第四章测评(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1. 下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用了光的全反射现象
B.用标准平面检查工件表面的平整程度利用了光的偏振现象
C.门镜可以扩大视野利用了光的干涉现象
D.照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,这利用了光的衍射现象
2.关于光纤的说法,正确的是( )
A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大
B.光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小
C.光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的
3.下图为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂薄膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯,往火焰上撒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的( )
4.一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹,除中央白色亮条纹外,两侧还有彩色条纹,其原因是( )
A.各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B.各色光的速度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C.各色光的强度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D.上述说法都不正确
5.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后,分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出( )
A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样,乙是光线射到圆板后的衍射图样
B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样,甲是光线射到圆板后的衍射图样
C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样,甲孔的直径较大
D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样,乙板的直径较大
6.如图所示,直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜截面,且∠BAC=30°,有一束平行光线垂直射向AC面,已知这种介质的折射率为n>2,则( )
A.可能有光线垂直于AB边射出
B.光线只能从BC边垂直射出
C.光线只能从AC边垂直射出
D.一定既有光线垂直于BC边射出,又有光线垂直于AC边射出
7.在学习了光的衍射现象后,徐飞回家后自己设置了一个小实验。在一个发光的小灯泡和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏,在圆孔从较大调至完全闭合的过程中,他在屏上看到的现象是( )
A.先是圆形亮区,最后完全黑暗
B.先是圆形亮区,再是圆形亮环,最后完全黑暗
C.先是圆形亮环,最后完全黑暗
D.先是圆形亮环,然后是圆形亮区,最后完全黑暗
8.如图所示,一个透明玻璃球的折射率为,一束足够强的细光束在过球心的平面内,以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射,从各个方向观察玻璃球,能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )
A.2 B.3
C.4 D.5
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,以下说法正确的是( )
A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变
B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱
C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变
D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱
10.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退。对此现象正确的解释是( )
A.出现的是“海市蜃楼”,是由光的全反射造成的
B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
C.太阳辐射到地面,使地面温度升高,折射率大,发生全反射
D.太阳辐射到地面,使地面温度升高,折射率小,发生全反射
11.一束光线穿过介质1、2、3时,光路如图所示,则( )
A.介质1的折射率最大
B.介质2是光密介质
C.光在介质2中的速度最大
D.当入射角由45°逐渐增大时,在1、2分界面上可能发生全反射
12.下图为匀质玻璃圆柱体的横截面图,其中MN为过圆心O的水平直线。现有两单色细光束a、b相对MN对称且平行MN照射玻璃柱体,经玻璃折射后两束光相交于P点。则a、b两束光相比( )
A.玻璃对a光的折射率比b光小
B.在玻璃中a光的传播速度比b光小
C.在玻璃中a光的传播时间比b光短
D.a光的频率比b光的频率大
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,整个装置位于一暗箱中,实验过程如下:
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时,屏C上没有出现干涉条纹;移去B后,在屏上出现不等间距条纹,此条纹是由于 而产生的。
(2)移去A后,遮住缝S1与缝S2中的任一个,C上均出现一窄亮斑,出现以上实验结果的主要原因是 。
(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图甲、乙、丙、丁所示条纹,说明了什么 。
14.(8分)在用双缝干涉测光的波长的实验中,某同学安装实验装置如图所示,调试好后能观察到清晰的干涉条纹。
(1)根据实验装置知,②③④依次是 、 、 。
(2)某次实验时,该同学调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心,如图所示,此时螺旋测微器的读数为 mm。
(3)转动手轮,使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置,再次从螺旋测微器上读数。若实验测得第1条与第4条亮纹中心间的距离为Δx=0.960 mm,已知双缝间距为d=1.5 mm,双缝到屏的距离为l=1.00 m,则对应的光波波长λ应为 mm。
