人教版物理高三选修3-4第十三章第七节激光同步练习
文档属性
| 名称 | 人教版物理高三选修3-4第十三章第七节激光同步练习 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 532.0KB | ||
| 资源类型 | 素材 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2016-06-01 16:59:13 | ||
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文档简介
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人教版物理高三选修3-4第十三章
第七节激光同步练习
一．选择题
1．下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
答案：ACD
解析：解答：激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确．激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项B错误．激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，选项D正确．由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确。
分析：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”。
2．以下说法正确的是( )
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光测距利用了激光平行度好的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
答案：ABD
解析：解答：由于激光频率单一、相干性好，故可用来光纤通信，故A正确．激光方向性好、平行度高，可以会聚到很小的一点，激光测距、激光写、读利用了激光的这个特点，故B正确，C错误．激光亮度高，能量大，激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光的这个特点，故D正确。
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
3．下列与光的干涉有关的事实是( )
A．用光导纤维传播信号
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．水面上的油膜呈现彩色
答案：ABD
解析：解答：光导纤维是利用光的全反射和激光的相干性，从而能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故选项A正确；白光通过三棱镜出现彩色光带是色散现象，故C错误；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度、水面上的油膜呈现彩色是光在前后两个表面反射的光干涉形成的，故选项B、D正确。
分析：光的薄膜干涉是空气薄膜的前后两个表面反射的光相干涉；发生明显衍射的条件是光的波长大于障碍物尺寸或者与障碍物尺寸相差不大；用光导纤维传播信号失真小，衰减小，传输距离远。
4．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点
C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
答案：C
解析：解答：由激光的特点及应用，可知光纤通信主要利用激光的相干性，A错误。计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，B错误。医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C正确。激光测距利用的是激光的平行性，D错误。
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
5．激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ B．该光在真空中的波长为
C．该光的频率为 D．该光的频率为
答案：AD
解析：解答：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。
分析：光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由波速公式、求光在介质中的速度。
6．一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜．下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是( )
答案：B
解析：解答：解答本题首先要搞清楚七种色光在同一介质中折射率的大小关系，在玻璃中，有，所以在玻璃中，红光的折射角大于紫光的折射角，故选项A、C错误；其次，三棱镜有使光线向底边偏折的作用，折射率越大的光，越偏向底边，故选项B正确，选项D错误。
分析：红光的折射率小于紫光的折射率，根据折射定律分析两种色光通过三棱镜后偏折角的大小．光线通过三棱镜后经过了两次折射，两次折射角均不同。
7．关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( )
A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象
B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象
C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧
答案：D
解析：解答：当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹．这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现．当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的．如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强，减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹。
分析：根据干涉条件：频率相同的两个光源；当光屏上距两缝的路程差等于半个波长的奇数倍处出现暗条纹，偶数倍出出现亮条纹，从而即可求解。
8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )
A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光
B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光
C．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
D．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
答案：B
解析：解答：由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示．所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。
分析：红光的折射率比紫光小．做出光路图，根据折射角大小和折射定律比较折射率大小进而得到是红光还是紫光。
9．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b．已知a光的频率小于b光的频率．图中哪个光路图可能是正确的( )
A.
B.
C.
D.
