2020年高中物理人教版选修3-4　 第十三章 《 光 》试题（解析版）

人教版选修3-4 第十三章 光 试题
一、选择题
1.我国南宋时期的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道：“凡雨初霁，或露之未晞，其余点缀于草木枝叶之末……日光入之，五色俱足，闪铄不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象（ ）
A. 反射 B. 色散 C. 干涉 D. 衍射
2.关于红光和绿光，下列说法正确的是（ ）
A．红光的频率大于绿光的频率
B．在同一玻璃中红光的速率小于绿光的速率
C．用同一装置做双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距大于绿光的干涉条纹间距
D．当红光和绿光以相同入射角从玻璃射入空气时，若绿光刚好能发生全反射，则红光也一定能发生全反射
3.对下列现象解释正确的是(　　)

A. 图甲的原理和光导纤维传送光信号的原理一样
B. 图乙的原理和雨天水洼中彩色油膜的原理一样
C. 图丙的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样
D. 图丁的原理和用标准平面检查光学平面的平整程度的原理一样
4.关于下面四幅图所对应的光学现象，下列说法正确的是（ ）

A. 甲图可能是单色光形成的双缝干涉图样
B. 在乙漫画中，由于光的折射，岸上的人看到的鱼比鱼的实际位置要浅一些
C. 丙图为一束由红光、紫光组成的复色光c射入半球形玻璃体后分成光束a、b的光路图，可知其中a光为红光
D. 若丁图是光从空气射入玻璃中时的光路图，则其入射角是60°
5.一束复色光沿半径方向射向一半圆形玻璃砖，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。下列说法中正确的是（ ）

A．玻璃砖对a、b的折射率关系为na＜nb
B．a、b在玻璃中的传播速度关系为va＞vb
C．单色光a从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光b从玻璃到空气的全反射临界角
D．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹的间距比b光的宽
6.如图所示，从点光源S发出的一束细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．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
B．b侧光更容易产生衍射现象
C．若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b侧光
D．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距
7.如图所示，P、Q是两种透明材料做成的两块形状相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光自P的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nP
A. 光线有可能不从Q的下面射出
B. 光线在P中的波长小于在Q中的波长
C. 从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行
D. 如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定小于θ
8.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)

A. 该棱镜的折射率为 B. 光在F点发生全反射
C. 光从空气进入棱镜，波长变小 D. 从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
9.如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2-r1应为(　 )

A. B. C. D.
10.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4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
11.如图所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB，以下对该介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是(　　)

A. ，不能发生全反射 B. ，能发生全反射
C. ，不能发生全反射 D. ，能发生全反射
12.如甲图所示是用干涉法检查某块厚玻璃的上表面是否平整的装置，检查中所观察到的干涉条纹如图乙所示，则（ ）

A. 产生干涉的两列光波分别是由a的上表面和b的下表面反射的
B. 产生干涉的两列光波分别是由a的下表面和b的上表面反射的
C. 被检查的玻璃表面有凸起
D. 被检查的玻璃表面有凹陷
13.光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是(　 　)．
A. 一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B. 一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C. 日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D. 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
14.如右图所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行。由光源S发出的一束白光沿半圆半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上。在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是 （　　）

A. 左红右紫，红光 B. 左红右紫，紫光
C. 左紫右红，红光 D. 左紫右红，紫光
15.把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关阐释合理的是（ ）

A. 远离中心点处亮环的分布较疏
B. 用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C. 是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D. 与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
16.如图所示，一束入射光AO从某种介质以入射角α射入空气，以O点为圆心，R1为半径画圆C1与折射光线OB交于M点，过M点向两介质的交界面作垂线与入射光线AO的延长线交于N点，以O点为圆心，ON为半径画另一个圆C2，测得该圆的半径为R2，下列判断正确的是（ ）

A．该介质的折射率为
B．若光由介质射入空气发生全反射，则临界角为arcsin
C．若过圆C1与界面的交点D作界面的垂线交圆C2于P点，则OP与法线所夹的锐角等于全反射的临界角
D．若入射光的强度保持不变，逐渐增大入射角α，则折射光的强度将逐渐增加
17.如图所示，有一半球形玻璃砖，Ⅰ、Ⅱ两束不同频率的单色光从玻璃砖底边平行射入，a、b为入射点（均在玻璃砖底边圆心O的左侧），两束光进入玻璃砖后一起射到O’点，O’O垂直底边，下列说法正确的是（ ）

A. 从O’点射出的一定是一束复色光，并且平行Ⅰ、Ⅱ两束入射光
B. 用同一装置做双缝干涉实验，Ⅱ光的条纹间距较小
C. 在玻璃砖中的速度Ⅰ光比Ⅱ光小
D. 若将Ⅰ光的入射点a左移一点，则两束平行光的出射光线也一定平行
二、填空题
18.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。
19.（1）在《用双缝干涉测光的波长》实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上（如图），并选用缝间距的双缝屏．从仪器注明规格可知，像屏与双缝屏间的距离．然后，接通电源使光源正常工作．



