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光及其应用　检测试题
(时间:90分钟　分值:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共 28分.在每小题列出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.光在生产、生活中有着广泛的应用,下列对光的应用说法正确的是(　　)
[A] 光学镜头上的增透膜是利用光的衍射现象
[B] 光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象
[C] 3D电影技术利用了光的干涉现象
[D] 全息照相利用了光的偏振现象
2.地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　　)
[A] 　　　　　 [B]
[C] 　　　　　 [D]
3.如图所示,甲、乙分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样,下列关于a、b两束单色光的说法正确的是(　　)
[A] a、b光在真空中的波长满足λa>λb
[B] a、b光在玻璃中的折射率满足na[C] 若这两束光分别为红光和紫光,则a为红光
[D] 若a、b光分别从玻璃射入空气,则a光临界角较小
4.如图所示,一束复色光照射到水中的球形气泡以后,经折射后分成a、b两束单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] 在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[B] a光能发生偏振现象,b光不能发生偏振现象
[C] a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置,b光的条纹间距更大
[D] a、b两束光分别通过同一单缝衍射装置,a光的中央明条纹较宽
5.如图所示为双缝干涉实验原理图,单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上,入射光波长为600 nm,实验屏上P0和P处为两条相邻的明条纹.下列说法正确的是(　　)
[A] 双缝S1和S2到P点的距离差为300 nm
[B] 仅增加双缝到屏之间的距离,条纹间距将随之减小
[C] 若换成波长为400 nm的入射光,则P点处将形成暗条纹
[D] 遮住S1,则屏上不能形成明暗相间的条纹
6.如图所示是指纹识别原理图,其原理是利用光学棱镜的全反射特性,在指纹谷线(凹部),入射光在棱镜界面发生全反射,在指纹脊线(凸部),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方,这样,在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像.已知水的折射率约为1.33,透明玻璃的折射率约为1.5.下列说法正确的是(　　)
[A] 指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线
[B] 指纹模块接收光线较暗的部位是干涉减弱的地方
[C] 没有手指放入时,若光源正常发光,指纹模块会接收到全暗图像
[D] 手指湿润时,指纹识别率低,是因为光在棱镜界面不能发生全反射
7.如图所示,一横截面为直角三角形的三棱镜,∠B=90°,∠C=30°.一条与AB边成θ=30°角的光线射向AB边,经过BC边一次反射,再从AC边射出,且出射光线的折射角为60°.则这种材料的折射率为(　　)
[A] [B] [C] [D] 2
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共 18分.在每小题列出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.在光的特性研究中,下列实验现象和原理的说法正确的有(　　)
[A] 图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度
[B] 图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角i逐渐增大到某一值(入射角i<90°)后不会再有光线从bb′面射出
[C] 图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板(双缝)间的距离L,相邻两条明条纹间距离将减小
[D] 图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的
9.等腰三角形abc为一棱镜的横截面,ab=ac;一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜,在bc边反射后从ac边射出,出射光分成了不同颜色的两束,甲光的出射点在乙光的下方,如图所示.不考虑多次反射.下列说法正确的有(　　)
[A] 甲光的波长比乙光的长
[B] 甲光的频率比乙光的高
[C] 在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大
[D] 在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大
10.为了装点城市夜景,市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面.如图甲所示,水下有一点光源S,同时发出两种不同颜色的a光和b光,在水面上形成了一个被照亮的圆形区域,俯视图如图乙所示,环状区域只有b光,中间小圆为复合光.下列说法正确的是(　　)
[A] 在水中a光波速小于b光
[B] a光的频率小于b光
[C] 用同一套装置做双缝干涉实验,a光条纹间距更小
[D] 若某单缝能使b光发生明显衍射现象,则a光也一定能发生明显衍射现象
三、非选择题(本题共5小题,共54分.考生根据要求作答)
11.(8分)如图甲所示,某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。
(1)(2分)如图乙是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是　　 　(填字母).
(2)(2分)关于实验操作,下列说法正确的是　　　　.
