2023-2024学年鲁教版（五四制）物理八上同步教学 3.5 光的色散 同步练习（含解析）

3.5 光的色散
一、多选题
1．下列说法中正确的是（　　）
A．光线垂直照射在平面镜上，入射角是90°
B．光的色散现象说明白光是由色光组成的
C．凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用
D．镜面反射遵循光的反射定律，漫反射不遵循光的反射定律
2．2020年东京奥运会射击女子10米气步枪项目金牌，为中国队收获东京奥运会的首枚金牌。下列现象中与射击时“三点一线”原理相同的是（　　）
A．雨后彩虹 B．水中倒影
C．小孔成像 D．如影随形
3．下列是我们日常生活中常见的光现象，对它们的解释正确的是（　　）
A．人离平面镜越近，所成的像越大
B．清晨的阳光照到平静的湖面上，水中映出一轮红日，这是光的反射形成的虚像
C．红光照在穿白色上衣的演员身上，观众看到她的上衣呈红色
D．在岸上看到水中的鱼，看到的是鱼的实像
二、单选题
4．2022年北京冬奥会期间，北京皮影艺术剧院紧扣冬奥题材，精彩呈现皮影戏《寻找雪姑娘》，如图所示。下列情境中，与皮影戏原理相同的是（　　）
A．雨后彩虹 B．树荫下光斑
C．水中倒影 D． 筷子弯折
5．南湖大桥与其在水中的倒影相映成趣。“倒影”的形成是由于光的（　　）
A．直线传播 B．反射 C．折射 D．色散
6．下列有关光现象说法正确的是（　　）
A．能把各种色光都全部吸收的不透明体是白色的
B．“潭清疑水浅”和“池水映明月”的形成原因相同
C．巨大的玻璃幕墙造成的光污染是由光的漫反射形成
D．“手影”和小孔成像都是由光的直线传播形成
三、综合题
7．阅读下面短文，并回答题：
虹霓小史
雨后初霁，我们常常会看见天上出现美丽的七色彩虹，这给人们带来了许多美好的遐想。我国早在殷代甲骨文里就有关于虹的记载，当时把虹字形象地写成“=”，那时的人们认为彩虹是女娲补天炼五色石，五色石发出的彩光。到了唐代，人们对彩虹有了比较科学的解释。唐初孔颖达（574—648）在《礼记注疏 月令》中写道：“若云薄漏日，日照雨漏则虹生。”这里已粗略地揭示了彩虹的成因。在欧洲，英国科学家罗吉尔 埔想（1214~1292）最早指出彩虹是由太阳光照射空中的雨滴，发生反射和折射现象而形成的。笛卡尔在1637年用玻璃球注入水来进行实验，得出水对光的折射指数，并能准确计算出彩虹的角度，但无法解释彩虹的七彩颜色。后来牛顿用玻璃棱镜把太阳光散射成彩色光之后，关于彩虹形成的光学原理全部被揭示了出来。
当空气中富集了大量的水汽，也就是水的小液滴时，太阳光以较小的角度照射到小水滴上，就会形成彩虹，天空中有时会出现两道彩虹，较明显的那一道是主虹，叫作“虹”，暗一些的是虹，叫作“霓”，如图1所示。
当光折射进入水滴后，有一部分会直接穿过，另一部分光在水滴的另一侧内表面发生反射，从入射面再折射出来。白光在发生折射时，由于各种色光的折射率不同，会分散成七种不同颜色的光，它们呈半圆形，在空中很漂亮地排列起来，形成虹。常见的虹色带分明，主要呈现七种颜色，红的排在最外面，接下来分别是橙、黄、绿、青、蓝、紫。
当光进入水滴后，经过水滴内壁的两次反射，再从折射面折射出来，形成宽（见图2乙）。宽的色带半圆紫的排在最外面，接下来分别是蓝、青、绿、黄、橙、红，这与虹的色带刚好相反。由于霓比虹反射多一次，光线的强度较弱，所以有时也只能看到虹，看不到宽。
（1）根据文中对虹和霓的描述可知，图1中标记“___________”（选填“1”或“2”）的那道彩虹称为“霓”。
（2）白光经水珠折射之后，会分解为不同颜色的光，主要是因为 ___________不同。
（3）从图2中可以分析出：要想看到彩虹，观察者必须要 ___________（选填“面”或“背”）对着太阳。所以，我们看到黄昏时的彩虹，它总是出现在 ___________（选填“东”或“西”）方的天空上。
