1、章末综合检测(四)光及其应用(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，共40分。第18小题只有一个选项正确，每小题3分；第912小题有多个选项正确，每小题4分，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1.如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()A红光的偏折最大，紫光的偏折最小B红光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃对红光的折射率比紫光的大D玻璃中紫光的传播速度比红光的大解析：选B白光中红光的频率最低，在玻璃中的折射率最小，由n可知，红光的传播速度最大，紫光的频率最高，在玻璃中的折射率最大，传播速度最小，经过棱镜发生色散时，偏折最大，综上所述，
2、A、C、D三项错误，B项正确。2在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，图中属于光的单缝衍射图样的是()Aa、cBb、cCa、dDb、d解析：选Da图中是光的干涉图样，b图是单色光的单缝衍射图样，c图是水波的衍射图样，d图是白光的单缝衍射图样，故D正确。3下列成语、俗语在一定程度上反映了人类对自然现象的认识，其中从物理学的角度分析正确的是()A“一叶障目”说明光能发生衍射现象B“镜花水月”说明平面镜成的像是虚像C“海市蜃楼”说明光能发生干涉现象D“随波逐流”说明在波的传播过程中质点将沿波速方向随波迁移解析：选B“一叶障目”说明光沿直线传播，故A错误；“镜花水月”说明平面镜成的像是虚像
3、，故B正确；“海市蜃楼”说明光能发生折射，故C错误；在水波的传播过程中质点不沿波速方向随波迁移，故D错误。4(2020浙江嘉兴第一中学期中)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列关于光的说法正确的是()A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象B立体电影是应用了光的衍射现象C在光导纤维束内传送图像是利用光的干涉现象D光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象解析：选A用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故A正确。立体电影是应用了光的偏振现象，故B错误。在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，故C错误。光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D
4、错误。5在水底的潜水员看来，水面上方的所有景物只出现在顶角为97的倒立圆锥里，这是因为()A水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中B水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中，其中折射角不可能大于48.5C水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射的原因不可能进入水中D水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射的原因不可能进入潜水员的眼中解析：选B发生全发射的条件是光从光密介质射入光疏介质，所以水面上远处的景物反射的阳光射向水面时不可能发生全发射，故A、C错误。光从空气折射进入人眼，人眼认为光是直线传播的，所以岸上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，如图所示，水面上远处的景物
5、反射的阳光折射进入水中，若入射角等于90，根据折射定律n，可知此时折射角最大，最大的折射角rmax9748.5，所以折射角不可能大于48.5，故B正确。水面上方倒立圆锥之处的景物反射的阳光，通过水面的折射能进入潜水员眼中，故D错误。6在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差S10.75 m，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差S21.5 m。若用频率f6.01014 Hz的黄光照射双缝，则()AP点出现亮条纹，Q点出现暗条纹BP点出现暗条纹，Q点出现亮条纹C两点均出现亮条纹D两点均出现暗条纹解析：选B由光的频率f6.01014 Hz，知光的波长5107 m。P点到双缝S1、S2的
6、距离之差S10.75 m7.5107 m1.5，Q点到双缝S1、S2的距离之差S21.5 m15107 m3，因此P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹，选项B正确。7如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气，当出射角i和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为，已知棱镜的顶角为，则棱镜对该单色光的折射率表达式为()ABCD解析：选A设折射角为，由折射定律可知n，因入射角和出射角相等，即ii，由几何关系可知，i，故折射率n，选项A正确。8.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成。夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目
7、。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10 m的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射反射折射后恰好和入射光线平行，如图所示，那么第一次入射的入射角应是()A15B30C45D60解析：选D作光路图如图所示，设入射角为，折射角为，则2，又n2cos ，所以cos ，30，所以60，故选项D正确。9.双缝干涉部分实验装置如图所示，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是()A若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹B若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化C若将像屏向上平移
8、一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹D若将像屏向下平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化解析：选ACD双缝干涉发生后，并不只在有光屏处有干涉现象，而是在双缝右侧的空间，只要通过双缝后两列光在相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象，并且在新的位置仍很清晰，由x知，A项中条纹间距将变宽，B项中条纹间距变窄，C、D项中条纹间距不变，故A、C、D正确。10下述现象哪些是由全反射造成的()A露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮B直棒斜插入水中时呈现弯折现象C口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可即D在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮
9、玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮解析：选ACD露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由于光的折射，故B错误；口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是折射和全反射形成的现象，故C正确；盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，故D正确。11(2020浙江绍兴模拟)在光纤制造过程中，拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈圆台状，如图所示，已知此光纤长度为L，圆台对应底角为，折射率为n，真空中光速为c。现光从光纤下
