章末综合测评(四) 光及其应用
时间：75分钟 满分：100分
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28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．地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲．下列光路图中能描述该现象的是( )
A B
C D
2．关于教材中出现的以下四张图片，下列说法不正确的是( )
A．图1所示疾驰而过的急救车使人感觉音调变化，是由于波的叠加引起的
B．图2所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的干涉产生的
C．图3所示泊松亮斑现象是由于光的衍射产生的
D．图4所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光的全反射引起的
3．小红利用图1所示的装置，观察红光的干涉、衍射现象，其中P是光学元件，且P到光屏的距离恒定，通过实验在光屏上得到了图2所示甲、乙、丙、丁四种图样．下列说法正确的是( )
A．甲对应的P是双缝，双缝间距较大
B．乙对应的P是双缝，双缝间距较大
C．丙对应的P是单缝，缝的宽度较宽
D．丁对应的P是单缝，缝的宽度较窄
4．某同学利用玻璃制成的实心“水晶球”模拟彩虹的形成，该同学让一细束复色光从P点射入水晶球，最后分成a、b两束单色光从水晶球射出，光路图如图所示，下列说法正确的是( )
A．彩虹的形成是光的干涉现象
B．“水晶球”对a光的折射率比b光的大
C．在“水晶球”中，a光的传播速度比b光的大
D．遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显的衍射现象
5．如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为，则这束光进入棱镜后的光路图应为( )
A B C D
6．如图所示，有玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光线a垂直于AB射入棱镜，由AC射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为30°，则棱镜的折射率为( )
A． B． C． D．
7．摄影师在水下对水上的景物进行拍摄，忽略镜头尺寸的影响，假设摄影师由水下竖直向上拍摄，光的传播路径如图所示，已知水的折射率为，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，下列说法正确的是( )
A．光线射入水中频率减小
B．水中拍摄到的水上景物比实际位置偏低
C．水上景物的像将集中在一个倒立的圆锥内
D．进入镜头的光线与竖直方向的夹角θ最大为37°
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
8．渔民在清澈的河水中用鱼叉叉鱼，可改用激光束捕鱼，关于两种捕鱼方法下列说法正确的有( )
A．用鱼叉叉鱼时，应该瞄准人所看到鱼的位置
B．用鱼叉叉鱼时，应该瞄准人所看到鱼的下方
C．用激光捕鱼时，应该瞄准人所看到的鱼
D．用激光捕鱼时，应该瞄准人所看到鱼的下方
9．结合图片分析，下列说法正确的是( )
A．图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角θ1逐渐增大到某一值后不再会有光线从a′面射出
B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离Δx将减小
C．图丙是针尖在灯光下发生的现象，这种现象反映了光的干涉现象
D．图丁是自然光通过偏振片P、Q的实验结果，右边是光屏．当P固定不动缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是横波
10．如图所示，单色光Ⅰ和Ⅱ照射到半圆形玻璃砖的圆心O，从玻璃砖圆面上的同一位置离开玻璃砖，下列说法正确的是( )
A．在同种玻璃中单色光Ⅰ的传播速度大
B．在同种玻璃中单色光Ⅰ的折射率较大
C．增大单色光Ⅰ的入射角会发生全反射现象
D．用相同的实验装置进行双缝干涉实验，单色光Ⅱ的相邻明条纹间的距离较大
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11．(7分)在“测定玻璃的折射率”的实验中，
(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了缺刻度尺还少了一种器材，请你写出所缺器材的名称：________，老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(选填“A”“B”或“C”)．
(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖，使其圆心与O重合，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线．其中她确定P3大头针位置的方法应当是____________．操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)，则她测出玻璃的折射率n＝________．