答案：B
解析：解答：由于a光的频率小于b光的频率，a光在玻璃中的折射率小于b光在玻璃中的折射率，由两种单色光进入玻璃后偏折程度不同，且出射光均应平行于入射光，可判定B正确。
分析：玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，根据折射定律分析光线在玻璃砖上表面折射角的大小，根据玻璃砖的光学特性分析出射光线与入射光线方向关系，再选择光路。
10．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )
A．紫光、黄光、蓝光和红光
B．紫光、蓝光、黄光和红光
C．红光、蓝光、黄光和紫光
D．红光、黄光、蓝光和紫光
答案：B
解析：解答：由可见光的折射率知，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知a→d折射率依次减小，故A、C、D错，B对。
分析：根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序。
11．如图所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是( )
A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
答案：AC
解析：解答：凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，故A正确，B错误．干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不是均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到如题图所示的同心内疏外密的圆环状条纹，故C正确，D错误。
分析：从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．使牛顿环的曲率半径越大，相同的水平距离使空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大。
12．如图所示，一束白光从顶角为θ的棱镜的一个侧面AB以较大的入射角i入射，经过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，当入射角逐渐减小到零的过程中，若屏上的彩色光带先后全部消失，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．紫光最先消失，黄光最后消失
D．红光最先消失，黄光最后消失
答案：B
解析：解答：依题意作出白光通过三棱镜的光路，如图所示，可看出紫光的偏折最大，由全反射临界角公式，知紫光的临界角最小，所以紫光一定首先在AC面上发生全反射而从光屏上消失，后面依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，选项B正确。
分析：由于白光是复色光，各种色光的折射率不同，所以折射率最大的光偏折程度最大；入射角i逐渐减小到零的过程中，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．当入射角小于临界角时，则不会发生光的全反射。
13．如图所示，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，这时可以看到亮暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹的产生是由于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．干涉条纹中的暗纹是由于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，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
答案：AC
解析：解答：根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确。
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。
14．如图所示，一个小的光源S发出白光，经三棱镜分光。若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到( )
A．白光点
B．光点上部红色，下部紫色
C．光点上部紫色，下部红色
D．看不到光源的像
答案：C
解析：解答：由于各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故C正确。
分析：光源发出的光经过两次折射而棱镜底面偏折，红光的折射率最小，紫光的折射率最大，由此分析。
15．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)。这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A． λ B． QUOTE EMBED Equation.DSMT4 λ
C．λ D．λ
答案：B
解析：解答：为消除反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的 QUOTE EMBED Equation.DSMT4 。
分析：解答本题时应明确通过改变薄膜的厚度可以达到增强反射光或削弱反射光的目的。
二．填空题
16． 激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性．若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分；照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照相利用了激光 的性质。
答案：相干性
解析：解答：全息照相利用了激光的干涉现象，即相干性好。
分析：全息照相利用了激光的干涉现象；只有频率相同的光才能发生干涉现象。
17． 某脉冲激光器的耗电功率为，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为，携带的能量为0．6J，则每个脉冲的功率为 W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为 。
答案：|0.2%
解析：解答：每个脉冲的功率，1s内激光产生的能量
，消耗的电能，则效率。
分析：根据每个脉冲持续的时间和携带的能量求出每个脉冲的功率．分别求出1s内产生的激光能量，从而得出激光器将电能转化为激光能量的效率。
18． 如图为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是:固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设i=45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变 (选填“厚”或“薄”)，改变了 。
答案：厚|
解析：解答：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃砖变厚。由，得。设变厚了d，则，所以。
分析：光线通过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移，根据激光束在C上移动的方向，可以确定玻璃厚度的变化情况，由折射定律和几何知识求解玻璃厚度的变化量。
