人教版物理高二选修2-3第一章第三节棱镜和透镜同步训练

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人教版物理高二选修2-3第一章
第三节棱镜和透镜同步训练
一．选择题
1．下列说法正确的是（　　）
A．用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象
B．用X光机透视人体是利用光电效应
C．光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
D．门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象
答案：A
解析：
解答：A、分光镜是利用色散元件（三棱镜或光栅）将白光分解成不同波长的单色光，A正确；
B、用X光机透视人体是利用X光的穿透性，B错误；
C、光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，C错误；
D、门镜可以扩大视野是利用光的折射现象，D错误．
本题选择错误的，故选：A．
分析：X光具有穿透性，光导纤维是利用全反射，门镜是利用折射的原理．
2．如图所示，一细束红光与一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一点M．若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法正确的是（　　）
A．n1＞n2，a为蓝光，b为红光
B．n1＜n2，a为蓝光，b为红光
C．a光在玻璃中的传播速度比b光不变
D．a光在玻璃中的传播速度比b光大
答案：B
知识点：棱镜、透镜
解析：解答：由图看出，a光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a光的折射率较大，则知a为蓝光，b为红光，且有n1＜n2，故B正确，A错误．
C、D、由公式v=c/n 分析可知a光在玻璃中的传播速度比b光小．故C不正确，D错误．
故选：B．
分析：玻璃三棱镜对蓝光的折射率大于对红光的折射率，经过三棱镜后，蓝光的偏折角较大．由公式v=c/n 分析光在玻璃中的传播速度大小．
3．如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是（　　）
A．a侧是红色光，b侧是紫色光
B．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
C．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
D．以相同入射角从某介质射向空气，若紫光能发生全反射，红光也一定能发生全发射
答案：B
解析：解答：A、红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则b侧是红色光，a侧是紫色光．故A错误．
B、由图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，故B正确．
C、三棱镜对a侧光的折射率大，由公式v=c/n 得知，a侧光在三棱镜中传播速率小于b侧光的传播速率，故C错误；
D、若以相同入射角从某介质射向空气，因紫光的折射率大，则临界角小，若紫光能发生全反射，红光不一定能发生全发射．故D错误．
故选：B．
分析：白是复色光，经过三棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同，偏折角越大，折射率越大，由公式v=c/n 分析光在三棱镜中传播速度的大小；根据光的全反射，结合折射率与临界角的关系，即可求解．
4．下列说法正确的是（　　）
A．测定某恒星特定元素发出光的频率，对比地球上该元素的发光频率，可以推算该恒星远离地球的速度
B．无线电波没有偏振现象
C．红外线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象
D．在一个确定的参考系中观测，运动物体上物理过程的时间进程跟物体运动速度无关
答案：A
解析：解答：（1）A、根据多普勒效应可知测定某恒星特定元素发出光的频率，对比地球上该元素的发光频率，可以推算该恒星远离地球的速度，A正确．
B、偏振现象是横波所特有的现象，无线电波是横波，故B错误．
C、根据电磁波谱可知红外线波长比电磁波短因而更不容易发生干涉和衍射，B错误．
D、根据爱因斯坦相对论知，在一个确定的参考系中观测，运动物体上物理过程的时间进程跟物体运动速度有关，故D不正确．
故选：A．
分析：根据接收的频率与发出频率相比较，可确定间距是远离还是靠近；横波才有偏振现象，而无线电波属于电磁波；波长越长的，越容易发生衍射现象，而当频率相同时，才能发生干涉现象；结合爱因斯坦相对论原理，即可求解．
