粤教版(2019)物理 选择性必修第一册 期末练习卷——光及其应用(2份,含解析)

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名称 粤教版(2019)物理 选择性必修第一册 期末练习卷——光及其应用(2份,含解析)
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资源类型 教案
版本资源 粤教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-12-14 15:30:50

文档简介

粤教版(2019)高中物理选择性必修第一册期末练习卷——光及其应用(一)
一、单选题
1.单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面,当入射角为
时,折射光线与反射光线刚好垂直,则该介质对该种色光的折射率为(?
?)
A.?2?????????????????????????????????????????B.??????????????????????????????????????????C.?1.5?????????????????????????????????????????D.?
2.如图所示,在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡,一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察,他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是(
??)
A.?红光?????????????????????????????????????B.?紫光?????????????????????????????????????C.?蓝光?????????????????????????????????????D.?黄光
3.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播,图中能正确表示传播路径的是(???
)
A.???????????????????????B.?
C.????????????????????D.?
4.如图所示,两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入,经三棱镜折射后相交于点P,下列说法中不正确的是(??

A.?a光在三棱镜中传播的速度较大???????????????????????????
B.?三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
C.?在利用a光和b光做衍射实验时,b光的实验现象更明显??????????
D.?让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置,a光的条纹间距小于b光的条纹间距
5.下列说法正确的是(??

A.?雨后天空出现彩虹是光的衍射现象
B.?相对论认为,真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
C.?横波在传播过程中,波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
D.?电磁波和机械波一样依赖于介质传播
6.在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样.若要减小干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是(??

A.?改用红色激光??????????B.?改用蓝色激光??????????C.?减小双缝间距??????????D.?将屏幕向远离双缝的位置移动
7.泊松亮斑是(???

A.?光的衍射现象??????????????????B.?光的反射现象??????????????????C.?光的折射现象??????????????????D.?光的干涉现象
8.在技术中可以利用光的干涉原理检测各种镜面的平整度,在被检测平面上放一个透明的样板,一端用薄片垫起,构成空气劈尖,让单色光从上方射入,如图所示,下面有关说法中正确的是(??

A.?用不同颜色的光照射时亮条纹的位置不变
B.?样板平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
C.?空气劈尖上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
D.?被检测平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
9.如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则(??

A.?在玻璃中,a光的传播所用时间小于b光的传播所用时间
B.?在真空中,a光的波长小于b光的波长
C.?玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D.?分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
10.下图为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样,则(???

A.?甲为蓝光的衍射图样
B.?乙为红光的干涉图样
C.?丙为红光的衍射图样
D.?丁为蓝光的干涉图样
11.如图所示,一束复色光从空气中沿半圆玻璃砖半径方向射入,从玻璃砖射出后分成
a、b两束单色光,则(??

