光學(xué)測試題及答案詳解

光學(xué)綜合測試題說明：本試卷分為第Ⅰ、Ⅱ卷兩部分，請將第Ⅰ卷選擇題的答案填入題后括號內(nèi)，第Ⅱ卷可在各題后直接作答.共100分，考試時(shí)間90分鐘.第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)是符合題目要求的，請把它填在括號內(nèi).1.夏日的白天,在大樹下乘涼時(shí),經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在樹陰中間有許多圓形亮斑.關(guān)于其原因下列說法正確的是A.大樹的縫隙是圓的,所以地面上有許多圓斑B.是很多樹葉將太陽光反射到地面形成的圓斑C.這是經(jīng)很多不規(guī)則的樹葉縫隙所形成的太陽的像D.這是太陽光經(jīng)樹葉縫隙衍射形成的解析:本題考查光的直線傳播的應(yīng)用,地面上的圓斑,是太陽經(jīng)樹葉縫隙形成的像,即小孔成像.C正確.答案:C2.對于某單色光,玻璃的折射率比水大,則此單色光在玻璃中傳播時(shí)A.其速度比在水中大,其波長比在水中長B.其速度比在水中大,其波長比在水中短C.其速度比在水中小,其波長比在水中短D.其速度比在水中小,其波長比在水中長解析:本題考查光在介質(zhì)中傳播時(shí),速度、波長如何變化.據(jù)v=知,單色光在玻璃中的折射率比在水中大,因而速度比在水中小;由v=λν知,光的頻率不變,速度v變小,波長變短.C正確.答案:C3.下列關(guān)于偏振光的說法中正確的是A.自然光就是偏振光B.沿著一個(gè)特定方向傳播的光叫偏振光C.沿著一個(gè)特定方向振動的光叫偏振光D.單色光就是偏振光解析:本題考查偏振光的概念.沿著一個(gè)特定方向振動的光叫做偏振光.故正確選項(xiàng)為C.答案:C4.為了減少光學(xué)元件的反射損失,可在光學(xué)元件表面鍍上一層增透膜,利用薄膜的干涉相消來減少反射光.如果照相機(jī)鏡頭所鍍膜對綠光的折射率為n,厚度為d,它使綠光在垂直入射時(shí)反射光完全抵消,那么綠光在真空中的波長λ0為A. B. 解析:本題考查薄膜干涉.設(shè)綠光在膜中的波長為λ,則由d=λ,得λ=4d則綠光在真空中的波長為λ0=nλ=4nd.故正確選項(xiàng)為D.答案:D5.一束光線從折射率為的玻璃內(nèi)射向空氣,在界面上的入射角為45°.下面四個(gè)光路圖中正確的是解析:本題考查全反射.設(shè)臨界角為C,則sinC==sin45°==入射角45°大于臨界角C,發(fā)生全反射.故正確選項(xiàng)為A.答案:A6.關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn),若用白光作光源照射雙縫,以下說法不正確的是A.屏上會出現(xiàn)彩色干涉條紋,因?yàn)榘坠馐怯刹ㄩL不同的各種顏色的光組成的B.當(dāng)把雙縫中的一條縫用不透光的板遮住時(shí),屏上將出現(xiàn)寬度不同、中間是白色條紋的彩色衍射條紋C.將兩個(gè)縫分別用黃色濾光片和藍(lán)色濾光片遮住時(shí),屏上有亮光，但一定不是干涉條紋D.將兩個(gè)縫分別用黃色濾光片和藍(lán)色濾光片遮住時(shí),屏上無亮光解析:本題考查光的干涉和衍射.A正確;當(dāng)把雙縫中的一條縫用不透光的板遮住時(shí),屏上出現(xiàn)的是單縫衍射條紋,B正確;兩個(gè)縫分別用黃色濾光片和藍(lán)色濾光片遮住時(shí),透過濾光片的分別是黃色光和藍(lán)色光,它們的頻率不同,不能疊加形成干涉條紋,但屏上有亮光,故C正確，D錯(cuò).答案:D7.細(xì)紅光束和細(xì)藍(lán)光束垂直于AB面進(jìn)入楔形棱鏡,并能從AC面射出,如圖所示.這兩束光從棱鏡的AC面射出后的情況是A.兩束光一定相交B.兩束光仍然平行C.兩束光的反向延長線相交D.條件不足,無法確定解析:本題考查光的折射.由于光的折射,紅藍(lán)兩束光從AC面射出時(shí)均向BC面偏折,但由于藍(lán)光頻率高于紅光頻率,其折射率大于紅光的折射率,所以藍(lán)光的偏轉(zhuǎn)角大于紅光的偏轉(zhuǎn)角,所以從AC面射出的兩束光一定相交.故正確選項(xiàng)為A.答案:A8.紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角到達(dá)某介質(zhì)和空氣的界面時(shí),若黃光恰好發(fā)生全反射,則A.綠光一定能發(fā)生全反射B.紅光一定能發(fā)生全反射C.三種單色光相比,紅光在介質(zhì)中的傳播速率最小D.紅光在介質(zhì)中的波長比它在空氣中的波長長解析:同一介質(zhì)對紅光折射率小,對綠光折射率大,所以發(fā)生全反射時(shí),紅光的臨界角最大,綠光的臨界角最小.若黃光發(fā)生全反射,則綠光一定發(fā)生全反射.由v=c/n得,紅光速率大,紅光在空氣中的波長比在介質(zhì)中要長.故正確選項(xiàng)為A.答案:A9.如圖所示,將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi),它左方有較大的光屏P,線光源S可沿玻璃磚圓弧移動,它發(fā)出的光束總是射向圓心O.若S從圖中A向B處移動,在P上先看到七色光帶,以后各色光陸續(xù)消失.則此七色光帶從下到上的排列順序以及最早消失的光是A.