5．如图所示，一细束白光从空气通过玻璃三棱镜折射后，在屏上形成了彩色光带，可知（　　）
A．玻璃对紫光的折射率最小 B．红光通过棱镜的偏转角最大
C．在玻璃中各种色光频率相同 D．在玻璃中速度最大的是红光
答案：D
解析：解答：A、白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．由于紫光的折射角最大，其折射率最大，红光通过棱镜的偏转角最小，其折射率最小．故AB错误．
C、在玻璃中各种色光中紫光的频率最大，红光的频率最小，故C错误．
D、红光的折射率最小，由公式v=c/n分析可知红光在三棱镜中传播速度最大，故D正确．
故选：D．
分析：白光是复色光，经过三棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同．红光的折射率最小，紫光的折射最大．由公式v=c/n分析光在玻璃中速度关系．
6．光学在生活中应用很多，下列说法正确的是（　　）
A．全息照相利用的是光的偏振现象
B．立体电影利用的是光的偏振现象
C．医用无影灯应用的是光的衍射现象
D．肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷的颜色，是光的折射现象
答案：B
解析：解答：A、全息照相利用的是光的干涉，故A错误；
B、立体电影利用的是光的偏振，故B正确；
C、无影灯应用的是光的直射，发光面较大，导致本影区域小，故C错误；
D、肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷的，是光的干涉，故D错误；
故选：B．
分析：全息照相利用的是光的干涉；立体电影利用的是光的偏振；无影灯应用光的直射；肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉，从而即可求解．
7．在白光通过玻璃三棱镜发生色散的现象中，下列说法正确的是（　　）
A．红光的偏折角最大
B．不同色光在玻璃中传播速度相同
C．紫光在玻璃中的折射率最大
D．绿光的频率最大
答案：C
解析：解答：A、七色光中，红光的折射率最小，紫光的折射率最大，则红光偏折最小，紫光偏折最大．故A错误，C正确．
B、根据v=c/n 得，紫光的折射率大，则紫光在玻璃中的传播速度比红光小．故B错误．
D、紫光的频率最大．故D错误．
故选：C．
分析：根据折射率的大小比较出光的偏折程度，以及根据v=c/n 比较光在介质中传播的速度大小．
8．一束白光通过三棱镜折射后，在屏上形成了彩色光带，可知不正确（　　）
A．红光最先穿过棱镜 B．偏转最厉害的是紫光
C．在玻璃中速度最大的是紫光 D．在玻璃中速度最大的是红光
答案：C
解析：解答：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．故B正确
根据c=nv，可知，当折射率越大时，则传播速度越小，所以红光在玻璃中的传播速度最大，因此红光最先穿过棱镜，故AD正确，C错误；
故选C．
分析：太阳光是复色光，经过三棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同
9．从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是（　　）
A．a侧是红色光，b侧是紫色光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光折射率小于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的传播速度大于b侧光的传播速度
答案：B
解析：解答：A、玻璃对紫光的折射率最大，对红光的最小，可以得a侧为紫光，b侧为红光，A错误；
B、在真空中 a 侧光的传播速率等于 b 侧光的传播速率，根据，频率越大的，波长越小，即真空中a侧光的波长小于b侧光的波长，故B正确；
C、三棱镜对 a 侧光的折射率大于对 b 侧光的折射率，C错误；
D、红光的折射率小于紫光的，由n=c/n 可以求出，红光的传播速度大于紫光的，即a侧光的传播速度小于b侧光的传播速度，D错误；
故选B
分析：由于玻璃对各色光的折射率不同，导致色散的形成，玻璃对紫光的折射率最大，对红光的最小，可以得a侧为紫光，b侧为红光，红光的波长大于紫光的波长，由n=c/v 可以求出，红光的传播速度大于紫光的．
10．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空的三棱镜，里面是真空的，一束白光从三棱镜的一侧，以较小的入射角射入棱镜后，经棱镜折射在光屏P上可得到彩色光带，当入射角逐渐增大的过程中，屏上的彩色光带先后消失，则（　　）
