选修3-4光学综合习题

选修3-4光学综合练习题一、选择题1.假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比（）A.将提前B.将延后C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后D.不变2.如图所示，一圆柱形容器的底部有一凹面镜，其主轴与圆柱形容器的轴线重合，一点光源S射向凹面镜的光线，经凹面镜反射平行于主轴，当往容器中注入水后，水面在点光源与凹面镜之间，要使点光源S射向凹面镜的光线，以凹镜反射后互相平行，则点光源就沿主轴（）A.适当提高B.适当降低C.不动D.无法确定移动方向3.如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光a的折射率较小，那么下列说法中正确的有（）A.进入玻璃砖后两束光仍然是平行的B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不再平行C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定减小了D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同ab4.在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差0.6μm，若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是（）A.单色光f1和f2分别照射时，均出现明条纹B.单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C.单色光f1照射时出现明条纹，单色光f2照射时出现暗条纹D.单色光f1照射时出现暗条纹，单色光f2照射时出现明条纹5.在双缝干涉实验中以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（）A.只有红色和绿色的双缝于涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮6.用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有（）A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx将增大B.如果增大双缝之间的距离，Δx将增大C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大7.一束单色光从空气射入玻璃中，则其（）A.频率不变，波长变长B.频率变大，波长不变C.频率不变，波长变短D.频率变小，波长不变8.对于光波和声波，正确的说法是（）A.它们都能在真空中传播B.它们都能产生反射和折射C.它们都能产生干涉D.声波能产生干涉而光波不能9.两个独立的点光源S1和S2都发出同频率的红色光，照亮一个原是白色的光屏，则光屏上呈现的情况是（）A.明暗相间的干涉条纹B.一片红光C.仍是呈白色的D.黑色10.如图所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P，一光束SA总是射向圆心O，在光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在P上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（）A．红光→紫光，红光B．紫光→红光，红光C．红光→紫光，紫光D．紫光→红光，紫光11．太阳光的可见光部分照射到地面上，通过一定的装置可观察太阳光谱．如图5所示是一简易装置：一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上即可观察到太阳光谱的七色光带，逐渐增大平面镜的倾斜角度，各色光将陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是()A．红光一紫光，红光B．紫光一红光，红光C．红光一紫光，紫光D．紫光一红光，紫光12．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你的靠近而后退，对此现象正确的解释是（）A．这是太阳光通过空气发生干涉形成的一种现象B．太阳照射地面，使地表空气温度升高，折射率变小，发生全反射所致C．太阳照射地面，使地表空气温度升高，折射率变大，发生全反射所致D．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生幻觉所致13.激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔t的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔t、双缝到屏之距离l以及相邻两条图5亮纹间距x。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（）A.tlxvB.txlvC.txlvD.xtlv14．一单色光，在空气中的波长为λ0，在玻璃中的波长为λ，波速为v，玻璃对这种色光的折射率为n。当此光从玻璃射向空气发生全反射的临界角为A，则（）A．nAsinB．vcAsinC．0sinAD．0sinA15.如图（a）所示是利用双缝干涉测定单色光波长的实验装置，滤光片的作用是_____，单缝的作用是_______________，双缝的作用是______________，单缝和双缝之间的方向关系是_______________。