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第四章 光 单元测试
一、单选题
1．如图所示，一束白光通过三棱镜发生色散，a、b是其中的两束单色光，这两束光相比较（　　）
A．在真空中，a光的速度大
B．在真空中，a光的波长大
C．三棱镜对b光的折射率小
D．光从三棱镜中射向空气，b光的临界角大
2．如图，将水平面上一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，使在两玻璃表面之间形成一个倾角很小的劈形空气薄膜，光从上方入射后，从上往下看到的干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹中心位置或暗条纹中心位置所对应的薄膜厚度差恒定。由此可以判定在垂直水平面的入射光不变的情况下，相邻明条纹或暗条纹的间距与倾角（单位为rad）的关系图像可能正确的是（　　）
A． B． C． D．
3．如图所示，用单色光做双缝干涉实验，P为第二条亮条纹，改用频率较高的单色光再做实验（其他不变）时，则第二个亮条纹的位置
A．仍在P点
B．在P点上方
C．在P点下方
D．要将屏向双缝方向移近一些才能看到亮条纹
4．下列关于光现象说法正确的是( )
A．水中的潜水员斜向上看岸边物体时，看到物体的像将比物体所处的实际位置低
B．海市蜃楼产生的原因是由于海面的上层空气的折射率比下层空气折射率大
C．玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显偏亮，是由于光的干涉
D．光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传播信息
5．下列光的实验图样中，属于单色光双缝干涉图样的是（　　）
A． B．
C． D．
6．某玻璃三棱镜的截面如图所示，其折射率为，该三棱镜的AB边竖直放置，，，当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时，光在AC边上的折射角为（不考虑光在玻璃中的多次反射）（ ）
A． B． C． D．
7．某玻璃砖的横截面是底角为45的等腰梯形，如图，一束由红绿两色组成的复色光从AB边中点P平行于BC边射入后，两种色光在BC边均发生全反射后再从CD边E和F两点射出玻璃砖。忽略光在玻璃砖内的多次反射，则下列说法不正确的是（　　）
A．在F点射出玻璃砖的一定是红光
B．在CD边射出玻璃砖的红绿两束光线一定是平行的
C．绿光在CD边出射的方向与BC平行
D．增大AB边入射光线的入射角，最先从BC边射出的是红光
二、多选题
8．水下一点光源，发出红光，如图所示，水面上半径为的圆形区域有光射出，已知红光在水中的折射率为。下列判断正确的是（　　）
A．光源在水下的深度为
B．如果光源从水面开始在水中匀速下沉，则水面上有光射出的圆形区域的半径随时间均匀增大
C．水下光源发出的光，穿过水面可以照亮水面上方的任何位置
D．仅换成蓝光光源，在水面上有光射出的区域增大
9．如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在图中P处迎着光入射的方向观察，看不到光亮。则（　　）
A．图中a是偏振光
B．图中b是偏振光
C．将B转过180°，将在P处看到光亮
D．将A转过90°，将在P处看到光亮
10．如图所示，下列说法正确的有（　　）
A．如图甲，当自然光由空气射入水面上时，反射光是偏振光
B．如图乙，将马蹄形磁铁靠近正在发光的楼道灯（白炽灯）时，灯丝将向某方向偏移
C．如图丙，图中曲线为某原子核衰变后放出的射线在磁场中的运动轨迹，直线为很薄的纸片，则该射线为射线
D．如图丁，平面镜反射可将微小形变放大，按压桌面后，假设平面镜平行下移，此时竖直墙上光斑下移，则通过增大激光的入射角，可使墙上光斑下移的量变大
三、实验题
11．如图，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、② 、③ 、④ 、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹（暗纹）间的距离，可采取 的方法。
12．图中为“双棱镜干涉”实验装置，其中S为单色光源，A为一个顶角略小于180的等腰三角形棱镜，P为光屏。S位于棱镜对称轴上，屏与棱镜底边平行。调节光路，可在屏上观察到干涉条纹。这是由于光源S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时，两个分别位于图中S1和S2位置的相干波源所发出的光的叠加（S1和S2的连线与棱镜底边平行）。已知S1和S2的位置可由其它实验方法确定，类比“双缝干涉测波长”的实验，可以推测出若要利用“双棱镜干涉”测量光源S发出的单色光的波长时，需要测量的物理量是 ， 和 。
