高中物理练习光的有关现象和规律

选3-4第4讲一、选择题1．下列有关光的叙述中正确的是()A．让一束光线从小孔射入无尘埃的暗室里，则在暗室里的任何位置都能看到这束光B．光源发出的光照到不透明的物体上，在背光面总要形成本影区和半影区C．据点光源发出的两条光线，可以确定该点光源的位置D．医院里的无影灯不会形成影[答案]C[解析]我们能够看到光线或物体的存在，是因为光线进入了我们的眼睛，或物体发出或物体反射的光线均可引起视觉．在无尘埃的暗室里，光线只沿一条直线传播，故A错．进入两眼的光线，可据其反向交点确定物体或点光源的位置，故C对．只有线光源或面光源(即较大的光源)才能形成本影和半影，故B错．医院里的无影灯发光面较大，只形成半影而不形成本影，故D错．2．(2010·福建四校联考)关于光的干涉现象，下列说法正确的是()A．在波峰与波峰叠加处，将出现亮条纹；在波谷与波谷叠加处，将出现暗条纹B．在双缝干涉实验中，光屏上距两狭缝的路程差为1个波长的某位置，将出现亮纹C．把入射光由黄光换成紫光，相邻两明条纹间距离变窄D．当薄膜干涉的条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等[答案]BC[解析]在波峰与波峰叠加处，或在波谷与波谷叠加处，都是振动加强区，将出现亮条纹，选项A错误；在双缝干涉实验中，出现亮条纹的条件是光屏上距两狭缝的路程差为波长的整数倍，出现暗纹的条件是光屏上距两狭缝的路程差为半波长的奇数倍，选项B正确；条纹间距公式Δx＝Ldλ，λ黄λ紫，选项C正确；薄膜干涉实验中的薄膜是“楔形”空气膜，选项D错误．3．(2010·江苏苏北四市调研)香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖．诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石．下列关于“光纤”及原理的说法中，正确的是()A．光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点B．光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理C．实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射D．当今，在信号的传输领域中，光纤电缆(“光缆”)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区[答案]AD[解析]全息照相是利用了光的干涉的原理，数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机，它们都不是利用了光的全反射原理，B错误；实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，C错误．4．(2010·北京石景山模拟)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[答案]C[解析]由图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1n2，而n红n蓝，选项A错误；由v＝cn得，选项B错误；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，选项C对而D错．5．(2010·福建福州3月质检)如图所示，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发出的一束白光从半圆面沿半径射入玻璃砖，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时，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．左紫右红，紫光B．左红右紫，紫光C．左紫右红，红光D．左红右紫，红光[答案]B[解析]如图所示，由于紫光的折射率大，故在光屏MN上是左红右紫，并且是紫光先发生全反射，故选项B正确．6．一束激光以入射角i＝30°照射液面，其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B，如图所示．如果反射光斑位置移动了2cm，说明液面可能()A．上升了6cmB．上升了3cmC．下降了2cmD．下降了3cm[答案]BD[解析]因光斑移动方向不明确，故有两种可能：若光斑左移2cm，则液面上升h＝1tan30°cm＝3cm；若光斑右移2cm，则液面下降3cm.可见正确选项为B、D.7．雅敏干涉仪可以用来测定气体在各种温度和压强下的折射率，其光路如图所示．图中S为光源，G1、G2为两块完全相同的玻璃板，彼此平行放置，T1、T2为两个等长度的玻璃管，长度均为d.测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入一管中，在E处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率．某次测量时，将待测气体充入T2管中，从开始进气至到达标准状态的过程中，在E处看到共移过N条干涉亮纹．待测光在空气中的波长为λ，该气体在标准状态下的折射率为()A.Nλd－1B.NλdC.Nλd＋1D.Nλd＋2[答案]C[解析]每看到一条亮纹移过，一定是光程差增大了一个波长．由于移动了N条干涉条纹，所以有(n－1)d＝Nλ，解得n＝Nλd＋1，所以C正确．8．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．黄光C．蓝光D．紫光[答案]D[解析]从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如图所示．