1、光及其应用(分值：100分)1(4分)某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是()B单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，衍射条纹也是水平的，故B对2(4分)如图所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是()A只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光B光屏上亮、暗交替变化C光屏上亮度不变D光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动C旋转P，自然
2、光通过偏振片P后，在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动，太阳光是自然光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同所以光屏上总是有沿着某个特定的方向振动的偏振光，光屏上亮度不变3(4分)(多选)有关光的应用，下列说法正确的是()A拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度B光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象C用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的折射形成的色散现象D在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射原理BCD拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片减弱反射光的强度，故A错误；增透膜是利用薄膜干涉，故B正确；用
3、三棱镜观察白光，由于三棱镜对不同色光的折射率不同，进出三棱镜的偏折角度不同，出现了不同色光的色散，故C正确；光导纤维束内传送图像是利用光的全反射原理，故D正确4(4分)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退对此现象正确的解释是()A出现的是“海市蜃楼”，是由光的折射造成的B“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉C太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射D太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射D在太阳光照射下，地表温度升高，地面附近空气的折射率变
4、小，光发生全反射，D正确5(4分)如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径()A光线1 B光线2C光线3D光线4A光先从水进入空气泡中，由折射定律可知折射角应大于入射角；然后又从空气射入水中，折射角应小于入射角综上所述，只有光线1符合要求，故选项A正确6(4分)如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为，则这束光进入棱镜后的光路图应为()ABC DD光线垂直AB面射入，在到达AC面上时入射角i60，因光线的临界角C满足sin C，C45，iC，所以光线在AC面发生全反射；光线到达BC面上的入射角i30，由于iC，所以有部分光线从B
5、C面射出，还有部分光线经BC面反射到AC面上，此时入射角等于零度，光线垂直于AC面射出，D项正确7(4分)如图所示，有玻璃三棱镜ABC，顶角A为30，一束光线a垂直于AB射入棱镜，由AC射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为30，则棱镜的折射率为()ABC DC由题意可知，光线从玻璃射向空气中时，入射角为130，折射角为260，则玻璃的折射率n.故选C8(8分)(1)某同学用图甲所示的装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，他采用了蓝色灯作为光源，在测量头目镜中观察到如图乙所示的蓝色条纹在不改变其他实验条件的情况下，观察到目镜中的条纹如图丙所示，则可能的原因是_A单缝宽度变小了B双缝间距
6、变小了C光源与单缝间的距离变大了D光源的发光强度变大了(2)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上(图甲)，让单色光从上方射入(示意图如图乙，其中R为凸透镜的半径)，从上往下看凸透镜，也可以观察到由干涉造成图丙所示的环状条纹，这些条纹叫作牛顿环如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环半径将_(选填“变大”“变小”或“不变”)；如果换一个半径更大的凸透镜，观察到的圆环半径将_(选填“变大”“变小”或“不变”)甲乙丙(3)采用波长为690 nm的红色激光作为单色入射光，牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为_A345 nmB690 nmC几微米D几毫米
7、解析 (1)根据条纹间距公式x可知，当双缝间距d减小时，条纹间距增大，故选项B正确，A、C、D错误(2)当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹；用波长变长的光照射，则出现亮条纹的这一厚度远离中心，则圆环的半径变大；换一个表面曲率半径更大的凸透镜，出现亮条纹的这一厚度偏移中心，知圆环的半径变大(3)由题意知相邻亮条纹对应的空气层的厚度差为半个波长，故为345 nm，故选项A正确，B、C、D错误答案(1)B(2)变大变大(3)A9(6分)在双缝干涉实验中，屏上一点P到双缝的距离之差为1.5106 m若用频率为5.01014 Hz的单色光照射双缝，该点出现亮条纹还是暗
8、条纹？从屏中心算起这是第几条什么条纹？解析该单色光的波长 m6107 m，P点到双缝的距离差与波长的大小关系为1.5106 m2.5，即距离差为半波长的奇数倍，P点处是暗条纹令2.5(2k1)(k1,2,3，)，得k3，这是第3条暗条纹答案暗条纹第3条暗条纹10(8分)横截面为矩形的玻璃棒被弯成如图所示的形状，一束平行光垂直地射入水平表面A上，要使通过表面A射入的光全部从表面B射出，比值最小是多少？(玻璃的折射率n1.5)解析如图所示的光路中，从玻璃棒的A端面入射的光线，可分为左、中、右，其中最右边的一条光线，最难发生全反射，设其入射角为1，只有当1arcsin时，才发生全反射，根据几何关系知
9、sin1.依题意有.将n1.5代入上式，解得2.答案211(4分)(多选)小明同学在假期旅游期间学习摄影，他发现照相机镜头呈现淡紫色如图所示是他拍摄的两张照片：甲图的湖泊远景照中，能看到远处山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙图的湖水近景照中，能清楚看到鱼、石头等水下景物，则()甲乙A镜头呈现淡紫色是镜头表面所镀膜使光发生干涉的结果B甲图山峰倒影非常清晰是因为来自山峰的光在水面发生了全反射C乙图水下景物的光射到水面时因入射角较小致反射光强而折射光弱D拍摄乙图时若安装透振方向与水面反射光偏振方向垂直的偏振片将更清淅AD照相机镜头镀了多层的增透膜，增强了可见光的透过性，由于高频的蓝光和紫光等并不能
