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章末測評驗收卷(四)　光及其應用　(滿分:100分)
一、單項選擇題(本題共7小題,每小題4分,共28分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的。)
1.(2023·天津卷,4)下列四幅圖能說明光是橫波的是 (　　)
2.下列說法正確的是 (　　)
光的偏振現象說明光是縱波
太陽光通過三棱鏡產生的彩色條紋是由于折射造成的
在單縫衍射實驗中,縫越寬得到的中央亮條紋也越寬
波長越短的電磁波,越容易繞過障礙物,便于遠距離傳播
3.(2024·三明市高二期末)下列四種情形中,與其余三種所涉及的光學原理不同的是 (　　)
4.某同學用紅光做實驗,拍攝到屏上亮條紋的照片如圖甲、乙所示,則該同學做的是 (　　)
單縫衍射實驗,圖甲中單縫的寬度小
單縫衍射實驗,圖乙中單縫的寬度小
雙縫干涉實驗,圖甲中雙縫到屏的距離大
雙縫干涉實驗,圖乙中雙縫到屏的距離大
5.藍光光盤是利用波長較短的藍色激光讀取和寫入數據的光盤,而傳統DVD光盤是利用紅色激光來讀取和寫入數據。對于光存儲產品來說,藍光光盤比傳統DVD光盤的存儲容量大很多。如圖所示為一束由紅、藍兩單色激光組成的復色光從水中射向空氣,并分成a、b兩束,則下列說法正確的是 (　　)
用a光可在光盤上記錄更多的數據信息
b光在水中傳播的速度較a光大
使用同種裝置,用a光做雙縫干涉實驗得到的條紋間距比用b光得到的條紋間距寬
增大水中復色光的入射角,則a光先發生全反射
6.O1O2是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線,A、B是關于O1O2等距且平行的兩束不同單色細光束,從玻璃體右方射出后的光路如圖所示,MN是垂直于O1O2放置的光屏,沿O1O2方向不斷左右移動光屏,可在屏上得到一個光斑P,根據該光路圖,下列說法正確的是 (　　)
在該玻璃體中,A光的傳播時間比B光的傳播時間長
在真空中,A光的速度比B光的速度大
A光的頻率比B光的頻率高
用同一裝置做雙縫干涉實驗時A光產生的條紋間距比B光的大
7.如圖所示,半球形玻璃的折射率為n,半徑為R,平行單色光從下方射入,若要使第一次射到球面上的光不從球面上出射,可在半球形玻璃的圓形底面上放一個擋光屏,則該擋光屏的最小面積為 (　　)
二、多項選擇題(共3個小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。)
8.將一頂角極大的圓錐形玻璃體,倒立在表面平整的標準板上,其截面如圖所示。一束單色光從上方垂直玻璃上表面射向玻璃體。則下列說法正確的是 (　　)
觀察者應從玻璃體右側觀察干涉圖樣
產生的干涉條紋是以頂點為圓心的同心圓,且疏密均勻
產生干涉的兩束光是來自玻璃體下表面和標準板上表面的反射光
若換用頻率更大的單色光照射,條紋間距將變大
9.如圖所示,等邊三角形AOB為透明柱狀介質的橫截面。一束單色光PQ平行于角平分線OM射向OA,在界面OA發生折射,折射光線平行于OB且恰好射到M點(不考慮反射光線)。則 (　　)
透明柱狀介質對單色光PQ的折射率為
增大入射光PQ的頻率,光在該介質中的傳播速度不變
保持入射點Q不變,減小入射角,一直有光線從AMB面射出
保持入射光PQ的方向不變,增大入射光的頻率,出射點將在M點下方
10.光纖通信采用的光導纖維由內芯和外套組成,長為L,其側截面如圖所示,一復色光以入射角θ0從軸心射入光導纖維后分為a、b兩束單色光,兩單色光在內芯和外套界面多次全反射后從光導纖維另一端射出,已知內芯材料對a光的折射率為n,真空中的光速為c。下列說法正確的是 (　　)
內芯材料對b光的折射率大于n
在內芯中a光的傳播速度比b光的小
若a光恰好發生全反射,則在這段光纖中的傳播時間為t=
當sin θ0逐漸增大到時,開始有光從光導纖維的側壁射出