某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时（图1），游标卡尺的示数如图3所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时（图2），游标卡尺的示数如图4所示，已知双缝间距为0.5mm，从双缝到屏的距离为1m，则图3中游标卡尺的示数为__________mm，图4游标卡尺的示数为_______________mm，实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是______________，所测单色光的波长为___________m。图a16.用双缝干涉测光的波长。实验装置如图14－4（甲）所示，已知单缝与双缝间的距离L1=100mm，双缝与屏的距离L2=700mm，双缝间距d=0.25mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心（如图14-4（乙）所示），记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。（1）分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图14-4（丙）所示，则对准第1条时读数x1=_______mm、对准第4条时读数x2=_______mm（2）写出计算波长λ的表达式，λ=_________（用符号表示），λ=_____nm17．如图所示，ABC为等腰三棱镜，顶角A的大小为60°。一条光线由AB面入射，折射光线与底边BC平行，出射光线的偏向角δ=30°。那么这个三棱镜材料的折射率是多少？ABC12360o18.一单色光束射到折射率n=1.414的透明球表面，光束在过球心的平面内，入射角i=45°。试研究该光束经球面折射进入球内后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图10所示。（图中已画出入射光和出射光）（1）在图中画出光线在球内的路径和方向；（2）求入射光和出射光之间的夹角；（3）如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问那种颜色光的θ角最大？哪种颜色的θ角最小？光源滤光片单缝双缝遮光筒屏图（甲）L1L215205100202515图（丙）第1条时读数第4条时读数1520510030354045图（乙）图10习题答案1.解析：如图，a是太阳射出的一束光线，由真空射向大气层发生折射，沿b方向传播到P点，在P处的人便看到太阳。如果没有大气层，光束使沿a直线传播，同样的时刻在P点便看不到太阳，须等太阳再上升，使a光束沿b线方向时才能看到太阳，故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟。答案：B2.解析：点光源射向水面的光线要发生一次折射，再射到凹面镜上发生反射，反射的光线互相平行。由光路可逆，设光线平行于主轴射向凹面镜，在凹面镜反射后射向水面，在水面上发生折射，由图可知，S/在S的下方，说明了点光源S应适当降低。答案:B3.解析：进入时入射角相同，折射率不同，因此折射角不同，两束光在玻璃内不再平行，但从下表面射出时仍是平行的。射出时两束光之间的距离根据玻璃砖的厚度不同而不同，在厚度从小到大变化时，该距离先减小后增大，有可能和入射前相同（但左右关系一定改了）答案：A4.解析：如图所示，双缝S1、S2，到光屏上任一点P的路程之差d＝S2－S2／，当d等于单色光波长的整数倍时，由S1和S2发出的光在P点互相加强，P点出现明条纹，当d等于单色光半个波长的奇数倍时.这样由S1和S2发出的光在P，互相抵消，出现暗条纹。本题中单色光f1的波长为λ1＝C／f1＝0.6μm，单色光f2的波长为λ2＝C／f2＝0.4μm可见d=λ1、d=3λ2/2答案:C5.解析：由于双缝前各有一块滤光片，分别都透过红光和绿光，这两种色光不能发生干涉，故在屏上无双缝干涉条纹，但是这两种色光通过每个单缝时发生单缝衍射，故屏上仍有光亮.所以C选项正确。6.解：公式dlx中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离。因此Δx与单缝到双缝间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C。7.点评：波从一种介质到另一种介质，频率不变，但波速改变，且此时要变小，则波长也要变小。答案:C8.答案：BC9.解析：两个点光源发出的光虽然同频率，但“振动情况”并不总是完全相同，故不能产生干涉，屏上没有干涉条纹，只有红光。答案:B10.解析：紫光折射角最大，最下面的是紫光，紫光也最容易发生全反射，因此，紫光最先消失。答案：D11.答案：C12答案：B13.解析：设双缝的距离为d，则由题设有tvd，双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距x、双缝距离d、光波长为满足dlx，解得txlv，故选项B正确。答案：B14.答案：D15.解析：滤光片的作用是获得单色光，单缝的作用是产生线光源，双缝的作用是产生相干光源，单缝和双缝之间的方向是平行的，游标卡尺的示数分别为11.5mm和16.7mm，由1axn可知，实验时测量多条干涉条纹宽度的目的是减小实验误差，将已知数据代入λ＝d·Δx/l，可知波长为6.5×10－7。16.解析：螺旋测微器读数特别注意半mm刻度线是否漏出。图（丙）中两个读数分别为2.190mm，7.868mm。第一条与第四条之间有三个条纹间距的宽度，相邻条纹间的距离312xxx，由公式dLx2，可得2123)(Lxxd=6.76710m=676nm。答案：（1）2.190，7.868（2）2123)(Lxxd，67617.解析：要求三棱镜的折射率，由折射率公式n=21sinsin及几何关系可知θ2=90°－60°=30°。而出射光线偏折角δ=θ2=30°，由对称性可知δ=2θ3，所以θ3=2δ=15°，而入射角θ1=θ3＋θ2=45°，所以n=21sinsin=2122=2。说明：本题主要考查折射率定义及三棱镜对光线的偏折作用。该题难点是不能看出对称性，继而不能由几何关系求出入射角θ1和折射角θ2.避免出错的方法是作图要规范.18.解析：（1）图略；（2）30°；（3）红光最大，紫光最小