1、阶段验收评价（四）光及其应用阶段验收评价（四）光及其应用 (本试卷满分：100 分) 一、单项选择题(本题共 7 小题，每小题 4 分，共 28 分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的) 1.如图所示，光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能。真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是( ) A光的折射 B光的全反射 C光的干涉 D光的衍射 解析：选 C 真空玻璃管上采用镀膜技术，利用的是从镀膜前后表面反射回的光相互叠加，增加透射光
2、的强度，故该技术运用了光的干涉原理，故选项 C 正确。 2下列说法中正确的是( ) A在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽 B只有当障碍物或小孔尺寸小于波的波长时才能发生明显的衍射现象 C两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在 P 点相遇，质点 P 的位移始终最大 D超声仪器使用超声波而不用普通声波，是因为超声波容易发生衍射 解析：选 A 红光波长大于绿光波长，所以红光干涉条纹比绿光的宽，A 正确。波发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长相差不多， B 错误。 两列水波干涉时， 在 P 点两列波峰相遇，则 P 点是振动加强点，但 P 点位移不是
3、始终最大，C 错误。超声波的波长比普通声波小，不容易发生衍射，D 错误。 3某种液体的折射率为 2，距液面下深 h 处有一个点光源，从液面上看液面被光源照亮的圆形区域的直径为( ) A2 2h B2h C. 2h Dh 解析：选 B 从液面上看到液面被照亮是因为光线从液面射出后进入人的眼睛。 如图所示， 设光线 OA 在界面上恰好发生全反射，则 sin C1n22，所以 C45 。由几何关系得 rh，故直径为 d2h。 4.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面 ABC 的单色光从空气射向 E 点，并偏折到 F 点。已知入射方向与边 AB 的夹角为 30 ，E、F 分别为边 AB、BC 的中点，
4、则( ) A该棱镜的折射率为 3 B光在 F 点发生全反射 C光从空气进入棱镜，波长变长 D从 F 点出射的光束与入射到 E 点的光束平行 解析：选 A 由几何关系可推理得入射角 190 60 ，折射角 230 ，由 nsin 1sin 2 3；由 sin C1n，临界角 C30 ，故光在 F 点不发生全反射；由 ncv0，知光射入棱镜波长变短；F 点出射的光束与 BC 边的夹角为 30 ，不与入射光线平行，故 A 正确，B、C、D 错误。 5 如图是研究光的双缝干涉的示意图。 不透光的挡板上有两条平行狭缝 S1、 S2， 用单色红光照射双缝，由 S1和 S2发出的红光到达屏上时会产生干涉条纹
5、，则以下说法正确的是( ) A若只减小两条狭缝 S1、S2之间的距离，条纹间距将增大 B若只减小两条狭缝与屏之间的距离，条纹间距将增大 C若挡住其中一条狭缝，屏上将只剩一条亮纹 D若只把用红光照射改用绿光照射，条纹间距将增大 解析：选 A 由 yld，d 减小，y 增加，故 A 对；若减小狭缝与屏间距 l，y 减小，故 B 错；若挡住其中一条狭缝，屏上将出现衍射条纹，而不是一条亮纹，故 C 错；将红光换成绿光后， 变小，y 变小，故 D 错。 6.如图所示，空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为 90 、半径为 R 的扇形 OAB。一束平行光平行于横截面， 以 45 入射角照射到
6、 OA 上， OB 不透光。 若只考虑首次入射到圆弧 AB 上的光，则 AB 上有光透出部分的弧长为( ) A.16R B.14R C.13R D.512R 解析：选 B 由折射定律知sin 45sin rn 2，解得 r30 ，则折射角为 30 。过圆心的光线是临界光线，此时的折射光线 ON 和 OB 的夹角就是折射角，还要考虑到全反射的情况，如图所示，射到 M 点的光线的入射角为临界角 C45 ， 则射到 AM 弧上的光线发生了全反射， 那么有光透出部分的弧对应的圆心角为 45 ，长度为 2R1814R，B 项正确。 7.如图所示，光滑半圆槽质量为 M，静止在光滑的水平面上，其内表面有一小
7、球(质量为 m)被细线吊着恰位于槽的边缘处，若将线烧断，小球滑到另一边的最高点时，半圆槽的速度为( ) A0 B向左 C向右 D不能确定 解析：选 A 把小球和半圆槽作为一个系统，因水平面光滑，故系统在水平方向不受外力，水平方向动量守恒，当小球滑到另一边的最高点时，小球和半圆槽的速度都为 0，故 A 正确。 二、多项选择题(本题共 3 小题，每小题 6 分，共 18 分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 0 分) 8.把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入(如图)，这时可以看
8、到亮暗相间的条纹。下面关于条纹的说法中正确的是( ) A将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏 B将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏 C将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动 D将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 解析： 选 BD 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光， 发生干涉现象， 出现亮暗相间的条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面的反射光叠加后形成的。当将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密，A 错误；若将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏，B 正确；将上玻璃板平行上移，导致满足亮条纹光