A.将滤光片由蓝色换成红色,干涉条纹间距变宽
B.去掉滤光片后,干涉现象消失
C.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
(3)(4分)用测量头观测第1条亮条纹时,手轮上的示数如图丙所示.然后同方向转动测量头,观测第6条亮条纹时手轮上的示数如图丁所示,则图丁读数为　　　　 mm.求得这种色光的波长λ=　　　　 m(结果保留2位有效数字,已知双缝间距d=0.20 mm,双缝到屏间的距离L=800 mm).
0.370 mm,所以最终读数为13.5 mm+0.370 mm=13.870 mm,图丙中螺旋测微器的固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为0.01 mm×32.0=0.320 mm,最终读数2 mm+0.320 mm=
2.320 mm,则有Δx= mm=2.310 mm,根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ,代入数据得λ=5.8×10-7 m.
12.(6分)“测定玻璃的折射率”的实验中,在水平放置的白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4.
甲
(1)(2分)在插P3和P4时,应使　　　　.(多选)
A.P3只挡住P1的像
B.P1只挡住P3
C.P3同时挡住P1、P2的像
D.P4挡住P3及P1、P2的像
(2)(2分)该小组用同一套器材完成了四次实验,如图记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示,其中实验操作正确的是　 .
(3)(2分)该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、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图乙所示,则玻璃的折射率n=　　　.(用图中线段的字母表示)
乙
13.(8分)如图所示,救生员坐在游泳池旁边的凳子上,其眼睛到地面的高度h0为1.2 m,到池边的水平距离L为1.6 m,池深H为1.6 m,池底有一盲区.设池水的折射率为.当池中注水深度h为1.2 m时,池底盲区的宽度是多少 (取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
14.(14分)如图所示为玻璃制成的圆柱,它的折射率为,一细光线垂直于圆柱的轴线以i1=60°的入射角射入圆柱.
(1)(7分)作出光线穿过圆柱并射出圆柱的光路图;
(2)(7分)求出该光线从圆柱中射出时,出射光线偏离原入射光线方向的角度.
15.(18分)某透明物质的横截面为半圆,O为该半圆的圆心,半圆的半径为R.如图所示,一小束光线从Q点射入该物质,光线恰好从半圆的中点E射出.已知入射点Q到圆心O的距离为R,入射光线与竖直方向的夹角α=60°,光在真空中的传播速为c.求:
(1)(9分)该透明物质的折射率;
(2)(9分)光线从Q点传播到E点所用的时间.光及其应用　检测试题
(时间:90分钟　分值:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共 28分.在每小题列出的四个选项中,只有一项符合题目要求)
1.光在生产、生活中有着广泛的应用,下列对光的应用说法正确的是(　　)
[A] 光学镜头上的增透膜是利用光的衍射现象
[B] 光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象
[C] 3D电影技术利用了光的干涉现象
[D] 全息照相利用了光的偏振现象
【答案】 B
【解析】 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,A错误;光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维,光在其中传播过程利用的是光的全反射现象,B正确;3D电影技术利用了光的偏振现象,C错误;全息照相利用了光的干涉现象,D错误.
2.地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　　)
[A] 　　　　　 [B]
[C] 　　　　　 [D]
【答案】 A
【解析】 由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,所以太阳光斜射入地球的过程中,始终从光疏介质射入光密介质,光路图如图所示,则光线应逐渐趋于竖直方向,故
选A.
3.如图所示,甲、乙分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样,下列关于a、b两束单色光的说法正确的是(　　)
[A] a、b光在真空中的波长满足λa>λb
[B] a、b光在玻璃中的折射率满足na[C] 若这两束光分别为红光和紫光,则a为红光
[D] 若a、b光分别从玻璃射入空气,则a光临界角较小
【答案】 D
【解析】 根据双缝干涉相邻明(或暗)条纹间距公式Δx=λ可得,在其他条件不变的情况下,相干光的波长越大,条纹间距越大,由题图可知a光的波长小于b光的波长,故选项A错误;由于a光的波长小于b光的波长,所以a光的频率大于b光的频率,若这两束光分别为红光和紫光,则b光为红光,故选项C错误;对于同一种介质,光的频率越大,折射率越大,故a光在玻璃中的折射率大于b光在玻璃中的折射率,由n=知,a光的临界角小于b光的临界角,故选项D正确,B错误.