①已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图2（a）所示，图2（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图2（b）中游标尺的读数；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图3（a）所示，此时图3（b）中游标尺上读数________ ．
②利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹（或暗纹）间的距离________ ；这种色光的波长________ ．
三、计算题
20.一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，截面图如图所示，观景台下表面恰好和水面相平,A为观景台右侧面在湖底的投影,水深h=8m?.在距观景台右侧面x=4m?处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S,现该光源从距水面高3m处向下移动到接近水面的过程中,观景台水下被照亮的最远距离为AC,最近距离为AB,若6m?,求:
?
（1）水的折射率n;?
（2）光能照亮的最远距离?AC (计算结果可以保留根号).（两个问题均要求画出光路图）
21.如图所示，AOB为扇形玻璃砖，一细光束照射到AO面上的C点，入射光线与AO面的夹角为30°，折射光线平行于BO边，圆弧的半径为R，C点到BO面的距离为 ，AD⊥BO，∠DAO=30°，光在空气中国的传播速度为c，求
①玻璃砖的折射率及光线在圆弧面上出射时的折射角；
②光在玻璃砖中传播的时间．

22.雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光射到空中弥散的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路.一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R=10mm的球，球心O到入射光线的垂直距离为d=8mm，水的折射率为.

（1）画出该束光线射入水珠后，第一次从水珠中射出的光路图；
求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠，光线偏转的角度.
（2）求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠所用的时间(c=3×108m/s)


答案解析
1.B
【解析】试题分析：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．
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，B正确．
2.C
【解析】由于在光的色散现象中，红光的折射率率小于绿光的折射率率，故红光的频率小于绿光的频率，A的说法是不对的；在同一介质中传播时，折射率越大的光的光速越小，故绿光的速率小于红光的速率，B也不对；
在做双缝干涉实验中，根据公式d=可知，波长越大的光，所产生的干涉条纹间的距离越大，而红光的频率小于绿光，则红光的波长大于绿光，则红光的干涉条纹的间距会大于绿光，C是正确的；由于红光的折射率小，根据n=可知，红光的全反射角较大，绿光的全反射角小，若绿光刚好能发生全反射，则红光需要在更大的入射角下才能发生全反射，故D的说法是不对的，该题选C。
3.AC
【解析】沙漠蜃景是光的全反射现象，而光导纤维是光的全反射现象，它们的原理相同，A正确；彩虹是光的折射，而雨天水洼中彩色油膜是光的干涉，原理不相同，B错误；彩色的肥皂泡是光的干涉，而镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们原理也相同，C正确；立体电影是光的偏振，与检查光学平面的平整程度是光的干涉现象，它们的原理不相同，D错误．
4.BD
【解析】图甲的中央条纹宽，是单缝衍射的图样，A错误；光从空气射入水中发生折射时，入射角大于折射角，岸上的人看到的鱼比鱼的实际位置要浅一些，B正确；紫光的折射率比红光大，相同入射角，当光从玻璃射入空气时，紫光的折射角大，a光束是紫光，b光束是红光，C错误；光从玻璃射入空气里时入射角小于折射角，故其入射角是30°，D正确．
5.C
【解析】光线在半玻璃砖的水平界面发生折射，从玻璃砖到空气，折射率为折射角正弦值与入射角正弦值之比，据图判断，折射率，选项A错。根据折射率可判断，a的折射率大，介质中传播速度小，所以a、b在玻璃中的传播速度关系为选项B错。发生全反射的临界角，a光折射率大，所以a光的临界角小，选项C对。根据折射率大的波长短，所以，双缝干涉的条纹间距，波长越短则间距越窄，所以a光波长短条纹间距窄，选项D错。
6.B
【解析】由图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大,所以a侧光,波长较小,b侧光,波长较大,又v=c/n,所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率,此题考查光的色散,如果能想到将倒置的三棱镜转正,变成我们熟知的问题,那就不难了.
7.AD
【解析】光线正好垂直通过两棱镜的界面，沿直线射到Q的下表面，由于入射角与临界角关系不清楚，光线在Q的下表面可能发生全反射，不从Q的下表面射出，也可能不发生全反射，从Q的下表面射出．故A正确．因nPλQ，选项B错误；C如果光线从Q的下表面射出，光路如图．