8．请阅读《郭守敬望远镜》并回答。
郭守敬望远镜
“星汉灿烂，若出其里”。漫天星光绝大多数都来自宇宙中的恒星。怎样知道这些遥远且炽热的恒星的成分呢？用光谱！我们知道，阳光通过三棱镜后会发生色散，形成一条按照一定顺序排列的彩色光带，我们称之为光谱。太阳是恒星，因此太阳的光谱是一种恒星光谱。恒星光谱包含了恒星的很多“户口”信息，比如化学成分、密度、气压、温度、恒星年龄等。恒星光谱除了包含恒星自身的信息之外，还能告诉我们恒星以及它所在的星系是在远离，还是在靠近我们，甚至还能告诉我们远离或靠近的速度有多大。观测表明，恒星或星系远离我们的速度与它跟我们之间的距离成正比，根据恒星或星系远离我们的速度可以知道这个恒星或星系距离我们有多远。
光谱望远镜是获取恒星光谱的有力工具。目前世界上最好的光谱望远镜是由中国天文学家自主研制的，以元代著名天文学家、数学家、水利工程专家郭守敬名字命名的“郭守敬望远镜”，如图所示，它可以将接收到的恒星的光会聚后通过色散系统形成恒星光谱，进而获取恒星的信息。它能够同时观测4000个天体，是当今世界上光谱获取效率最高的望远镜。在刚刚过去的七年巡天观测中（所谓“巡天观测”，就好比是“给天上的星星做‘人口’普查”），郭守敬望远镜共获取1125万条光谱，成为世界上第一个获取恒星光谱数突破千万量级的天文望远镜。我国科学家通过对这些恒星光谱的分析，绘制成了一个包含636万组恒星光谱参数的星表，重新确立了银河系晕（音yún）的内扁外圆的结构，并取得了其他一些令世界瞩目的重大发现，这在某种程度上增强了人类寻找另一个“地球”和地外生命的信心！
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）阳光通过三棱镜后会发生___________，形成一条按照一定顺序排列的彩色光带，我们称之为光谱；
（2）恒星发出的光经郭守敬望远镜的光学系统形成恒星光谱的现象属于光的___________（选填“折射”或“反射”）现象。
四、简答题
9．电影院里，电影幕布都是用白色而且粗糙的布制成的。请你从光学的角度解释其中的道理：________；
10．为什么电影院幕布用的是粗糙的白色幕布？
11．投影仪的银幕总是用白色的布来做，这是为什么？
五、作图题
12．一束白光斜射到三棱镜O点，经折射后白光被分解为七种颜色的单色光，如图所示（图中只标注了其中两种色光的光路）。请在图中从O点开始画出黄色光a和蓝色光b的大致光路。
13．如图所示，一束白光透过三棱镜发生色散现象，图中已画出红光的折射情况，请参考红色光的光路，画出紫色光的光路图（要求画出折射光线和法线）。
14．请根据图中的入射光线AO，画出光进入水中后大致的折射光线OB。
六、实验题
15．如图所示，在暗室中做光的色散实验：
（1）实验中可以观察到白色光屏上出现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光，最早通过实验来研究该现象的是英国物理学家 ______。
（2）在三棱镜与白屏之间插一块玻璃发现白屏上的各种色光分布没有任何变化，则该玻璃的颜色是 ______色的。
（3）拿掉玻璃，将白屏换成蓝色屏，我们 ______（选填“仍能”或“不能”）看到彩色光带。
（4）若要检验100元人民币的真伪，可将它放在 ______（选填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）区域内。
16．小明和小华发现光斜射入玻璃中会发生偏折。为了反映光偏折程度的差异，他们将“入射角与折射角的比值”定义为“偏折比”。于是他们想探究“光折射时，偏折比与什么因素有关”。经过讨论后，他们提出了以下几种猜想：
猜想1：与光在玻璃中通过的路程有关；
猜想2：与玻璃的种类有关；
猜想3：与玻璃的颜色有关。
（1）根据所学知识，他们经过讨论，判断猜想1是________（选填“正确”或“错误”）的，判断的依据是________。
