章末綜合測評(四)光及其應用(分值：100分)1．(4分)某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()B[單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對．]2．(4分)如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右側再放一光屏Q，現使P繞著平行于光傳播方向的軸勻速轉動一周，則關于光屏Q上光的亮度變化情況，下列說法中正確的是()A．只有當偏振片轉到某一適當位置時光屏被照亮，其他位置時光屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變化C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動C[旋轉P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動，太陽光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同．所以光屏上總是有沿著某個特定的方向振動的偏振光，光屏上亮度不變．]3．(4分)(多選)有關光的應用，下列說法正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現象C．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現象D．在光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理BCD[拍攝玻璃櫥窗內的物品時，在鏡頭前加一個偏振片減弱反射光的強度，故A錯誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡觀察白光，由于三棱鏡對不同色光的折射率不同，進出三棱鏡的偏折角度不同，出現了不同色光的色散，故C正確；光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確．]4．(4分)酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上，你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影．但當你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退．對此現象正確的解釋是()A．出現的是“海市蜃樓”，是由光的折射造成的B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產生的幻覺C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發生全反射D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率小，發生全反射D[在太陽光照射下，地表溫度升高，地面附近空氣的折射率變小，光發生全反射，D正確．]5．(4分)如圖所示，一條光線通過一個在水中的球形空氣泡，下列哪一條表示出射光線的路徑()A．光線1 B．光線2C．光線3 D．光線4A[光先從水進入空氣泡中，由折射定律可知折射角應大于入射角；然后又從空氣射入水中，折射角應小于入射角．綜上所述，只有光線1符合要求，故選項A正確．]6．(4分)如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為eq\r(2)，則這束光進入棱鏡后的光路圖應為()ABCDD[光線垂直AB面射入，在到達AC面上時入射角i＝60°，因光線的臨界角C滿足sinC＝eq\f(1,n)，C＝45°，i＞C，所以光線在AC面發生全反射；光線到達BC面上的入射角i′＝30°，由于i＜C，所以有部分光線從BC面射出，還有部分光線經BC面反射到AC面上，此時入射角等于零度，光線垂直于AC面射出，D項正確．]7．(4分)如圖所示，有玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30°，一束光線a垂直于AB射入棱鏡，由AC射出進入空氣，測得出射光線與入射光線間夾角為30°，則棱鏡的折射率為()A．eq\f(1,2)B．eq\f(\r(2),2)C．eq\r(3)D．eq\f(\r(3),3)C[由題意可知，光線從玻璃射向空氣中時，入射角為θ1＝30°，折射角為θ2＝60°，則玻璃的折射率n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(3)．故選C．]8．(8分)(1)某同學用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗，他采用了藍色燈作為光源，在測量頭目鏡中觀察到如圖乙所示的藍色條紋．在不改變其他實驗條件的情況下，觀察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的原因是________．A．單縫寬度變小了B．雙縫間距變小了C．光源與單縫間的距離變大了D．光源的發光強度變大了(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉觀察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以觀察到由干涉造成圖丙所示的環狀條紋，這些條紋叫作牛頓環．如果改用波長更長的單色光照射，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)；如果換一個半徑更大的凸透鏡，觀察到的圓環半徑將________(選填“變大”“變小”或“不變”)．甲乙丙(3)采用波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫米[解析](1)根據條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，當雙縫間距d減小時，條紋間距增大，故選項B正確，A、C、D錯誤．(2)當光程差為波長的整數倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數倍時是暗條紋；用波長變長的光照射，則出現亮條紋的這一厚度遠離中心，則圓環的半徑變大；換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環的半徑變大．(3)由題意知相鄰亮條紋對應的空氣層的厚度差為半個波長，故為345nm，故選項A正確，B、C、D錯誤．[答案](1)B(2)變大變大(3)A9．(6分)在雙縫干涉實驗中，屏上一點P×10－6×1014Hz的單色光照射雙縫，該點出現亮條紋還是暗條紋？從屏中心算起這是第幾條什么條紋？[解析]該單色光的波長λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,5×1014)m＝6×10－7m，P×10－6λ，即距離差為半波長的奇數倍，Pλ＝(2k－1)eq\f(λ,2)，(k＝1,2,3，…)得k＝3，這是第3條暗條紋．[答案]暗條紋第3條暗條紋10．(8分)橫截面為矩形的玻璃棒被彎成如圖所示的形狀，一束平行光垂直地射入水平表面A上，要使通過表面A射入的光全部從表面B射出，比值eq\f(R,d)最小是多少？(玻璃的折射率n＝1.5)[解析]如圖所示的光路中，從玻璃棒的A端面入射的光線，可分為左、中、右，其中最右邊的一條光線，最難發生全反射，設其入射角為∠1，只有當∠1≥arcsineq\f(1,n)時，才發生全反射，根據幾何關系知sin∠1＝eq\f(R,R＋d)．依題意有eq\f(R,R＋d)≥eq\f(1,n)．將n＝1.5代入上式，解得eq\f(R,d)≥2．[答案]211．(4分)(多選)小明同學在假期旅游期間學習攝影，他發現照相機鏡頭呈現淡紫色．如圖所示是他拍攝的兩張照片：甲圖的湖泊遠景照中，能看到遠處山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙圖的湖水近景照中，能清楚看到魚、石頭等水下景物，則()甲乙A．鏡頭呈現淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發生干涉的結果B．甲圖山峰倒影非常清晰是因為來自山峰的光在水面發生了全反射C．乙圖水下景物的光射到水面時因入射角較小致反射光強而折射光弱D．拍攝乙圖時若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清淅AD[照相機鏡頭鍍了多層的增透膜，增強了可見光的透過性，由于高頻的藍光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此鏡頭呈現淡紫色，故A正確；甲圖中的倒影是因為來自山峰的光通過水面反射進入鏡頭而引起的，而全反射在光線由光密介質射入光疏介質才會發生，故B錯誤；當光從光密介質入射到光疏介質時，只有當入射角增大才會使反射光增強而折射光減弱，故C錯誤；拍攝乙圖時，來自于水下魚的光通過水面的折射再進入鏡頭，為了使照片更清晰，可以利用偏振片來減少在水面發生反射而進入鏡頭的光，故D正確．]12．(4分)(多選)如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A．減小S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將整個裝置放在水中AC[根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距減大，故A正確；根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，干涉條紋間距減小，故B錯誤；根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，將綠光換為紅光，波長變長，則干涉條紋間距變大，故C正確；因為v＝eq\f(c,n)，λ＝eq\f(c,f)，則光進入水中的波長λ′＝eq\f(v,f)＝eq\f(c,nf)＝eq\f(λ,n)．光進入水中波長變短，根據雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，波長變短，則干涉條紋間距變小，故D錯誤．]13．(4分)(多選)如圖所示，一束色光從長方體玻璃磚上表面射入玻璃，穿過玻璃后從側面射出，變為a、b兩束單色光，則以下說法正確的是()A．玻璃對a光的折射率較大B．在玻璃中b光的波長比a光短C．在玻璃中b光傳播速度比a光大D．減小入射角i，a、b光線有可能消失BD[由題圖可知折射率na<nb，則fa＜fb，又由n＝eq\f(c,v)得，va＞vb，綜上得λb＜λa，故A、C錯誤，B正確；減小入射角i，由幾何關系可知在玻璃內的入射角變大，可能發生全反射．a、b都可能消失，D正確．]14．(4分)(多選)如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束紅光從空氣中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點．圖中O點為A、B連線與分界面的交點，下列說法正確的是()A．O1點在O點的右側B．紅光從空氣中射入水中時，速度變小C．若沿AO方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點D．若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，則紅光在界面處有可能發生全反射BD[當光由空氣射入水中時入射角大于折射角，畫出大致光路圖如圖所示，可見O1點在O點的左側，故A錯誤；紅光在真空中速度最大，當紅光從空氣中射入水中時，速度變小，故B正確；若沿AO方向射向水中的是一束紫光，水對紫光的折射率大于對紅光的折射率，根據折射定律可知，紫光的偏折程度大于紅光的偏折程度，所以折射光線有可能通過B點正下方的C點，故C錯誤；若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，入射角可能大于臨界角，紅光在界面處有可能發生全反射，故D正確，故選BD．]15．(4分)(多選)如圖所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經折射后射出a、b兩束光線．則()A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B．在真空中，a光的波長小于b光的波長C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失ABD[通過光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，故C錯誤；a光的頻率大于b光的頻率，波長小于b光的波長，故B正確；由n＝eq\f(c,v)知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，故A正確；入射角增大時，折射率大的光線首先發生全反射，a光首先消失，故D正確．]16．(8分)在“測定玻璃的折射率”的實驗中，(1)小朱同學在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________，老師將器材配齊后，他進行實驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”)．甲乙丙(2)小紅利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，她在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線．其中她確定P3大頭針位置的方法應當是________．操作完成后，她用圓規作了一個以O為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則她測出玻璃的折射率n＝________．[解析](1)在實驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的實驗器材，還缺少刻度尺、大頭針；依據光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應在圖乙中的位置B處，如圖所示．(2)透過玻璃磚看，P3大頭針擋住P1、P2兩枚大頭針的像；如圖，作出法線，過圓與入射光線與折射光線的交點作法線的垂線CA和DB，由數學知識得：入射角和折射角的正弦值分別為：sini＝eq\f(CA,CO)，sinr＝eq\f(BD,DO)，其中CO＝DO，則折射率n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(BD,CA)＝eq\f(6,4)．[答案](1)大頭針B(2)擋住P1、P217．(12分)如圖所示，有一與液面成45°角的光線從透明液體射向空中，光源距離液面高度為1m，離開該液體表面的光線與液面的夾角為30°．試求：(1)該液體的折射率；(2)這束光線經多長時間可以從光源到達液面；(3)如果要使空中沒有折射光線出現，入射角的正弦值至少為多少．[解析](1)根據光路可逆可知，光從空氣進入液體的折射角i＝45°，入射角r＝60°，根據折射定律，有n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(sin60°,sin45°)＝eq\f(\r(6),2)．(2)由幾何關系，得光在液體中傳播的距離為s＝eq\r(2)m，光在液體中傳播的速度v＝eq\f(c,n)，則這束光線從光源到達液面傳播時間t＝eq\f(s,v)＝eq\f(ns,c)＝eq\f(\r(3),3)×10－8s．(3)設發生全發射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(6),3)．[答案](1)eq\f(\r(6),2)(2)eq\f(\r(3),3)×10－8s(3)eq