三、實驗題(共2小題,共16分)
11.(8分)某學習小組做測定玻璃磚的折射率實驗,所用器材有:玻璃磚、大頭針、刻度尺、圓規、筆、白紙。
(1)下列措施能夠提高實驗準確程度的有　　　　(1分)。
A.選用兩光學表面間距大的玻璃磚
B.選用兩光學表面平行的玻璃磚
C.選用粗的大頭針完成實驗
D.插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些
(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗,記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如圖所示,其中實驗操作正確的是　　　　(1分)。
(3)該組同學又測定一半圓形玻璃磚的折射率。步驟如下:在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚(圖中實線部分)的另一側垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界線,虛線半圓與玻璃磚對稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點,AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。
①設AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量　　　(2分)(選填l1、l2、l3或l4),則玻璃磚的折射率可表示為　　　(2分)。
②該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度,由此測得玻璃磚的折射率將　　　　(2分)(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
12.(8分)在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中(實驗裝置如圖所示)。
(1)保持雙縫到屏的距離不變,換用間距更小的雙縫,在屏上觀察到的相鄰亮條紋的中心間距將　　　　(1分);保持雙縫間距不變,減小雙縫到屏的距離,在屏上觀察到的相鄰亮條紋的中心間距將　　　　(1分)(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)。
(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊,將該亮條紋定為第1條亮條紋,此時手輪上的示數如圖甲所示。然后同方向轉動手輪,使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊,記下此時手輪上的示數(如圖乙所示)為　　　　(1分)mm,求得相鄰亮條紋的中心間距Δx為　　　　(1分)mm。
(3)已知雙縫間距d為2.0×10-4m,測得雙縫到屏的距離l為0.700 m,由計算公式λ=
　　　　(2分)(用已知量的字母表示),求得所測光的波長為　　　　　　　　
(2分)mm。
四、計算題(共3個小題,共38分)
13.(12分)如圖所示,一梯形透明介質ABCD中∠A=75°,∠B=45°,一光線垂直于BC面從E點射入介質后,射到AB面時恰好發生全反射,從AD面上的某點射出。求:
(1)(6分)介質對該光線的折射率n;
(2)(6分)該光線從AD面射出時的折射角r。
14.(12分)現代農業栽培常使用塑料大棚,需要選擇性讓陽光照射到某區域。如圖,AOB是由折射率為圓柱體的橫截面(O為圓心)。今有一束平行光以45°的入射角從真空射向柱體的OA平面,這些光線中有一部分不能從柱體的AB曲面射出。設反射到OB面的光線全部被吸收,不考慮OA面的反射光。求:
(1)(4分)從AO面射入透明物質的折射角;