（2）将一束光穿过如图甲的普通无色玻璃砖，若光在玻璃砖上表面折射时的“偏折比”为1.25，则光在下表面折射时的“偏折比”为________。
（3）为探究猜想2，小明又用一块形状和长度与普通无色玻璃砖相同、但厚度变小的水晶无色玻璃砖进行实验。当两束平行白光以相同入射角斜射入两玻璃砖上表面中点处，光从两玻璃砖下表面射出位置到玻璃砖左端的距离相等。由此可知，在相同条件下，普通无色玻璃对白光的“偏折比”比水晶无色玻璃对白光的“偏折比”________（选填“大”或“小”）。
（4）进一步分析，由于不同颜色的光通过三棱镜的折射程度________（选填“相同”或“不同”），他们认为猜想3是正确的。小华只将图甲中的普通无色玻璃砖分别换成形状、大小完全相同的普通红色玻璃砖和普通绿色玻璃砖，使两束平行白光以相同入射角斜射入两玻璃砖上表面中点处（如图甲），光从玻璃砖下表面射出位置如图乙，则在相同条件下，普通________（选填“红色”或“绿色”）玻璃对光的“偏折比”大。
（5）如图丙，分别用太阳光平行于相同形状的凸透镜的主光轴射入，由普通________（选填“红色”或“绿色”）玻璃制成的凸透镜焦距大。
17．在下列探究光现象实验中。
（1）如图甲所示，这种现象叫做光的______。产生这一现象的原因是三棱镜对不同颜色的光______（选填“反射”或“折射”）程度不同。把温度计玻璃泡放在彩色光带外侧A点处，发现其示数升高明显，表明该处存在人眼看不见的______。在太阳发出的光中，只有______具有消毒灭菌作用；
（2）在探究平面镜成像特点的实验中，如图乙所示：
①组装器材时，要使玻璃板与水平桌面相互______；
②实验需要记录像与物的大小关系，还需要记录物理量______和______；
③实验中如果将蜡烛B也点燃，对实验的影响是______（写出一条）。
七、填空题
18．雨后彩虹是光的____现象；不同色光在真空中的传播速度是_____（选填“相同”或“不同”）的。
19．阳光明媚的星期天，小明在公园里散步。
（1）小明看到自己的影子，影子是由于光的__________而形成的；
（2）他看到花丛中红色的鲜花，这是花瓣________（填“吸收”“反射”或“折射”）红光造成的；
（3）小明能看到水中的鱼，这是光的________（填“反射”或“折射”）现象造成的。
20．经典力学和实验物理学的先驱________，率先将望远镜对准了天空。阳光下五星红旗冉冉升起，国旗呈现出鲜红的颜色，是因为它________了阳光中的红色光。
参考答案：
1．BC
【解析】
【详解】
A．光线垂直照射在平面镜上时，入射光线、法线、反射光线三线重合，入射角是0°，故A错误；
B．太阳光通过棱镜后被分散为各种颜色的光，这种现象叫光的色散，说明了白光是由多种色光混合而成的，故B正确；
C．由透镜的光学性质可知，凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用，故C正确；
D．镜面反射和漫反射都属于光的反射现象，所以都遵循光的反射定律，故D错误。
故选BC。
2．CD
【解析】
【详解】
A．光通过小水珠组成的三棱镜分解成各种颜色的光，形成彩虹，是光的色散现象，故A不符合题意；
B．水中倒影，属于平面镜成像，是光的反射形成的，故B不符合题意；
C．小孔成像是由光的直线传播形成的，故C符合题意；
D．如影随形，影子是由光的直线传播形成的，故D符合题意。
故选CD。
3．BC
【解析】
【详解】
A．平面镜成像的特点之一是像与物等大，与物体距平面镜的距离无关，故A错误；
B．水面相当于平面镜，因为平面镜成像是由光的反射形成的，水中映出一轮红日是太阳在水中的虚像，故B正确；
C．因为不透明物体的颜色是由它反射的色光决定的，白色上衣反射所有色光，所以观众看到演员的上衣呈红色，故C正确；
