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光—课本情境与练习
1．如图，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是（　　）

A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率约为1.73
C．光在介质中的传播速度约为
D．反射光线与折射光线成60°角
2．蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到蝴蝶翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下的两片鳞片平行，厚度均匀，结构的示意图如图所示。一束蓝光以入射角i从a点入射，一部分光直接反射，另一部分光经过一系列折射、反射后从b点射出。下列说法正确的是（　　）
A．a点的反射光线与b点的折射光线平行
B．若入射角i变大，则入射点a与出射点b间的距离将变小
C．若仅将蓝光换为红光，则入射点a与出射点b间的距离不变
D．若仅将蓝光换为紫光，则入射点a与出射点b间的距离变大
3．如图甲所示，用插针法测定玻璃砖折射率：
（1）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率为 ；
（2）该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图丙所示，则玻璃的折射率 （用图中线段的字母表示）；
（3）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面。与玻璃砖位置的关系分别如图丁中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
4．某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时已经画好了部分图线，如图甲所示，并在入射光线上插上大头针、，现需在玻璃砖下表面折射出的光线上插上和大头针，便能确定光在玻璃砖中的折射光线。
(1)确定、位置的方法正确的是___________；
A．插上大头针，使仅挡住的像
B．插上大头针，使挡住的像和的像
C．插上大头针，使仅挡住
D．插上大头针，使挡住和、的像
(2)经过多次测量作出的图像如图乙，玻璃砖的折射率为 ；（保留三位有效数字）
(3)对实验中的一些具体问题，下列说法中正确的是___________。
A．入射角越小，折射率的测量越准确
B．为了减小作图误差，和的距离应适当取大些
C．如果在界面光的入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖
D．如下图所示，如果误将玻璃砖的边画到（与平行），折射率的测量值将偏小
5．为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔，孔内安装一透明材料，厚度与坦克壁厚度相同．ABCD为该材料的纵截面，如图所示。已知坦克壁厚度为，该材料对光的折射率为。不考虑光在面的反射，若坦克内的人通过这块材料能看到的外界角度范围最大为，则之间的距离为（ ）
A．B．C．D．
6．为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔。假定坦克壁厚20cm，孔左右两边的距离为30cm。孔内安装一玻璃，厚度与坦克壁厚相同，ABCD为玻璃的截面，如图所示。用一束激光从A点与水平方向成37°射入玻璃，恰好从CD边中点射出，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，光在真空中的传播速度为c=3×108m/s。求：
（1）光线在玻璃中由A点传播至CD边中点所需的时间；
（2）坦克内的人从AB中点向外观察能看到的外界角度范围。
7．空气中两条光线a和b从图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜，下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是(　　)
B．C．D．
8．为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于射入棱镜，经两次反射后光线垂直于射出，且在、边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光（　　）
A．a光的频率比b光的频率大
B．b光比a光更容易发生明显的衍射现象
C．在真空中，a光的传播速度比b光的大
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
9．如图甲所示，用于通讯的光纤由内芯和外套构成，光在内芯和外套的界面处发生全反射，所以光只在内芯中传播。对一段长直光纤，一束光由其左端的中心O点射入，若入射角在（趋近于）范围时，光只能在内芯中传播，就表明光能在内芯中正常传播。如图乙所示为某种光以角入射时的传播光路图（、已知），下列说法正确的是（ ）
A．内芯对不同频率的光折射率不同，故光纤只能传播单一频率的光
B．内芯对某种光的折射率，该光能在内芯中正常传播
C．若图乙中某种频率的光能在内芯中正常传播，则一定满足
D．某种能在内芯中正常传播的光，从左端射入的入射角越大，在光纤中的传播时间越长
10．如图所示，一段圆柱形光导纤维长，圆形截面内芯直径，内芯的折射率，外套的折射率，光从光导纤维的左端中心以入射角射入，经多次全反射后，从右端面射出。已知光在真空中的传播速度为，求：
（1）光线从空气进入光导纤维的折射角；
（2）光从左端传播到右端所需的时间t。
11．在用双缝干涉测量光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题：
（1）如图（a）、（b）两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是 。
（2）将下表中的光学元件放在图（c）所示的光具座上组装成用双缝干涉测量光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。
元件代号 A B C D E
元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片
将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各学光元件的排列顺序应为 。（填写元件代号）
（3）已知该装置中双缝间距d＝0.50 mm，双缝到光屏的距离l＝0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图（d）所示，分划板在图中A位置时游标卡尺如图（e）所示，在B位置时游标卡尺如图（f）所示，则相邻两条纹间距Δx＝ mm.（保留两位小数）
（4）由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为 m。（保留两位有效数字）
