是小孔衍射的图样，故A错误；
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整，故B正确；
C．图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍，则P是亮纹，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则P是暗纹，故C错误；
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】
AB．由光路可知，光是由介质射向真空的，根据折射定律
选项AB错误；
C．光从介质进入真空中，则光速变大，选项C错误；
D．因反射角为30°，则反射光线与折射光线的夹角为90°，选项D正确。
故选D。
4．A
【详解】
红光的波长较长，频率较小，比其他可见光更容易发生衍射，更易被观察到。
故选A。
5．D
【详解】
AB．光的衍射现象是光在传播过程中，能绕过障碍物继续向前传播的现象，从而为光的波动说提供了有力的证据，故AB正确；
C．衍射条纹是光波的叠加的结果，故C正确；
D．光的衍射，能绕过阻碍物继续传播，说明已偏离直线传播方向，但没有否定了光的直线传播的结论，光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的多的情况下，光才看做沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，故D错误；
不正确的故选D。
6．C
【详解】
人眼看到的是鱼的虚像，鱼“发出”的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知，当激光从a处向b处发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上。
故选C。
7．B
【详解】
A．泊松亮斑是光的衍射现象，A错误；
B．偏振是横波特有的现象，B正确；
C．光导纤维传递信号利用了光的全反射原理，C错误；
D．阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的干涉现象，D错误；
故选B。
8．D
【详解】
A．用透明的标准平面样板去检查光学平面的平整程度，是利用了光的干涉现象，故A错误；
B．透过三棱镜观察一束白光，可以看到彩色条纹，这是光发生折射形成的色散现象，故B错误；
C．在阳光的照射下，肥皂泡上可以看到彩色条纹，这是光的薄膜干涉现象，故C错误；
D．光照到一个不透光的小圆盘上，在小圆盘背后的阴影区出现亮斑，这是光绕过小圆盘传到阴影区域，是光的衍射现象，故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
AB．当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射；狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，衍射现象会逐渐不明显，最后看不到明显的衍射现象了，但衍射现象还存在，故AB错误；
C．狭缝的宽度逐渐变大时，衍射现象越来越不明显，衍射条纹亮度逐渐变暗，故C正确；
D．当发生衍射时，随着狭缝的宽度逐渐变大，衍射条纹的间距逐渐变小，D错误。
故选C。
10．C
【详解】
如图，设AC激光束在C处的入射角为，折射角为，则根据几何知识可知
由折射定律
解得
A BD错误；C正确。
故选C。
11．A
【详解】
鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动，是光沿直线传播形成的；鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移，这里所说的“影子”实际是鹞鹰经小孔所成的像，既小孔成像，这也是光沿直线传播形成的；故BCD错误，A正确。
故选A。
12．B
【详解】
A．由题图乙可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由知，在冰晶中a光的传播速度较大，故A错误；
B．由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，可知a光的波长大于b光的波长，根据可知通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，故B正确；
C．同种玻璃对a光的折射率较小，由临界角公式可知，a光发生全反射的临界角较大，故C错误；
D．用同一装置做单缝衍射实验，由于a光的波长较长，故a光的中央亮条纹更宽，故D错误。
故选B。
13． = >
【详解】
[1]根据折射定律得
又入射角
得折射角
作出两束光在玻璃砖中的光路图如图所示，A光经过两次反射仍从狭缝射出，其折射角仍为60°，射出时跟入射方向间的夹角
同理B光经过三次反射仍从狭缝射出，其折射角也为60°，射出时跟入射方向间的夹角
故
[2]光在介质中的速度
A光在玻璃砖中传播时间
B光在玻璃砖中传播时间
14． 在同一直线上 垂直 一切方向振动 强度 方向振动的光 偏振光 垂直
【详解】
[1][2] 在纵波中，各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上，在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直，不同的横波，振动方向可能不同。
[3][4] 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这样的光叫做自然光
[5][6] 偏振光：自然光垂直透过某一偏振片后，其振动方向沿着偏振片的方向振动的光，这样的光称为偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，入射角变化时偏振的程度也有所变化。
[7] 偏振现象：偏振方向与透振方向平行的光都通过偏振片，偏振方向与透振方向垂直的光不能通过偏振片，这种现象称为偏振现象
15． 暗 亮
【详解】
[1]由c＝λν得
λ＝＝m＝0.6×10－6m
＝＝
即
Δx＝λ
故P点出现暗条纹；
[2]放入n＝2的介质中
v＝＝1.5×108 m/s
由v＝λ′ν得
λ′＝＝m＝0.3×10－6m
＝＝3
即
Δx′＝3λ′
故P点出现亮条纹。
16．还小
【详解】
光的衍射
[1]发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。
17． 0.142 10.300
【详解】
[1]读数为
[2]读数为
[3]根据
可得
18．（1），；（2）
【详解】
（1）根据折射定律得
解得
根据
解得临界角
（2）如图，由正弦定理可知，从P或Q点垂直于圆面发出的光射到球面时的入射角最大，设为，由几何关系有
设光发生全反射的临界角为C，则有
为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不发生全反射，应满足
解得
管芯发光区域面积应满足
所以管芯发光区域面积最大值为。
19．（1）1.33；（2）
【详解】
（1）设在P点入射角为，折射角为，由几何关系可知
由折射定律
（2）P点到N点的时间
P点到M点的时间
其中
该激光到达光屏上M、N的时间差为
20．（i）；（ii）
【详解】
（i）由A点发出的某光线的光路图如图所示
当入射角时，反射角也为30°，反射光线与折射光线恰好垂直，则折射角，由折射定律得
代入数据解得
（ii）设光从水面射出的临界角为C，则有
B点发出的光射出水面的区域为圆，设其半径为R，则由几何知识可知
代入数据得
水面上有光线射出的区域为圆形区域，半径为，则区域面积为
解得
21．0.1m
【详解】
平行光束经过棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图
图中 、 为光在AC面上的入射角和折射角，根据折射定律
根据几何知识
则
设出射光线与水平方向成 角，根据几何知识
解得
因为AB变长为l，根据几何知识
所以
则在屏上形成的光束宽带为
22．（i）；（ii）
【详解】
（i）由题图乙中可看出，θ小于30°时，折射光线强度为零，没有折射光，故发生了全反射
当时，即全反射临界角为60°时，有
当时，入射角为，折射角为，由折射定律有
解得
（ii）根据
可得，此单色光在透明体中传播的速度为
光线在透明体中发生一次反射，通过的总路程为，则在透明体中传播的时间
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页