(2)(4分)光線從該透明物質射向真空時發生全反射的臨界角;
(3)(4分)圓柱AB曲面上有光線射出部分的弧長。
15.(14分)如圖所示,ABCD為一長方體魚塘的切面圖,魚塘邊AB正上方有一定向光源P,沿PC方向發出固定光束,PB=3 m,魚塘底寬度BC=4 m,現保持光束方向不變,用抽水泵將魚塘的水緩慢抽出,當魚塘水深度為2 m時,塘底光斑到C點距離為 m。
(1)(6分)當魚塘水深度由2 m變為1.5 m時,塘底光斑向C點移動了多少米
(2)(8分)若魚塘中水面勻速下降且速率為3 cm/s,塘底光斑每秒移動多少米
章末測評驗收卷(四)　光及其應用
1.C　[只有光的偏振現象能說明光的傳播方向與振動方向垂直,即能說明光是橫波,其他的現象均不能說明光是橫波,如A項的全反射現象,說明光由光密介質進入光疏介質發生的現象,B項的干涉現象和D項的衍射現象說明光具有波動性,故C正確,A、B、D錯誤。]
2.B　[偏振是橫波特有的現象,光能發生偏振說明光是橫波,A錯誤;太陽光通過三棱鏡產生的彩色條紋是由于折射造成的,B正確;在單縫衍射實驗中,縫越窄得到的中央亮條紋越寬,C錯誤;波長越短的電磁波,越不容易發生衍射,越不容易繞過障礙物,不便于遠距離傳播,D錯誤。]
3.C　[肥皂液膜上的條紋、相機鏡頭涂有增透膜、檢查平面的平整程度都是利用光的干涉,圓盤后呈現泊松亮斑是光的衍射現象,故C符合題意。]
4.A　[單縫衍射條紋是明暗相間條紋,且寬度不同,縫越小,中央亮條紋越寬,A正確,B錯誤;雙縫干涉條紋是明暗相間條紋,且寬度相同,C、D錯誤。]
5.C　[由圖可知b光的偏折程度大,則b光的折射率大,所以b光為藍光,用b光可在光盤上記錄更多的數據信息,選項A錯誤;b光的折射率大,根據n=可知b光在水中傳播的速度較a光小,選項B錯誤;a光的折射率小,波長大,根據Δx=λ可知,使用同種裝置用a光做雙縫干涉實驗得到的條紋間距比用b光得到的條紋間距寬,選項C正確;a光的折射率小,根據sin C=可知a光的臨界角大,增大水中復色光的入射角,則a光后發生全反射,選項D錯誤。]
6.D　[由題圖可知,射出玻璃體后A光偏折程度較小,則nAvB,所以tA7.B　[在O點左側,設從E點射入的光線進入玻璃磚后在球面的入射角恰好等于全反射的臨界角C,則OE=x區域的入射光線經球面折射后都能從半球形玻璃射出,如圖所示。
則由sin C=可知,在半球形玻璃上,半徑為x的圓形范圍內的光都可以從球面射出,由圖可知=sin C,得x=Rsin C=,則擋光屏的最小面積為πx2=π,故B正確,A、C、D錯誤。]
8.BC　[薄膜干涉是由膜前后兩個面的反射光疊加產生,應從入射光的同側位置觀察,故A錯誤,C正確;由于以頂點為圓心的各點空氣薄膜厚度相等且隨半徑的方向均勻變化,因此可以看到條紋是以頂點為圓心的同心圓,且疏密均勻,故B正確;頻率大的光的波長小,由干涉條紋間距公式Δx=λ可知,條紋間距將變小,故D錯誤。]
9.AD　[作出光路圖如圖所示,由幾何知識可知,入射角為i=60°,折射角為r=30°,根據折射定律得n=,A正確;增大入射光PQ的頻率,介質對入射光的折射率增大,由v=知光在該介質中的傳播速度減小,B錯誤;保持入射點Q不變,減小入射角度時,折射角隨之減小,則折射光線射到AMB面上的入射角增大,當該入射角大于等于臨界角時,將發生全反射,光線不能射出AMB面,C錯誤;保持入射光PQ的方向不變,增大入射光的頻率,介質對入射光的折射率增大,由n=知折射角減小,出射點將在M點下方,D正確。]
10.AD　[設折射角為α,根據n=,由于a光的折射角大于b光的折射角,因此內芯材料對b光的折射率大于對a的折射率n,A正確;根據n=,由于內芯對a光的折射率小于對b光的折射率,因此在內芯中a光的傳播速度比b光的大,B錯誤;設光線a的臨界角設為C,如圖,