A.?玻璃砖对
a
光的折射率为1.5???????????????????????????????B.?玻璃砖对
a
光的折射率为
C.?b
光在玻璃中的传播速度比
a
光大??????????????????????D.?b
光在玻璃中发生全反射的临界角比a光小
12.圆形玻璃砖的横截面如图所示,
O点为圆心,OO′为直径MN的垂线,足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点,已知半圆形玻璃砖的半径R=10cm,折射率
,一细束激光沿半径方向射向圆心O点,入射光线与OO′夹角
,光屏PQ上出现两个光斑,则这两个光斑之间的距离为(???
)
A.?
cm????????????????????????B.?
cm????????????????????????C.?
cm????????????????????????D.?
cm
二、填空题
13.如图为双缝干涉的实验示意图,若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________(填长、短)的单色光,或是使双缝与光屏间的距离________(填增大、减小).
14.用一只小的白炽灯照亮一个中心带有圆孔的遮光板,如果圆孔的直径由1cm逐渐减小到零,则在遮光板后面的光屏上依次出现的现象,先是________,后是________,接着是________,最后是________.
15.在光的双缝干涉实验中,在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度,尽可能使光子一个一个地通过狭缝,在曝光时间不长和曝光时间足够长两种情况下,实验结果是
①若曝光时间不长,________.
②若曝光时间足够长,________.
③这一实验结果表明光既有________,又具有________.
16.在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射用同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比,△x1________△x2(填“>”“=”或“<”),若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得地1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为________mm.
三、综合题
17.一束光线以45°的入射角从真空中射入某种介质时,其折射角为30°。已知真空中的光速为c,求:
(1)这种介质的折射率;
(2)光在这种介质中的传播速度大小。
18.有一块厚度为h,半径为R的圆饼状玻璃砖,折射率为
,现经过圆心截取四分之一,如图所示,两个截面为互相垂直的矩形,现使截面ABNM水平放置,一束单色光与该面成45°角入射,恰好覆盖截面。已知光在真空中传播速度为c,不考虑玻璃砖内的反射光,求:
(1)从ABCD弧面射出的光线在玻璃砖内的最长时间;
(2)ABCD弧面上有光线射出的面积。
19.深度为3.0m的水池,注满水后,在池底放一点光源A,它到池的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB恰好发生全反射。
(1)求池内水的折射率;
(2)一救生员在离池边不远处,他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为
。求救生员的眼睛到池边的水平距离。
20.如图所示,半径为R的半球形玻璃砖放置在水平面上,折射率
,圆心为O点,半球形的最高点为Q点。在玻璃砖内紧贴底面的P点放置一点光源,P点距O点的距离为
。已知
,求:
(1)P点发出的光经过Q点折射射出,求出射角的正弦值sinθ;
(2)通过计算判断,P点沿垂直底面方向发出的光能否从玻璃砖球面射出;
(3)若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出,P点距O点的距离L应满足的条件?
答案解析
一、单选题
1.【答案】
D
【解析】当入射角
,折射光线与反射光线恰好垂直,则折射角
,该介质对该种色光的折射率为
,D符合题意,A、B、C不符合题意。
故答案为:D
2.【答案】
B
【解析】光线从水中射入空气中折射时,折射角大于入射角,所以,水面上方的人看水中的灯觉得变浅。水对紫光的折射率最大,相同入射角时,折射角最大,水面上方的人看水中的紫光灯最浅。B符合题意,ACD不符合题意。
故答案为:B
3.【答案】
C
【解析】首先我们看最左端光线刚进入时的情况,光由空气进入内芯,由于内芯有一定的折射率,故折射角会变小,而AD中的折射角都大于入射角,AD不符合题意;又因为光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,所以光线进入纤维中后折射角会变化,而不是像B中不变,B不符合题意,C符合题意;当折射率减小时,其折射角与入射角的差值会变小,且在边缘时光会发生全反射,故光又会折回这种介质中,形成如图C所示的传播轨迹。
故答案为:C
4.【答案】A
【解析】A、由光在介质中传播速度的公
分析知,因a光的折射率大,b光的折射率小,知在玻璃种b光的传播速度较大,A错误,符合题意;
B、由图可知,a光的偏转角大,b光的偏转角小,所以三棱镜对a光的折射率大,对b光的折射率小,B不符合题意;