A．红光最先消失，紫光最后消失
B．紫光最先消失，红光最后消失
C．红光最先消失，黄光最后消失
D．紫光最先消失，黄光最后消失
答案：B
解析：解答：紫光的折射率最大，临界角最小，当入射角i逐渐增大的过程中，光线射到棱镜右侧面的入射角减小，紫光的入射角最先达到临界角，发生全反射，则紫光最先消失，红光最后消失．故B正确，ACD错误．
故选：B．
分析：由于白光是复色光，各种色光的折射率不同，紫光的折射率最大，偏折程度最大；入射角θ逐渐增大的过程中，导致光线射到棱镜右侧面的入射角增大，当入射角达到某光的临界角时该光将发生全反射，分析色光的临界角大小可得出最先发生全反射的光．
11．如图所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种单色光，并同时做如下实验：①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉装置在光屏上产生干涉条纹（双缝间距和缝屏间距不变）；②让这三种单色光分别垂直投射到一条直光纤的端面上；下列说法中不正确的是（　　）
A．如果单色光b不能产明显衍射，则单色光C也一定不能产生明显衍射
B．单色光c的波动性最显著
C．单色光a穿过光纤的时间最短
D．单色光c形成的干涉条纹间距最小
答案：B
解析：解答：由图看出，白光通过三棱镜折射后c光的偏折角最大，a光的偏折最小，说明三棱镜对c光的折射率最大，对a光的折射率最小，则c光的频率最大，a光波长最大．c的波长最短；
A、因b的波长大于c的波长，则单色光b不能产明显衍射，则单色光C也一定不能产生明显衍射；故A正确；
B、c光的波长最短，则其波动性最不显著；故B错误；
B、由v=c/n分析得知，c光在光纤中传播速度最小，传播时间最长．同理可知，a光传播时间最短；故C正确；
C、因为干涉条纹的间距与波长成正比，所以C种色光形成的干涉条纹间距最小；故D正确；
本题选错误的；故选：B．
分析：根据光的偏折程度比较出三种色光的折射率大小，从而得出频率、波长大小，根据光电效应产生的条件和双缝干涉条纹的间距公式进行分析．
12．如图所示，一个由薄玻璃围成、中间是空气的“三棱镜”置于水中，一细束白光通过该“三棱镜”折射后分为各种单色光，取其中的Em=nBωs=10×2×10π×0.1=20π（伏）、π、π三种色光，再分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹，比较这三种色光的光子能量以及产生的干涉条纹间距大小，下面说法正确的是（　　）
A．c光的光子能量最大，它形成的干涉条纹间距也最大
B．c光的光子能量最小，它形成的干涉条纹间距也最小
C．c光的光子能量最大，它形成的干涉条纹间距也最小
D．c光的光子能量最小，它形成的干涉条纹间距也最大
答案：D
解析：解答：光垂直从水射入空气，不发生偏射，但发生光的折射，当再次从空气射入水中时，a偏折最大，c偏折最小．
a光的偏折程度最大，则a光的折射率最大，则频率最大，根据E=hv，知a光的光子能量最大，c光的光子能量最小．
c光的频率最小，则c光的波长最长，根据△x=λ知，c光形成的干涉条纹间距最大．故ABC错误，D正确．
故选：D．
分析：根据光的偏折程度比较出三种色光的折射率大小，从而得出频率、波长大小，根据双缝干涉条纹的间距公式比较条纹间距的大小．
13．下列有关光现象的说法中正确的是（　　）
A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C．光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D．光的偏振现象说明光是一种纵波
答案：C
解析：解答：A、太阳光照射下，油膜的上下表面反射，形成相同频率的光，由于波长的长短不一，导致干涉条纹间距不等，从而出现彩色花纹，故A错误；
B、光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，使得波长变长，根据△x=λ，可知，干涉条纹间距变宽，故B错误；
C、根据光的全反射条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能符合条件，故C正确；
D、偏振现象说明光是一种横波，故D错误；
故选：C．
分析：水面上油膜出现彩色花纹是光的折射色散；双缝干涉实验中，根据△x=λ，可知，波长与条纹间距的关系；光导纤维内，利用光的全反射条件，即可求解；偏振现象说明光是一种横波，则各项判定求解．
14．一束白光被棱镜色散时，下列说法中正确的是（　　）
A．棱镜对各单色光的折射率不同，对红光最大，对紫光最小
B．红光比蓝光后通过棱镜
C．黄光比绿光偏转的角度小
D．在棱镜中速度较大的单色光偏转的角度也较大
答案：C