当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：sinα＝dh2＋d2，sinβ＝dH2＋d2，n＝H2＋d2h2＋d2竖直向下看时，d接近于零，故n＝Hh，即：h＝1nH因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小．二、非选择题9．如图所示，甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图像，由图判断甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像．图甲所对应的圆孔孔径________(选填“大于”、“小于”或“等于”)图乙所对应的圆孔孔径．[答案]衍射小于[解析]如图甲所示，单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹，这是光的衍射现象．图乙是个圆亮斑，说明光沿直线传播，没有发生衍射，图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长，也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径．10．为了减少玻璃表面光的反射损失，在玻璃表面上涂一层折射率为n＝5/4的增透膜，设入射光波长λ＝700nm，为了使这种波长的反射光能最大限度地被减弱，所涂薄膜的最小厚度是________nm.[答案]140[解析]当增透膜厚度等于光在膜介质中波长的1/4时反射光能最大限度地被减弱，由折射率公式n＝cv＝λλ′λ′＝λn＝7005/4nm＝560nm.故薄膜的最小厚度是d＝λ′4＝560nm4＝140nm.11．(2010·江苏南通一模)平行光a垂直射向一半径为R的玻璃半球的平面，其截面如图所示，发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，则玻璃球对a光的折射率为________，若仅将a平行光换成b平行光，测得有光射出的范围增大，设a、b两种色光在玻璃球中的速度分别为va和vb，则va________vb(选填“”、“”或“＝”)．[答案]2[解析]如图所示，a光恰好发生全反射，由几何关系得，Ca＝30°，则n＝1sinCa＝2；由图可知，CbCa，故b光的折射率较小，由v＝cn得vavb.12．2010年广州亚运会，光纤通信网覆盖了所有奥运场馆，为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输．如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光从一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，请探究分析以下问题：(1)n1和n2的大小关系．(2)最长时间t的大小．(图中标的C为全反射的临界角，其中sinC＝n2n1)[答案](1)n1n2(2)n12Ln2c[解析](1)欲使光在n1和n2的界面上发生全反射，需有n1n2.(2)光在介质n1中的传播最长路程为x＝Lsinc传播速度为v＝cn1故最长时间t＝xv＝n1LcsinC＝n12Ln2c13．(2010·东北三校第一次联考)如图所示为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝10cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点．由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑．已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1＝233，n2＝2.(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；(2)求两个亮斑间的距离．[答案](1)见解析(2)(52＋10)cm[解析](1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，sinC1＝1n1＝32，C1＝60°，同理C2＝45°，i＝45°＝C2，i＝45°C1，所以紫光在AB面发生全反射，而红光在AB面一部分折射，一部分反射，且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色和紫色的混合色．(2)画出如图所示光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1、P2，根据折射定律n1＝sinrsini求得sinr＝63由几何知识可得：tanr＝RAP1，解得AP1＝52cm.由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，解得AP2＝10cm，所以P1P2＝(52＋10)cm.14．(2010·江苏南通模拟)如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．(结果可用三角函数表示)[答案](1)arcsin0.75(2)3.77×10－7m(3)arcsin0.75[解析](1)设光在AD面的入射角、折射角分别为θ1、θ2，θ2＝30°根据n＝sinθ1sinθ2得sinθ1＝nsinθ2＝1.5×sin30°＝0.75θ1＝arcsin0.75.(2)根据n＝cv得v＝cn＝3×1081.5m/s＝2×108m/s根据v＝λf，得λ＝vf＝2×1085.3×1014m≈3.77×10－7m(3)光路如图所示，ab光线在AB面的入射角为45°.设玻璃的临界角为C，则sinC＝1n＝11.5≈0.67sin45°0.67，因此光线ab在AB面会发生全反射光线在CD面的入射角θ2′＝θ2＝30°根据n＝sinθ1sinθ2，光线在CD面的出射光线与法线的夹角θ1′＝θ1＝arcsin0.75.