15.(10分)在做双缝干涉实验时,用波长λ1=0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上,结果发现已知波长的第4级明条纹和未知波长的第5级明条纹重合,则未知光的波长是多少
16.(10分)如图所示,一截面为半圆的透明体,其AB面与水平面间的夹角为30°,半圆半径r=10 cm。一束很细的单色光从半圆上P点竖直向下射入透明体,且此光线的延长线恰好经过圆心O点,在水平面上得到一个亮点R(未画出),同时光线从圆弧AB上某点Q射出(未画出),已知透明体的折射率为。
(1)补充完整光路图。
(2)求QR两点间的距离x。
17.(12分)如图所示,AOB是由某种透明物质制成的圆柱体的横截面(O为圆心),其折射率为。今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面,这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出,设凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的反射。
(1)求光线从透明物质射向真空时发生全反射的临界角。
(2)圆柱AB面上有射出光线的部分占AB表面的几分之几
18.(12分)如图所示,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为。
(1)求池内的水深。
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。第四章测评(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1. 下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用了光的全反射现象
B.用标准平面检查工件表面的平整程度利用了光的偏振现象
C.门镜可以扩大视野利用了光的干涉现象
D.照相机镜头表面涂上增透膜,以增强透射光的强度,这利用了光的衍射现象
答案:A
解析:选项B中利用的是薄膜干涉,选项C中利用的是光的折射现象,选项D中利用的是薄膜干涉。
2.关于光纤的说法,正确的是( )
A.光纤是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大
B.光纤是非常细的特制玻璃丝,但导电性能特别好,所以它比普通电线衰减小
C.光纤是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外套两层组成,光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D.在实际应用中,光纤必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能传导光的
答案:C
解析:光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中,光纤是可以弯曲的。所以,选项C正确。
3.下图为一显示薄膜干涉现象的实验装置,P是附有肥皂薄膜的铁丝圈,S是一点燃的酒精灯,往火焰上撒些盐后,在肥皂膜上观察到的干涉图样应是图中的( )
答案:D
解析:铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚,在同一水平线上厚度基本一致,如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强,那么这一水平线上同一厚度处光波会加强,所以干涉条纹应是水平的。
4.一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹,除中央白色亮条纹外,两侧还有彩色条纹,其原因是( )
A.各色光的波长不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
B.各色光的速度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
C.各色光的强度不同,因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同
D.上述说法都不正确
答案:A
解析:白光包含各种颜色的光,它们的波长不同,在相同条件下做双缝干涉实验时,它们的干涉条纹间距不同,所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹,A正确。
5.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后,分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出( )
A.甲是光线射到圆孔后的衍射图样,乙是光线射到圆板后的衍射图样
B.乙是光线射到圆孔后的衍射图样,甲是光线射到圆板后的衍射图样
C.甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样,甲孔的直径较大
D.甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样,乙板的直径较大
答案:A
解析:甲图的衍射图样为明暗相间的圆环,而乙图为在影的中心有一个亮斑——泊松亮斑,故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样,乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样,故A正确。
6.如图所示,直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜截面,且∠BAC=30°,有一束平行光线垂直射向AC面,已知这种介质的折射率为n>2,则( )
A.可能有光线垂直于AB边射出
B.光线只能从BC边垂直射出
C.光线只能从AC边垂直射出
D.一定既有光线垂直于BC边射出,又有光线垂直于AC边射出
答案:D
解析:因为n>2,而sin C=,所以sin C<,C<30°,射到AB边的入射角i=30°,发生了全反射,此光线反射到AC边的入射角i=60°,再次发生全反射而垂直射到BC边上,从BC边射出,同理,射到BC边上的光线,经两次全反射后垂直于AC射出。
7.在学习了光的衍射现象后,徐飞回家后自己设置了一个小实验。在一个发光的小灯泡和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏,在圆孔从较大调至完全闭合的过程中,他在屏上看到的现象是( )
A.先是圆形亮区,最后完全黑暗
B.先是圆形亮区,再是圆形亮环,最后完全黑暗
C.先是圆形亮环,最后完全黑暗
D.先是圆形亮环,然后是圆形亮区,最后完全黑暗
答案:B
解析:在圆孔由大到小调节过程中,当孔较大时,光沿直线传播,在屏上得到圆形亮斑;当孔的直径减小到足够小时,产生光的衍射现象,屏上将出现明、暗相间的亮环,当孔继续减小到完全闭合,没有光到达屏上时,屏上完全黑暗。
8.如图所示,一个透明玻璃球的折射率为,一束足够强的细光束在过球心的平面内,以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射,从各个方向观察玻璃球,能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )
A.2 B.3
C.4 D.5
答案:B