19．如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度．如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B′点，由此可知液面降低了 ．
答案：
解析：解答：如图所示，入射光方向不变，则i不变，而平行于OB．设液面降了h，据几何关系可得：。
分析：作出几何光路图，由光的反射规律和激光的特性可求出结果，从而理解激光液面控制仪的原理。
20． 一复色光中只含有a、b两种单色光，在真空中a光的波长大于b光的波长。
①在真空中，a光的速度 (填“大于”、“等于”或“小于”)b光的速度。
②用该复色光做双缝干涉实验时，得到如图所示的部分干涉图样。则实线表示 (填“a”或“b”)光的干涉条纹。
答案：等于|a
解析：解答：各种单色光在其空中的速度相同，由可知实线表示a光的干涉条纹。
分析：干涉条纹的间距与波长成正比，波长越大，间距越大，据此分析。
三．解答题
21．应用激光平行度好的特性，可以精确地测量距离，对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2．56s，则月球到地球的距离大约是多少
答案：真空中的光速，从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间，月球到地球的距离为。
解析：解答：真空中的光速，从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间，月球到地球的距离为。
分析：这种题型关键是明白光的传播过程，光在真空中沿直线传播，传播速度为，同时还要注意所给时间为往返所用时间。
22． 由于激光是亮度高、平行度好、单色好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
答案：设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α．折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示．
由折射定律：
由几何关系：
由全反射临界角的公式：
cosβ=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有，．故
n====
解得
光导纤维的折射率应为
解析：解答：设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α．折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示．
由折射定律：
由几何关系：
由全反射临界角的公式：
cosβ=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有，．故
n====
解得
光导纤维的折射率应为
分析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射，令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率．
23．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度．
答案：若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得
即，那么增透膜厚度
解析：解答：若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得
即，那么增透膜厚度
分析：由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消．而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化．
24．．如图所示，横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入，从另一个侧面AC折射出来．已知棱镜顶角∠A＝30°，AC边平行于光屏MN，且与光屏的距离为L．
(1)画出白光通过棱镜折射的光路图(出射光线画两条边缘光线，并指明其颜色)．
答案：由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折．在AC面，设红光折射角为β1，紫光折射角为β2，由于n2＞n1，所以紫光偏折角度将大于红光，故β2＞β1，光谱上方为紫光，下方为红光．光路图如图所示．
(2)求在光屏MN上得到的可见光光谱的宽度d．
答案：由折射定律得：n1sin 30°＝sin β1，n2sin 30°＝sin β2，则sin β1＝，sin β2＝．
MN上可见光光谱的宽度：
d＝L(tan β2－tan β1)＝L
＝L．
解析：解答：①由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折．在AC面，设红光折射角为β1，紫光折射角为β2，由于n2＞n1，所以紫光偏折角度将大于红光，故β2＞β1，光谱上方为紫光，下方为红光．光路图如图所示．
②由折射定律得：n1sin 30°＝sin β1，n2sin 30°＝sin β2，则sin β1＝，sin β2＝．
MN上可见光光谱的宽度：
d＝L(tan β2－tan β1)＝L
＝L．
分析：光垂直AB面射入，在AB面上不发生偏折，射到AC面上，入射角为，根据三棱镜对红光的折射率为，对紫光的折射率为．运用折射定律求出折射角，再根据几何关系求出可见光谱的宽度。
25．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光为一个(列)光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×1010W，求:
(1)每列光脉冲的长度是多少
答案：光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度。
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后，色斑便逐渐消失，一块色斑的面积为50mm2，则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失
答案：面积为1cm2的色斑吸收的能量，色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为,消除的色斑需要光脉冲数为。
解析：解答：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度。(2)面积为1cm2的色斑吸收的能量，色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为
消除的色斑需要光脉冲数为。
分析：光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离；每个光子的能量，每个光脉冲含有的能量为，从而求出要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失。
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人教版物理高三选修3-4第十三章
第七节激光同步练习
一．选择题
1．下列说法正确的是( )
A．激光可用于测距
B．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D．激光可用于全息照相，有独特的特点
答案：ACD
解析：解答：激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，选项A正确．激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，选项B错误．激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，选项D正确．由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤的同时，也能杀灭细菌，所以选项C正确。
分析：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”。
2．以下说法正确的是( )
A．光纤通信利用了激光相干性好的特点
B．激光测距利用了激光平行度好的特点
C．激光写、读利用了激光亮度高的特点
D．激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光亮度高的特点
答案：ABD
解析：解答：由于激光频率单一、相干性好，故可用来光纤通信，故A正确．激光方向性好、平行度高，可以会聚到很小的一点，激光测距、激光写、读利用了激光的这个特点，故B正确，C错误．激光亮度高，能量大，激光加工、激光手术和激光武器都利用了激光的这个特点，故D正确。
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
3．下列与光的干涉有关的事实是( )
A．用光导纤维传播信号
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．水面上的油膜呈现彩色
答案：ABD
解析：解答：光导纤维是利用光的全反射和激光的相干性，从而能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故选项A正确；白光通过三棱镜出现彩色光带是色散现象，故C错误；用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度、水面上的油膜呈现彩色是光在前后两个表面反射的光干涉形成的，故选项B、D正确。
分析：光的薄膜干涉是空气薄膜的前后两个表面反射的光相干涉；发生明显衍射的条件是光的波长大于障碍物尺寸或者与障碍物尺寸相差不大；用光导纤维传播信号失真小，衰减小，传输距离远。
4．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( )
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光有相干性的特点
C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
答案：C
解析：解答：由激光的特点及应用，可知光纤通信主要利用激光的相干性，A错误。计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行性好，B错误。医疗中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特点，C正确。激光测距利用的是激光的平行性，D错误。
分析：激光具有普通光所不具有的特点，可概括为三好（单色性好、相干性好、方向性好）一高（亮度高）。
5．激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ B．该光在真空中的波长为
C．该光的频率为 D．该光的频率为
答案：AD
解析：解答：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。
分析：光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，由波速公式、求光在介质中的速度。
6．一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜．下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是( )
答案：B
解析：解答：解答本题首先要搞清楚七种色光在同一介质中折射率的大小关系，在玻璃中，有，所以在玻璃中，红光的折射角大于紫光的折射角，故选项A、C错误；其次，三棱镜有使光线向底边偏折的作用，折射率越大的光，越偏向底边，故选项B正确，选项D错误。
分析：红光的折射率小于紫光的折射率，根据折射定律分析两种色光通过三棱镜后偏折角的大小．光线通过三棱镜后经过了两次折射，两次折射角均不同。
7．关于薄膜干涉，下列说法中正确的是( )
A．只有厚度均匀的薄膜，才会发生干涉现象
B．只有厚度不均匀的楔形薄膜，才会发生干涉现象
C．厚度均匀的薄膜会形成干涉条纹
D．观察肥皂液膜的干涉现象时，观察者应和光源在液膜的同一侧
答案：D
解析：解答：当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹．这种情况在薄膜厚度不均匀时才会出现．当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也发生干涉现象，如果是单色光照射，若满足振动加强的条件，整个薄膜前方都是亮的，否则整个薄膜的前方都是暗的．如果是复色光照射，某些颜色的光因干涉而减弱，另一些颜色的光会因干涉而加强，减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，这时会看到薄膜的颜色呈某种单色光的颜色，但不形成干涉条纹。
分析：根据干涉条件：频率相同的两个光源；当光屏上距两缝的路程差等于半个波长的奇数倍处出现暗条纹，偶数倍出出现亮条纹，从而即可求解。
8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片做成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从三棱镜的右边射出时发生色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则( )
A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光
B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光
C．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光
D．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光
答案：B
解析：解答：由红光的折射率小于紫光的折射率知，紫光偏离原来方向比红光严重，并且向顶端偏折，光路图如图所示．所以从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光，选项B正确。
分析：红光的折射率比紫光小．做出光路图，根据折射角大小和折射定律比较折射率大小进而得到是红光还是紫光。
9．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、b．已知a光的频率小于b光的频率．图中哪个光路图可能是正确的( )
A.
B.
C.
D.
