高中物理鲁科版选修3-4 训练题第5章 光的干涉 衍射 偏振 Word版含解析

章末过关检测
一、单项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1．对于自然光和偏振光，以下认识正确的是(　　)
A．从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光
B．自然光通过一个偏振片后成为偏振光，偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光
C．电灯发出的光透过偏振片，旋转偏振片时看到透射光的亮度无变化，说明透射光不是偏振光
D．自然光只有在通过偏振片后才能成为偏振光
解析：选A.太阳、蜡烛等普通光源发出的光为自然光，包括在垂直光的传播方向上沿一切方向振动的光，故选项A正确；自然光通过偏振片时，只有与偏振片透振方向一致的光才能通过，沿其他方向振动的光被偏振片吸收，所以通过偏振片后的透射光是偏振光，不论通过几个偏振片，所以选项B是错误的；由于自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射亮度不变，即旋转偏振片时亮度不变是因为入射光是自然光，而不是因为透射光不是偏振光，所以选项C是错误的；偏振现象是很普遍的，而不是只有通过偏振片后才能成为偏振光，平常见到的绝大多数光都是偏振光，故选项D是错误的．
2．一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃的另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离．在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是(　　)
A．红光以30°的入射角入射
B．红光以45°的入射角入射
C．紫光以30°的入射角入射
D．紫光以45°的入射角入射
解析：选D.因为同种介质对紫光的折射率较大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A、B项错误；设入射角为i，折射率为n，平板玻璃厚度为d，侧移距离为Δx，则Δx＝dsin i，可见对于同一种色光，入射角越大，侧移距离越大，D项正确．
3．下列应用激光的事例中错误的是(　　 )
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料
解析：选C.激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的．
4．光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出．下列说法正确的是(　　)
A．内芯的折射率大于包层的折射率
B．内芯的折射率小于包层的折射率
C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同
D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射
解析：选A.光线在内芯和包层的界面上发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于包层的折射率．故A正确，B错误；不同频率的光在界面上发生全反射，知经过的路程相同，根据v＝，知光在介质中传播的速度不同，则传播的时间不同．故C错误；根据sin C＝，知折射率越大，临界角越小，红光的折射率小，则临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能在分界面上发生全反射．故D错误．
5．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是(　　)
A．图中光束①是红光，光束②是蓝光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快
C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄
D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽
解析：选C.由题图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1＞n2，而n红＜n蓝，A错；由v＝得，B错；折射率大的光束波长小，在单缝衍射、双缝干涉实验中的条纹宽度要小，C对、D错．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
6．下列说法中正确的是(　　)
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
C．“门镜”可以扩大视野是利用光的衍射现象
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹是光的衍射现象
解析：选BD.拍摄玻璃橱窗内的物品时在镜头前加一个偏振片以减弱反射光的强度，选项A错；全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性，选项B对；“门镜”可以扩大视野是利用光的折射现象，选项C错；通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹是光的衍射现象，选项D对．
7．用单色光做双缝干涉实验时，下列说法中正确的是(　　)
A．入射光的波长越长，相邻两亮条纹中心的距离越大
B．入射光的频率越高，相邻两亮条纹中心的距离越大
C．把入射光由绿光变成紫光，相邻两亮条纹中心的距离变小
D．把入射光由绿光变成红光，相邻两亮条纹中心的距离变小
解析：选AC.由Δx＝λ知，对于一确定的双缝干涉实验装置，单色光的干涉条纹相邻两亮条纹中心的距离Δx跟波长λ成正比，由c＝λf知，光的频率f越大，λ越小，Δx越小，紫光的波长比绿光小；故相邻两亮条纹中心的距离比绿光的小，红光的波长最大，Δx最大．
8．一束复合光射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分开为a、b两束不同颜色的单色光，下列判断中正确的是(　　)
A．光束a的频率比光束b大
B．在玻璃中传播，光束a的波长比光束b大
C．玻璃对光束a的折射率比玻璃对光束b的折射率小
D．若光束从玻璃中射向空气，则光束a的临界角比光束b的临界角小
解析：选BC.由题图可知a光在玻璃砖中的偏折程度较小，所以玻璃砖对a光的折射率小，C正确；折射率小，频率低，所以a光的频率小于b光的频率，A错误；因为a光的频率小，根据c＝λf知，则a光的波长长，B正确；根据sin C＝知，折射率小的临界角大，所以光束a的临界角比光束b的临界角大，D错误．
9．下列有关光现象的解释正确的是(　　)
A．光在同一介质中沿直线传播
B．海市蜃楼是全反射的结果
C．任何两束光都可以发生干涉
D．为了司机在夜间安全行驶，汽车前窗玻璃常采用偏振玻璃
解析：选BD.光在同一种均匀介质中才会沿直线传播，选项A错误；海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的，所以选项B正确；只有相干波才可以发生干涉，选项C错误；汽车前窗玻璃采用偏振玻璃，在夜间行驶时可以减弱对面车辆照射过来的光强，选项D正确．
三、非选择题(本题共4小题，共46分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
10．(6分)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1________Δx2(填“>”“＝”或“<”)．若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________ mm.
解析：根据Δx＝λ，因为红光的波长比绿光的长，所以红光的干涉条纹间距Δx1比绿光的干涉条纹间距Δx2大；由题意得相邻亮条纹的间距为Δx＝＝ mm＝2.1×10－3 m，再由Δx＝λ可以解得d＝0.300 mm.　
答案：＞　0.300
11．(12分)在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．
(1)在图丙中画出完整的光路图；
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和______(选填“A”或“B”)．
解析：(1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖两边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．
(2)设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sin i＝＝0.798，
sin r＝＝0.521
所以玻璃砖的折射率n＝＝≈1.53.
(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.
答案：(1)见解析图　(2)1.53(说明：±0.03范围内都可)
(3)A
12．(14分)(2019·高考全国卷Ⅰ)如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m．距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°＝0.8)．已知水的折射率为.
(1)求桅杆到P点的水平距离；
(2)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
解析：(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有
＝tan 53°①
＝tan θ②
由折射定律有
sin 53°＝nsin θ③
设桅杆到P点的水平距离为x，则
x＝x1＋x2④
联立①②③④式并代入题给数据得
x＝7 m．⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有
sin i′＝nsin 45°⑥
设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x′1，到P点的水平距离为x′2，则
x′1＋x′2＝x′＋x⑦
＝tan i′⑧
＝tan 45°⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′＝(6－3) m≈5.5 m．⑩
答案：(1)7 m　(2)5.5 m
13．(14分)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．
解析：如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A′点折射，根据折射定律有
nsin θ＝sin α①
式中，n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角．
现假设A′恰好在纸片边缘，由题意，在A′点刚好发生全反射，故
α＝②
设AA′线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有
sin θ＝③
由题意，纸片的半径应为
R＝L＋r④
联立以上各式可得n＝ .
答案：