第13章光单元综合试题及答案3

1第十三章光单元测试说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.第Ⅰ卷(选择题共40分)一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分.1.关于点光源的说法正确的是（）A.夜间我们看到的恒星都可以看作点光源B.发光的萤火虫一定能看作点光源C.发光的白炽灯泡一定不能看作点光源D.通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作点光源的解析本题考查点光源模型.点光源像质点一样是一个理想化模型，是把光源看作一个能发光的点.恒星离我们很远，可以看作点光源；萤火虫虽然小，但研究它自身大小范围内的光学问题时，不能看作点光源；研究的光学问题离灯泡很远时，可以把它看作点光源，但研究的光学问题离灯泡很近时，不能把灯泡看作点光源；通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作线光源的.故A正确.答案A2.关于光线的概念，下列正确的理解是（）A.光线是从光源直接发出的，是客观存在的B.光线的作用类似于电场线，但前者是具体的，后者是抽象的C.光线是用来表示光束传播方向的有向直线D.光束是真实存在的,光线是人为画上的解析本题考查对光线的理解.人们为了形象地研究电场，引入了电场线，但电场中并不真实存在“电场线”.同理，光线是人们为了研究光的传播而引入的物理模型，光在传播中并不存在“线”.光束是真实存在的，我们用光线表示光束时，光线的箭头表示光的传播方向.故正确选项为C、D.答案CD3.在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“若鸢飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东.”意思是说，若鹞鹰在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移.这里描述的是光的（）A.直线传播现象B.折射现象C.干涉现象D.衍射现象解析本题考查光的直线传播及形成的现象.前段鹞鹰的影子，是光沿直线传播形成的；后段所说的“影子”实际是鹞鹰经小孔所成的像，即小孔成像，这也是光直线传播形成的现象.故A正确.答案A4.傍晚，太阳从西边落下，在人们观察到日落的时刻（太阳刚落在地平线上），太阳的2实际位置（）A.完全在地平线下方B.完全在地平线上方C.恰好落在地平线上D.部分在地平线上方，部分在地平线下方解析本题考查的是光线在大气层中的折射.由于太阳光从真空进入地球大气层时要发生折射，使我们看到的太阳位置比实际位置要高，因此当人们观察到太阳还在地平线上时，太阳的实际位置已在地平线以下.故正确选项为A.答案A5.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强.2008年北京奥运会将全部使用光纤通信,为各项比赛提供清晰可靠的服务.光导纤维由内芯和包层两层介质组成.下列说法正确的是()A.光纤通信依据的原理是光的全反射B.内芯和包层的折射率相同C.内芯比包层的折射率大D.包层比内芯的折射率大解析本题考查光的全反射的应用.光纤通信依据的原理是光的全反射.A对.为了使光在光纤内以全反射的方式传播,内芯的折射率应该比包层大,C对.答案AC6.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球，感觉最浅的是（）A.紫色球B.蓝色球C.红色球D.三个球同样深解析本题考查的是光的折射的一个推论，即视深公式.在视深公式h′=hn中，h′为看到的深度，h为实际深度，n为折射率，因为水对紫光的折射率最大，所以看到最浅的是紫色球,故正确选项为A.答案A7.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯的构造如图所示.下面说法中正确的是（）A.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射B.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射C.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射3解析本题考查全反射在生活中的应用.光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折180°.所以正确选项为C.答案C8.两种单色光由玻璃射向空气时发生了全反射,临界角分别为1、2,且12.1n、2n分别表示玻璃对这两种单色光的折射率,1v、2v分别表示这两种单色光在玻璃中的传播速度,则()A.1n2n,1v2vB.1n2n,1v2vC.1n2n,1v2vD.1n2n,1v2v解析本题考查折射率与临界角、折射率与传播速度的关系.根据:sinθ=n1,n=sin1.因12,故1n2n;又v=nc,1n2n,所以1v2v.只有B正确.答案B9.一束白光通过三棱镜后发生了色散现象,如图所示.下列说法正确的是()A.玻璃对红光的折射率最小,红光的偏折角最小B.玻璃对紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小C.红光在玻璃中的传播速度比紫光大D.屏幕上各色光在光谱上由上到下的排列顺序为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫解析本题考查介质对不同色光的折射率不同及不同色光在同一介质中的传播速度不同.实验表明,A、D正确,B错.根据v=nc知,C正确.答案ACD10.如左下图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面，建立直角坐标系如右下图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小.