高中物理光學測試題

第十四章光學章末自測時間：90分鐘滿分：100分第I卷選擇題一、選擇題(本題包括10小題，共40分，每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的有多個選項正確，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，錯選或不選的得0分)1．下列現(xiàn)象中屬于光的干涉現(xiàn)象的是( )八.天空出現(xiàn)彩虹B.肥皂泡在陽光照射下呈現(xiàn)彩色條紋C陽光通過三棱鏡形成彩色光帶D.光線通過一個極窄的縫呈現(xiàn)明暗相間的條紋解析：A、C為光的色散現(xiàn)象，D為光的衍射.答案：B2．紅光和紫光相比( )A.紅光光子的能量較大；在同一種介質中傳播時紅光的速度較大B.紅光光子的能量較小；在同一種介質中傳播時紅光的速度較大C.紅光光子的能量較大；在同一種介質中傳播時紅光的速度較小D.紅光光子的能量較??；在同一種介質中傳播時紅光的速度較小解析：紅光的頻率比紫光的頻率小，由E=hv可知紅光的能量比紫光小，據(jù)此可排除選項A、C;紅光在介質中的折射率比紫光在介質中的折射率小，由o=-可知在同一種介質中紅光的傳播速度比紫光n的大，所以B選項正確，D選項錯誤.答案：B3．在沒有月光的夜間，一個池面較大的水池底部中央有一盞燈(可看做點光源)，小魚在水中游動，小鳥在水面上方飛翔．設水中無雜質，且水面平靜，則下面的說法中正確的是()A.小魚向上方水面看去，看到的亮點的位置與魚的位置無關B.小魚向上方水面看去，看到的亮點的位置與魚的位置有關C小鳥向下方水面看去，看到的亮點的位置與鳥的位置無關D.小鳥向下方水面看去，看到的亮點的位置與鳥的位置有關解析：小魚通過水面看燈是反射成像，不同位置射入魚眼的反射光線不同，但反射光線的延長線交于一點，即為“平面鏡”成的像．而鳥看燈是折射成像，鳥在不同位置射入鳥眼的折射光線不同.折射光線的延長線在不同位置交于不同點，故選項A、D對.答案：AD4.現(xiàn)代物理學認為，光和實物粒子都具有波粒二象性.下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是（）A.一定頻率的光照射到鋅板上，光的強度越大，單位時間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B.肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C.質量為10-3kg、速度為10-2m/s的小球，其德布羅意波波長約為10-23m,不過我們能清晰地觀測到小球運動的軌跡D.人們常利用熱中子研究晶體的結構，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距大致相同解析：一定頻率的光照射到鋅板上，光的強度越大，單位時間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多，反映的是光電效應規(guī)律，體現(xiàn)光的粒子性，A錯誤；C項是單個物體的低速運動，也不能突出體現(xiàn)波動性，C錯誤；B、D正確.答案：BD圖1.光導纖維的結構如圖1,其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播.以下關于光導纖維的說法正確的是（）A.內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C.內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用解析：全反射發(fā)生的條件之一是光從光密介質射向光疏介質，故光導纖維內(nèi)芯折射率大于外套的折射率，光在內(nèi)芯射向外套時，在其界面處發(fā)生全反射，從而使光在內(nèi)芯中傳播，故選項A正確.答案：A束面圖2.在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點恰好與桌面接觸，圓錐的軸（圖中虛線）與桌面垂直，過軸線的截面為等邊三角形，如圖2所示.有一半徑為廠的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合.已知玻璃的折射率為1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為（）A.rB.1.5rC.2rD.2.5r解析：ExCF圖3畫出光路圖如圖3所示.當光線射到A時，入射角a=60°,大于臨界角，故發(fā)生全反射，反射光線垂直另一界面射出.設EC=x，考x2一慮到O是三角形ABC的重心，由幾何關系，得：干=3，得x=2r，故選項C正確.答案：C.兩個偏振片緊靠在一起，將它們放在一盞燈的前面以致沒有光通過.如果將其中的一片旋轉180°,在旋轉過程中，將會產(chǎn)生下列哪一種現(xiàn)象（）A.透過偏振片的光強先增強，然后又減弱到零.透過的光強先增強，然后減弱到非零的最小值C.透過的光強在整個過程中都增強D.透過的光強先增強，再減弱，然后又增強解析：當兩偏振片的偏振方向相同時，透過兩偏振片的光強最強，當兩偏振片的偏振方向垂直時，通過兩偏振片的光強最弱，理想情況下可以認為是零.現(xiàn)在通過兩偏振片的光強為零，說明兩偏振片的偏振方向是互相垂直的.當其中一個偏振片轉過180°的過程中，兩偏振片的偏振方向由互相垂直到互相平行再到互相垂直，所以通過兩偏振片的光強由零增強到最強再減弱到零，即選項A正確.答案：A.如圖4所示為一塊透明的光學材料的剖面圖，在其上建立直角坐標系xOy,設該光學材料的折射率沿y軸正方向均勻減小.現(xiàn)有一束單色光〃從原點O以某一入射角6由空氣射入該材料內(nèi)部，則單色光〃在該材料內(nèi)部可能的傳播途徑是圖中的（）