解析：解答：白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下（a、b、c、d）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．故屏上端为红光，屏下端是紫光．
A、根据偏折不同，则棱镜对各色光的折射率不同．故A错误；
B、折射率大的传播速度小，则蓝光的传播速度比红光小，所以红光比蓝光先通过棱镜，故B错误；
C、由于黄光的折射比绿光小，所以黄光比绿光偏折小，故C正确；
D、折射率大的传播速度小，则有速度大的单色光偏转角小，故D错误；
故选：C
分析：太阳光是复色光，经过三棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同．
15．关于光现象，下列说法正确的是：（　　）
A．阳光下，在地面上看不到高压电线的影子，属于光的衍射现象
B．肥皂泡看起来常常是彩色的，属于色散现象
C．全息照片的拍摄主要利用了光的衍射
D．在双缝干涉实验中，若用白光做光源，则不能观察到干涉图样
答案：A
解析：解答：A、阳光下，在地面上看不到高压电线的影子，是光绕过障碍物传播的现象，故属于光的衍射现象，所以A正确；
B、肥皂泡看起来常常是彩色的，是由于肥皂膜上下表面反射回来的光发生干涉不是色散现象，故B错误；
C、全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，故C不正确；
D、在双缝干涉实验中，若用白光做光源，白光含有七种不同的色光，七种色光波长不同，干涉后的条纹间距不同，故则得到彩色条纹，所以D错误．
故选：A．
分析：阳光下，在地面上看不到高压电线的影子，是光绕过障碍物传播的现象，故属于光的衍射现象；
肥皂泡看起来常常是彩色的，是由于肥皂膜上下表面反射回来的光发生干涉；
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理；
在双缝干涉实验中，若用白光做光源，则得到彩色条纹．
二．填空题
16．红、黄、绿三条入射光线，分别沿与三棱镜的底面平行的方向射向三棱镜的一个侧面，从三棱镜的另一个侧面射出，且出射光线交于三棱镜底边延长线上的三点，三点到三棱镜底边中点的距离分别为 .
答案：x1＞x2＞x3
解析：解答：如图所示，光线经过三棱镜再次折射，向三棱镜底边偏折．
红、黄、绿三条入射光线的折射率最大是绿光，最小是红光．所以绿光偏折程度最大，则离三棱镜底边中点的距离最小．而红光离三棱镜底边中点的距离最大．
分析：光线经过三棱镜再次折射，向三棱镜底边偏折．由于三棱镜对三种光线的折射率不同，导致偏折程度不一．折射率越大的偏折程度越大．
17．阳光通过三棱镜照在白墙上出现彩色光带，这种现象叫 。
答案：色散
解析：解答：太阳光由七种色光组成，当太阳光经过三棱镜后，由于三棱镜对这七种色光的折射率不同，所以七种色光通过三棱镜发生折射后的偏折情况不同，从而会分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，这是光的色散现象；
分析：解答本题需掌握：光的色散是太阳光经过三棱镜被分解为绚丽的七色光．七色光的排列依次为红、橙、黄、绿 蓝、靛、紫．
18．彩虹的产生原因是光的色散，如图所示为太阳光射到空气中小水珠时的部分光路图，其中a、b为两种单色光． a光光子的能量 （小于或等于，大于）b光光子的能量
答案：小于
解析：解答：、根据光路图知，太阳光进入水珠时b光的偏折程度大，则b光的折射率大于a光的折射率．所以a光波频率小于b光波的频率．由c=λf知在真空中a光波长大于b光波长．
分析：根据光线进入水珠折射时折射角的大小关系，可分析折射率的大小，可确定出光的波长和频率的关系．由v=c/n分析光在同一玻璃中传播速度的大小．确定出波长的关系，就可判断出光干涉条纹间距大小．
19．为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一 片
答案：偏振
解析：解答：为减小反射光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振滤光片，利用光的原理，使得反射光不能通透，所以B正确；
分析：可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片，偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽．
在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜，这种薄膜就叫增透膜．
20．如图所示，MN是暗室墙上的一把直尺，一束宽度为a的平行光垂直射向MN，现将一横截面是直角三角形的玻璃三棱镜放在图中所示位置，截面直角边AB与MN平行，顶角为30°，则放上三棱镜后 ．