則sin C=,隨著入射角θ0逐漸增大,光線a與邊界間的夾角逐漸減小,恰好達到臨界角時,根據幾何關系有C+α=,而n=,整理得sin θ0=,此時開始有光從纖維側壁射出,D正確;若a光恰好發生全反射,則在這段光纖中的傳播時間為t=,C錯誤。]
11.(1)AD　(2)D　(3)①l1和l3　　②偏大
解析　(1)選用兩光學表面間距大的玻璃磚能夠使光在玻璃中的折射光線長一些,使折射角的測量更加精確,故A正確;選用兩光學表面平行的玻璃磚對實驗準確程度沒有影響,故B錯誤;選用粗的大頭針完成實驗不利于光線位置的精確測定,反而會降低實驗準確程度,故C錯誤;插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些,使光線的位置測定更加精確,從而提高入射角和折射角的測量精確程度,故D正確。
(2)玻璃磚兩側的兩孔洞連線應該平行,且下方的連線應在上方連線延長線的下側,故選D。
(3)①根據折射定律可知玻璃磚的折射率可表示為n=,故需要用刻度尺測量l1和l3。
②該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度,則折射角的測量值偏小,由此測得玻璃磚的折射率將偏大。
12.(1)變寬　變窄　(2)13.870　2.310　(3)Δx　6.6×10-4
解析　(1)根據雙縫干涉條紋間距公式Δx=λ可知,在其他條件不變時,d減小,相鄰亮條紋的中心間距將變寬;在其他條件不變時,l減小,則相鄰亮條紋的中心間距將變窄。
(2)題圖乙的讀數:固定刻度讀數為13.5 mm,可動刻度讀數為37.0×0.01 mm=0.370 mm,兩者相加為13.870 mm;題圖甲的讀數:固定刻度讀數為2 mm,可動刻度讀數為32.0×0.01 mm=0.320 mm,兩者相加為2.320 mm;所以相鄰亮條紋的中心間距
Δx==2.310 mm。
(3)根據Δx=λ,得λ=Δx,代入數據得
λ==6.6×10-7 m=6.6×10-4 mm。
13.(1)　(2)45°
解析　(1)該光線在介質中傳播的光路如圖所示
根據幾何關系,該光線在介質中發生全反射的臨界角C=∠B=45°
又sin C=
解得n=
(2)根據幾何關系,該光線射到AD面的入射角i=30°
又n=
解得r=45°。
14.(1)30°　(2)45°　(3)
解析　(1)設從O點射入光線的折射角為r,折射光路如圖所示
根據折射定律有n=
解得r=30°。
(2)由公式sin C=得臨界角
C=45°。
(3)設光線從某位置P點入射的光線,折射到AB弧面上Q點時,入射角恰等于臨界角C,兩條折射光線平行,
由幾何關系得
α=90°-r-C=15°
所以能射出的光線區域對應的圓心角為
β=90°-α-r=45°=
AB曲面上能射出光線的部分的弧長s=βR=。
15.(1) m　(2)0.02 m
解析　(1)設魚塘水深為h時,塘底光斑到C點的距離為x,塘底光斑到光束入射點的水平距離為a,由幾何關系得
當水深變化時,固定光束折射角不變,
由h=2 m
x= m
解得 ,;
當h'=1.5 m時,x'=1 m
則Δx=x-x'= m
所以光斑向C點移動了 m。
(2)由(1)可知x=h,所以Δx=Δh
則
又=3 cm/s
聯立解得vx=2 cm/s
所以光斑每秒移動0.02 m。(共38張PPT)
章末測評驗收卷(四)
(時間：75分鐘　滿分：100分)
一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分)
1.(2023·天津卷，4)下列四幅圖能說明光是橫波的是(　　)
C
解析　只有光的偏振現象能說明光的傳播方向與振動方向垂直，即能說明光是橫波，其他的現象均不能說明光是橫波，如A項的全反射現象，說明光由光密介質進入光疏介質發生的現象，B項的干涉現象和D項的衍射現象說明光具有波動性，故C正確，A、B、D錯誤。
2.下列說法正確的是(　　)
A.光的偏振現象說明光是縱波
B.太陽光通過三棱鏡產生的彩色條紋是由于折射造成的
