高二物理光学测试题及答案详解

光学综合测试题

说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.

第Ⅰ卷(选择题 共40分)

一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的，请把它填在括号内.

1.夏日的白天,在大树下乘凉时,经常发现在树阴中间有许多圆形亮斑.关于其原因下列说法正确的是

A.大树的缝隙是圆的,所以地面上有许多圆斑 B.是很多树叶将太阳光反射到地面形成的圆斑 C.这是经很多不规则的树叶缝隙所形成的太阳的像 D.这是太阳光经树叶缝隙衍射形成的

解析:本题考查光的直线传播的应用,地面上的圆斑,是太阳经树叶缝隙形成的像,即小孔成像.C正确.

答案:C

2.对于某单色光,玻璃的折射率比水大,则此单色光在玻璃中传播时 A.其速度比在水中大,其波长比在水中长 B.其速度比在水中大,其波长比在水中短 C.其速度比在水中小,其波长比在水中短 D.其速度比在水中小,其波长比在水中长

解析:本题考查光在介质中传播时,速度、波长如何变化.据v=

c知,单色光在玻璃中的折n射率比在水中大,因而速度比在水中小;由v=λν知,光的频率不变,速度v变小,波长变短.C正确.

答案:C

3.下列关于偏振光的说法中正确的是 A.自然光就是偏振光

B.沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 C.沿着一个特定方向振动的光叫偏振光 D.单色光就是偏振光

解析:本题考查偏振光的概念.沿着一个特定方向振动的光叫做偏振光.故正确选项为C. 答案:C

4.为了减少光学元件的反射损失,可在光学元件表面镀上一层增透膜,利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n,厚度为d,它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消,那么绿光在真空中的波长λ0为

A.

d 4 B.

nd 4C.4d D.4nd 解析:本题考查薄膜干涉.设绿光在膜中的波长为λ,则 由d=

1λ, 4得λ=4d

则绿光在真空中的波长为

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λ0=nλ=4nd.

故正确选项为D. 答案:D

5.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为45°.下面四个光路图中正确的是

玻璃45空气o玻璃45空气oA玻璃45空气oB玻璃45空气oCD

解析:本题考查全反射.设临界角为C,则 sinC=

1=0.67 n2=0.707 2sin45°=

入射角45°大于临界角C,发生全反射. 故正确选项为A. 答案:A

6.关于双缝干涉实验,若用白光作光源照射双缝,以下说法不正确的是

A.屏上会出现彩色干涉条纹,因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的

B.当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时,屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹

C.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上有亮光，但一定不是干涉条纹 D.将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,屏上无亮光

解析:本题考查光的干涉和衍射.A正确;当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时,屏上出现的是单缝衍射条纹,B正确;两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时,透过滤光片的分别是黄色光和蓝色光,它们的频率不同,不能叠加形成干涉条纹,但屏上有亮光,故C正确，D错.

答案:D

7.细红光束和细蓝光束垂直于AB面进入楔形棱镜,并能从AC面射出,如图所示.这两束光从棱镜的AC面射出后的情况是

A蓝光红光BC

A.两束光一定相交

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B.两束光仍然平行

C.两束光的反向延长线相交 D.条件不足,无法确定

解析:本题考查光的折射.由于光的折射,红蓝两束光从AC面射出时均向BC面偏折,但由于蓝光频率高于红光频率,其折射率大于红光的折射率,所以蓝光的偏转角大于红光的偏转角,所以从AC面射出的两束光一定相交.故正确选项为A.

答案:A 8.红、黄、绿三种单色光以相同的入射角到达某介质和空气的界面时,若黄光恰好发生全反射,则

A.绿光一定能发生全反射 B.红光一定能发生全反射

C.三种单色光相比,红光在介质中的传播速率最小 D.红光在介质中的波长比它在空气中的波长长

解析:同一介质对红光折射率小,对绿光折射率大,所以发生全反射时,红光的临界角最大,绿光的临界角最小.若黄光发生全反射,则绿光一定发生全反射.由v=c/n得,红光速率大,红光在空气中的波长比在介质中要长.故正确选项为A.

答案:A

9.如图所示,将半圆形玻璃砖放在竖直面内,它左方有较大的光屏P,线光源S可沿玻璃砖圆弧移动,它发出的光束总是射向圆心O.若S从图中A向B处移动,在P上先看到七色光带,以后各色光陆续消失.则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是

POSBA

A.红光→紫光,红光 B.紫光→红光,红光 C.红光→紫光,紫光 D.紫光→红光,紫光

解析:本题考查光的折射与色散.从红光到紫光频率逐渐增大,在玻璃中的折射率也逐渐增大,从玻璃中出射偏离原来的方向便逐渐增大,因此从下到上的排列顺序为紫光→红光.因为紫光的临界角最小,所以最早消失的是紫光.故正确选项为D.