12．(10分)在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，
(1)如图1所示，将实验仪器按要求安装在光具座上，小光同学观察到清晰的干涉条纹．若他对实验装置进行改动后，在像屏上仍能观察到清晰的干涉条纹，但条纹间距变宽．以下改动可能会实现这个效果的是________．
A．仅将滤光片向右移动靠近单缝
B．仅将像屏向左移动少许
C．仅将绿色滤光片换成红色滤光片
D．仅将像屏向右移动少许
(2)如图2所示，在测量过程中将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数x1＝1.670 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第4条亮纹中心对齐，记下此时图3中手轮上的示数x4＝________ mm．
(3)已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离L为0.700 m，由计算式λ＝________(用(2)(3)中提供的字母表示)，可得所测单色光波长为______ m(结果保留两位有效数字)．
13．(9分)如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯(可视为点光源)，均质球对两种色光的折射率分别为n红和n蓝．为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射(不考虑光线在球内反射后的折射)，若红灯到水面的最大距离为h红，求：
(1)蓝灯到水面的最大距离；
(2)两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？
14．(13分)如图所示，某次“找靶点”游戏中，在距长方体水缸开口32 cm处的侧壁位置M点贴一张靶点的图片，然后将水缸装满水，游戏者需要站在指定观测点调整观察角度，恰好切着右侧壁P点看到靶点图片，此时将一根细长直杆从观测点经P点插入水中至水缸侧壁O点，测得O点在M点上方 14 cm 处，已知长方体水缸左右侧壁间距离为24 cm．
(1)试解释水缸装满水后，为什么观察到的“靶点”的位置升高了？
(2)若光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s, 求光在该水缸中水里的传播速度．
15．(15分)为保证泳池夜间安全，需要在泳池铺设池底灯提供光照．如图甲所示，足够大的泳池中央有一直径为d的圆形池底灯，灯面与池底相平．已知水的折射率为n，水深为h，水面平静，求：
(1)若水深增大，则在水面上形成的光斑面积如何变化？试通过在图乙中画出相应的光路图并简要说明(不要求计算)．
(2)当水深为h时，水面上形成的光斑面积S．
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1．A [根据折射定律n上sin θ上＝n下sin θ下，由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则θ下逐渐减小，画出光路图如图所示，则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向.故选A.]
2．A [题图1所示疾驰而过的急救车使人感觉音调发生变化，当急救车靠近时，感觉声调变高，反之急救车远离时，感觉声调变低，这是由多普勒效应引起的，故A错误；题图2所示竖直的肥皂膜看起来常常是水平彩色横纹，是由于光的薄膜干涉，故B正确；题图3所示泊松亮斑现象是由于光的衍射，故C正确；题图4所示水中的气泡看上去特别明亮，是由于光从水进入气泡时发生了全反射，故D正确.本题选不正确的，故选A.]
3．A [条纹甲和乙都是平行等距的，都是干涉条纹，则甲和乙对应的P是双缝，根据Δx＝λ可知，甲条纹间距较小，则甲双缝间距较大，选项A正确，B错误；丙和丁对应的条纹是平行不等距的，则为衍射条纹，则P是单缝，因题图丙的衍射现象较丁更明显，可知丙单缝的宽度较窄，选项C、D错误.故选A.]
4．B [彩虹的形成是光的折射现象，故A错误；在P点，入射角相同，由n＝可知，“水晶球”对a光的折射率比b光的大，故B正确；由v＝可知，“水晶球”中，a光的传播速度比b光的小，故C错误；因为a光的折射率比b光的大，所以a光的频率比b光大，则b光的波长比a光的长，遇到同样的障碍物，b光比a光更容易发生明显的衍射现象，故D错误.故选B.]
5．D [光线垂直AB面射入，在到达AC面上时入射角i＝60°，因光线的临界角C满足sin C＝，C＝45°，i＞C，所以光线在AC面发生全反射；光线到达BC面上的入射角i′＝30°，由于i＜C，所以有部分光线从BC面射出，还有部分光线经BC面反射到AC面上，此时入射角等于零度，光线垂直于AC面射出，故D正确.]
6．C [由题意可知，光线从玻璃射向空气中时，入射角为θ1＝30°，折射角为θ2＝60°，则玻璃的折射率n＝＝故选C.]
7．C [光线由水上射入水中时，光的频率不变，故A错误；如图所示，光源S成像在S′处，S′的位置比S的位置偏高，故B错误；光从空气中折射进入水中再进入镜头，所以水上景物的像将集中在一个倒立的圆锥内，故C正确；当光线在水面的入射角为90°时，水中光线与竖直方向夹角达到最大值，即临界角C，且sin C＝＝>0.6，则C>37°，故D错误.故选C.]