C.在單縫衍射實驗中，縫越寬得到的中央亮條紋也越寬
D.波長越短的電磁波，越容易繞過障礙物，便于遠距離傳播
解析　偏振是橫波特有的現象，光能發生偏振說明光是橫波，A錯誤；太陽光通過三棱鏡產生的彩色條紋是由于折射造成的，B正確；在單縫衍射實驗中，縫越窄得到的中央亮條紋越寬，C錯誤；波長越短的電磁波，越不容易發生衍射，越不容易繞過障礙物，不便于遠距離傳播，D錯誤。
B
3.(2024·三明市高二期末)下列四種情形中，與其余三種所涉及的光學原理不同的是(　　)
C
解析　肥皂液膜上的條紋、相機鏡頭涂有增透膜、檢查平面的平整程度都是利用光的干涉，圓盤后呈現泊松亮斑是光的衍射現象，故C符合題意。
A
4.某同學用紅光做實驗，拍攝到屏上亮條紋的照片如圖甲、乙所示，則該同學做的是(　　)
A.單縫衍射實驗，圖甲中單縫的寬度小
B.單縫衍射實驗，圖乙中單縫的寬度小
C.雙縫干涉實驗，圖甲中雙縫到屏的距離大
D.雙縫干涉實驗，圖乙中雙縫到屏的距離大
解析　單縫衍射條紋是明暗相間條紋，且寬度不同，縫越小，中央亮條紋越寬，A正確，B錯誤；雙縫干涉條紋是明暗相間條紋，且寬度相同，C、D錯誤。
5.藍光光盤是利用波長較短的藍色激光讀取和寫入數據的光盤，而傳統DVD光盤是利用紅色激光來讀取和寫入數據。對于光存儲產品來說，藍光光盤比傳統DVD光盤的存儲容量大很多。如圖所示為一束由紅、藍兩單色激光組成的復色光從水中射向空氣，并分成a、b兩束，則下列說法正確的是(　　)
C
A.用a光可在光盤上記錄更多的數據信息
B.b光在水中傳播的速度較a光大
C.使用同種裝置，用a光做雙縫干涉實驗得到的條紋間距比用b光得到的條紋間距寬
D.增大水中復色光的入射角，則a光先發生全反射
6.O1O2是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線，A、B是關于O1O2等距且平行的兩束不同單色細光束，從玻璃體右方射出后的光路如圖所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不斷左右移動光屏，可在屏上得到一個光斑P，根據該光路圖，下列說法正確的是(　　)
D
A.在該玻璃體中，A光的傳播時間比B光的傳播時間長
B.在真空中，A光的速度比B光的速度大
C.A光的頻率比B光的頻率高
D.用同一裝置做雙縫干涉實驗時A光產生的條紋間距比B光的大
B
7.如圖所示，半球形玻璃的折射率為n，半徑為R，平行單色光從下方射入，若要使第一次射到球面上的光不從球面上出射，可在半球形玻璃的圓形底面上放一個擋光屏，則該擋光屏的最小面積為(　　)
解析　在O點左側，設從E點射入的光線進入玻璃磚后在球面的入射角恰好等于全反射的臨界角C，則OE＝x區域的入射光線經球面折射后都能從半球形玻璃射出，如圖所示。
二、多項選擇題(共3個小題，每小題6分，共18分)
8.將一頂角極大的圓錐形玻璃體，倒立在表面平整的標準板上，其截面如圖所示。一束單色光從上方垂直玻璃上表面射向玻璃體。則下列說法正確的是(　　)
BC
A.觀察者應從玻璃體右側觀察干涉圖樣
B.產生的干涉條紋是以頂點為圓心的同心圓，且疏密均勻
C.產生干涉的兩束光是來自玻璃體下表面和標準板上表面
的反射光
D.若換用頻率更大的單色光照射，條紋間距將變大
9.如圖所示，等邊三角形AOB為透明柱狀介質的橫截面。一束單色光PQ平行于角平分線OM射向OA，在界面OA發生折射，折射光線平行于OB且恰好射到M點(不考慮反射光線)。則(　　)
AD
10.光纖通信采用的光導纖維由內芯和外套組成，長為L，其側截面如圖所示，一復色光以入射角θ0從軸心射入光導纖維后分為a、b兩束單色光，兩單色光在內芯和外套界面多次全反射后從光導纖維另一端射出，已知內芯材料對a光的折射率為n，真空中的光速為c。下列說法正確的是(　　)
AD
三、實驗題(共2小題，共16分)
11.(8分)某學習小組做測定玻璃磚的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚、大頭針、刻度尺、圓規、筆、白紙。
