1、章末检测试卷 (第十三章)(时间：90 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分)1(多选) 下列事例应用了光的全反射现象的是( )A光导纤维通信B用三棱镜观察太阳光谱C用白光照射肥皂膜看到彩色条纹D某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路 90答案 AD解析 光纤通信利用光的全反射，A 正确；三棱镜观察太阳光谱利用了光的色散，B 错误；用白光照射肥皂膜看到彩色条纹是利用薄膜干涉，C 错误；等腰直角三棱镜使光路改变90利用光的全反射，D 正确2用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面 aa和 bb，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放
2、在如图 1 所示的位置上，而实验中其他操作均正确，则测得的折射率将( )图 1A偏大 B偏小C不变 D无法确定答案 C解析 可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值相同3一束光线从折射率为 1.5 的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为 45.如图所示四个光路图中正确的是( )答案 A解析 设临界角为 C，则 sinC 0.67，sin45 0.707，入射角 45大于临界角 C，1n 22发生全反射4(多选) 如图 2 所示，P 是一偏振片， P 的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向下列四种入射光束中，哪几种照射 P 时能在 P 的另一侧观察到透射光( )图 2A
3、太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成 45角振动的光答案 ABD解析 太阳光是自然光，沿各个方向振动的光都有，所以在偏振片 P 另一侧可看到透射光；沿竖直方向振动的光，与 P 的透振方向相同，能透过偏振片；沿与竖直方向成 45角振动的光，有部分能透过偏振片 P，故 A、B、D 正确5(多选) 如图 3 所示为一束光线穿过介质、时的光路，则 ( )图 3A介质的折射率最大B介质的折射率最大C介质的折射率最大D光在介质中传播速度最大答案 CD解析 根据折射情况，与相比，是光密介质；与相比，是光密介质，所以是最疏的，光的传播速度最大；与相比中的折射角小，介质的折射率最大6如
4、图 4 所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )图 4A甲、乙是光的干涉图样B丙、丁是光的干涉图样C形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短D形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短答案 A7如图 5 是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚，而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影，水面下的景物则根本看不到下列说法中正确的是( )图 5A远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小C远处水面下景物的光线射到
5、水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见D近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中答案 C解析 山峰的光线在水面上发生了反射，逆着反射光线可以看到清晰的倒影；全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，故 A 错误；光线由水射入空气，折射率 n 减小，光的波速 v 变大，而频率不变，由波速公式 vf 知波长变大，故 B 错误；远处水面下cn景物的光线射到水面处(从光密介质射向光疏介质 )，入射角 i 很大，当入射角 i 大于等于全反射临界角 C 时能发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，故 C 正确；近处水面下景物的
6、光线射到水面处，入射角越小，越不易发生全反射，反射光越弱而折射光越强，射出水面而进入人眼睛中能量越多，故 D 错误故选 C.8(多选) 如图 6 所示，水下光源 S 向水面 A 点发射一束光线，折射光线分成 a、b 两束，则( )图 6A若保持入射点 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b 光先消失B用同一双缝干涉实验装置做实验，a 光的干涉条纹间距大于 b 光的条纹间距Ca、b 两束光相比较，在真空中的传播速度 a 光比 b 光大D在水中，b 光波长比 a 光波长大答案 AB解析 由 sinC ，则 a 光的临界角较大，b 光的临界角较小，故若保持入射点 A 位置不变，1n
7、将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b 光的折射角先达到 90，发生全反射，先消失，故 A 正确；用同一双缝干涉实验装置做实验，根据折射角 rab，条纹间距 x ，则 a 光的干涉条纹间距大于 b 光的条纹间距，故 B 正确，D 错误；ld真空中所有光的传播速度是相同的，故 C 错误图 79半圆形玻璃砖的横截面如图 7 所示，O 点为圆心，OO为直径 MN 的垂线，足够大的光屏 PQ 与直径 MN 垂直并接触于 N 点，已知半圆形玻璃砖的半径 R10cm，折射率 n，一细束激光沿半径方向射向圆心 O 点，入射光线与 OO夹角 30，光屏 PQ 上出3现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为(
8、)A. cm B5 cm2033 3C. cm D20 cm4033 3答案 C解析 画出光路图，如图所示光线在 O 点发生反射和折射，其中反射角为 30，则反射光线射到 PQ 上的点距离 N 点的距离为 x1Rtan60 R；根据光的折射定律可得： ，解得 60，则折射光3sinsin30 3线射到 PQ 上的点距离 N 点的距离为：x 2 ，则这两个光斑之间的距离为Rtan60 3R3xx 1x 2 cm，故选 C.403310如图 8 所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则( )图 8A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发