D．在岸上看到水中的鱼，由于光从水中斜射入空气中时发生折射，我们看到的是鱼的虚像，故D错误。
故选BC。
4．B
【解析】
【详解】
A．皮影戏原理是光的直线传播形成的，而雨后彩虹是光的色散现象，故A不符合题意；
B．树荫下的光斑是光的直线传播形成的，与皮影戏的原理一样，故B符合题意；
C．水中倒影，平面镜成像，是光的反射现象，与皮影戏原理不同，故C不符合题意；
D．筷子弯折，是光的折射现象，与皮影戏的原理不同，故D不符合题意。
故选B。
5．B
【解析】
【详解】
平静的水面相当于平面镜，南湖大桥的倒影属于平面镜成像，是由于光的反射形成的虚像。
故选B。
6．D
【解析】
【详解】
A．白色物体反射所有色光，黑色物体吸收所有色光。能把各种色光都全部吸收的不透明体是黑色的。故A错误；
B．“潭清疑水浅”的形成原因是光的折射，“池水映明月”的形成原因是光的反射，二者形成原因不同。故B错误；
C．光照在玻璃幕墙上发生的反射是镜面反射。所以巨大的玻璃幕墙造成的光污染是由光的镜面反射形成。故C错误；
D．“手影”的形成是手挡住光线，在手后面形成影子；小孔成像是光线穿过小孔形成倒立的实像，它们都是由于光沿直线传播形成的。故D正确。
故选D。
7． 1 各种色光的折射率 背 东
【解析】
【详解】
（1）[1]根据图1可知，1处较暗一些，2处较亮一些，所以图1中标记“1”的那道彩虹称为“霓”。
（2）[2]由材料可知，白光在发生折射时，由于各种色光的折射率不同，会分散成七种不同颜色的光。
（3）[3][4]由于彩虹的形成要经过两次折射和一次（或两次）反射形成的，所以只有背对太阳才能看到；黄昏时，太阳在西方，所以彩虹会出现在东方。
8． 色散 折射
【解析】
【详解】
[1]根据文中内容可知，阳光通过三棱镜后会发生色散，形成一条按照一定顺序排列的彩色光带，这就是色散现象。
[2]“郭守敬望远镜”可以将接收到的恒星的光会聚后通过色散系统形成恒星光谱，进而获取恒星的信息，光的色散现象属于光的折射。
9．见解析
【解析】
【详解】
白色幕布可以反射所有颜色的光，使所看到的像更加逼真，幕布表面粗糙使光线发生漫反射，使光线向各个方向传播，以便使坐在不同位置上的人都能看到。
10．见解析
【解析】
【详解】
电影院幕布用粗糙的白布的两个原因：（1）白布表面粗糙（不光滑）能使光发生漫反射，使反射光线射向各个方向，能使坐在不同位置上的人都能看到幕布上的图像。（2）白色能反射所有颜色的光，能使观众看到色彩正常的画面。
11．见解析
【解析】
【详解】
因为白色物体可以反射所有色光，使图象看上去不会失真，使观众能看到真实的画面，所以投影仪的银幕是白色的布来做的。
12．
【解析】
【详解】
过折射点作法线，再根据光从空气斜射入玻璃时，折射角小于入射角作出玻璃砖中的折射光线；过玻璃砖右侧的折射点作法线，根据光从玻璃斜射入空气时，折射角大于入射角作出空气中的折射光线；白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由下至上依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。由此可知不同色光的折射程度不同，紫光偏折最大，红光的偏折程度最小，则蓝色光b比黄色光a的偏折能力大，所以黄色光a在上，蓝色光b在下，如下图所示：
13．
【解析】
【详解】
白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由下至上依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最小。先过入射点画垂直于界面的法线，再根据光的折射规律画出光路图，如图所示
14．
【解析】
【详解】
题中已经画出法线，根据光的折射规律可知，光从空气射入水中，折射光线、入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角，如下图所示