4.如图所示,一束复色光照射到水中的球形气泡以后,经折射后分成a、b两束单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] 在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[B] a光能发生偏振现象,b光不能发生偏振现象
[C] a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置,b光的条纹间距更大
[D] a、b两束光分别通过同一单缝衍射装置,a光的中央明条纹较宽
【答案】 D
【解析】 所有光在真空中的传播速度均相同,选项A错误;光是横波,a、b两束光均能发生偏振现象,选项B错误;由题图可知在水中a光的折射率小于b光的折射率,则a光的频率小于b光的频率,a光的波长大于b光的波长,由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置,a光的条纹间距更大,选项C错误;由于a光的波长大于b光的波长,所以通过同一单缝衍射装置,a光的中央明条纹较宽,选项D正确.
5.如图所示为双缝干涉实验原理图,单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上,入射光波长为600 nm,实验屏上P0和P处为两条相邻的明条纹.下列说法正确的是(　　)
[A] 双缝S1和S2到P点的距离差为300 nm
[B] 仅增加双缝到屏之间的距离,条纹间距将随之减小
[C] 若换成波长为400 nm的入射光,则P点处将形成暗条纹
[D] 遮住S1,则屏上不能形成明暗相间的条纹
【答案】 C
【解析】 由题可知,来自双缝的光传播到P点处的路程差为λ,即双缝S1和S2到P点的距离差为600 nm,A错误;根据条纹间距公式Δx=λ可知,仅增加双缝到屏之间的距离,条纹间距将随之增大,B错误;若换成波长为400 nm的入射光,则满足Δs=(2n+1)·=(2×1+1)×
nm=600 nm=λ',故P点处将形成暗条纹,C正确;遮住S1,光通过S2发生单缝衍射现象,屏上能形成明暗相间的条纹,D错误.
6.如图所示是指纹识别原理图,其原理是利用光学棱镜的全反射特性,在指纹谷线(凹部),入射光在棱镜界面发生全反射,在指纹脊线(凸部),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方,这样,在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像.已知水的折射率约为1.33,透明玻璃的折射率约为1.5.下列说法正确的是(　　)
[A] 指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线
[B] 指纹模块接收光线较暗的部位是干涉减弱的地方
[C] 没有手指放入时,若光源正常发光,指纹模块会接收到全暗图像
[D] 手指湿润时,指纹识别率低,是因为光在棱镜界面不能发生全反射
【答案】 A
【解析】 在指纹凸部(脊线),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方,指纹模块接收到的光线较暗,并不是因为干涉而光线较暗;在指纹凹部(谷线),入射光在棱镜界面发生全反射,指纹模块接收到光线较亮,因此指纹模块接收光线较暗的部位是指纹脊线,较亮的部位是指纹谷线,选项A正确,B错误;没有手指放入时,若光源正常发光,入射光在棱镜界面发生全反射,指纹模块上会接收到全亮图像,选项C错误;因透明玻璃的折射率大于水的折射率,因此手指湿润时,棱镜界面仍然有部分光能发生全反射,也可能有部分光无法发生全反射,使得指纹识别率低,选项D错误.
7.如图所示,一横截面为直角三角形的三棱镜,∠B=90°,∠C=30°.一条与AB边成θ=30°角的光线射向AB边,经过BC边一次反射,再从AC边射出,且出射光线的折射角为60°.则这种材料的折射率为(　　)
[A] [B] [C] [D] 2
【答案】 B
【解析】 光路图如图所示,光线在AB边上的入射角i=90°-30°=60°,光线从AC边上出射时的折射角i'=60°,由折射定律可知,光线在AB边上的折射角γ等于在AC边上的入射角γ'.根据几何关系有γ+γ'+90°+30°=180°,可得γ=30°,根据折射定律可知,这种材料的折射率为n==,A、C、D错误,故B正确.