C、因b光的折射率小,波长较长,波动性强,所以在利用a光和b光做衍射实验时,b光的实验现象更明显,C不符合题意;
D、因a光的折射率大,b光的折射率小,所以a光的频率较大,波长较短,根据干涉条纹的间距与波长成正比,知让a光和b光通过同一双缝干涉装置,a光的条纹间距小,D不符合题意;
故答案为:A。
5.【答案】
B
【解析】解:A、雨后天空出现的彩虹是光的色散现象,故A错误;
B、根据相对论的知识可知,相对论认为,真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的.故B正确;
C、横波传播过程中,质点在平衡位置上下振动,不发生横向移动,故C错误;
D、电磁波的传播不需要介质,故D错误.
故选:B
6.【答案】
B
【解析】解:根据双缝干涉条纹间距公式△x=
λ知,减小入射光的波长、增大双缝间距,以及减小屏幕与双缝的距离,可以减小条纹的间距,由于蓝色的波长小于绿光的波长,可知换用蓝色激光可以减小条纹间距,故ACD错误B正确.
故选:B.
7.【答案】
A
【解析】泊松亮斑是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象,是指当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的不透光的小圆板时,就会在小圆板之后的光屏上出现环状的互为同心圆的明暗相间的衍射条纹,并且在同心圆的圆心处会出现一个较小的亮斑,这就是泊松亮斑。说明光线偏离了原来的直线方向传播,这就是单色光绕过不透光的小圆板发生衍射现象形成的。
故答案为:A。
8.【答案】
C
【解析】A.用不同颜色(即波长不同)的光照射时,波程差变化,则亮条纹的位置发生变化,A不符合题意;
BCD.根据薄膜干涉的产生原理,形成明暗相间的条纹是由空气膜上下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,BD不符合题意,C符合题意。
故答案为:C。
9.【答案】
B
【解析】AC.由图可知,光线a的偏折程度大,根据折射定律公式
知玻璃对a光的折射率大;根据公式
可知,a光在玻璃中的传播速度小,在玻璃中传播的时间为
可知,a光在玻璃中的传播时间长,AC不符合题意;
B.光线a的折射率大,说明光线a的频率高,根据
可知光线a在真空中的波长较短,B符合题意;
D.光线a在真空中的波长较短,根据双缝干涉条纹间距公式
分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,D不符合题意。
故答案为:B。
10.【答案】
D
【解析】AB.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故甲、乙是衍射图样,且甲图为红光的单缝衍射图样,乙图为蓝光的衍射图样,A、B不符合题意;
CD.双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故丙、丁两个是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距
可知,波长越大,条纹间距越大,故丙图为红光的双缝干涉图样,丁图为蓝光的干涉图样,C不符合题意,D符合题意。
故答案为:D
11.【答案】
D
【解析】AB.由折射定律可知,玻璃砖对
光的折射率为
AB不符合题意;
C.由题图可知玻璃砖对
光的折射率大于对
光的折射率,根据
可知在玻璃中
光的传播速度比
光小,C不符合题意;
D.玻璃砖对
光的折射率大于对
光的折射率,根据
可知
光在玻璃中发生全反射的临界角比
光的小,D符合题意。
故答案为:D。
12.【答案】
C
【解析】画出如图光路图,
设折射角为r,根据折射定律:
则得:
解得:
根据几何关系,两个光斑之间的距离为:
,C符合题意,ABD不符合题意;
故答案为:C
二、填空题
13.【答案】长;增大
【解析】解:依据双缝干涉相邻条纹间距规律
,可知要使干涉条纹的间距变大,在其它条件不变的情况下要么改用波长更长的单色光即增大λ,要么增大双缝与屏之间的距离L,要么减小双缝之间的距离d.
故答案为:长;增大.
14.【答案】一个圆形亮斑;若干同心圆(衍射图形);间距变大,同时变暗;完全变暗
【解析】解:用点光源S照射小孔,开始由于光的直线传播,在光屏上形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后形成小孔衍射,在光屏上形成范围逐渐增大的明暗相间的同心圆环,小孔逐渐减小到零的过程中,由于透过小孔的光减小,同时间距变大,则圆环亮度逐渐减弱,最后到完全变暗.
故答案为:一个圆形亮斑,若干同心圆(衍射图形),间距变大,同时变暗,完全变暗
15.【答案】
往往表现为粒子性,在底片上出现一些不规则的点;往往表现波动性,在底片上会出现干涉条纹;粒子性;波动性
【解析】解:①、曝光时间不长,可知光子数不多,往往表现为粒子性,在底片上出现一些不规则的点.②、曝光时间足够长,可知光子数较多,往往表现波动性,在底片上会出现干涉条纹.③、该实验说明光既具有粒子性,又具有波动性.
故答案为:①往往表现为粒子性,在底片上出现一些不规则的点;②往往表现波动性,在底片上会出现干涉条纹;③粒子性,波动性.
16.【答案】
>;0.300
【解析】红光的波长大于绿光的波长,由公式△x=
,可知红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比,△x1>△x2