。
15． 牛顿 白 不能 I
【解析】
【详解】
（1）[1]本实验为光的色散现象，最早通过实验来研究该现象的是英国物理学家牛顿。
（2）[2]在三棱镜与白屏之间插一块玻璃，发现白屏上的各种色光分布没有任何变化，可知该玻璃可透过所有色光，说明这块玻璃的颜色是白色的。
（3）[3]拿掉玻璃，将白屏换成蓝色屏，则此屏只能反射蓝光，而吸收其它色光，因此我们不能看到彩色光带。
（4）[4]图中三棱镜倒放，则由下到上，依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，则Ⅰ区域为紫外线，可使荧光物质发光，可用来检验100元人民币的真伪。
16． 错误 玻璃的厚度改变时，光的入射角和折射角都不变 0.8 大 不同 绿色 红色
【解析】
【详解】
（1）[1][2]光只在两个介质相交处发生偏折，与光在玻璃中走过的路程无关，由下图（1）可知，玻璃的厚度改变时，光的入射角和折射角都不变，
故猜想1错误。
（2）[3]将一束光穿过如图甲的普通无色玻璃砖，若光在玻璃砖上表面折射时的“偏折比”为1.25，如图（1）所示，光在玻璃砖上表面的偏折比为
那么光在下表面的偏折比为
（3）[4]如图（1）和图（2）中光线所示，水晶玻璃厚度小，普通无色玻璃砖厚度大，如果射出点相同，那么在厚度大的砖块中，光的偏折更大一点，也就是说，光在普通无色玻璃砖中，光的偏折比更大。
（4）[5][6]进一步分析，如图2所示，红光在左边，绿光在右边，那么绿光的偏折更大，不同颜色的光在三棱镜中偏折程度不同。
（5）[7]当红光和绿光分别平行射向相同的凸透镜时，红光的会聚点，也就是红光的焦点距离透镜远，而绿光的焦点离透镜近，所以红光的焦距大。
17． 色散 折射 红外线 紫外线 垂直 像距 物距 干扰对A的像的观察
【解析】
【详解】
（1）[1][2]太阳光是复色光，经三棱镜折射后，由于不同的色光偏折情况不同，会分解成七种颜色的光。这种现象叫光的色散。
[3]红外线有热效应，对外辐射热量，把温度计玻璃泡放在彩色光带外侧A点处，发现其示数升高明显，表明该处存在人眼看不见的红外线。
[4]紫外线可以破坏及改变微生物的DNA（脱氧核糖核酸）结构，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，故紫外线具有消毒灭菌作用。
（2）[5]当玻璃板与桌面不垂直时，像就会成在桌面的上方或下方，故为保证像成在桌面上，要使玻璃板与水平桌面相互垂直。
[6][7]实验中要比较像与物到平面镜的距离，所以要测量并记录像距与物距。
[8]实验中主要是观察A发出的光经玻璃板反射后所成的像，如果点燃B则会干扰对A的像的观察。
18． 色散 相同
【解析】
【详解】
[1]彩虹的形成是光的色散现象，色散现象本质是由于光的折射导致的，此处填色散更为准确。
[2]不同色光的波长和频率不同，但在真空中的传播速度相同，均为3×108m/s。
19． 直线传播 反射 折射
【解析】
【详解】
（1）[1]光沿直线传播时，照到不透明的物体上，部分光被挡住，在物体后面有一些光不能到达的区域即影子。所以小明看到自己的影子，是由于光的直线传播而形成的。
（2）[2]不透明物体的颜色由它反射光的颜色决定的。所以他看到花丛中红色的鲜花，这是花瓣反射红光造成的。
（3）[3]小明能看到水中的鱼，这是由于水中的鱼反射的光从水中射向空气时，发生光的折射现象造成的。
20． 伽利略 反射
【解析】
【详解】
[1]历史上伽利略率先用望远镜观察天空，他奠定了经典力学和实验物理学。
[2]不透明的物体的颜色是由反射的色光决定的，因为五星红旗反射了阳光中的红色光，所以在阳光下五星红旗呈现出鲜红的颜色。
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