（5）若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将 （填“变大”“不变”或“变小”）。
12．某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。

（1）某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是 （选填“单缝”或“双缝”）；
（2）该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两亮纹间的距离x= cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150mm，双缝到光屏间的距离L=1.50m，则该激光的波长λ= m（结果保留3位有效数字）；
（3）为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是 。
A.换用双缝间距更大的缝屏
B.增大缝屏与光屏之间的距离
C.增大激光源与缝屏之间的距离
13．铁丝圈上附有肥皂沫，竖直放置时，可以观察到上疏下密的彩色条纹，下列说法正确的是（　　）
A．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
B．肥皂膜前后两个面的侧视形状为上薄下厚的梯形
C．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
D．将铁丝圈右侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动
14．利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差（约为微米量级），实验装置如图甲所示。和是具有标准平面的玻璃平晶，为标准金属丝，直径为；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻条纹的间距为。则以下说法正确的是（　　）
A． B．与直径相差越大，越大
C．轻压右端，若增大则有 D．与直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹
15．用单色激光照射间距不同的双缝和宽度不等的单缝时，得到下图所示的图样。以下判断正确的是（　　）
A．只有甲是双缝干涉图样 B．形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄
C．只有乙、丙是单缝衍射图样 D．乙是图示中最明显的衍射现象图样
16．甲、乙两束单色光通过相同的单缝衍射实验装置得到如图所示的图样。则这两束单色光（　　）
A．甲光的光子能量比乙光的大
B．甲光的光子动量比乙光的小
C．在相同的玻璃中传播，甲光的速度小于乙光的速度
D．在水面发生全反射时，甲光的临界角大于乙光的临界角
17．关于衍射图样，下列选项正确的是（　　）
A．甲图是白光的单缝衍射条纹
B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样
C．丙图是法国科学家泊松在实验中首次观察到的泊松亮斑
D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的电子射线衍射图样
18．某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法正确的是（ ）
A．图甲属于圆孔衍射
B．图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里
19．用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是（　　）
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片Q起到检偏的作用
C．光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直
D．将偏振片Q以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ完全消失
20．鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法错误的是（　　）
A．到达O处的光的强度会明显减弱
B．到达O处的光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于α
试卷第1页，共3页
《13.光—课本情境与练习》参考答案：
1．B【详解】A．由图可知，光线的入射角为30°，折射角为60°，则光线从介质进入真空，故A错误；
B．根据折射定律得
故B正确；
C．光在介质中的传播速度为
故C错误；
D．反射角等于入射角，则反射角30°，根据几何关系得，反射光线与折射光线的夹角为90°，故D错误。
故选B。
2．A【详解】A．图中鳞片平行，厚度均匀，作出光路图，如图所示
由图可知，a点的反射光线与b点的折射光线平行，故A正确；
B．如图所示
由图可知，入射角i变大，则折射角变大，折射光线在下面鳞片的发生反射的位置右移，则b点的位置也右移，a、b两点间的距离变大，故B错误；
C．若仅将蓝光换为红光，入射光的折射率变小，根据折射定律可知，折射角变大，则入射点a与出射点b间的距离变大，故C错误；
D．若仅将蓝光换为紫光，入射光的折射率变大，根据折射定律可知，折射角变小，则入射点a与出射点b间的距离变小，故D错误。
故选A。
31.5 偏小 不变
【详解】（1）[1]根据题意，由折射定律结合图甲可知，玻璃的折射率为
可知图乙中图像斜率的倒数等于，即
（2）[2]根据题意，由折射定律结合图丙可知，玻璃的折射率为
又有
整理可得
（3）[3][4]甲同学所作折射光线（虚线）与实际折射光线（实线）如图所示
此时所测折射角比实际折射角偏大，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。虽然乙同学所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
4．(1)BD(2)1.50(3)BD
【详解】（1）根据实验原理可知，该同学接下来要完成的必要步骤有，插上大头针，使挡住、的像；
插上大头针，使挡住和、的像。选BD。
（2）根据图甲，由几何关系结合折射定律可得，玻璃砖的折射率为
结合图乙解得
（3）A．入射角合适即可，不应过大或过小，故A错误；
B．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，和之间的距离适当大些，可以提高准确度，故B正确；
C．在界面光的入射角大于临界角，是光疏介质进入光密介质，不会在玻璃砖的上表面发生全反射，一定进入玻璃砖，故C错误；
D．如果误将玻璃砖的边画到（与平行），实验的折射角比实际的折射角偏大，所以折射率测量值偏小，故D正确。故选BD。
5．D【详解】光路图如图所示，由光的折射定律可得
由题意知，解得
由几何关系得
解得故选D。
6．（1）；（2）
【详解】（1）光线从A点射入时的光路图如图所示
光线从A点射入时的折射角为
则
在A点由光的折射定律可知
光在玻璃中的传播速度为