答案:D

10.在用插针法测定玻璃折射率的实验中,学生的实验方法和步骤完全正确,但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行,则

A.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏大 B.入射光线与出射光线一定不平行,测量值偏小 C.入射光线与出射光线一定不平行,测量值仍然正确 D.入射光线与出射光线可能平行,测量值仍然正确

解析:本题考查测玻璃折射率的实验.由折射定律及光路可逆知,出射光线与入射光线一定不平行,但所测折射率n=

答案:C

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sin1仍然正确.故正确选项为C. sin2

第Ⅱ卷(非选择题 共60分)

二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.

11.1801年英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功地观察到了光的干涉现象.他用单色光照射屏上的一个小孔,是为了获得_______;由小孔射出来的光再射到两个小孔上,是为了获得_______________________________________________________.

答案:一个点光源 两个振动情况总相同的光源,即相干光源

12.夏天,太阳光把地面晒得发热是因为太阳光中的_______显著;经常在矿井下劳动的工人、软骨病人要经常晒晒太阳是因为太阳光中的_______能促进生理作用、保障身体健康.

答案:红外线热效应 紫外线

13.已知一束单色光在水中的传播速度是在真空中的为真空中的_______.

3 ,则这束光在水中传播时的波长43v水4c3解析:λ水=λ真空.

vv43答案:

414.一单色光射入一折射率为2的玻璃圆球,当入射角为θ时,发现恰可在球外三个不同方向上看到折射出的光线,如图所示.则角θ为_______.

' 解析:本题考查光的折射.由几何关系知折射角θ′=30°,由折射定律知 sinθ=nsinθ′=

2 2则θ=45°. 答案:45°

15.在双缝干涉实验中,屏上一点P到双缝的路程差是2.6×10-6 m.若P点恰是暗纹,且和中央之间还有一条亮纹,则光的波长是_______m.

解析:本题考查双缝干涉.由题意知

3λ=2.6×10-6 m 2解得λ=1.73×10-6 m. 答案:1.73×10-6

三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.

16.(8分)在双缝干涉实验中,用氦氖激光器作光源,其发出的红光频率为4.74×1014 Hz，从双缝射出的光的振动情况完全相同，它们到达光屏上某点的路程差为2531.6 nm.那么该点将出现怎样的干涉图样?

解析:本题考查双缝干涉实验中出现明暗条纹的条件.根据光波的速度公式

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c=λf (2分)

c3.0108有λ= m 14f4.7410=0.6329×10-6 m=632.9 nm

光的路程差跟红光波长之比为 n=

(2分)

s2531.6=4

632.9 (2分)

即路程差为红光波长的整数倍.因此,两束红光在该点振动加强,出现红色的明条纹.(2分) 答案:红色的明条纹

17.(10分)如图所示,S为一在xOy平面内的点光源.一平面镜垂直于xOy平面放置,它与 xOy平面的交线为MN,MN与x轴的夹角θ=30°.现保持S不动,令平面镜MN以速度v沿x轴正方向运动,则S经平面镜所成的像以多大速度沿什么方向运动?

yNMSx O解析:本题考查平面镜成像.

(1)据平面镜成像原理,平面镜MN以速率v沿x轴正方向运动时,S的像S′沿S′S的连线向S运动. (3分)

(2)把平面镜MN的速率v沿镜面方向和垂直镜面方向分解,如图所示,

v230oNMvv1

v1=vsin30°=

1v 23v. 2

(3分)

v2=vcos30°=

(3)平面镜MN以速度v1沿S′S的连线向S运动,则像S′以2v1=v的速度沿S′S的连线向S运动.(4分)

18.(10分)如图所示,横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为n1,对紫光的折射率为n2.一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入,从另一个侧面AC折射出来.已知棱镜的顶角∠A=30°,AC边平行于光屏MN,且与光屏的距离为L.求在光屏上得到的可见光谱的宽度.

MBCAN

解析:本题考查光的色散.光路如图所示.

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M紫红BCO

设射到屏上的红光和紫光偏离O点的距离分别为d1和d2,折射角分别为θ2和θ3,入射角θ1=30°,则由折射定律

AN1sin1 n1sin21sin1 n2sin3 (2分)

(2分)

得sinθ2=n1sinθ1=sinθ3=n2sinθ1=则d1=Ltanθ2=L

1n1 2

(1分) (1分) (1分)

1n2 2

n14n1n222

d2=Ltanθ3=L

4n2 (1分)

则可见光谱的宽度为 d2-d1=L(

n24n2n24n222n14n1n14n122). (2分)

答案:L(

)

19.(12分)两束平行的细激光束,垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上,如图所示.已知其中一条光线沿直线穿过玻璃,它的入射点是O;另一条光线的入射点为A,穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃截面的圆半径为R,OA=

AOPR,OP=3R.求玻璃材料的折射率. 2 解析:本题考查光的折射.光路如图所示:

A1OB2P 其中一条光线沿直线穿过玻璃,可知O点为圆心;另一条光线沿直线进入玻璃,在半圆面

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上的入射点为B,入射角设为θ1,折射角设为θ2,则

sinθ1=

OA1 OB2

(3分) (2分)

θ1=30°

因OP=3R,由几何关系知BP=R,则折射角

θ2=60°

(4分)

由折射定律得玻璃的折射率为 n=

sin2sinsin60303=1.73.1sin答案:1.73

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(3分)