高中物理选修3-4第十三章-光-综合练习

第十三章光综合练习一、选择题（每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分。）1．如图1所示，光线R从水中进入空气，那么折射光线可能通过ABCDR图1A．A点B．B点C．C点D．D点2．某同学自己动手利用如图2所示器材观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏．当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹．他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能性是ABCSSS12图2A．单缝S太窄B．单缝S太宽C．S到S1与到S2的距离不等D．阳光不能作为光源3．白光通过双缝产生干涉现象时，在中央看到白色条纹，两侧还出现彩色条纹，其原因是①各种色光的波长不同②各种色光的频率不同③各种色光的强度不同④各种色光在真空中的传播速度不同A．①②B．①③C．②④D．①④4．如图3所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°．下面四个光路图中，正确的是oo玻璃玻璃空气空气4545ABoo玻璃玻璃空气空气4545CDoo玻璃玻璃空气空气4545ABoo玻璃玻璃空气空气4545CD图35．对于单缝衍射现象，以下说法正确的是A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显C．缝的宽度d越小，光的传播路线越接近直线D．入射光的波长越短，衍射现象越明显6．图4所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样，甲图为绿光进行实验的图样，a为中央亮条纹；乙为换用另一种单色光进行实验的图样，a′为中央亮条纹．则以下说法中正确的是aa'图4A．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长B．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长C．乙图可能是用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短D．乙图可能是用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短7．对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时A．其速度比在水中的大，其波长比在水中的长B．其速度比在水中的大，其波长比在水中的短C．其速度比在水中的小，其波长比在水中的短D．其速度比在水中的小，其波长比在水中的长8．如图5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PrrSS1122图5A．fc2B．fc23C．fc3D．fc259．如图6所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质．一单色细光束O垂直于ABAABBCCO123456789图6A．1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B．4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C．7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能D．只能是4、6中的某一条10．如图7，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心），产生反射光束1和透射光束2．已知玻璃折射率为3，入射角为45°（相应的折射角为24°）．现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°，如图中虚线所示．则Ooo451512入射光图7A．光束1转过15°B．光束1转过30°C．光束2转过的角度小于15°D．光束2转过的角度大于15°11．如图8所示，一束红光和一束紫光平行入射到三棱镜上，经棱镜折射后，交汇在屏上同一点．若三棱镜对红光和紫光的折射率分别为n1和n2．则有ab图8A．n1＜n2，a为红光，b为紫光B．n1＜n2，a为紫光，b为红光C．n1＞n2，a为红光，b为紫光D．n1＞n2，a为紫光，b为红光12．一束光穿过介质1、2、3时，光路如图9所示，则456030ooo123图9A．介质1的折射率最大B．介质2是光密介质C．光在介质2中的速度最大D．当入射角由45°逐渐增大时，在1、2分界面上可能发生全反射二、填空题（共24分。把正确答案填在题中的横线上）13．玻璃对绿光的折射率是1.5，绿光在真空中波长为5.6×10－7m，则它在玻璃中的波长为________．14．在某次双缝干涉实验中，如图10所示，Q处是中央亮纹P往上数的第二条暗纹．已知从双缝S1和S2发出的两束相干光到Q处的路程差是9×10－7m，则实验所使用的单色光源发出光的频率是______Hz．SSP12Q图1015．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置，如图11所示．激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图乙中的黑点代表亮点的中心位置．