13．在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上（如图1），并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。
（1）组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则 ；
A．可观察到水平方向的干涉条纹
B．可观察到竖直方向的干涉条纹
C．看不到干涉现象
（2）若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中 ；
A．观察不到干涉条纹
B．可观察到明暗相间的白条纹
C．可观察到彩色条纹
（3）若实验中在像屏上得到的干涉图样如图2所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图2中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为、，则入射的单色光波长的计算表达式为 。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图3所示，则其读数为 ；
（4）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图4所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，测量值 实际值。（填“大于”、“小于”或“等于”）
14．如图甲、图乙所示，在“用插针法测定玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而确定折射光线OO′．
（1）如图甲，测出入射角i和折射角r，则玻璃的折射率 n = ．
（2）如图乙，以O为圆心，作圆与OA、OO′分别交于P、Q两点，过P、Q两点分别作法线NN′的垂线，垂足分别为P′、Q′，则玻璃的折射率可以表示为 n = ．
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D C D A B D ABC BD AC
1．B
【详解】A．在真空中光速都相同，都为，故A错误；
BC．由题图可看出，a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律有
而b光的折射角更大，因此
随着光的波长增大，同一物质对其的折射率减小，可知
故B正确，C错误；
D．根据
可知
故D错误。
故选B。
2．D
【详解】设任意相邻明条纹或暗条纹中心位置所对应的薄膜厚度差为，根据几何关系可得
由于任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，又倾角很小，则有
可得
故选D。
3．C
【详解】ABC．频率增大，则波长变小，根据双缝干涉条纹的间距公式
可知，相邻条纹的间距变小，则第二条暗纹的中点在P点的下方．故AB错误，C正确；
D．当改用频率较高的单色光，则波长变小时，出现明（暗）条纹的间距宽度变小，若将屏向双缝方向远离一些即可看到第二个亮条纹的位置，故D错误．
故选C．
4．D
【详解】A：物体反射的光斜射到水面上，会发生折射现象，当光进入水中后靠近法线，射入潜水员眼睛，潜水员由于错觉，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像比实际位置高，所以潜水员在水中看见岸上的物体，实际是变高了的物体的虚像．故A项错误．
B：海市蜃楼产生的原因是由于海面上的下层空气的温度比上层低，下层空气的密度比上层大，下层空气的折射率比上层空气折射率大而产生的全反射现象．故B项错误．
C：玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显偏亮，是由于光线从玻璃中射向空气时发生全反射．故C项错误．
D：光纤通信是利用光的全反放射原理来传播信息的，故D项正确．
【点睛】全反射条件：(1) 光是由光密介质进入光疏介质．(2) 入射角大于等于临界角．
5．A
【详解】单色光双缝干涉图样出现的是明暗相间的等间距的条纹，如图A；单缝衍射出现中间宽，两边窄的明暗相间的条纹，如图B，而D图案是复色光单缝衍射图案，出现的是彩色条纹；C图案是小孔衍射图案。