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共 18分.在每小题列出的选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.在光的特性研究中,下列实验现象和原理的说法正确的有(　　)
[A] 图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图,其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度
[B] 图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图,当入射角i逐渐增大到某一值(入射角i<90°)后不会再有光线从bb′面射出
[C] 图丙是双缝干涉示意图,若只减小屏到挡板(双缝)间的距离L,相邻两条明条纹间距离将减小
[D] 图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的
【答案】 ACD
【解析】 题图甲中a光束折射角大,折射率小,根据v=可知,a光束在水珠中的传播速度大,选项A正确;题图乙中,光束在aa'面的折射角等于在bb'面的入射角,只要入射角i<90°,
bb'面的入射角就小于临界角,就不会发生全反射,选项B错误;题图丙中,根据公式Δx=λ可知,减小屏到挡板(双缝)间的距离L,相邻两条明条纹间距离将减小,选项C正确;题图丁中的干涉条纹是光在样板下表面反射光和被检测平面上表面反射光形成稳定干涉,弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的,选项D正确.
9.等腰三角形abc为一棱镜的横截面,ab=ac;一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜,在bc边反射后从ac边射出,出射光分成了不同颜色的两束,甲光的出射点在乙光的下方,如图所示.不考虑多次反射.下列说法正确的有(　　)
[A] 甲光的波长比乙光的长
[B] 甲光的频率比乙光的高
[C] 在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大
[D] 在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大
【答案】 ACD
【解析】 根据折射定律和反射定律作光路图如图.由图可知,乙光的折射角小,可知乙光的折射率大,甲光的频率比乙光的低,在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大,B错误,D正确;根据λ=,可知甲光的波长比乙光的长,A正确;根据v=,可知在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大,故C正确.
10.为了装点城市夜景,市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面.如图甲所示,水下有一点光源S,同时发出两种不同颜色的a光和b光,在水面上形成了一个被照亮的圆形区域,俯视图如图乙所示,环状区域只有b光,中间小圆为复合光.下列说法正确的是(　　)
[A] 在水中a光波速小于b光
[B] a光的频率小于b光
[C] 用同一套装置做双缝干涉实验,a光条纹间距更小
[D] 若某单缝能使b光发生明显衍射现象,则a光也一定能发生明显衍射现象
【答案】 AC
【解析】 如图所示.
在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射,入射角等于临界角,由于a光照射的面积较小,则知a光的临界角较小,根据sin ic=,知a光的折射率较大,由v=,知a光在水中的传播速度比b光小,a光的频率高于b光,故A正确,B错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ和λ=,可知a光波长更短,条纹间距更小,故C正确;单缝的尺寸小于光波的波长,或与波长差不多能发生明显的衍射,由于a光的波长小于b光的波长,所以若某单缝能使b光发生明显衍射现象,则a光不一定能发生明显衍射现象,故D错误.
三、非选择题(本题共5小题,共54分.考生根据要求作答)
11.(8分)如图甲所示,某同学对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。
(1)(2分)如图乙是光的条纹形状示意图,其中干涉图样是　　 　(填字母).
(2)(2分)关于实验操作,下列说法正确的是　　　　.
A.将滤光片由蓝色换成红色,干涉条纹间距变宽
B.去掉滤光片后,干涉现象消失
C.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝
(3)(4分)用测量头观测第1条亮条纹时,手轮上的示数如图丙所示.然后同方向转动测量头,观测第6条亮条纹时手轮上的示数如图丁所示,则图丁读数为　　　　 mm.求得这种色光的波长λ=　　　　 m(结果保留2位有效数字,已知双缝间距d=0.20 mm,双缝到屏间的距离L=800 mm).
【答案】 (1)A　(2)A　(3)13.870　5.8×10-7
【解析】 (1)双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度;衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮两边暗,且不等间距,可知A图是干涉条纹.
(2)将滤光片由蓝色换成红色,波长变长,干涉条纹间距变宽,A正确;去掉滤光片后,入射光是复合光,而两列光相干的条件是他们的频率相同,故能发生干涉现象,但条纹是彩色的,B错误;调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,不放单缝和双缝,C错误.