答案：红色光入射时，直尺上被照亮部分的宽度大于黄色光入射时照亮部分的宽度
解析：解答：经过两次折射光线将向下偏折，根据几何知识可知，墙上被照亮的部分宽度一定变小，当光线的折射率越大时，则被照亮部分的宽度越小，由于黄光的折射率大于红光的，因此红光被照亮部分的宽度大于黄色光入射时照亮部分的宽度．故C错误，D正确．
分析：平行白光垂直玻璃三棱镜，产生色散现象，光线向下偏折，墙上被照亮的部分宽度一定变小．玻璃三棱镜对红光的折射率小于对紫光的折射率，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则墙上从上到下形成红到紫的彩色光带．
三．计算题
21．我国南朱时期程火昌所著《演繁露》中描述，雨后初晴，枝叶上雨露“日光入之，五色俱足，闪烁不定”，这种光学现象属于什么现象？
答案：解答：雨过天晴时，太阳光照在枝叶上的雨珠上，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象．
解析：分析：雨后当太阳光射入空气中的小水滴时，太阳光经过折射发生色散，从而感觉雨露呈现彩色．
22．如图所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，变为从a、b两点射出的单色光，对于这两束单色光可以得到的结论是？？
答案：1.红光在玻璃中传播速度比蓝光大2. 从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光3. 从a、b两点射出的单色光仍平行，且平行于BC
解析：解答：1、红光的折射率小于蓝光的折射率，由公式v=c/n 分析得知，红光在玻璃中传播速度比蓝光大．2、红光的折射率小于蓝光的折射率，光线经过三棱镜ABC后红光的偏折角小于蓝光的偏折角，进入三棱镜CBA后，从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光．故B正确．C、D根据光路可逆性原理，分析可知：从a、b两点射出的单色光仍平行，而且平行于BC．
分析：红光在玻璃中传播速度比蓝光大．根据光路可逆性原理，分析知道从a、b两点射出的单色光平行．红光的折射率小于蓝光的折射率，根据偏折角的大小判断知，从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光．
23．如图所示，一束白光通过截面为矩形的棱镜，在另一边放一个屏，屏上形成彩色光带．该彩色光带最上方的颜色是？
答案：解答：白色光经过矩形棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、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．
故答案为：红色．
解析：分析：太阳光是复色光，经过矩形棱镜后由于折射率不同，导致偏折程度不同，从而即可求解．
24．把一个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），这时可以看到亮暗相间的条纹，将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，干涉条纹间距什么样？．
答案：解：（1）偏振光具有的性质是光子的振动具有方向性，光的偏振说明光是一种横波．
用单色光照射照射直径比较小的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，阴影的周围是明暗相间的环状衍射条纹．这就是泊松亮斑，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射形成的．（2）若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏；故答案为：偏振；衍射；条纹变疏．知识点：棱镜、透镜
解析：分析：从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为空气层厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为0.5λ．
25．实际观察光谱的仪器叫什么镜，其中平行光管的作用什么？
答案：实际观察光谱的仪器叫分光镜，其中平行光管的作用是产生很窄的高亮度光束，分光镜、产生很窄的高亮度光束
解析：解答：实际观察光谱的仪器叫分光镜，其中平行光管的作用是产生很窄的高亮度光束．
故答案为：分光镜、产生很窄的高亮度光束
分析：分光镜是由平行光管、三棱镜和望远镜筒组成的．平行光管的作用是产生很窄的高亮度光束．
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