光的路程为
故光线在玻璃中由A点传播至边中点所需的时间
（2）坦克内的人从AB中点向外观察时，看到的范围如图所示
由几何关系得
由光的折射定律可知
解得
坦克内的人从中点向外观察时，则能看到的外界角度范围为
7．D【详解】光在AB中进入不会发生全反射，图中C中光线向下；在D中可能使光线向上偏折；由题意可知，玻璃折射率为n=1.5，由临界角公式
可得出玻璃砖的临界角C=arcsin
则当光线垂直直角边进入玻璃砖，射到斜边上时入射角为45°大于临界角，故光线能发生全反射，故可知D图可产生如图所示的效果。故D正确。故选D。
8．D【详解】在边和边都只有a光射出，说明b光发生了全反射，而a光没有发生全反射，说明b光的临界角较小，由临界角公式，可知b光的折射率较大。
A．a光的频率比b光的频率小，A错误；
B．根据可知，a光的波长比b光的大，故a光的波长更接近障碍物的尺寸，所以b光比a光更难发生明显的衍射现象。B错误；
C．根据可知，在棱镜内，a光的传播速度比b光的传播速度大，真空中速度一样，C错误；
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律，折射率越大，折射角越小，D正确。故选D。
9．D【详解】AB．内芯对不同频率的光折射率不同，如图所示，光能在内芯中正常传播的临界条件是沿着方向射入后，刚好能发生全反射，此时折射率
满足折射率的光都能在内芯中正常传播，A、B项错误；
C．图乙中某种频率的光能在内芯中正常传播，说明现在的角不一定是全反射的临界角，C项错误；
D．对某一种光，从左端射入的入射角越大，在光纤中的光程越长，传播时间越长，D项正确。故选D。
10．（1）；（2）
【详解】（1）由折射定律有
解得
（2）光在内芯的传播速度
由几何关系解得光在内芯的传播距离
所以需要的时间
解得
11．（a） EDBA 0.60 6.0×10－7 变小
【详解】（1）[1]干涉图样是平行等距的，则图（a）是干涉图样；
（2）[2]将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，各学光元件的排列是EDBA；
（3）[3]分划板在图中A位置时游标卡尺读数
xA=11.1cm+0.05mm×3=111.15mm
在B位置时游标卡尺读数
xB=11.5cm+0.05mm×7=115.35mm
条纹间距
（4）[4]由以上所测数据，可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为
（5）[5]若改用频率较高的单色光照射，则波长较小，根据
可知得到的干涉条纹间距将变小。
12． 单缝 6.50 6.50×10-7 A
【详解】（1）[1]图甲中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。
（2）[2]刻度尺的分度值为0.1cm，需要估读到0.01cm，所以A、B两亮纹间的距离为6.50cm。
[3]相邻条纹间距为
根据可得该激光的
（3）[4]为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小，根据可知可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，而增大激光源与缝屏之间的距离对无影响。故选A。
13．C【详解】C．肥皂膜上条纹的形成是因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，是薄膜干涉，选项C正确；
A．形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，选项A错误；
B．肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其前后两个面的侧视形状应是一个圆滑的曲面而不是梯形，选项B错误；
D．将铁丝圈右侧的把柄向上转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，选项D错误。选C。
14．AC【详解】A．设标准平面的玻璃晶之间的夹角为，由题可知，有
有空气薄膜干涉的条件可知
故A正确；
B．由上述分析可知，与A直径相差越大，越大，越小，故B错误；
C．轻压右端，若增大则有减小，说明，故C正确；
D．当与直径相等时，为0，形不成图乙中的干涉条纹，故D错。选AC。
15．B【详解】AD．单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距．双缝干涉条纹等宽、等间距，则甲、乙两图是干涉条纹，丙、丁是衍射条纹。故AD错误；
BC．丙、丁两图是衍射条纹，而随着缝间距越小，衍射条纹越大，则形成丙衍射图样的单缝比丁的更窄。故B正确，C错误。
故选B。
16．AC【详解】A．由衍射图样可知，甲光的波长小于乙光的波长，由
可得甲光的频率大于乙光的频率，由
可得甲光的能量大于乙光的能量，故A正确；
B．由
可得，能量大的光子动量也大，故甲光的动量大于乙光的动量，故B错误；
C．因在同一介质中，频率大的单色光折射率也大，故在相同的玻璃中传播，甲光的折射率大于乙光的折射率，由
可知甲光的速度小于乙光的速度，故C正确；
D．由
可知在水面发生全反射时，甲光的临界角小于乙光的临界角，故D错误。选AC。
17．B【详解】A．白光的单缝衍射图样是彩色的直条纹，故A错误；
B．乙图是单色光单缝衍射产生的图样，是明暗相间的直条纹，中间是亮纹，选项B正确；
C．丙图是阿拉果在实验中首次观察到的泊松亮斑，光线照射到圆板上，在圆板的后面出现一个亮斑，选项C错误；
D．丁图是英国物理学家沃森和克里克做实验获得的一系列DNA纤维的X射线衍射图样，选项D错误。
故选B。
18．ACD【详解】A．根据衍射条纹的特点可知题图甲属于圆孔衍射，故A正确；
B．题图乙的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到了障碍物的影子里，故D正确。
故选ACD。
19．B【详解】A．白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，不能说明白炽灯的光是纵波，A错误；
B．当白炽灯光经偏振片P后就成为偏振光，又经与P平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏的作用，B正确；
C．光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行，C错误；
D．将偏振片P以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将会减弱，但不会完全消失，D错误；故选B。
20．B【详解】AB．自然光通过偏振片后得到振动方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；
CD．若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，说明它们转过的角度等于α，故CD正确。
本题选错误的，故选B。
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