(3)题图丁中螺旋测微器的固定刻度读数为13.5 mm,可动刻度读数37.0×0.01 mm=
0.370 mm,所以最终读数为13.5 mm+0.370 mm=13.870 mm,图丙中螺旋测微器的固定刻度读数为2 mm,可动刻度读数为0.01 mm×32.0=0.320 mm,最终读数2 mm+0.320 mm=
2.320 mm,则有Δx= mm=2.310 mm,根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ,代入数据得λ=5.8×10-7 m.
12.(6分)“测定玻璃的折射率”的实验中,在水平放置的白纸上放好玻璃砖,aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2,用“+”表示大头针的位置,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大头针P3和P4.
甲
(1)(2分)在插P3和P4时,应使　　　　.(多选)
A.P3只挡住P1的像
B.P1只挡住P3
C.P3同时挡住P1、P2的像
D.P4挡住P3及P1、P2的像
(2)(2分)该小组用同一套器材完成了四次实验,如图记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示,其中实验操作正确的是　 .
(3)(2分)该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、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN′的垂线,垂足分别为C、D点,如图乙所示,则玻璃的折射率n=　　　.(用图中线段的字母表示)
乙
【答案】 (1) CD　(2)D　(3)
【解析】 (1)“测定玻璃的折射率”的实验中,大头针均应在同一传播光路上,即P3同时挡住P1、P2的像且P4挡住P3及P1、P2的像,故C、D正确.
(2)光由光疏介质(空气)射入光密介质(玻璃)中时,入射角应大于折射角,且根据折射定律可知光射入玻璃的入射角应等于射出玻璃时的折射角,即入射光线和出射光线平行,故选C.
(3)根据几何关系入射角正弦值sin i=,折射角正弦值sin r=,且AO=BO,根据折射定律n==.
13.(8分)如图所示,救生员坐在游泳池旁边的凳子上,其眼睛到地面的高度h0为1.2 m,到池边的水平距离L为1.6 m,池深H为1.6 m,池底有一盲区.设池水的折射率为.当池中注水深度h为1.2 m时,池底盲区的宽度是多少 (取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
【答案】 1.43 m
【解析】 当池中注水深度h为1.2 m,光路图如图所示.
根据几何关系知
sin i==0.8,
即i=53°,
根据折射定律可求得sin r==0.6,
即r=37°,根据几何关系可知盲区宽度为
s=(1.6-1.2)tan 53° m+1.2×tan 37°m≈1.43 m.
14.(14分)如图所示为玻璃制成的圆柱,它的折射率为,一细光线垂直于圆柱的轴线以i1=60°的入射角射入圆柱.
(1)(7分)作出光线穿过圆柱并射出圆柱的光路图;
(2)(7分)求出该光线从圆柱中射出时,出射光线偏离原入射光线方向的角度.
【答案】 (1)图见解析　(2)60°
【解析】 (1)光线穿过并射出圆柱的光路图如图所示.
(2)由折射定律得
sin γ1==,
所以γ1=30°,
根据几何关系有γ1=γ2=30°,
γ3=i1-γ1=30°,
在光线的出射处,根据折射定律得
sin i2=nsin γ2=,
所以i2=60°,
根据几何关系有γ4=i2-γ2=30°,
则α=γ3+γ4=60°,
即出射光线偏离原方向60°.
15.(18分)某透明物质的横截面为半圆,O为该半圆的圆心,半圆的半径为R.如图所示,一小束光线从Q点射入该物质,光线恰好从半圆的中点E射出.已知入射点Q到圆心O的距离为R,入射光线与竖直方向的夹角α=60°,光在真空中的传播速为c.求:
(1)(9分)该透明物质的折射率;
(2)(9分)光线从Q点传播到E点所用的时间.
【答案】 (1)　(2)
【解析】 (1)设折射角为r,由几何关系可得
tan r===,
可得sin r=,
根据折射定律可知,该透明物质的折射率
n===.
(2)光线在该透明物质的传播速度
v==,
光线在该透明物质的传播路程
s=QE==R,
光线从Q点传播到E点所用的时间
t===.

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