第3章 光 單元綜合試題及答案

PAGEPAGE10第十三章光單元檢測本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分．滿分100分，時間90分鐘．第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項符合題目要求，有些小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．檢查視力時人與視力表之間的距離應為5m，現(xiàn)因屋子太小而使用一個平面鏡，視力表到鏡子的距離為3m，如圖所示，那么人到鏡中的視力表的距離和人到鏡子的距離分別為()A．5m,2m B．6m,2mC．4.5m,1.5m D．4m,1m答案：A2．表面附有油膜的透明玻璃片，當有白光照射時，可在照射面及玻璃片的邊緣分別看到彩色圖樣，則這兩者()A．都是色散現(xiàn)象B．都是干涉現(xiàn)象C．前者是干涉，后者是色散D．前者是色散，后者是干涉答案：C解析：光線照射到透明玻璃片的表面時，光線在油膜的前后表面分別反射，形成薄膜干涉，可在照射面前邊看到彩色的條紋；同時，部分光線進入玻璃在玻璃中反射，有部分光線從邊緣出來，玻璃片的邊緣相當于棱鏡，發(fā)生色散，可從玻璃片的旁邊看到彩色圖樣，選項C正確．3．下圖所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)．則在下面的四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是()A．紅黃藍紫 B．紅紫藍黃C．藍紫紅黃 D．藍黃紅紫答案：B4．下面是四種與光有關的事實，其中與光的全反射有關的是()①用光導纖維傳播信號②用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度③一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶④水面上的油膜呈現(xiàn)彩色A．① B．②④C．③④ D．②③答案：A解析：光導纖維利用光的全反射來傳播信號，白光通過三棱鏡是光的色散，平面平整度的檢查和水面上的彩色油膜是光的干涉現(xiàn)象，則選項A正確．5．高層建筑物外墻大量使用的幕墻玻璃，在白天時外面的人看不清室內(nèi)的物體，而室內(nèi)的人卻能較清楚地看見外面的景物，其原因是()A．在玻璃的外表面涂有增透膜B．在玻璃的外表面涂有高反膜(對光的反射率遠大于透射的物質)C．在玻璃的外表面涂有能大量吸收光的物質D．在玻璃的外表面涂有不透光的彩色薄膜答案：B6．a(chǎn)、b兩種單色光以相同的入射角從空氣中射入介質中時，如圖所示發(fā)現(xiàn)b的折射線更靠近法線，由此可判定()A．a(chǎn)比b更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象B．當光從介質射向空氣中，a、b要發(fā)生全反射的臨界角分別為Ca、Cb，則Ca<CbC．在介質中b的速度較大D．單色光b的頻率較低答案：A解析：如圖，由eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n可知b的折射率大于a的折射率．所以b的頻率較大，a的頻率較小，D錯誤．由頻率大小進一步可知，a頻率較小更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象，A正確．由n＝eq\f(c,v)可知介質中va>bb，C項錯誤．由sinC＝eq\f(1,n)可知Ca>Cb，B錯誤．7．如圖，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60°，已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時與入射光線平行，此玻璃的折射率為()A.eq\r(2) B．1.5C.eq\r(3) D．2答案：C解析：其光路圖如下圖所示，由幾何關系知r＝30°，折射率n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，故C正確．8．根據(jù)圖中的漫畫，判斷下列說法中正確的是()A．人看到的是魚的實像，位置變淺了些B．人看到的是魚的虛像，位置變淺了些C．魚看到的是人的實像，位置偏低了些D．魚看到的是人的虛像，位置偏高了些答案：BD解析：人看魚的光路如圖甲所示，因入射角i小于折射角r，則人將看到魚的虛像，且位置比實際情況變淺了些，B正確；魚看到人的光路如圖乙所示，因入射角i大于折射角r，則魚將看到人的虛像，且比實際位置要高，D正確．9．