8．BC [用鱼叉叉鱼时，从鱼身上发出的光，经水面出射到空气中后会发生折射，折射角大于入射角，人眼逆着折射光线看去，会看到鱼的位置比实际高了，则应该瞄准人所看到鱼的下方，故A错误，B正确；用激光捕鱼时，因为光路可逆，所以光线会沿同路径折射回去，人看到鱼的位置就是实际位置，则应该瞄准人所看到的鱼，故C正确，D错误.故选BC.]
9．BD [题图甲中，根据几何关系可知上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性，无论怎么增大入射角θ1，下表面的入射角不会达到临界角，光线都会从a′面射出，故A错误；题图乙中，根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝λ，可知只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离Δx将减小，故B正确；题图丙是针尖的衍射现象图片，故C错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确.故选BD.]
10．BD [由题图可知，单色光Ⅰ的入射角大，单色光Ⅰ和Ⅱ的折射角相同，根据折射定律可知在同种玻璃中单色光Ⅰ的折射率较大，故B正确；根据v＝可知，在同种玻璃中单色光Ⅰ的传播速度小，故A错误；单色光从光疏介质射向光密介质时不会发生全反射现象，故增大单色光Ⅰ的入射角不会发生全反射现象，故C错误；单色光Ⅱ的频率小，波长长，根据Δx＝λ可知，用相同的实验装置进行双缝干涉实验，单色光Ⅱ的相邻明条纹间的距离较大，故D正确.故选BD.]
11．解析：(1)在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如题图甲所示的实验器材，还缺少刻度尺、大头针；依据光的折射定律，及玻璃砖上下表面平行，那么出射光线与入射光线相互平行，因此第四枚大头针应在题图乙中的位置B处，如图所示.
(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像；如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得：入射角和折射角的正弦值分别为sin i＝，sin γ＝
其中CO＝DO，则折射率n＝＝＝＝1.5.
答案：(1)大头针 B (2)挡住P1、P2的像 1.5
12．解析：(1)根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝λ，其中L为双缝到像屏的距离，d为双缝之间的长度，可知仅将像屏向右移动少许即L增大、将绿色滤光片换成红色滤光片即λ变大，可以使条纹间距变大，故C、D正确，A、B错误.
(2)螺旋测微器的读数为x4＝8.5 mm＋10.0×0.01 mm＝8.600 mm.
(3)条纹间距Δx＝，根据Δx＝λ，可得λ＝，代入数据解得λ＝6.6×10-7 m.
答案： (1)CD (2)8.600 (3) 6.6×10-7
13．解析：(1)为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从球的上半部分折射出去，以红光为例，当入射角最大达到临界角时，光线平行水面折射出去，光路图如图所示：
假设半球半径为R，根据全反射定律和几何关系可知
sin C红＝＝
同理可知蓝光
sin C蓝＝＝
两式联立解得
h蓝＝·h红.
(2)蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红，根据(1)问结果h蓝＝·h红，结合n蓝＞n红＞1，可知h蓝＜h红
所以蓝灯应该在红灯的上方.
答案：·h红 (2)上方，理由见解析
14．解析：(1)水缸装满水后，“靶点”反射的光经过水进入空气，发生了折射，所以观察到的“靶点”的位置升高了.
(2)光路图如图所示，由几何关系可得tan i＝
tan γ＝
水的折射率n＝
解得n＝
光在该水缸中水里的传播速度v＝
解得v＝2.25×108 m/s.
答案：(1)见解析 (2)2.25×108 m/s
15．解析：(1)如图所示，假设P端发出的光在水面M点发生全反射，则形成的光斑是以点O为圆心、MN为直径的圆，若水深增大时，圆形光斑的直径EF也增大，即光斑面积增大.
(2)根据全反射的临界角C与折射率的关系得
sin C＝
由几何关系得tan C＝
设光斑半径为r，有r＝h tan C＋
光斑面积S＝πr2
联立解得S＝π
答案：(1)见解析 (2)π
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