0055101015mm激光器遮光筒双缝感光片甲乙图11（1）这个实验现象说明激光具有______性．（2）通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长．据资料介绍：若双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为b，则光的波长=Lab．该同学测得L=1.0000m，缝间距a=0.220m，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图乙所示．图乙中第1到第4个光点的距离是________mm．实验中激光的波长=______m．（保留两位有效数字）16．主截面为等边三角形的三棱镜，折射率为2，光线从它的一个面垂直入射，在图12中的a、b、c、d四条光线中正确的是______．abcd图12三、解答题（共28分）要求写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能给分。有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位。17．（1）用简明的语言表述临界角的定义；（2）玻璃和空气相接触，试画出入射角等于临界角时的光路图，并标明临界角；（3）当透明介质处在真空中时，根据临界角的定义导出透明介质的折射率n与临界角C的关系式．18．如图13，一束波长为0的红光，从空气中垂直于三棱镜的AB面入射，从AC面射出方向如图所示．则玻璃对红光的折射率、红光在玻璃中的传播速度、红光在玻璃中的波长各是多少？ABC1530oo图1319．如图14所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角θ=30°，P为垂直于直线BCD的光屏，现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，在屏P上形成一条宽度等于32AB的光带，试作出光路图并求棱镜的折射率．ABCDP图14参考答案1．A2．B3．A4．A解析：因为玻璃的折射率为n=1.5，所以全反射临界角为C=arcsinn1=arcsin32．从图可知入射角α=45°＞C，故发生全反射．即A图正确．5．B6．A解析：当实验装置不变的情况下，条纹间距跟波长成正比，由于乙图比甲图条纹间距大，因此可能是红光．（可以思考：在选项中，为什么带有“可能”二字，而不是说一定是某种光？）7．C8．D解析：在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍．已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1=25，由c=f得=fc，则r2－r1=fc25．9．B解析：未知透明介质可以看作是平行介质板，出射光线一定与入射光线平行，但由于该介质的折射率与玻璃的折射率的关系未知，当介质的折射率与玻璃的折射率相同时，出射光线为5，小于玻璃的折射率时为6，大于玻璃的折射率时出射光线为4．10．BC11．B解析：紫光折射率n2大于红光折射率n1，排除C、D．据偏折情况排除A．12．CD解析：由图中所给角度可以看出，介质2相对于1和3应为光疏介质，1相对于3也为光疏介质，故应是介质3折射率最大．由n=c/v可以判定光在介质2中的速度应最大．由于介质1相对介质2是光密介质，根据全反射的条件，当入射角由45°逐渐增大并超过临界角时便会发生全反射．13．解析：设绿光在真空中波长为0，频率为f，传播速度为c，则有f=c/0．在玻璃中传播时，波长、波速v和频率f的关系是v=f，则=v/f=cv0．再由n=vc可得：=n10=5.11×5.6×10－7m≈3.7×10－7m．答案：3.7×10－7m14．解析：由题意知：Δx=23，即9×10－7m=23所以=6×10－7m由c=f得f=c=78106103Hz=5×1014Hz．答案：5×101415．答案：（1）波动（2）8.56.2×10－716．答案：C17．解析：（1）光从光密介质向光疏介质传播时，入射角小于折射角，当入射角增大时，折射角也增大，当折射角增大到90°时，已不再有折射现象，光仍在原介质中传播，这就是全反射现象．要发生全反射必须满足两个条件：①光从光密介质向光疏介质传播；②入射角i≥C；（3）i=C时，折射角r=90°．据折射定律90sinsinC=n1，得sinC=n1．答案：（1）光从光密介质射到光疏介质中，折射角为90°时的入射角叫临界角．（2）如图所示O空气玻璃折射光反射光入射光（3）sinC=n118．解析：作出光路图，标出入射角、折射角如图所示．由折射率定义得ABC153030oooo45n=sin45°/sin30°=1．4传播速度v=nc=2．14×108m/s红光在玻璃中的波长=fv=0/cv=0．70．答案：1．42．14×108m/s0．7019．解析：平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如下图所示．图中θ1、θ2为AC面上入射角和折射角，根据折射定律，有AABCCCCO1122''nsinθ1=sinθ2，设出射光线与水平方向成α角，则θ2=θ1＋α由于1CC=CA=32AB所以21CC=31AB而2AC=BC=ABtanθ所以tanα=221ACCC=33可得α=30°，θ2=60°，所以n=12sinsin=3．答案：光路图如上图所示n=3