λ=630nm=6.3×10﹣7m,x=10.5mm=1.05×10﹣2m
由公式△x=
得:d=
=
=3×10﹣4m=0.300mm
故答案为:>,0.300
三、综合题
17.【答案】
(1)解:根据折射定律可知
(2)解:光在介质中传播的速度大小为
【解析】(1)利用折射角和入射角的大小可以求出折射率的大小;
(2)利用折射率可以求出光的传播速度大小。
18.【答案】
(1)解:从NM边界射入玻璃柱体的光线在玻璃砖传播的距离最长


(2)解:根据折射定律有:
得r=30°;
设折射光线FE在BC界面刚好发生全反射
根据临界角公式
可得C=45°;
NE与水平方向的夹角为
有光透出的部分圆弧对应圆心角为
则ABCD面上有光透出部分的面积为
【解析】(1)通过折射,大致画出光的传播路径,利用几何关系求出光传播的最远距离,进而求出最长时间;
(2)当光从光密介质入射到光疏介质时,如果入射角大于临界角就会发生全反射,即只有反射光没有折射光,求出光的传播路径利用几何关系求解即可。
19.【答案】
(1)解:设到达池边的光线入射角为i,折射角为
,由题意得:

,由折射定律得
解得
(2)解:设救生员的眼睛接受的光线与竖直方向的夹角为
,该光线在水面的入射角为
。依题意得
由折射定律有
解得
设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x,池底点光源A到水面入射点的水平距离为a,由几何关系得
解得

【解析】(1)通过几何关系求出光的入射角和折射角,利用折射定律求解介质的折射率;
(2)结合光线的入射角和介质的折射率,利用折射定律求解折射角,大致画出光的传播路径,利用几何关系求解距离即可。
20.【答案】
(1)解:P点发出的光经过Q点折射射出的光路如图所示
由几何关系可知
(2)解:P点沿垂直底面方向发出的光的光路如图所示
由几何关系可知
可得
,P点沿垂直底面方向发出的光在界面处发生了全反射,不能从玻璃砖球面射出;
(3)解:若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出,则光线在砖内的入射角α的最大值小于临界角C
由几何关系可知

,即
时,
有最大值,α最大,
时,即P点沿垂直底面方向发出的光能够射出,则其它任意位置均可射出,得
【解析】(1)画出光折射的光路图,利用几何关系可以求出入射角的大小;结合折射率大小可以求出出射角正弦值的大小;
(2)利用折射率可以求出临界角的大小,比较入射角的大小可以判别能否从玻璃砖球面射出;
(3)若P发出的光能从玻璃砖球面任何位置射出,则入射角一定小于临界角,利用几何关系可以求出P点距离O点的距离大小。粤教版(2019)高中物理选择性必修第一册期末练习卷——光及其应用(二)
一、单选题
1.如图所示,一束可见光以入射角θ从玻璃砖射向空气,经折射后分为a、b两束单色光。a、b两束光相比,下列说法正确的是(??

A.?玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B.?在玻璃中,a光的速度较大b光的速度
C.?增大入射角θ,b光首先发生全反射
D.?a光光子的能量大于b光光子的能量
2.下列说法中正确的是(??

A.?变化的电场一定产生变化的磁场
B.?电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性
C.?雨后阳光下公路积水表面漂浮的油膜呈现彩色,这是光的折射现象
D.?考虑相对论效应,杆沿自身长度方向高速运动时比静止时长
3.一束单色光从空气射向某种介质的表面,光路如图所示。则该介质的折射率为(??

A.?2.00?????????????????????????????????????B.?0.50?????????????????????????????????????C.?0.58?????????????????????????????????????D.?1.73
4.如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°.己知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行.此玻璃的折射率为(??

A.??????????????????????????????????????????B.?1.5?????????????????????????????????????????C.??????????????????????????????????????????D.?2
5.半径为R的半圆柱介质截面如图所示,O为圆心,AB为直径,Q是半圆上的一点,QO垂直于AB。某单色光从Q点射入介质,入射角为60°,从直径AB上的P点射出,已知P点距O点的距离为
,光在真空中传播速度为c,则该单色光从Q点传到P点的时间为(??

A.???????????????????????????????????B.???????????????????????????????????C.???????????????????????????????????D.?
6.如图所示,a是由两种单色光组成的一束复色光,射向半圆玻璃砖的圆心O,折射后分成b、c两种单色光。由此可知(??

A.?玻璃对c光的折射率较大??????????????????????????????????????B.?c光在玻璃中的传播速度较大
C.?b光的频率较小???????????????????????????????????????????????????
D.?b光的光子能量较小
7.在透明均匀介质内有一球状空气泡,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C、D点射向介质,如图所示.已知A点的入射角为30°,介质对a光的折射率na=
.下列判断正确的是(??

A.?在该介质中,光传播速度va>vb
B.?a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏向角为30°
C.?光从该介质射向空气发生全反射时,临界角Ca>Cb
D.?a、b光分别通过同一双缝干涉装置时,屏上的条纹间距△xa>△xb
8.半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示,O为圆心,光线Ⅰ沿半径方向从a处射人玻璃后,恰在O点发生全反射.另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点b射人玻璃砖后,折射到MN上的d点,测得Od=
R.则玻璃砖的折射率为(??

A.?n=
??????????????????????????????????B.?n=2??????????????????????????????????C.???????????????????????????????????D.?n=3
9.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象.点燃酒精灯并在灯芯上洒些盐,竖立着一层肥皂液薄膜的金属丝圈.下面说法正确的是(??