现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是右下图中的（）4解析本题考查光的折射及全反射和微元思想.如图所示，由于该材料折射率由下向上均匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层.光线射到相邻两层的界面时，射入上一层后折射角大于入射角，光线偏离法线.到达更上层的界面时，入射角更大，当入射角达到临界角时发生全反射，光线开始向下射去,直到从该材料中射出.故正确选项为D.答案D第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.11.在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示.当光线是由空气射入玻璃砖时，则1和2中为入射角的是；当光线由玻璃砖射入空气时，临界角的正弦值是；从图线可知玻璃砖的折射率是.解析本题考查测定玻璃折射率实验数据的处理及临界角的概念.1比2的正弦值大，所以1为入射角.由图线知玻璃砖的折射率为n=21sinsin=1.50则临界角的正弦值为sinC=5.111n=0.67.答案10.671.5012.如图所示,a、b两束平行单色光从空气射入水中时,发生了折射现象.由光路图可以看出,a光的折射率比b光,a光在水中的传播速度比b光.若两平行光束由水射向空气,随着入射角的增大,光先发生全反射.5解析本题考查折射率、临界角及折射率与速度的关系.由图可知,a光的折射角大,a光的折射率比b光小,故a光在水中的传播速度比b光大;由sinC=n1知,b光的折射率大,临界角小,故随着入射角的增大,b光先发生全反射.答案小大b13.1027m这个距离通常称为，它是人类所能观察到的宇宙的最大半径.若一光线刚进入哈勃太空望远镜的视野，则它传播到太空望远镜处约用年.解析本题考查哈勃太空望远镜的作用和光的传播速度.答案哈勃半径1×111014.一束光从某介质射向真空，当入射角为θ时，折射光恰好消失.已知光在真空中的传播速度为c,则此光在该介质中的传播速度为.解析本题考查临界角及折射率.由临界角的概念，知sinθ=n1又n=vc由以上两式解得，此光在介质中的传播速度为v=csinθ.答案csinθ15.古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A城阳光与铅直方向成7.5°角下射，而在A城正南方，与A城地面距离为L的B城，阳光恰好沿铅直方向下射.射到地球上的太阳光可视为平行光.据此他估算出了地球的半径.试写出估算地球半径的表达式R=.解析本题设计新颖，灵活考查了光的直线传播.关键是作出示意图，示意图如图所示.由题意得L=2πR×3607.5可得R=π24L.6答案π24L三、本题共4小题，共40分.解答应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得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.16.（8分）在一个半径为r的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中，调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为d时，观察者不论在液面上方何处，都刚好看不到液体下方的大头针.求液体的折射率.解析本题考查光的全反射.观察者在水面上任何位置都刚好看不到水下的大头针，说明由针头射出的光线，恰好在水面与木塞的边缘处发生全反射.由题意作出光路图如图所示，这时入射角等于临界角，由几何关系可得sinC=22drr又sinC=n1由以上两式解得液体的折射率为n=rr22d.答案rr22d17.(10分)如图所示,一等腰直角三棱镜放在真空中,斜边BC=d,一束单色光以60°的入射角从AB侧面的中点入射,折射后从侧面AC折射出.已知三棱镜的折射率n=26,单色光在真空中的光速为c,求此单色光通过三棱镜的时间.解析本题考查光的折射.(1)单色光在AB面上发生折射,光路如图.7根据折射定律:n=sin60sin,n=26由以上两式得:α=45°.(2)因α=45°,故光在棱镜内传播的路径DE与BC平行,且DE=21BC=21d.(3)光在棱镜中的速度:v=nc=62c所以,t=vDE=cd46.答案cd4618.（10分）（激光液面控制仪）如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B点，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？解析本题考查学生利用所学知识解决实际问题的能力.8因反射的光点B右移到B，所以液面降低.但因入射的激光束方向不变，所以液面降低后的入射角不变，光路图如图.由几何关系知，四边形OMBB是平行四边形，OM=BB=s,三角形NOO是直角三角形.设液面降低的高度是h，则h=NO·coti=2s·coti=2cotis即液面降低的高度是scoti/2.答案降低scoti/219.（12分）为从军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔,如图所示.设工事壁厚d=34.64cm，孔的宽度L=20cm，孔内嵌入折射率n=3的玻璃砖.（1）嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？（2）要想使外界180°范围内的景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？解析本题为光的折射和全反射在军事上的应用，应作出光路图，利用光学规律和几何关系解答.（1）光路图如图所示，由折射定律得n=21sinsin9由几何关系得sin2=22dLL由以上两式解得1=60°2=30°则视野的最大张角为θ=21=120°.(2)为使外界180°范围内的景物全被观察到，则当1=90°时,2=30°应是光线在该玻璃砖中的临界角,即sin30°=n1解得玻璃砖的折射率应为n=2.答案（1）120°(2)2