如圖是一個eq\f(1,4)圓柱體棱鏡的截面圖，圖中E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸收到達其上的所有光線．已知該棱鏡的折射率n＝eq\f(5,3)，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光線()答案：B10．如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點．已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為邊AB、BC的中點，則()A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點發(fā)生全反射C．光從空氣進入棱鏡，波長變小D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行答案：AC解析：由幾何關系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°.由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(\r(3),2),\f(1,2))＝eq\r(3)，A選項正確；在BC界面上，入射角為30°，臨界角的正弦值為sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)>sin30°，即C>30°，所以在F點，不會發(fā)生全反射，B選項錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率f不變，波速v減小，所以λ＝eq\f(v,f)減小，C選項正確；由上述計算結果，作出光路圖，可知D選項錯誤．第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，每小題5分，共15分．把答案直接填在橫線上)11．“用雙縫干涉測光的波長”的實驗中，實驗裝置如圖甲所示．(1)某同學以線狀白熾燈為光源，對實驗裝置進行調節(jié)并觀察了實驗現(xiàn)象后，總結出以下幾點a．燈絲與單縫和雙縫必須平行放置b．干涉條紋與雙縫垂直c．干涉條紋的疏密程度與單縫寬度有關d．干涉條紋的間距與光的波長有關以上幾點中，你認為正確的是__________．(2)當測量頭中的分劃板中心刻度對準某條紋的中心時，手輪上的示數(shù)如圖乙所示，該讀數(shù)為________mm.(3)如果測量頭中的分劃板中心刻度線與干涉條紋不在同一方向上，如圖丙所示．則在這種情況下來測量干涉條紋的間距Δx時，測量值__________實際值．(填“大于”、“小于”或“等于”)答案：(1)ad(2)0.702(0.701－0.703均算對)(3)大于12．如圖所示，是利用插針法測定玻璃磚的折射率的實驗得到的光路圖．玻璃磚的入射面AB和出射面CD并不平行，則(1)出射光線與入射光線__________．(填仍平行或不再平行)(2)以入射點O為圓心，以R＝5cm長度為半徑畫圓，與入射線PO交于M點，與折射線的延長線OQ交于F點，過M、F點分別向法線作垂線，量得eq\x\to(MN)＝1.68cm，eq\x\to(FE)＝1.12cm，則該玻璃磚的折射率n＝__________.答案：(1)不再平行(2)1.513．登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損傷視力．有人想利用薄膜干涉的原理設計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡．他選用的薄膜材料的折射率為n＝1.5，所要消除的紫外線的頻率為γ＝8.1×1014Hz.(1)他設計的這種“增反膜”所依據(jù)的原理是__________________________．(2)這種“增反膜”的厚度是______________．(3)請判斷以下有關薄膜干涉的說法正確的是()A．薄膜干涉說明光具有波動性B．如果薄膜的厚度不同，產(chǎn)生的干涉條紋一定不平行C．干涉條紋一定是彩色的D．利用薄膜干涉也可以“增透”答案：(1)兩反射光疊加后加強(2)1.23×10－7m解析：為了減少進入眼睛的紫外線，應使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射出來形成的光疊加后加強，則光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)應等于光在薄膜中的波長λ′的整數(shù)倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外線在膜中波長的eq\f(1,2).