故选A。
6．B
【分析】已知三棱镜的折射率为，根据可求得全反射的临界角，判断出光在BC边恰好发生全反射，作出光路图。光线在AC边上发生折射，由折射定律求出折射角。
【详解】三棱镜的折射率
则全反射临界角满足
可得
光照到界面上时的入射角为，将在界面处发生全反射。而光在边上的入射角等于，故光在边恰好发生全反射，其光路图如图所示；
界面的反射光的光线在边的折射角
根据
可知，在边的折射角为
故B正确。
【点睛】本题关键要掌握全反射条件和临界角公式，正确作出光路图。
7．D
【详解】ABC．光束从AB边进入棱镜后射到BC边发生全反射，根据折射定律及光路的可逆性可判断知在CD边射出玻璃砖的红绿两束光线一定平行于BC边射出；由于同一介质对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律结合几何知识可得出绿光从右边射出的出射点在F的上方E点，画出光路图如图所示
故ABC正确；
D．依题意，可知当增大AB边入射光线的入射角，则两束光在BC界面上入射角也将增大，所以绿光，红光均不能从BC界面射出，故D错误。
由于本题选择错误的，故选D。
8．ABC
【详解】A．设光源距离水面的高度为，红光的临界角为，可得
解得
故A正确；
B．当光源从水面开始匀速下降时，设下降的速度为，则
联立得
即随时间均匀增大，故B正确；
C．当光从圆形区域接近边缘处射出时，光线接近水平，这样射出的光线向各个方向的都有，因此射出的光线能照亮水面上方的任何位置，故C正确；
D．换成蓝光，频率增大，折射率增大，则有光射出的圆形区域的半径减小，故D错误。
故选ABC。
9．BD
【详解】AB．电灯S发出的光是自然光，自然光沿各个方向的振动是均匀分布的，通过一个偏振片后透射光中只有沿偏振片透振方向振动的光，A错误，B正确；
C．偏振片B只透过振动方向与其透振方向一致的偏振光，人眼在P处看不到光亮，说明其透振方向与偏振片A的透振方向垂直。将A转过180°后，其透振方向仍与偏振片B的透振方向垂直，人眼在P处依然看不到光亮，C错误；
D．将B转过90°后，其透振方向与偏振片A的透振方向相同，人眼在P处能看到光亮，D正确。
故选BD。
10．AC
【详解】A．自然光斜射到水面、玻璃面上时，反射光是偏振光，折射光不是偏振光，故A正确；
B．将马蹄形磁铁靠近正在发光的楼道灯（白炽灯）时，灯丝将振动，不会向某一固定方向偏移，故B错误；
C．由图可知，粒子是由下向上运动的，穿过纸片后动能减小速度减小，故做圆周运动的半径减小，可得粒子逆时针运动的，由左手定则可判断射线带正电，故则该射线为α射线，C正确；
D．如下图所示
设入射点O到到墙的距离为d，设平面下降的距离为，光的入射角为，由几何关系可得
整理得
由上式可得h的大小与入射角的大小没有关系，故D错误。
故选AC。
11． 滤光片 单缝 双缝 增大双缝到光屏的距离或减小双缝间距离
【详解】[1][2][3]做实验时光具座上放置的光学元件依次为光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒和光屏。
[4]由公式可知，λ一定，要增大Δx，可增大双缝到光屏的距离l或减小双缝间距离d。
12． S1与S2间的距离d S1（或S2）与光屏间的距离L 干涉条纹间距
【详解】[1][2][3]光源S发出的光经棱镜作用后，相当于在没有棱镜时，两个分别位于图S1和S2位置的相干光源所发出的光的叠加。根据双缝干涉条纹的间距公式
x=
知，单色光的波长
=
可知需要测量S1与S2间的距离d；S1（或S2）与光屏间的距离L；干涉条纹间距x。
13． B C 31.10 大于
【详解】（1）[1]将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，在毛玻璃屏上可观察到竖直方向的干涉条纹，故B正确，AC错误。
故选B。
（2）[2]若取下红色滤光片，在毛玻璃屏上观察到的是白光（复色光）的干涉条件，因此观察到的是彩色条纹，故C正确，AB错误。
故选C。
（3）[3]条纹间距为
解得单色光波长为
[4]游标卡尺读数为
（4）[5]如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值将偏大。
14．
【详解】(1)根据折射定律得，.
(2)因为sini= ，sinr=
所以=.

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