A.?当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°??????????B.?当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C.?当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°??????????D.?干涉条纹保持原来状态不变
10.下面关于普通光和激光的特点叙述正确的是(??

A.?前者是相干光,后者是非相干光?????????????????????????B.?前者是非相干光,后者是相干光
C.?都是相干光?????????????????????????????????????????????????????????
D.?都是非相干光
11.在单缝衍射实验中,中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上.假设现在只让一个光子能通过单缝,那么该光子(??

A.?一定落在中央亮纹处???????????????????????????????????????????B.?一定落在亮纹处
C.?可能落在亮纹处??????????????????????????????????????????????????D.?落在中央亮纹处的可能性最小
12.如图所示,在挡板上开一个大小可以调节的小圆孔P,用点光源S照射小孔,小孔后面放一个光屏MN,点光源和小孔的连线垂直于光屏,并于光屏交于其中心.当小孔的直径从1.0mm逐渐减小到0.1mm的过程中,在光屏上看到的现象将会是(??

A.?光屏上始终有一个圆形亮斑,并且其直径逐渐减小
B.?光屏上始终有明暗相间的同心圆环,并且其范围逐渐增大
C.?光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后是形成范围逐渐增大而亮度逐渐减弱的明暗相间的同心圆环
D.?光屏上先是形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后是形成范围逐渐减小而亮度逐渐增大的明暗相间的同心圆环
二、填空题
13.利用双缝干涉测定光的波长实验中,取双缝间距d=0.5mm,双缝到光屏间距离L=0.5m,用某种单色光照射双缝得到干涉图样如图(a)所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数如图(b)所示,则计算单色光的波长公式为λ=________(相邻明纹间的距离用△x表示),单色光的波长为________m(计算结果保留三位有效数字).
14.在用双缝干涉测光的波长的实验中:已知双缝到光屏之间的距离是600mm,双缝之间的距离是0.20mm,单缝到双缝之间的距离是100mm,某同学在用测量头测量时,先将测量头目镜中中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第1条)的中心,这时手轮上的示数为0.192mm.然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心,如图所示,这时手轮上的示数为________mm,该待测单色光的波长是________nm(保留三位有效数字)
15.如图一所示,一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时,P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像.有一同学把大头针插在P1′和P2′位置时,在MN另外一侧看不到大头针的像.其原因是________.
16.在《为测定玻璃的折射率》实验中,某同学经过正确操作,得出多组数据后画出如图所示的图象,则该图象斜率大小的物理意义是________(用文字表述).
三、综合题
17.电视机遥控器中有一半导体发光二极管,它发出频率
的红外光,用来控制电视机的各种功能,如图甲所示,AB为半圆的直径,O为圆心,在O点左侧,用电视机遥控器从E点射入的红外光光线进入半球形介质后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角C=30°,设真空中的光速c=3×108m/s。
(1)求这种红外光在该半球形介质中的波长(保留两位有效数字);
(2)若取用半球形介质制成直角三棱镜,入射光的方向垂直于斜边,如图乙所示,则角θ在什么范围内,入射光经过两次全反射又从斜边射出?
18.如图所示,直角玻璃三棱镜置于空气中,已知
=

=
,一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射,AD=a,棱镜的折射率n=
,求:
(1)光从棱镜第一次射入空气时的折射角;
(2)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中传播速度为c)。
19.半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为O.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面方向且与底面垂直.光线1的入射点A为圆柱面的顶点,光线2的入射点为B

