高中物理光学测试题

第十四章光学章末自测时间：90分钟满分：100分第I卷选择题一、选择题(本题包括10小题，共40分，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，错选或不选的得0分)1．下列现象中属于光的干涉现象的是( )八.天空出现彩虹B.肥皂泡在阳光照射下呈现彩色条纹C阳光通过三棱镜形成彩色光带D.光线通过一个极窄的缝呈现明暗相间的条纹解析：A、C为光的色散现象，D为光的衍射.答案：B2．红光和紫光相比( )A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小解析：红光的频率比紫光的频率小，由E=hv可知红光的能量比紫光小，据此可排除选项A、C;红光在介质中的折射率比紫光在介质中的折射率小，由o=-可知在同一种介质中红光的传播速度比紫光n的大，所以B选项正确，D选项错误.答案：B3．在没有月光的夜间，一个池面较大的水池底部中央有一盏灯(可看做点光源)，小鱼在水中游动，小鸟在水面上方飞翔．设水中无杂质，且水面平静，则下面的说法中正确的是()A.小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置无关B.小鱼向上方水面看去，看到的亮点的位置与鱼的位置有关C小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置无关D.小鸟向下方水面看去，看到的亮点的位置与鸟的位置有关解析：小鱼通过水面看灯是反射成像，不同位置射入鱼眼的反射光线不同，但反射光线的延长线交于一点，即为“平面镜”成的像．而鸟看灯是折射成像，鸟在不同位置射入鸟眼的折射光线不同.折射光线的延长线在不同位置交于不同点，故选项A、D对.答案：AD4.现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是（）A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C.质量为10-3kg、速度为10-2m/s的小球，其德布罗意波波长约为10-23m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同解析：一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多，反映的是光电效应规律，体现光的粒子性，A错误；C项是单个物体的低速运动，也不能突出体现波动性，C错误；B、D正确.答案：BD图1.光导纤维的结构如图1,其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是（）A.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用解析：全反射发生的条件之一是光从光密介质射向光疏介质，故光导纤维内芯折射率大于外套的折射率，光在内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，故选项A正确.答案：A束面图2.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图2所示.有一半径为厂的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为（）A.rB.1.5rC.2rD.2.5r解析：ExCF图3画出光路图如图3所示.当光线射到A时，入射角a=60°,大于临界角，故发生全反射，反射光线垂直另一界面射出.设EC=x，考x2一虑到O是三角形ABC的重心，由几何关系，得：干=3，得x=2r，故选项C正确.答案：C.两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏灯的前面以致没有光通过.如果将其中的一片旋转180°,在旋转过程中，将会产生下列哪一种现象（）A.透过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零.透过的光强先增强，然后减弱到非零的最小值C.透过的光强在整个过程中都增强D.透过的光强先增强，再减弱，然后又增强解析：当两偏振片的偏振方向相同时，透过两偏振片的光强最强，当两偏振片的偏振方向垂直时，通过两偏振片的光强最弱，理想情况下可以认为是零.现在通过两偏振片的光强为零，说明两偏振片的偏振方向是互相垂直的.当其中一个偏振片转过180°的过程中，两偏振片的偏振方向由互相垂直到互相平行再到互相垂直，所以通过两偏振片的光强由零增强到最强再减弱到零，即选项A正确.答案：A.如图4所示为一块透明的光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy,设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小.现有一束单色光〃从原点O以某一入射角6由空气射入该材料内部，则单色光〃在该材料内部可能的传播途径是图中的（）

解析：我们可以将该光学材料分成水平的若干层，则光线每由下一层（光密介质）射入上一层（光疏介质）其折射角都会大于入射角，从而最终造成全反射，就如大气中的一种全反射（形成蜃景）一样，所以该单色光a在该材料内部可能的传播途径为D选项所示路线.本题正确选项为D.答案：D（2008年全国卷I）一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角。射入，穿过玻璃砖自下表面射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别A.4始终大于12C.々先大于后小于G解析：D.々先小于后大于G图5A.4始终大于12C.々先大于后小于G解析：D.々先小于后大于G图5如图5所示，设玻璃砖的厚度为d，光在玻璃中的传播距离为/,sin0 sin0„传播时间为t，折射角为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；因玻璃对红光的折射率小于玻璃对蓝光的折射率，且0的变化对红光和蓝光是一样的，故11V12,所以选项B正确.

答案：B.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的明暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是（）A.a、A.a、cC.a、d解析：根据衍射图样特点“条纹不等间距且中央条纹最亮最宽”可知本题正确选项为D.答案：D第n卷非选择题二、填空与实验题（本题包括1小题，共20分.把答案填在相应的横线上或按题目要求作答）图7图7.用如图7所示的装置可以测定玻璃的折射率.在光具盘上固定一块半圆柱形新型玻璃砖，使二者的圆心重合.让激光束从玻璃砖圆弧面一侧射入，光束垂直玻璃砖底面并通过圆心。保持入射光束方向不变，以圆心为轴逆时针方向缓慢转动光具盘，同时发现有两束光在光具盘上移动，当光具盘转过。=30°角时，发现其中一束光恰好消失，新型玻璃砖的折射率.解析：由题意知，临界角C=0=30°,由sinC=1，得n=2.n答案：2三、计算题（本题包括4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）.（10分）如图8所示，置于空气中的一个不透明容器内盛满某种透明液体.容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源.靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板，另一侧有一水平放置的

与液面等高的望远镜，用来观察线光源.开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分.将线光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可以看到线光源底端,再将线光源沿同一方向移动8.0cm,刚好可以看到其顶端.求此液体的折射率几遮光板 里远镜IILIIIITE_. 什\图8AR解析：若线光源底端在A点时，望远镜内刚好可看到线光源的底端，贝4有：ZAOOr=aAR其中a为此液体到空气的全反射临界角，由折射定律得：sina=-.n同理，线光源顶端在B1点时，望远镜内刚好可看到线光源的顶端，贝hZB1OO'=aAB由图中几何关系得：sina=AB2=1.25.解得：n=1.25.答案：1.25HC \D图2023.（20分）如图20所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角0=30。，P为垂直于直线BCD的光屏.现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，在屏P上形成一条宽度等于3AB的光带，试作出光路图并求棱镜的折射率.解析：平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图22所示，图中02、02为AC面上的入射角和折射角，根据折射定律，有:

c图11c图11nsin01=sin%设出射光线与水平方向成a角，则。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：光路图见解析n=\'3图12（10分）如图12所示，一个半径为r的圆木板静止在水面上，在圆木板圆心。的正下方H=,：3r处有一点光源S，已知水的折射率n=\；2（1）求沿圆木板边缘出射的折射光线的折射角.（2）若在水面上方观察不到点光源S所发出的光，则应将点光源S至少竖直向上移多大的距离？（结果可用根式表示）解析：（1）设入射角为。1,折射角为02,贝4tan0=-^①①101=30°②, sin0 1…由折射定律得S^=方③2联立①②③式得02=45°（2）若在水面上方观察不到点光源所发出的光，则入射到圆木板边缘的光线将发生全反射，设临界角为。，点光源S离圆心的距离为h,则sinC=；，得C=45°r.由几何关系tanC=丁和h=rh则点光源S至少上移Ah=（\；弓一1）r答案：（1）45。（2）（飞3—l）r图13（10分）如图13所示，AOB是由某种透明物质制成的1圆柱体横截面（0为圆心），折射率为「2今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出，设凡射到OB面的光线全部被吸收.求柱体AB面上能射出光线的部分占AB表面的几