答案：B
解析：解答：由于a光的频率小于b光的频率，a光在玻璃中的折射率小于b光在玻璃中的折射率，由两种单色光进入玻璃后偏折程度不同，且出射光均应平行于入射光，可判定B正确。
分析：玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，根据折射定律分析光线在玻璃砖上表面折射角的大小，根据玻璃砖的光学特性分析出射光线与入射光线方向关系，再选择光路。
10．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )
A．紫光、黄光、蓝光和红光
B．紫光、蓝光、黄光和红光
C．红光、蓝光、黄光和紫光
D．红光、黄光、蓝光和紫光
答案：B
解析：解答：由可见光的折射率知，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的折射率依次增大，由题图知a→d折射率依次减小，故A、C、D错，B对。
分析：根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序。
11．如图所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是( )
A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
答案：AC
解析：解答：凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，故A正确，B错误．干涉条纹不等间距是由于透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不是均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到如题图所示的同心内疏外密的圆环状条纹，故C正确，D错误。
分析：从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．使牛顿环的曲率半径越大，相同的水平距离使空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大。
12．如图所示，一束白光从顶角为θ的棱镜的一个侧面AB以较大的入射角i入射，经过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，当入射角逐渐减小到零的过程中，若屏上的彩色光带先后全部消失，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．紫光最先消失，黄光最后消失
D．红光最先消失，黄光最后消失
答案：B
解析：解答：依题意作出白光通过三棱镜的光路，如图所示，可看出紫光的偏折最大，由全反射临界角公式，知紫光的临界角最小，所以紫光一定首先在AC面上发生全反射而从光屏上消失，后面依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红，选项B正确。
分析：由于白光是复色光，各种色光的折射率不同，所以折射率最大的光偏折程度最大；入射角i逐渐减小到零的过程中，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．当入射角小于临界角时，则不会发生光的全反射。
13．如图所示，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，这时可以看到亮暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )
A．干涉条纹的产生是由于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．干涉条纹中的暗纹是由于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，条纹向着劈尖移动
D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧
答案：AC
解析：解答：根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气膜前后表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A项正确B项错误；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确。
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。
14．如图所示，一个小的光源S发出白光，经三棱镜分光。若人沿着折射光线的反方向观察，通过棱镜可以看到( )
A．白光点
B．光点上部红色，下部紫色
C．光点上部紫色，下部红色
D．看不到光源的像
答案：C
解析：解答：由于各种单色光中，紫光的折射率最大，偏折角也最大，成的像最高，红光的折射率最小，偏折角也最小，成的像最低，故C正确。
分析：光源发出的光经过两次折射而棱镜底面偏折，红光的折射率最小，紫光的折射率最大，由此分析。
15．市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)。这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A． λ B． QUOTE EMBED Equation.DSMT4 λ
C．λ D．λ
答案：B
解析：解答：为消除反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的 QUOTE EMBED Equation.DSMT4 。
分析：解答本题时应明确通过改变薄膜的厚度可以达到增强反射光或削弱反射光的目的。
二．填空题
16． 激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性．若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分；照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照相利用了激光 的性质。
答案：相干性
解析：解答：全息照相利用了激光的干涉现象，即相干性好。
分析：全息照相利用了激光的干涉现象；只有频率相同的光才能发生干涉现象。
17． 某脉冲激光器的耗电功率为，每秒钟输出10个光脉冲，每个脉冲持续的时间为，携带的能量为0．6J，则每个脉冲的功率为 W，该激光器将电能转化为激光能量的效率为 。
答案：|0.2%
解析：解答：每个脉冲的功率，1s内激光产生的能量
，消耗的电能，则效率。
分析：根据每个脉冲持续的时间和携带的能量求出每个脉冲的功率．分别求出1s内产生的激光能量，从而得出激光器将电能转化为激光能量的效率。
18． 如图为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是:固定一束激光AO以不变的入射角i照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信息转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化。设i=45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变 (选填“厚”或“薄”)，改变了 。
答案：厚|
解析：解答：光经过平行玻璃砖传播方向不变，只发生侧移，光斑向左移，可见玻璃砖变厚。由，得。设变厚了d，则，所以。