∠AOB=60°,已知该玻璃对红光的折射率n=
.求:
(1)两条光线经柱面和底面折射后出射光线的交点与O点的距离d;
(2)若入射的是单色蓝光,则距离d将比上面求得的结果大还是小?(定性分析,不需要计算)
20.单色细光束射到折射率n=
的透明球面,光束在过球心的平面内,入射角i=45°,研究经折射进入球内后,又经内表面反射一次,再经球面折射后射出的光线,如图所示(图上已画出入射光和出射光).
(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向.
(2)求入射光与出射光之间的夹角α
(3)如果入射光是一束白光,透明球的色散情况与玻璃相仿,问哪种颜色光的α角最大,哪种颜色光的α角最小?
答案解析
一、单选题
1.【答案】
D
【解析】因为玻璃对a光的偏折程度大于b光,所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,根据
可知,在玻璃中,a光的速度小于b光的速度,a光的频率大于b光的频率,则a光光子的能量大于b光光子的能量,AB不符合题意,D符合题意;根据sinC=1/n分析知,a光的临界角比b光的小,逐渐增大入射角,先达到a光的临界角,则a光最先发生全反射,C不符合题意;
故答案为:D。
2.【答案】
B
【解析】A.根据麦克斯韦理论可知,只有周期性变化的电场产生变化的磁场,A不符合题意;
B.衍射是波的特有现象,电子的衍射图样证实了实物粒子具有波动性,B符合题意;
C.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的薄膜干涉造成的,C不符合题意;
D.考虑相对论效应,根据长度与速度关系公式
可知,沿自身长度方向高速运动的杆长总比静止时的杆长短,D不符合题意。
故答案为:B。
3.【答案】
D
【解析】由题单色光从空气射向该介质时,入射角
,折射角
,则该介质的折射率为
D符合题意,ABC不符合题意。
故答案为:D。
4.【答案】
C
【解析】据题意,由于岀射光线和入射光线平行,则光线AB和光线BC关于法线B0对称,则法线与岀射光线和入射光线平行,所以∠ABO=30°,则折射角r=∠OAB=30°,据折射定律有:n=sin60°/sin30°=
,所以C选项正确.
故答案为:C
5.【答案】
B
【解析】由几何关系可知,折射角
可知,r=30°,则折射率:
,光在介质中的速度:
,传播时间:

故答案为:B
6.【答案】
B
【解析】AC.
由图知,两束光的入射角相等,b光的折射角大于c光的折射角,由折射定律可知,玻璃砖对b光的折射率大于c光的折射率,所以b光的频率大于c光的频率,AC不符合题意。
B.
根据
可知,折射率大的b光,在玻璃中传播速度小,B符合题意。
D.
光子能量
,所以频率大的b光光子能量大,D不符合题意。
故答案为:B
7.【答案】
B
【解析】解:
A、在A点的折射可见,a光的偏折角大于b光的偏折角,所以a光的折射率大于b光的折射率,由v=
得知,在该介质中,a色光的传播速度比b色光的传播速度小,即va<vb

A不符合题意.
B、设光线在A点的入射角为i,折射角分别为ra、rb

由折射定律
=
得:sinra=nasini=
sin30°=
,得ra=45°,根据光路可逆性和几何知识可知,a光线从C点射出时,入射角和折射角分别等于A点折射角时折射角和入射角,则偏向角为θ=2(ra﹣i)=2×(45°﹣30°)=30°,B符合题意.
C、由临界角公式sinC=
,得知:a光的偏折角大于b光的偏折角,则a色光的临界角比b色光的临界角小,即Ca<Cb

C不符合题意.
D、a光的偏折角大于b光的偏折角,则a光的波长小于b光的波长,双缝干涉条纹的间距与波长成正比,可知a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹的间距,即△xa<△xb

D不符合题意.
故答案为:B
8.【答案】
C
【解析】解:设光线Ⅱ的入射角和折射角分别为i和r,在△bOd中,
?bd=
=
=
R

sinr=
=
由折射定律有
n=

sini=
n
又因为光线Ⅰ与光线Ⅱ平行,且在O点恰好发生全反射,有:
?sini=
所以有
n=

从而得到:n=
,C符合题意.
故答案为:C
9.【答案】
D
【解析】解:在转动金属丝圈的过程中,由于两层薄膜的厚度不变,故反射光形成的光程差也不会发生变化,故产生的干涉条纹仍保持原来的状态不变,故ABC错误,D正确;
故选:D.
10.【答案】B
【解析】解:普通光源发出的光的振动方向不平行,相位差也不恒定,故不是相干光;
激光是相干光;
故选:B.
11.【答案】C
【解析】解:大量光子的行为显示出波动性,当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大,尤其是中央亮纹处,依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处,落在其他亮处相对少一些,落在暗纹处光子最少,要注意暗纹处不是没有光子落在上面,只是很少而已.
只让一个光子通过单缝,这个光子落在哪一位置是不可确定的,可以落在亮纹处,也可以落在暗纹处,只是落在中央亮纹处的机会更大(有95%以上),故ABD错误,C正确.
故选:C.
12.【答案】C
【解析】解:用点光源S照射小孔,开始由于光的直线传播,在光屏上形成直径逐渐减小的圆形亮斑,然后形成小孔衍射,在光屏上形成范围逐渐增大的明暗相间的同心圆环,由于透过小孔的光减小,则圆环亮度逐渐减弱,故C正确,ABD错误.
故选:C.
二、填空题
13.【答案】;6.43×10﹣7
【解析】解:图b中上图的读数为1.1mm,下图的读数为5.6mm.
根据双缝干涉条纹的间距公式△x=
λ得:λ=