10、方垂直射入下台面，则()A光从真空射入光纤，光的频率不变B光通过此光纤到达上台面的最短时间为C从上台面射出的光束一定是平行光D若满足sin ，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光的频率由光源决定，与介质无关，所以光从真空射入光纤，光的频率不变，A正确；光通过此光纤到达上台面的最短距离为L，光在光纤中的传播速度v，则光通过此光纤到达上台面的最短时间为t，B错误；通过光纤侧面反射后再从上台面射出的光束与垂直射出上台面的光束不平行，C错误；设全反射临界角为C，则sin C，到达光纤侧面光线入射角等于，当sin 时，C，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，D
11、正确。12(2020山东等级考)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BBCC面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AACC的光线。下列说法正确的是()A光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的B光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的C若DE发出的单色光频率变小，AACC面有光出射的区域面积将增大D若DE发出的单色光频率变小，AACC面有光出射的区域面积将减小解析：选AC由全反射临界角与折射率的关系sin C可知，临界角为45，即光线垂直BC方向射向
12、AC恰好发生全反射，由几何知识可知光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的，所以A项正确，B项错误；若DE发出的单色光频率减小，则折射率n随之减小，由sin C可知，其临界角增大，所以AACC面有光出射的区域面积将增大，C项正确，D项错误。二、实验题(本题共2小题，共14分)13(6分)小显和小涛两位同学用插针法测定玻璃棱镜的折射率。(1)小显同学按实验步骤，先在纸上插下两枚大头针P1、P2，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外两枚大头针，如图1所示。则插针一定错误的是_。(选填“P3、P4”或“P5、P6”)在图1中按实验要求完成光路图，并标出相应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n_。(2)小涛同
13、学突发奇想，用两块相同的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图2所示。P1、P2的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图2中右边的插针应该是_。(选填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)解析：(1)光线经三棱镜折射后应该偏向底边，故插针一定错误的是“P5、P6”，光路图如图甲所示。根据光的折射定律得n。(2)作出光路图如图乙所示，可知经过P1、P2的光线经两块玻璃直角三棱镜的分界处后向下偏，然后射入右侧玻璃直角三棱镜后平行射出，则题图2中右边的插针应该是P5、P6。答案：(1)P5、P6图见解析(2)P5、P614(8分)小明同学采用“双缝干涉仪
14、”观察光的双缝干涉图样，并测定某种单色光的波长，实验装置如图1所示。(1)下列说法正确的是_。A元件a是白炽灯，它的作用是照明并获得相干光源B元件f为拨杆，它的作用是调节单、双缝平行，以获得清晰的条纹C将红色滤光片换成紫色滤光片时，观察到相邻亮条纹之间的间距将变大(2)若在实验中小明观察到的条纹如图2(甲)所示，为了使干涉条纹竖直，即如图2(乙)所示，则小明应进行以下操作中的_。A左右调节拨杆B先松开坚固螺钉再旋转测量头C旋转遮光筒(连同单、双缝、测量头)(3)已知测量头为50分度的游标卡尺，某同学描述了实验大概过程和数据：调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图3所示，此
15、时分划板中心刻度线对齐A条纹中心，游标卡尺的示数为1.250 cm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图4所示，此时分划板中心刻度线对齐B条纹中心，游标卡尺的示数为1.775 cm。图中的圆形轮廓即是该同学所说的视场区边界。可是物理老师认为该同学并没有认真做实验，其依据(写出两条)：_；_。解析：(1)元件a是白炽灯，它的作用是提供照明光源，而单缝的作用是获得相干光源，故A错误；元件f为拨杆，它的作用是调节单、双缝平行，以获得清晰的条纹，故B正确；将红色滤光片换成紫色滤光片时，依据双缝干涉条纹间距公式x，则观察到相邻亮条纹之间的间距将变小，故C错误。(2)拨杆是调节单缝与双缝是否平行的，故A
16、错误；由题图2(甲)、(乙)可知，条纹与刻度仍平行，因此不需要旋转测量头，应该是旋转遮光筒，故B错误，C正确。(3)由题图3知，本实验操作过程中分刻板的中心刻度线向左偏移不在视场中心，应把分刻板中心刻度线调在视场中心；游标卡尺第二个读数不对，由于是50分度的游标尺，精确值为0.02 mm，所以游标卡尺示数最后一位数字不可能为奇数，故判断该同学没有认真做实验。其判断的依据有两条：其一，分刻板中心刻度线一定要在视场中心；其二，50分度的游标卡尺无法读得第二个示数。答案：(1)B(2)C(3)分刻板中心刻度线一定要在视场中心50分度的游标卡尺无法读得第二个示数三、计算题(本题共4小题，共46分，要有
17、必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)15(8分)如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，紫光、红光分别从B、C点射出。设紫光由O到B的传播时间为tB，红光由O到C的传播时间为tC，请比较tB、tC的大小。解析：设某种色光的折射角为2(入射角1确定)。设圆柱体玻璃的半径为R，光在玻璃中传播的路程是s。由几何知识得s2Rcos(902)2Rsin 2光在玻璃中传播的时间为t光在玻璃中的速度为v由折射定律得nsin 2sin 1联立式得t与2无关，故tBtC。答案：tBtC16(8分)(2020江苏南京模拟)用某一单色
18、光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm，在距离双缝为1.2 m 处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5 mm。(1)求这种单色光的波长；(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度最小应取多少？解析：(1)根据公式x，得x由题意知x又L1.2 m，d0.25103 m，x7.5103 m所以 m3.9107 m。(2)根据公式n，cf，vf，得n所以m3.0107m故增透膜的最小厚度d7.5108m。答案：(1)3.9107 m(2)7.5108m17(14分)(2020河南开封模拟)如图所示，在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌
19、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，如图所示。有一半径为r0.1 m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n。则：(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥侧面的B点发生全反射；(2)光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？(结果保留三位有效数字)解析：(1)全反射的临界角满足sin C根据几何关系知光线1在圆锥的侧面B点的入射角为60，大于全反射的临界角，所以光线1能在圆锥侧面的B点发生全反射。(2)作出光线1的光路图如图所示，根据几何关系知BEEFr所以总时间t1.58109 s。答案：(1)见解析
20、(2)1.58109 s18(16分)如图所示，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平。球面与桌面相切于A点，一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)，入射角为45，出射光线射在桌面上B点处，测得A、B之间的距离为。现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离，不考虑光线在玻璃体内的多次反射。解析：当光线经球心O入射时，光路图如图(a)所示。设玻璃的折射率为n，由折射定律，有n式中，入射角i45，r为折射角OAB为直角三角形，因此sin r发生全反射时，临界角C满足sin C在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图(b)所示。设此时光线入射点为E，折射光线射到玻璃体球面的D点，则EDOC在EDO内，根据正弦定理有联立以上各式并利用题给条件得OER。答案：R