根据折射定律有：， ，由几何知识知，r1=i2，由题，nP＜nQ，则得r2＞i1，根据几何知识得：α＜θ．故C错误，D正确．故选AD.
8.AC
【解析】在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，由；故A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错误；根据公式： ，所以有，故C正确；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错误。所以AC正确，BD错误。
9.D
【解析】双缝到光屏上P点的距离之差是半波长的奇数倍，会出现暗条纹，第三条暗条纹距离之差为．故D正确．故选D．
10.ADE
【解析】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ADE.
11.A
【解析】由光路图可知，光线在OA面上的入射角：i=60°，折射角：r=30°
根据折射定律得折射率为：
光线在M点的入射角为：i′=30°，sini′=0.5
临界角的正弦为： ，即有：i′＜C
故折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射．故选A．
12.BD
【解析】分析：薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的．当两反射光的路程差（即膜厚度的2倍）是半波长的偶数倍，出现明条纹，是半波长的奇数倍，出现暗条纹，可知薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同．
解答：解：A、薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的发射光干涉产生的．故A错误，B正确．
C、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同．从弯曲的条纹可知，检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知该处凹陷．故C错误，D正确．
故选BD．
13.D
【解析】试题分析：由光的偏振现象的知识可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选D.
思路分析：根据偏振与衍射的定义加以判断
14.B
【解析】玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率，入射角相同时，通过半圆柱形玻璃砖后，红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大，则光屏上彩色光的排列顺序是左红右紫．根据临界角公式sinC=得知，紫光的临界角最小，当玻璃砖转动时，入射角增大，紫光最先发生全反射，最先从光屏上消失．
七种色光折射率、波长、频率、临界角等等物理量的关系，可结合光的色散、干涉等实验记住，这是考试的热点．
15.D
【解析】远离中心点处亮环的分布较密，A错；用白光照射时，仍能出现干涉形成的圆环，B错；是空气膜也即透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，C错；当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，故D正确。
16.C
【解析】设折射角为β，由几何知识得到，R1sinβ=R2sinα
又折射率n=，得到n= A错误；
光由介质射入空气发生全反射，临界角为C=arcsin．B错误；
设OP与法线所夹的锐角θ，临界角为C．由图可知 sinθ= 则θ=C．C正确;
光从介质射入空气时，入射角增大，反射光增强，折射光的强度减弱．D错误．
故选C。
17.AB
【解析】两光束射到O′点时的入射角都等于在玻璃砖底边的折射角，根据光路可逆性可知，从O′点射出时折射角都等于在玻璃砖底边的入射角，而在玻璃砖底边两光束平行射入，入射角相等，所以从O′点射出时折射角相同，两光束重合，并且平行入射光，则从O′点射出的一定是一束复色光．故A正确；Ⅱ光的折射率大，波长短，而双峰干涉条纹的间距与波长成正比，所以Ⅱ光的条纹间距较小，故B正确；Ⅱ光的折射率大，所以在玻璃砖中的速度Ⅰ光比Ⅱ光大，故C错误；若将Ⅰ光的入射点a左移一点，将射到O′左侧，入射角不再等于在玻璃砖底边的折射角，则折射角也不等于在玻璃砖底边的入射角，所以两束平行光的出射光线一定不平行，故D错误。
18. > 0.300

19. （1）； （2）；
【解析】（1）测量主尺的最小刻度是毫米，副尺上由50分度，则主副尺每小格相差0.02mm，由图可知，主尺上的读数为15mm，副尺上的读数为0.02mm（副尺0刻度右侧第一小格刻度线与主尺刻度线重合），由此可知图中游标尺上的读数；
（2）从两次测量干涉暗纹的编号可知，两个相邻明纹（或暗纹）之间的距离，又由双缝干涉实验中 可得：　　．
20.（1）4/3（2）m=9m
【解析】（1）点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，

则：由于
所以水的折射率
（2）点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C
则：
解得AC≈9m
21.
解：①光路如图所示，由于折射光线CE平行于BO，因此光线在圆弧面上的入射点E到BO的距离也为 ，则光线在E点的入射角α满足 sinα= ，得：α=30°
由几何关系可知，∠COE=90°，因此光线在C点的折射角为：r=30°
由折射定律知，玻璃砖的折射率为：n= = =
由于光线在E点的入射角为30°，根据折射定律可知，光线在E点的折射角为60°．
②由几何关系可知，CE= =
光在玻璃砖中传播的速度为：v=
因此光在玻璃砖中传播的时间为：t= =
答：①玻璃砖的折射率是 ，光线在圆弧面上出射时的折射角是60°；
②光在玻璃砖中传播的时间是 ．


22.（1）光路图如图所示.32° （2）


【解析】（1）光线射入水珠后，第一次从水珠中射出的光路图如图所示：

由几何关系得sinθ1=d/R=0.8，即θ1=53°
由折射定律得sinθ1=nsinθ2
解得sinθ2=0.6，即θ2=37°
则φ=2(θ1?θ2)=32°
（2）光线在水珠中的速度： ；光线在水珠中前进的距离为：
光线从射向水珠到第一次射出水珠所用的时间：