解析:设光在该玻璃球中发生全反射的临界角是C,则sin C=,解得C=45°;光在玻璃球中的折射率n=,解得θ=30°。光路图如图所示,所以共3条光线射出玻璃球。
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q,在Q的后边放上光屏,以下说法正确的是( )
A.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度不变
B.Q不动,旋转偏振片P,屏上光的亮度时强时弱
C.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度不变
D.P不动,旋转偏振片Q,屏上光的亮度时强时弱
答案:BD
解析:当Q和P的透振方向平行时,通过Q的光强最大,当Q和P的透振方向垂直时,通过Q的光强最小,即无论是旋转P还是旋转Q,屏上得到的光都是时强时弱的。
10.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退。对此现象正确的解释是( )
A.出现的是“海市蜃楼”,是由光的全反射造成的
B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
C.太阳辐射到地面,使地面温度升高,折射率大,发生全反射
D.太阳辐射到地面,使地面温度升高,折射率小,发生全反射
答案:AD
解析:酷热的夏天地面温度高,地面附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射。
11.一束光线穿过介质1、2、3时,光路如图所示,则( )
A.介质1的折射率最大
B.介质2是光密介质
C.光在介质2中的速度最大
D.当入射角由45°逐渐增大时,在1、2分界面上可能发生全反射
答案:CD
解析:由题可知n3>n1>n2,则光在介质中的速度v2>v1>v3,所以A、B错误,C正确;由于n1>n2,根据全反射发生的条件可知D正确。
12.下图为匀质玻璃圆柱体的横截面图,其中MN为过圆心O的水平直线。现有两单色细光束a、b相对MN对称且平行MN照射玻璃柱体,经玻璃折射后两束光相交于P点。则a、b两束光相比( )
A.玻璃对a光的折射率比b光小
B.在玻璃中a光的传播速度比b光小
C.在玻璃中a光的传播时间比b光短
D.a光的频率比b光的频率大
答案:BD
解析:由题意及光路图可知,a、b两光的入射角i相等,折射角rb>ra,由折射定律得n=可知,nbva,故B正确;由光路图可知,在玻璃中光的路程关系为sbva,光的传播时间t=,则:tb三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象,其中A为单缝屏,B为双缝屏,整个装置位于一暗箱中,实验过程如下:
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时,屏C上没有出现干涉条纹;移去B后,在屏上出现不等间距条纹,此条纹是由于 而产生的。
(2)移去A后,遮住缝S1与缝S2中的任一个,C上均出现一窄亮斑,出现以上实验结果的主要原因是 。
(3)若光通过缝S1或缝S2后在C上依次出现如图甲、乙、丙、丁所示条纹,说明了什么 。
答案:(1)光的衍射
(2)双缝S1、S2太宽
(3)缝S1或缝S2越来越窄
解析:(1)移去B后只剩下单缝,故发生单缝衍射现象形成不等间距的条纹,故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现明暗相间的条纹而只出现一个窄亮斑,说明衍射现象不明显,故主要原因是双缝S1、S2太宽。
(3)从四张单缝衍射图样可以看出,由题图甲到题图丁,衍射现象越来越明显,说明缝S1或S2越来越窄。
14.(8分)在用双缝干涉测光的波长的实验中,某同学安装实验装置如图所示,调试好后能观察到清晰的干涉条纹。
(1)根据实验装置知,②③④依次是 、 、 。
(2)某次实验时,该同学调节分划板的位置,使分划板中心刻线对齐某亮纹的中心,如图所示,此时螺旋测微器的读数为 mm。
(3)转动手轮,使分划线向一侧移动到另一条亮纹的中心位置,再次从螺旋测微器上读数。若实验测得第1条与第4条亮纹中心间的距离为Δx=0.960 mm,已知双缝间距为d=1.5 mm,双缝到屏的距离为l=1.00 m,则对应的光波波长λ应为 mm。
答案:(1)滤光片 单缝 双缝
(2)1.180
(3)4.8×10-4
15.(10分)在做双缝干涉实验时,用波长λ1=0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上,结果发现已知波长的第4级明条纹和未知波长的第5级明条纹重合,则未知光的波长是多少
答案:0.48 μm
解析:设未知光的波长为λ2,根据条纹间距公式Δx=λ,
有x4=
x5'=
依题意有x4=x5'
故λ2=λ1=×0.6 μm=0.48 μm。
16.(10分)如图所示,一截面为半圆的透明体,其AB面与水平面间的夹角为30°,半圆半径r=10 cm。一束很细的单色光从半圆上P点竖直向下射入透明体,且此光线的延长线恰好经过圆心O点,在水平面上得到一个亮点R(未画出),同时光线从圆弧AB上某点Q射出(未画出),已知透明体的折射率为。
(1)补充完整光路图。
(2)求QR两点间的距离x。
答案:(1)见解析图
(2) cm
解析:(1)作出光路图如图所示
(2)由光路图可知光线从P点进入透明体在AB边的入射角为30°,
根据反射定律有∠MOQ=30°
由n=得,折射角∠RON=60°
由几何关系可知∠ROB=30°,则△BOR为等腰三角形
所以lOR=lBR= cm
由几何关系得△QOR为直角三角形,则QR两点间的距离
x= cm。
17.(12分)如图所示,AOB是由某种透明物质制成的圆柱体的横截面(O为圆心),其折射率为。今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面,这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出,设凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的反射。
(1)求光线从透明物质射向真空时发生全反射的临界角。
(2)圆柱AB面上有射出光线的部分占AB表面的几分之几
答案:(1)45° (2)
解析:(1)由公式sin C=,得临界角C=45°。
(2)设光线从某位置P点入射,作出其光路如图所示。
从O点射入的光线,折射角为γ,根据折射定律有n=,解得γ=30°
折射到AB弧面上Q点时,入射角恰等于临界角C,
△PQO中∠α=180°-90°-C-γ=15°
所以能射出的光线区域对应的圆心角
β=90°-α-γ=45°
能射出光线的部分占AB面的比例为。
18.(12分)如图所示,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为。
(1)求池内的水深。
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。
答案:(1) m
(2)0.7 m
解析:(1)光由A射向B发生全反射,光路如图甲所示。
甲
则sin θ=,得sin θ=
lAO=3 m,由几何关系可得:
lAB=4 m,lBO= m,所以水深 m。
(2)光由A点射入救生员眼中光路图如图乙所示。
乙
由折射定律得n=
可知sin α=
tan α=
由图得tan α=
代入数据得lBE=1.3 m
由几何关系得,救生员的眼睛到池边的水平距离为
lBC=2 m-lBE=0.7 m。