分析：光线通过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移，根据激光束在C上移动的方向，可以确定玻璃厚度的变化情况，由折射定律和几何知识求解玻璃厚度的变化量。
19．如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度．如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B′点，由此可知液面降低了 ．
答案：
解析：解答：如图所示，入射光方向不变，则i不变，而平行于OB．设液面降了h，据几何关系可得：。
分析：作出几何光路图，由光的反射规律和激光的特性可求出结果，从而理解激光液面控制仪的原理。
20． 一复色光中只含有a、b两种单色光，在真空中a光的波长大于b光的波长。
①在真空中，a光的速度 (填“大于”、“等于”或“小于”)b光的速度。
②用该复色光做双缝干涉实验时，得到如图所示的部分干涉图样。则实线表示 (填“a”或“b”)光的干涉条纹。
答案：等于|a
解析：解答：各种单色光在其空中的速度相同，由可知实线表示a光的干涉条纹。
分析：干涉条纹的间距与波长成正比，波长越大，间距越大，据此分析。
三．解答题
21．应用激光平行度好的特性，可以精确地测量距离，对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到的反射脉冲的时间间隔，就可求出激光器到目标的距离。若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2．56s，则月球到地球的距离大约是多少
答案：真空中的光速，从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间，月球到地球的距离为。
解析：解答：真空中的光速，从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间，月球到地球的距离为。
分析：这种题型关键是明白光的传播过程，光在真空中沿直线传播，传播速度为，同时还要注意所给时间为往返所用时间。
22． 由于激光是亮度高、平行度好、单色好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
答案：设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α．折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示．
由折射定律：
由几何关系：
由全反射临界角的公式：
cosβ=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有，．故
n====
解得
光导纤维的折射率应为
解析：解答：设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α．折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示．
由折射定律：
由几何关系：
由全反射临界角的公式：
cosβ=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有，．故
n====
解得
光导纤维的折射率应为
分析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射，令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率．
23．为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度．
答案：若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得
即，那么增透膜厚度
解析：解答：若绿光在真空中波长为，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得
即，那么增透膜厚度
分析：由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消．而光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化．
24．．如图所示，横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入，从另一个侧面AC折射出来．已知棱镜顶角∠A＝30°，AC边平行于光屏MN，且与光屏的距离为L．
(1)画出白光通过棱镜折射的光路图(出射光线画两条边缘光线，并指明其颜色)．
答案：由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折．在AC面，设红光折射角为β1，紫光折射角为β2，由于n2＞n1，所以紫光偏折角度将大于红光，故β2＞β1，光谱上方为紫光，下方为红光．光路图如图所示．
(2)求在光屏MN上得到的可见光光谱的宽度d．
答案：由折射定律得：n1sin 30°＝sin β1，n2sin 30°＝sin β2，则sin β1＝，sin β2＝．
MN上可见光光谱的宽度：
d＝L(tan β2－tan β1)＝L
＝L．
解析：解答：①由于光线垂直AB面入射，故在AB面上光线不偏折．在AC面，设红光折射角为β1，紫光折射角为β2，由于n2＞n1，所以紫光偏折角度将大于红光，故β2＞β1，光谱上方为紫光，下方为红光．光路图如图所示．
②由折射定律得：n1sin 30°＝sin β1，n2sin 30°＝sin β2，则sin β1＝，sin β2＝．
MN上可见光光谱的宽度：
d＝L(tan β2－tan β1)＝L
＝L．
分析：光垂直AB面射入，在AB面上不发生偏折，射到AC面上，入射角为，根据三棱镜对红光的折射率为，对紫光的折射率为．运用折射定律求出折射角，再根据几何关系求出可见光谱的宽度。
25．一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光为一个(列)光脉冲，若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11s，波长为694.3nm，发射功率为1.0×1010W，求:
(1)每列光脉冲的长度是多少
答案：光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度。
(2)用这种红宝石激光器照射皮肤上的色斑，每平方厘米色斑吸收能量达到60J以后，色斑便逐渐消失，一块色斑的面积为50mm2，则它要吸收多少个(列)红宝石激光脉冲才能逐渐消失
答案：面积为1cm2的色斑吸收的能量，色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为,消除的色斑需要光脉冲数为。
解析：解答：(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲长度。(2)面积为1cm2的色斑吸收的能量，色斑便逐渐消失。而1个光脉冲的能量为
消除的色斑需要光脉冲数为。
分析：光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离；每个光子的能量，每个光脉冲含有的能量为，从而求出要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失。
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