(1)下列措施能夠提高實驗準確程度的有________。
A.選用兩光學表面間距大的玻璃磚
B.選用兩光學表面平行的玻璃磚
C.選用粗的大頭針完成實驗
D.插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些
(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實驗操作正確的是________。
(3)該組同學又測定一半圓形玻璃磚的折射率。步驟如下：在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心O，在玻璃磚(圖中實線部分)的另一側垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接OP3，圖中MN為分界線，虛線半圓與玻璃磚對稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。
①設AB的長度為l1，AO的長度為l2，CD的長度為l3，DO的長度為l4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測量______(選填l1、l2、l3或l4)，則玻璃磚的折射率可表示為______。
②該同學在插大頭針P3前不小心將玻璃磚以O為圓心順時針轉過一小角度，由此測得玻璃磚的折射率將________(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
解析　(1)選用兩光學表面間距大的玻璃磚能夠使光在玻璃中的折射光線長一些，使折射角的測量更加精確，故A正確；選用兩光學表面平行的玻璃磚對實驗準確程度沒有影響，故B錯誤；選用粗的大頭針完成實驗不利于光線位置的精確測定，反而會降低實驗準確程度，故C錯誤；插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些，使光線的位置測定更加精確，從而提高入射角和折射角的測量精確程度，故D正確。
(2)玻璃磚兩側的兩孔洞連線應該平行，且下方的連線應在上方連線延長線的下側，故選D。
12.(8分)在“用雙縫干涉測量光的波長”實驗中(實驗裝置如圖所示)。
(1)保持雙縫到屏的距離不變，換用間距更小的雙縫，在屏上觀察到的相鄰亮條紋的中心間距將________；保持雙縫間距不變，減小雙縫到屏的距離，在屏上觀察到的相鄰亮條紋的中心間距將________(均選填“變寬”“變窄”或“不變”)。
(2)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮條紋中心對齊，將該亮條紋定為第1條亮條紋，此時手輪上的示數如圖甲所示。然后同方向轉動手輪，使分劃板中心刻線與第6條亮條紋中心對齊，記下此時手輪上的示數(如圖乙所示)為________mm，求得相鄰亮條紋的中心間距Δx為________mm。
(3)已知雙縫間距d為2.0×10－4m，測得雙縫到屏的距離l為0.700 m，由計算公式λ＝________(用已知量的字母表示)，求得所測光的波長為________mm。
四、計算題(共3個小題，共38分)
13.(12分)如圖所示，一梯形透明介質ABCD中∠A＝75°，∠B＝45°，一光線垂直于BC面從E點射入介質后，射到AB面時恰好發生全反射，從AD面上的某點射出。求：
(1)介質對該光線的折射率n；
(2)該光線從AD面射出時的折射角r。
解析　(1)該光線在介質中傳播的光路如圖所示
(1)從AO面射入透明物質的折射角；
(2)光線從該透明物質射向真空時發生全反射的臨界角；
(3)圓柱AB曲面上有光線射出部分的弧長。

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