解析：我們可以將該光學材料分成水平的若干層，則光線每由下一層（光密介質）射入上一層（光疏介質）其折射角都會大于入射角，從而最終造成全反射，就如大氣中的一種全反射（形成蜃景）一樣，所以該單色光a在該材料內(nèi)部可能的傳播途徑為D選項所示路線.本題正確選項為D.答案：D（2008年全國卷I）一束由紅、藍兩單色光組成的光線從一平板玻璃磚的上表面以入射角。射入，穿過玻璃磚自下表面射出.已知該玻璃對紅光的折射率為1.5.設紅光與藍光穿過玻璃磚所用的時間分別A.4始終大于12C.々先大于后小于G解析：D.々先小于后大于G圖5A.4始終大于12C.々先大于后小于G解析：D.々先小于后大于G圖5如圖5所示，設玻璃磚的厚度為d，光在玻璃中的傳播距離為/,sin0 sin0?傳播時間為t，折射角為r，由折射定律n=sinQ′知sin0'=—n―①lcos0'lnl^t=方=了③由①②③得t=.n2d.0④c-Jn2-sin20由④知n越大，t越大；因玻璃對紅光的折射率小于玻璃對藍光的折射率，且0的變化對紅光和藍光是一樣的，故11V12,所以選項B正確.

答案：B.在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的明暗相間的圖樣，下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是（）A.a、A.a、cC.a、d解析：根據(jù)衍射圖樣特點“條紋不等間距且中央條紋最亮最寬”可知本題正確選項為D.答案：D第n卷非選擇題二、填空與實驗題（本題包括1小題，共20分.把答案填在相應的橫線上或按題目要求作答）圖7圖7.用如圖7所示的裝置可以測定玻璃的折射率.在光具盤上固定一塊半圓柱形新型玻璃磚，使二者的圓心重合.讓激光束從玻璃磚圓弧面一側射入，光束垂直玻璃磚底面并通過圓心。保持入射光束方向不變，以圓心為軸逆時針方向緩慢轉動光具盤，同時發(fā)現(xiàn)有兩束光在光具盤上移動，當光具盤轉過。=30°角時，發(fā)現(xiàn)其中一束光恰好消失，新型玻璃磚的折射率.解析：由題意知，臨界角C=0=30°,由sinC=1，得n=2.n答案：2三、計算題（本題包括4小題，共40分.解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）.（10分）如圖8所示，置于空氣中的一個不透明容器內(nèi)盛滿某種透明液體.容器底部靠近器壁處有一豎直放置的6.0cm長的線光源.靠近線光源一側的液面上蓋有一遮光板，另一側有一水平放置的

與液面等高的望遠鏡，用來觀察線光源.開始時通過望遠鏡不能看到線光源的任何一部分.將線光源沿容器底向望遠鏡一側平移至某處時,通過望遠鏡剛好可以看到線光源底端,再將線光源沿同一方向移動8.0cm,剛好可以看到其頂端.求此液體的折射率幾遮光板 里遠鏡IILIIIITE_. 什\圖8AR解析：若線光源底端在A點時，望遠鏡內(nèi)剛好可看到線光源的底端，貝4有：ZAOOr=aAR其中a為此液體到空氣的全反射臨界角，由折射定律得：sina=-.n同理，線光源頂端在B1點時，望遠鏡內(nèi)剛好可看到線光源的頂端，貝hZB1OO'=aAB由圖中幾何關系得：sina=AB2=1.25.解得：n=1.25.答案：1.25HC \D圖2023.（20分）如圖20所示，△ABC為一直角三棱鏡的截面，其頂角0=30。，P為垂直于直線BCD的光屏.現(xiàn)一寬度等于AB的單色平行光束垂直射向AB面，在屏P上形成一條寬度等于3AB的光帶，試作出光路圖并求棱鏡的折射率.解析：平行光束經(jīng)棱鏡折射后的出射光束仍是平行光束，如圖22所示，圖中02、02為AC面上的入射角和折射角，根據(jù)折射定律，有:

c圖11c圖11nsin01=sin%設出射光線與水平方向成a角，則。2=。1+8TOC\o"1-5"\h\z工/ 「__L2_ 1—由于CC]=A/C' C1C2=3AB_ 八”. CC2 「3由AC^=BC=ABtan0,所以tana= =".2 AC2 3可得a=30°,又01=0=30°,所以02=60°所以n=s^2=,3sin91 \n=\'3答案：光路圖見解析n=\'3圖12（10分）如圖12所示，一個半徑為r的圓木板靜止在水面上，在圓木板圓心。的正下方H=,：3r處有一點光源S，已知水的折射率n=\；2（1）求沿圓木板邊緣出射的折射光線的折射角.（2）若在水面上方觀察不到點光源S所發(fā)出的光，則應將點光源S至少豎直向上移多大的距離？（結果可用根式表示）解析：（1）設入射角為。1,折射角為02,貝4tan0=-^①①101=30°②, sin0 1…由折射定律得S^=方③2聯(lián)立①②③式得02=45°（2）若在水面上方觀察不到點光源所發(fā)出的光，則入射到圓木板邊緣的光線將發(fā)生全反射，設臨界角為。，點光源S離圓心的距離為h,則sinC=；，得C=45°r.由幾何關系tanC=丁和h=rh則點光源S至少上移Ah=（\；弓一1）r答案：（1）45。（2）（飛3—l）r圖13（10分）如圖13所示，AOB是由某種透明物質制成的1圓柱體橫截面（0為圓心），折射率為「2今有一束平行光以45°的入射角射向柱體的OA平面，這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出，設凡射到OB面的光線全部被吸收.求柱體AB面上能射出光線的部分占AB表面的幾