10、完全地干涉抵消，因此镜头呈现淡紫色，故A正确；甲图中的倒影是因为来自山峰的光通过水面反射进入镜头而引起的，而全反射在光线由光密介质射入光疏介质才会发生，故B错误；当光从光密介质入射到光疏介质时，只有当入射角增大才会使反射光增强而折射光减弱，故C错误；拍摄乙图时，来自于水下鱼的光通过水面的折射再进入镜头，为了使照片更清晰，可以利用偏振片来减少在水面发生反射而进入镜头的光，故D正确12(4分)(多选)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A减小S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将整个装置放在水中AC根据
11、双缝干涉条纹的间距公式x知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距减大，故A正确；根据双缝干涉条纹的间距公式x知，减小双缝到屏的距离，即l减小，干涉条纹间距减小，故B错误；根据双缝干涉条纹的间距公式x知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大，故C正确；因为v，则光进入水中的波长.光进入水中波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式x知，波长变短，则干涉条纹间距变小，故D错误13(4分)(多选)如图所示，一束色光从长方体玻璃砖上表面射入玻璃，穿过玻璃后从侧面射出，变为a、b两束单色光，则以下说法正确的是()A玻璃对a光的折射率较大B在玻璃中b光的波长比a光短C在玻璃中b光传播速度比a光大D
12、减小入射角i，a、b光线有可能消失BD由题图可知折射率nanb，则fafb，又由n得，vavb，综上得ba，故A、C错误，B正确；减小入射角i，由几何关系可知在玻璃内的入射角变大，可能发生全反射a、b都可能消失，D正确14(4分)(多选)如图所示，实线为空气和水的分界面，一束红光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点图中O点为A、B连线与分界面的交点，下列说法正确的是()AO1点在O点的右侧B红光从空气中射入水中时，速度变小C若沿AO方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点D若红光从水中的B点沿BO方向射
13、向界面，则红光在界面处有可能发生全反射BD当光由空气射入水中时入射角大于折射角，画出大致光路图如图所示，可见O1点在O点的左侧，故A错误；红光在真空中速度最大，当红光从空气中射入水中时，速度变小，故B正确；若沿AO方向射向水中的是一束紫光，水对紫光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律可知，紫光的偏折程度大于红光的偏折程度，所以折射光线有可能通过B点正下方的C点，故C错误；若红光从水中的B点沿BO方向射向界面，入射角可能大于临界角，红光在界面处有可能发生全反射，故D正确，故选BD15(4分)(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b
14、两束光线则()A在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B在真空中，a光的波长小于b光的波长C玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失ABD通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故C错误；a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，故B正确；由n知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，故D正确16(8分)在“测定玻璃的折射率”的实验中，(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的
15、实验器材，他认为除了缺刻度尺还少了一种器材，请你写出所缺器材的名称：_，老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置_(选填“A”“B”或“C”)甲乙丙(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖，使其圆心与O重合，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线其中她确定P3大头针位置的方法应当是_操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)，则她测出玻璃的折射率n_.解析(1)在实验桌上看到方木板上有一
16、张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，还缺少刻度尺、大头针；依据光的折射定律，及玻璃砖上下表面平行，那么出射光线与入射光线相互平行，因此第四枚大头针应在图乙中的位置B处，如图所示(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像；如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得：入射角和折射角的正弦值分别为：sin i，sin r其中CODO，则折射率n1.5.答案(1)大头针B(2)挡住P1、P2的像1.517(12分)如图所示，有一与液面成45角的光线从透明液体射向空中，光源距离液面高度为1 m，离开该液体表面的光线与液面的夹角为30.试求：(1)
17、该液体的折射率；(2)这束光线经多长时间可以从光源到达液面；(3)如果要使空中没有折射光线出现，入射角的正弦值至少为多少解析(1)根据光路可逆可知，光从空气进入液体的折射角i45，入射角r60，根据折射定律，有n.(2)由几何关系，得光在液体中传播的距离为s m，光在液体中传播的速度v，则这束光线从光源到达液面传播时间t108 s.(3)设发生全发射的临界角为C，则sin C.答案(1)(2)108s(3)18(10分)2018年9月23日“光纤之父”华裔科学家高琨逝世，他一生最大的贡献是研究玻璃纤维通讯光纤在转弯的地方不能弯曲太大，如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出求：(1)圆环内径R的最小值；(2)在(1)间的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间解析(1)从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线都能发生全反射，根据几何关系得 sin 设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有 C根据临界角公式有sin C因此有：sin sin C即有；解得：R，所以R的最小值为.(2)在(1)问的情况下，45，R.如图所示光在光纤内传播的总路程为s6R光在光纤内传播速度为vc所以所求时间为t答案(1)(2)