紫外線在真空中的波長是λ＝c/γ＝3.7×10－7m.在膜中的波長是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m.干涉和衍射都證明光具有波動性，如果薄膜厚度均勻變化，則干涉條紋一定平行，白光的干涉為彩色條紋，單色光的干涉則為該色光顏色，當膜的厚度為四分之一波長時，兩反射光疊加后減弱則會“增透”．三、論述·計算題(共5小題，共45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)14．(8分)空中有一只小鳥，距水面3m，其正下方距水面4m深處的水中有一條魚．已知水的折射率為4/3.(1)鳥從空中看到水中的魚離它的距離是多少？(2)魚在水中看空中的鳥離它的距離是多少？答案：(1)6m(2)8m解析：(1)首先作出鳥看魚的光路圖，如圖所示．由于是在豎直方向上看，所以入射角很小，即圖中的i和r均很小，故有tani＝sini，tanr＝sinr.由圖可得：h1tanr＝h′tani，h′＝h1tanr/tani＝h1sinr/sini＝eq\f(h1,n)＝4×eq\f(3,4)m＝3m則鳥看水中的魚離它：H1＝(3＋3)m＝6m(2)同理可得魚看鳥時：h″＝nh2＝3×eq\f(4,3)m＝4m則H2＝(4＋4)m＝8m15．(8分)為了減少光在透鏡表面由于反射帶來的損失，可在透鏡表面涂上一層增透膜，一般用折射率為1.38的氟化鎂，為了使波長為5.52×10－7m答案：1×10－7解析：由于人眼對綠光最敏感，所以通常所用的光學儀器其鏡頭表面所涂的增透膜的厚度只使反射的綠光干涉相消，但薄膜的厚度不宜過大，只需使其厚度為綠光在膜中波長的eq\f(1,4)，使綠光在增透膜的前、后兩個表面上的反射光互相抵消．而光從真空進入某種介質后，其波長會發(fā)生變化．若綠光在真空中波長為λ0，在增透膜中的波長為λ，由折射率與光速的光系和光速與波長及頻率的關系得：n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ0f,λf)，得λ＝eq\f(λ0,n)，那么增透膜厚度d＝eq\f(1,4)λ＝eq\f(λ0,4n)＝eq\f(5.52×10－7,4×1.38)m＝1×10－7m.16．(9分)(2009·高考江蘇物理，12)下圖是北京奧運會期間安置在游泳池底部的照相機拍攝的一張照片，相機的鏡頭豎直向上．照片中，水立方運動館的景象呈現(xiàn)在半徑r＝11cm的圓形范圍內(nèi)，水面上的運動員手到腳的長度l＝10cm.若已知水的折射率n＝eq\f(4,3)，請根據(jù)運動員的實際身高估算該游泳池的水深h.(結果保留兩位有效數(shù)字)答案：2.1m解析：設照片圓形區(qū)域的實際半徑為R，運動員的實際長為L，由折射定律nsinα＝sin90°由幾何關系sinα＝eq\f(R,\r(R2＋h2))，eq\f(R,r)＝eq\f(L,l)得h＝eq\r(n2－1)·eq\f(L,l)r取L＝2.2m，解得h＝2.1(m)(1.6～2.6m都算對)17．(10分)為從軍事工事內(nèi)部觀察到外面的目標，在工事壁上開一長方形孔．設工事壁厚d＝34.64cm，孔的寬度L＝20cm，孔內(nèi)嵌入折射率n＝eq\r(3)的玻璃磚如圖所示，試問：(1)嵌入玻璃磚后，工事內(nèi)部人員觀察到外界的視野的最大張角為多少？(2)要想使外界180°范圍內(nèi)景物全被觀察到，應嵌入多大折射率的玻璃磚？答案：(1)120°(2)2解析：當人眼處于底端左邊呈對角線向外看時，視野最大，光路如圖所示，又d＝34.64cm，L＝20cm，則tanβ＝eq\f(20,34.64)＝eq\f(1,\r(3))，所以β＝30°(1)折射定律eq\f(sinα,sinβ)＝eq\r(3)，所以α＝60°(2)要使視野的張角為180°，即α′＝90°，由折射定律得eq\f(sin90°,sinβ)＝n，所以n＝218．(10分)單色細光束射到折射率n＝eq\r(2)的透明球面，光束在過球心的平面內(nèi)，入射角i＝45°，研究經(jīng)折射進入球內(nèi)后，又經(jīng)內(nèi)表面反射一次，再經(jīng)球面折射后射出的光線，如下圖所示(圖上已畫出入射光和出射光)．(1)在圖上大致畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向．(2)求入射光與出射光之間的夾角α(3)如果入射光是一束白光，透明球的色散情況與玻璃相仿，問哪種顏色光的α角最大，哪種顏色光的α角最小？答案：(1)參看解析；(2)30°；(3)紅光的α最大，紫光的α最小解析：(1)光線從入射到出射的光路如下圖所示．入射光線