9、的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大答案 D解析 只要发光小球在缸底的光线能从侧面折射出光线，就可以从侧面看到发光小球，故A 选项错误；发光小球由水中射向水面的光线，存在一个全反射临界角，当入射角大于全反射临界角时，不能从水面射出，故 B 选项错误；折射光不改变光的频率，故 C 选项错误；由 n ，得 v ，而 n1，故 cv，所以 D 选项正确cv cn二、实验题(本题共 2 小题，共 16 分)11(10 分) 在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了 4 枚大头针，如图9 所示图 9(1)在图 10 中画出完整的光路图；图 10(2)对你画出
10、的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率 n_( 保留 3 位有效数字)(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了 8枚大头针，如图 11 所示图中 P1和 P2是同一入射光线上的 2 枚大头针，对应其出射光线上的 2 枚大头针是 P3和_( 填“A”或“B”)图 11答案 (1)见解析图 (2)1.53(说明：0.03 范围内都可) (3)A解析 (1)分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播线路光路图如图所示(2)设方格纸上正方形的边长为 1，光线的入射角
11、为 1，折射角为 2，则sin1 0.798，5.35.32 42sin2 0.5212.22.22 3.62所以该玻璃砖的折射率 n 1.53sin1sin2 0.7980.521(3)由题图可知，光线 P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过 P3和 A.12.(6 分)(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的_相同如图 12 所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在_(填“A” “B”或“C”)点
12、会出现暗条纹图 12(2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长 5.8910 7 m，双缝间的距离 d1mm，双缝到屏的距离 l2m，则第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距为 _答案 (1)频率 C (2)1.17810 2 m解析 (1)频率相同是发生干涉现象的基本条件；A 为波峰与波峰相遇，所以为亮条纹， B为波谷与波谷相遇，也为亮条纹，C 为波峰与波谷相遇，所以为暗条纹(2)由 x 可知ldx 1.178103 m，则第 1 个亮条纹到第 11 个亮条纹的中心间距为x10 x1.17810 2 m.三、计算题(本题共 4 小题，共 44 分要有必要的文字说明或解题步骤，有数值计
13、算的要注明单位)13(10 分) 如图 13 所示，一段圆柱形光导纤维长 L20cm，圆形截面内芯直径d4.0cm，内芯的折射率 n1 ，外套的折射率 n2 .光从光导纤维的左端中心以入射角3 2160 射入，经多次全反射后，从右端面射出，不考虑光在右端面的反射，求：图 13(1)光线从空气进入光导纤维的折射角 2.(2)光在光导纤维中发生全反射的次数 N.答案 (1)30 (2)3 次解析 (1)由折射定律有 n1 ，sin1sin2代入数据得 2 30.(2)由几何关系有 N 1，L d2tan60dtan60代入数据得 N3.4，取 N3 次14(10 分) 如图 14 所示，一透明球体
14、置于空气中，球半径 R10cm，折射率 n .MN 是2一条通过球心的直线，单色细光束 AB 平行于 MN 射向球体，B 为入射点，AB 与 MN 间距为 5 cm，CD 为出射光线 (已知光在空气中的传播速度 c310 8m/s)2图 14(1)补全光路并求出光从 B 点传到 C 点的时间；(2)求 CD 与 MN 所成的角 .(需写出求解过程)答案 见解析解析 (1)连接 BC，如图所示，设在 B 点光线的入射角、折射角分别标为 1、 2，由几何关系可得 sin1 ，得 1455210 22由折射定律得在 B 点有：nsin1sin2解得 sin2 ，故 23012又有 BC2Rcos 2
15、，则 t BCv nBCc 2nRcos2c得：t 109 s63(2)由几何关系可知COP15又ECP 145由几何关系可得 30.15(12 分) 一个水池内盛有某种透明液体，液体的深度为 H.在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以 30入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105，如图 15 所示已知光在空气中的传播速度 c310 8m/s，求：图 15(1)光在该液体中的传播速度大小；(2)液体表面被光源照亮区域的面积答案 (1) 108m/s (2)H 2322解析 (1)由题意知：入射角 130，折射角 245n sin2sin1 2v m/s 108m/
16、scn 31082 322(2)若发生全反射，入射角 C 应满足 sinC1n即 C45由题意知，液体表面被照亮区域为一个圆形区域区域半径 RHtan CH区域面积 SR 2H 2.16.(12 分) 如图 16 所示，在水平桌面上倒立着一个透明圆锥，底面是半径 r0.24m 的圆，圆锥轴线与桌面垂直，过轴线的竖直截面是等腰三角形，底角 30.有一束光线从距轴线d0.15m 处垂直于圆锥底面入射，透过圆锥后在水平桌面上形成一个小光点已知透明圆锥介质的折射率 n ，真空中光速 c3.010 8m/s.求：3图 16(1)光在圆锥中传播的时间 t.(2)桌面上光点到圆锥顶点 O 的距离 l.答案 见解析解析 (1)圆锥中的光速 v ，cn传播时间 t ，r dtanv解得 t3.010 10 s.(2)光线从底面垂直入射后沿直线射到圆锥侧面上的 O点发生折射，光路如图所示，由几何关系可知入射角为 ，设折射角为 ，则 n，sinsin解得 60.由几何关系可知OPO为等腰三角形，则2lcos ，dcos解得 l0.10m.