相邻条纹的间距为:△x=
mm=0.643mm
由λ=
代入数据得:λ=
m=6.43×10﹣7m
故答案为:
,6.43×10﹣7

14.【答案】10.295;481
【解析】解:螺旋测微器的固定刻度读数为10mm,可动刻度读数为0.01×29.5mm=0.295mm,所以最终读数为:
10mm+0.295mm=10.295mm.
m
根据△x=
得:
=
λ=
m=4.81×10﹣7m=481nm
故答案为:10.295,481
15.【答案】光线在玻璃砖内发生了全反射
【解析】解:把大头针插在P1′、P2′位置时,沿着P4、P3的方向看不到大头针的像,其原因是经过P1′P2′的光线在界面MN处发生全反射.
故答案为:光线在玻璃砖内发生了全反射.
16.【答案】折射率的倒数
【解析】解:据数学知识有:图象斜率大小
k=
由图象可知:sinθ1>sinθ2

则入射角θ1>折射角θ2

所以光线从空气射入玻璃,根据折射定律可知:n=
则得k=
即图象斜率大小等于折射率的倒数.
故答案为:折射率的倒数.
三、综合题
17.【答案】
(1)解:根据全反射的条件有

半球形介质的折射率n=2
根据
解得
(2)解:光的传播方向如图所示
欲使入射光在左上侧直角边发生全反射,须有
解得θ>30°
又当光线行进至右上侧直角边时,入射角为
,欲使入射光在该边发生全反射,则
解得θ<60°
所以θ的范围为30°<θ<60°。
【解析】(1)利用折射定律结合频率和波长的关系可以求出波长的大小;
(2)利用折射定律结合折射定律可以判别角度的大小。
18.【答案】
(1)解:如图所示
i1=
,设玻璃对空气的临界角为C,则sinC=
得C=
由于i1>
,发生全反射
由折射定律有
所以
(2)解:三棱镜中光速v=
所求时间从BC边射出的光线t=
+
【解析】(1)画出光线传播的路径,利用几何关系可以求出临界角的大小;利用临界角可以求出折射率的大小;再利用第二次折射可以求出折射角的大小;
(2)利用折射率大小可以求出光速的大小;结合光传播的路程可以求出传播的时间。
19.【答案】
(1)解:光线1通过玻璃砖后不偏折,如图所示:
光线2在圆柱面上的入射角
,由折射定律得
:?
,得到
?

?
由几何知识得??
?
又由折射定律得:
?代入解得
?
由于
是等腰三角形,则
,所以
(2)解:若入射的单色蓝光,光线1仍不偏折,由于介质对蓝光的折射率大于介质对红光的折射率,光线2偏折得更厉害,
更大,d更小
【解析】(1)利用折射定律结合几何知识可以求出光线2的出射角度,利用等腰三角形可以求出出射光线的交点与O点的距离;
(2)利用折射定律可以判别蓝光的角度更大所以其距离越小。
20.【答案】
(1)解:如图所示:
(2)解:由折射定律
=n,得sinr=
=
=
∴r=30°
由几何关系及对称性,有
=r﹣(i﹣r)=2r﹣i
∴α=4r﹣2i,把r=30°,i=45°代入得α=30°
(3)解:由(2)问解答可知,i=45°,n越小,sinr越大,r角越大,同时α=2r﹣i.
∴红光的α最大,紫光的α最小.
【解析】解:(1).解:光线从入射到出射的光路如下图所示.入射光线AB经玻璃折射后,折射光线为BC,又经球内壁反射后,反射光线为CD,再经折射后,折射出的光线为DE.OB、OD为球的半球,即为法线
(1)光线从入射到出射的光路如下图所示.入射光线AB经玻璃折射后,折射光线为BC,又经球内壁反射后,反射光线为CD,再经折射后,折射出的光线为DE.OB、OD为球的半球,即为法线.作出光路图.(2)由折射定律求出折射角r,根据几何知识和对称性求出α.(3)根据上题的结论,分析α与折射率n的关系,抓住紫光的折射率大于红光的折射率进行分析.