第13章光单元综合试题及答案4

1第十三章光章末综合检测(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)1．利用激光很容易实现光的干涉现象，这是因为()A．激光的亮度高B．激光的方向性好C．激光的频率、偏振方向几乎相同D．激光的能量集中解析：选C.为了更好地出现干涉现象，应尽可能用频率、偏振方向相同的光作为相干光．2．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是()A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象解析：选D.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故选项A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散，故选项B错；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射，故选项C错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D对．3.图13－5(2011年皖南八校联考)a、b两种单色光以相同的入射角从某种介质射向空气，光路如图13－5所示，则下列说法正确的是()A．逐渐增大入射角α的过程中，a光先发生全反射B．通过同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹间距比b光的宽C．在该介质中b光的传播速度大于a光的传播速度D．在该介质中a光的波长小于b光的波长答案：B4.图13－6(2011年宁波高二检测)如图13－6所示，OO′是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于OO′轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃射出后相交于OO′下方的P点，由此可以得出的结论是()A．在玻璃中，A光比B光的速度小B．玻璃对A光的折射率比对B光的折射率小C．在空气中，A光的波长比B光的波长长2D．A光的频率比B光的频率大解析：选AD.由图可知，A光的偏折程度更大，折射率较大，频率较大，故B错、D正确．由n＝cv可知在玻璃中的光速A较小，故A正确．再由c＝λf可知，频率越大，波长越小，故A光的波长较短，故C错．5．(2011年高考安徽理综卷)实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋Bλ2＋Cλ4，其中A、B、C是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图13－7所示．则()图13－7A．屏上c处是紫光B．屏上d处是红光C．屏上b处是紫光D．屏上a处是红光解析：选D.由公式可知，光的波长越长，折射率越小．而在太阳光的可见光范围内，从红光到紫光的波长越来越短，即折射率越来越大，所以a处是红光，d处是紫光，则A、B、C错误，D正确．6.图13－8(2011年苏州高二检测)如图13－8所示，某棱镜顶角A＝60°，一束白光以较大的入射角，从棱镜的一个侧面入射，通过后从另一侧面射出，在光屏上形成由红到紫的七色光谱．已知各光在该介质中临界角都不超过42°，当入射角逐渐变小的过程中，屏上光谱的变化情况是()A．变窄，保持七色B．变宽，逐渐呈白色C．下移，逐渐消失D．上移，逐渐消失解析：选C.如题图所示，入射角i减小，r也减小．光在AC面上的入射点下移，出射光线也将下移，且介质中的入射角θ随之增大．当增大到紫光的临界角时，紫光发生全反射，屏上的紫光消失，随着i进一步减小，θ进一步增大，靛、蓝、绿、黄、橙、红光依次在屏上消失，故C正确．7．两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象()A．透过偏振片的光强先增强，然后又减小到零B．透过的光强先增强，然后减小到非零的最小值C．透过的光强在整个过程中都增强D．透过的光强先增强，再减弱，然后又增强解析：选A.起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强达到最大．当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光强先增强，然后又减小到零．8．如图13－9所示是研究光的双缝干涉的示意图．不透光的挡板上有两条平行狭缝S1、3S2，用单色红光照射双缝，由S1、S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹，则以下说法正确的是()图13－9A．若只减小两条狭缝S1、S2之间的距离，条纹间距将增大B．若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大C．若只在两条狭缝与屏之间插入一块与屏平行的平板玻璃砖，条纹间距将增大D．若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大答案：A9.图13－10(2011年长沙模拟)在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图13－10所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化，当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则()A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加λ4D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加λ2解析：选D.出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相加强，设温度从t1升至t2过程中，A的高度增加h，由题知2h＝λ，故h＝λ/2.图13－1110．如图13－11所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两束光OA和OB，沿如图所示方向射出，则()A．OA为黄光，OB为紫光B．OA为紫光，OB为黄光C．OA为黄光，OB为复色光D．OA为复色光，OB为紫光解析：选C.黄光比紫光频率小，在玻璃中折射率小，发生全反射的临界角大，由图可知，OB为反射光线，OA是折射角为90°的折射光线，即入射角恰好为黄光的临界角，紫光已经发生全反射，在OA中只有黄光，在OB中既有黄光又有紫光，为复色光．4二、实验题(本题共2小题，每小题5分，共10分．把答案填在题中横线上)11．(2011年高考天津理综卷)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图13－12中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只须测量出________________，即可计算出玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出折射率n＝____________.图13－12解析：当恰好看不见P1、P2的像时，刚好发生全反射现象，此时玻璃砖直径转过的角度θ为临界角，折射率n＝1sinθ.答案：玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ1sinθ12．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图13－13甲所示．转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图乙所示．已知双缝间距d＝1.5mm，双缝到屏的距离L＝1.00m，则被测光波的波长为________．图13－13解析：图甲读数为1.130mm图乙读数为1.760mm.亮条纹间距Δx＝1.760－1.1303mm＝0.21mm.由公式Δx＝Ldλ得：λ＝dΔxL＝1.5×10－3×0.21×10－31.00m＝3.15×10－7m.答案：3.15×10－7m三、计算题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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)13．(8分)一圆柱形容器，底面半径与高之比为2∶3，眼睛沿DA方向看去恰能看到底部边缘P点，将容器注满某种液体，眼睛仍保持DA方向看去，恰能看到底部圆心Q点，如图13－14所示．5图13－14(1)求此液体的折射率；(2)从液面上方垂直向下观察，容器底部看起来的深度为实际深度的多少倍？答案：(1)2135(约1.44)(2)容器底部看起来的深度约为实际深度的0.69倍14.图13－15(10分)如图13－15所示，ABC是一个透明的薄壁容器，内装液体，当光垂直射向AC面时，光在AB面恰好发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c，求液体的折射率及光在该液体中传播速度多大？解析：设液体的折射率为n，光在里面传播的速度为v，发生全发射的临界角为C，则由题意知：C＝60°所以n＝1sinC＝1sin60°＝233又因为n＝cv，所以v＝cn＝32c.答案：23332c15.图13－16(10分)如图13－16所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，求P点是亮条纹还是暗条纹．(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7m；(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.解析：已知P点与S1和S2的距离之差，由出现亮暗的条件可判断是亮条纹或暗条纹．(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝λ1λ2得，λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7m＝6×10－7m.根据光程差：δ＝2.1×10－6m＝312λ1，知A光在P点是暗条纹．(2)设B光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n＝λ1λ2，得，λ1＝nλ2，6又临界角C＝37°所以n＝1sinC所以λ1＝λ2sinC＝3.15×10－7sin37°m＝5.25×10－7m.根据光程差：δ＝2.1×10－6m＝4λ1知，B光在P点是亮条纹．答案：见解析16．(12分)如图13－17所示，MN是一条通过透明球体球心的直线，一条平行于MN的光线a射向此球体，若出射光线c与MN的交点P和球心O的距离是球半径的2倍，与MN所成的角α＝30°，求透明球体的折射率．图13－17解析：作光路图如图所示，设球的半径为R，在△OPB中，OBsinα＝OPsin∠OBP，则Rsin30°＝2Rsin∠OBP，∠OBP＝135°，则∠FBP＝45°，由几何条件知∠BOP＝15°且有∠OAB＝∠OBA，又aA∥MO，所以∠AOM＝∠aAE.由光路可逆知∠aAE＝45°，由几何关系知∠OAB＝30°，则折射率n＝sin∠aAEsin∠OAB＝sin45°sin30°＝2.答案：2