9、程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，C 错误，D 正确。 9.如图所示，a、b 两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是( ) Ab 光在该介质中的折射率比 a 光大 B若用 b 光做单缝衍射实验，要比用 a 光做中央亮条纹更宽 C用 b 光更易观测到泊松亮斑 D做双缝干涉实验时，用 a 光比用 b 光两相邻亮条纹中心的距离更大 解析：选 BC 设折射角为 1，入射角为 2，题设条件知，1a1b，2anb，A 错误；因为 nanb，所以 ab，又 yld，故 ya1n，则光在第一次到达光纤侧面时，不会从光纤侧面射出 解析：选 AD 光子的频率由光源决定，
10、与介质无关，所以光从真空射入光纤，光子的频率不变，故 A正确；光通过此光纤到达小截面的最短距离为 L，光在光纤中的传播速度 vcn，则光通过此光纤到达小截面的最短时间为 tLvnLc，故 B 错误；通过光纤侧面全反射后再从上方截面射出的光束与垂直射出上方截面的光束不平行，故 C 错误；设临界角为 C，则 sin C1n，到达光纤侧面光线入射角等于 ，当 C 时，即有 sin 1n，则光在第一次到达光纤侧面时发生全反射，不会从光纤侧面射出，故 D 正确。 三、非选择题(本题共 5 小题，共 54 分) 11(7 分)某同学利用“插针法”测量玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。正确操作后，作出的光
11、路图及测出的相关角度如图所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为 n_(用图中的 1、2表示)。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度_(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 解析：(1)光线由空气射入玻璃的入射角 i90 1，折射角 r90 2，由折射率的定义可得：nsin isin rsin90 1sin90 2cos 1cos 2。 (2)根据平行玻璃砖对光线的影响可知，玻璃砖宽度越大，侧移量越大，折射角的测量误差越小。所以为了减小误差，应选用宽度大的玻璃砖来测量。 答案：(1)cos 1cos 2 (2)大 12(9 分)某同学用如图甲所示的实验装置做
12、“用双缝干涉测光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离 y。转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，读数用 y1表示；转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐第 6 亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示，读数用 y6表示。则图丙的示数 y1_mm；则图丁的示数 y6_mm。如果实验中所用的双缝间的距离 d0.20 mm，双缝到屏的距离 l60 cm，则计算波长的表达式 _(用 d、l、y1、y6表示)。根据以上数据，可得实验中测出的光的波长 _m。 解析：由题图
13、丙可知 y10.15 mm， 由题图丁可知 y68.95 mm， 所以 yy6y151.76 mm， 由 ydl，可得 y6y1d5l5.9107 m。 答案：0.15 8.95 y6y1d5l 5.9107 13(10 分)如图所示，在 MN 的下方足够大的空间是玻璃介质，其折射率为 n 3，玻璃介质的上边界MN 是屏幕。 玻璃中有一正三角形空气泡， 其边长 l40 cm， 顶点与屏幕接触于 C 点， 底边 AB 与屏幕平行。激光 a 垂直于 AB 边射向 AC 边的中点 O，结果在屏幕 MN 上出现两个光斑。求两个光斑之间的距离 L。 解析：激光射向 AC 边，同时发生反射和折射，画出光路
14、图如图所示。在界面 AC，a 光的入射角 160 ，由光的折射定律有 nsin 1sin 2，代入数据求得折射角 230 。 由光的反射定律得反射角 360 。由几何关系可知，ODC 是边长为l2的正三角形，COE 为等腰三角形，CEOCl2， 故两光斑之间的距离 LDCCEl40 cm。 答案：40 cm 14(12 分)如图所示，一透明半圆柱体折射率为 n2，半径为 R、长为 L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，部分柱面有光线射出。求该部分柱面的面积 S。 解析：半圆柱体的横截面如图所示，OO为半圆的半径。设从 A 点入射的光线在 B 点处恰好满足全反射条件 由折射定律有 sin
15、1n， sin 12，则 6， 为全反射临界角 由几何关系得OOB S2R22 L3RL。 答案：3RL 15(16 分)如图所示，在双缝干涉实验中，S1和 S2为双缝，P 是光屏上的一点，已知 P 点与 S1和 S2距离之差为 2.1106 m， 现分别用 A、 B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验， 问 P 点是亮条纹还是暗条纹？ (1)已知 A 光在折射率为 n1.5 的介质中波长为 4107 m； (2)已知 B 光在某种介质中波长为 3.15107 m，当 B 光从这种介质射向空气时，临界角为 37 。 解析：已知 P 点与 S1和 S2的距离之差，由出现亮暗条纹的条件可判断是亮条纹
16、或暗条纹。 (1)设 A 光在空气中波长为 1， 在介质中波长为 2， 由 n12， 得 1n21.54107 m6107 m。 根据路程差 2.1106 m， 所以 N112.110661073.5。 由此可知，从 S1和 S2到 P 点的路程差 是波长 1的 3.5 倍，所以 P 点为暗条纹。 (2)根据临界角与折射率的关系 sin C1n， 得 n1sin 3753。 由此可知，B 光在空气中波长 2为： 2n介533.15107 m5.25107 m。 则路程差 和波长 2的关系： N222.11065.251074。 可见，用 B 光做光源，P 点为亮条纹。 答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹
