人教版高中物理选修3-4光的颜色　色散　激光课时自测Word版含解析

　　光的颜色　色散　激光
一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)
1.2016年，科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据。关于激光，下列说法中正确的是 (　　)
A.激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光
B.激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C.用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环
D.激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
【解析】选D。激光是人造光，也是偏振光，故A错误；激光相干性好，只有频率相同的两束激光才会发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确。
2.如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是
(　　)
A.红光的偏折最大，紫光的偏折最小
B.红光的偏折最小，紫光的偏折最大
C.玻璃对红光的折射率比紫光大
D.玻璃中紫光的传播速度比红光大
【解析】选B。玻璃对紫光的折射率最大，则紫光的偏折最大，由n=知玻璃中红光的传播速度比紫光大，故A、C、D错误，B正确。
3.(2018·杨浦区高二检测)如图所示，把酒精灯放在肥皂液薄膜前，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的示意图是(图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波) (　　)
【解析】选C。看到的明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的，而肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列波的同步性不同，明条纹是相干加强形成的，暗条纹是相干减弱形成的，故C项正确。
4.一束白光从顶角为θ的三棱镜一边以较大的入射角i射入并通过后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示。在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 (　　)
A.红光最先消失，黄光最后消失
B.红光最先消失，紫光最后消失
C.紫光最先消失，黄光最后消失
D.紫光最先消失，红光最后消失
【解析】选D。白光射入棱镜后光路图如图所示，故在屏P上得到彩色光带中红光在最上面，紫光在最下面。当入射角i逐渐减小到零的过程中紫光最先消失，红光最后消失，选项D正确。
5.(多选)某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入，并从另一面射出，如图所示。由此我们可以知道 (　　)
A.在同种介质中，A光的波长比B光的波长长
B.从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的小
C.A、B两种光在水中的速度一样大
D.A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射
E.A光比B光易发生明显的衍射现象
【解析】选A、D、E。由图可知，B光折射率较大，B光的频率大。同种介质中，A光的波长比B光的波长长，选项A、E正确；从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的大，选项B错误；A、B两种光在水中的速度，A光较大，选项C错误；由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射，选项D正确。故选A、D、E。
6.(多选)(2018·长安高二检测)如图所示，一束太阳光入射到三棱镜上，通过三棱镜后在另一侧的光屏MN上ad之间形成彩色光带，下列说法中正确的是
(　　)
A.入射到ad区域的彩色光带，在光屏上自上而下的颜色为红色到紫色
B.所有入射到ad区域的各种单色光相比较，在光屏上越靠近a的单色光在三棱镜中的传播速度越大
C.若在光屏上pd区域不同位置放置灵敏温度探测器，越靠近d点的温度探测器升温越快
D.若在光屏上pd区域不同位置放置灵敏温度探测器，靠近a点的温度探测器比靠近d点的温度探测器升温快
E.所有入射到ad区域的各种单色光相比较，靠近d的光易穿过傍晚的大气层
【解析】选A、B、D。太阳光照射到三棱镜上发生色散时，因红光的折射率最小，紫光的折射率最大，所以红光在a处，紫光在d处，A正确；越靠近a处的单色光，折射率越小，由v=可知，对应的在三棱镜中的传播速度越大，B正确；落在a点附近的光是红外线，它的显著效应是热效应，故将灵敏温度探测器放在a点附近比放在d点附近升温快，所以C错误，D正确；穿过大气层时紫光易被吸收，E错误。故选A、B、D。
7.(多选)如图所示，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是 (　　)
A.紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽
B.紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽
C.红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽
D.红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽
【解题指南】解答本题时可按以下步骤进行:
(1)由题意画出红光和紫光经过棱镜后大致的光路图。
(2)由近及远移动光屏位置，判断可能出现的情况。
【解析】选C、D。
由于玻璃对紫光的折射率大于对红光的折射率，故紫光和红光经过棱镜后光路如图所示。在光屏由近及远移动过程中，可能是红色光带在上，紫色光带在下，也可能是红色光带在下，紫色光带在上，但红色光带始终较宽，故选项C、D对，选项A、B错。
二、非选择题(14分)
8.如图甲所示，两株相同的小麦苗分别放在盛有培养液的a、b瓶中，其中a中培养液有足够的小麦所需的全部矿质元素，b中培养液仅比a缺少镁元素。现有一直角三棱镜，如图乙所示，α角为30°，BC边与MN平行，且相距为l= cm。一束含红光、紫光的光束垂直AB边射入棱镜，已知光束宽为2 cm。如果要促进小麦苗的生长，促进其进行光合作用，把培育了足够长时间的小麦苗移动，则a和b最适宜的移动区域分别在MN上的哪一段？距离有多宽？请画图表示。(已知红光、紫光的折射率分别为、，a中培养液养分充足，小麦正常生长，麦叶里含叶绿素占绝大部分，主要吸收红光，b中由于缺少镁元素，无法形成叶绿素，所以麦叶中类胡萝卜素占大多数，主要吸收紫光)
【解析】由于光垂直于AB入射，在AB边上不发生折射，在BC边上红光、紫光分别发生折射，由于入射角为30°，n=，得红光、紫光的折射角正弦值分别为sin i1=sin30°、sin i2=sin 30°，其角度分别为45°和60°。如图所示DOO′FD内为紫光区域，EOO′GE内为红光区域，有DF=EG=OO′=
cm=4 cm，算得EH=(4+tan 45°) cm=(4+) cm，FH=tan 60° cm=
3 cm，EF=EH-FH=(+1)cm。
其中DF为紫光区域，EG为红光区域，EF区域内既有红光也有紫光。因此，a瓶中麦苗吸收红紫光比较多，最适当的区域是在红紫光区域EF，宽为(+1)cm；b瓶中的麦苗对紫光的吸收量大，最适宜的区域是紫光区域DF，宽为4 cm。
答案:见解析
1.(15分)(1)(多选)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.n1C.a光在玻璃中的传播速度比b光小
D.a光在玻璃中的传播速度比b光大
E.a光的频率大于b光的频率
(2)如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R，光屏PQ置于直径的右端并与直径垂直，一复色光与竖直方向成α=30°角射入玻璃砖的圆心，由于复色光中含有两种单色光，故在光屏上出现了两个光斑，玻璃对这两种单色光的折射率分别为n1=和n2=。求:
①这两个光斑之间的距离；
②为使光屏上的光斑消失，复色光的入射角至少为多少？
【解析】(1)选B、C、E。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由公式v=分析可知a光在玻璃中的传播速度比b光小，故C正确，D错误。
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，则a光的频率大于b光的频率，故E正确。
(2)①作出光路图，由折射定律有:n1=，n2=。
代入数据得:β1=45°，β2=60°。
故ab=Pb-Pa=Rtan 45°-Rtan 30°=(1-)R。
②当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失，且玻璃对其折射率为n2的色光先发生全反射，故sin C==，即入射角α=C=45°。
答案:(1)B、C、E　(2)①(1-)R　②45°
2.(15分)(1)(多选)表面附着油膜的透明玻璃片，当有阳光照射时，可在表面和玻璃片的边缘分别看到彩色图样，则(　　)
A.两者都是色散现象
B.两者都是干涉现象
C.前者是干涉现象
D.后者是折射现象
E.前者不是色散现象，后者是色散现象
(2)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最小厚度。
【解析】(1)选A、C、D。阳光照射到油膜上，油膜前后表面的反射光干涉形成彩色图样，是干涉现象。阳光照在边缘棱角处，由于折射产生彩色图样，是折射现象，两者都属于色散现象，故选项A、C、D正确。
(2)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，最小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。若绿光在真空中波长为λ0，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:
n==，即λ=，那么增透膜厚度:
h=λ== m=1×10-7 m。
答案:(1)A、C、D　(2)1×10-7 m