紅光→紫光,紅光B.紫光→紅光,紅光C.紅光→紫光,紫光D.紫光→紅光,紫光解析:本題考查光的折射與色散.從紅光到紫光頻率逐漸增大,在玻璃中的折射率也逐漸增大,從玻璃中出射偏離原來的方向便逐漸增大,因此從下到上的排列順序?yàn)樽瞎狻t光.因?yàn)樽瞎獾呐R界角最小,所以最早消失的是紫光.故正確選項(xiàng)為D.答案:D10.在用插針法測定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法和步驟完全正確,但測后發(fā)現(xiàn)玻璃磚的兩個(gè)光學(xué)面不平行,則A.入射光線與出射光線一定不平行,測量值偏大B.入射光線與出射光線一定不平行,測量值偏小C.入射光線與出射光線一定不平行,測量值仍然正確D.入射光線與出射光線可能平行,測量值仍然正確解析:本題考查測玻璃折射率的實(shí)驗(yàn).由折射定律及光路可逆知,出射光線與入射光線一定不平行,但所測折射率n=仍然正確.故正確選項(xiàng)為C.答案:C第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、本題共5小題，每小題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上.年英國物理學(xué)家托馬斯·楊在實(shí)驗(yàn)室里成功地觀察到了光的干涉現(xiàn)象.他用單色光照射屏上的一個(gè)小孔,是為了獲得_______;由小孔射出來的光再射到兩個(gè)小孔上,是為了獲得_______________________________________________________.答案:一個(gè)點(diǎn)光源兩個(gè)振動情況總相同的光源,即相干光源12.夏天,太陽光把地面曬得發(fā)熱是因?yàn)樘柟庵械腳______顯著;經(jīng)常在礦井下勞動的工人、軟骨病人要經(jīng)常曬曬太陽是因?yàn)樘柟庵械腳______能促進(jìn)生理作用、保障身體健康.答案:紅外線熱效應(yīng)紫外線13.已知一束單色光在水中的傳播速度是在真空中的,則這束光在水中傳播時(shí)的波長為真空中的_______.解析:λ水=λ真空.答案:14.一單色光射入一折射率為的玻璃圓球,當(dāng)入射角為θ時(shí),發(fā)現(xiàn)恰可在球外三個(gè)不同方向上看到折射出的光線,如圖所示.則角θ為_______.解析:本題考查光的折射.由幾何關(guān)系知折射角θ′=30°,由折射定律知sinθ=nsinθ′=則θ=45°.答案:45°15.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,屏上一點(diǎn)P到雙縫的路程差是×10-6m.若P解析:本題考查雙縫干涉.由題意知λ=×10-6m解得λ=×10-6m.答案:×10-6三、本題共4小題，共40分.解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.16.(8分)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,用氦氖激光器作光源,其發(fā)出的紅光頻率為×1014Hz，從雙縫射出的光的振動情況完全相同，它們到達(dá)光屏上某點(diǎn)的路程差為nm.那么該點(diǎn)將出現(xiàn)怎樣的干涉圖樣解析:本題考查雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)明暗條紋的條件.根據(jù)光波的速度公式c=λf (2分)有λ=m=×10-6m=nm 光的路程差跟紅光波長之比為n==4 (2分)即路程差為紅光波長的整數(shù)倍.因此,兩束紅光在該點(diǎn)振動加強(qiáng),出現(xiàn)紅色的明條紋.(2分)答案:紅色的明條紋17.(10分)如圖所示,S為一在xOy平面內(nèi)的點(diǎn)光源.一平面鏡垂直于xOy平面放置,它與xOy平面的交線為MN,MN與x軸的夾角θ=30°.現(xiàn)保持S不動,令平面鏡MN以速度v沿x軸正方向運(yùn)動,則S經(jīng)平面鏡所成的像以多大速度沿什么方向運(yùn)動解析:本題考查平面鏡成像.(1)據(jù)平面鏡成像原理,平面鏡MN以速率v沿x軸正方向運(yùn)動時(shí),S的像S′沿S′S的連線向S運(yùn)動. (3分)(2)把平面鏡MN的速率v沿鏡面方向和垂直鏡面方向分解,如圖所示,v1=vsin30°=vv2=vcos30°=v. (3分)(3)平面鏡MN以速度v1沿S′S的連線向S運(yùn)動,則像S′以2v1=v的速度沿S′S的連線向S運(yùn)動.(4分)18.(10分)如圖所示,橫截面是直角三角形ABC的三棱鏡對紅光的折射率為n1,對紫光的折射率為n2.一束很細(xì)的白光由棱鏡的一個(gè)側(cè)面AB垂直射入,從另一個(gè)側(cè)面AC折射出來.已知棱鏡的頂角∠A=30°,AC邊平行于光屏MN,且與光屏的距離為L.求在光屏上得到的可見光譜的寬度.解析:本題考查光的色散.光路如圖所示.設(shè)射到屏上的紅光和紫光偏離O點(diǎn)的距離分別為d1和d2,折射角分別為θ2和θ3,入射角θ1=30°,則由折射定律 (2分) (2分)得sinθ2=n1sinθ1=n1 (1分)sinθ3=n2sinθ1=n2 (1分)則d1=Ltanθ2=L (1分)d2=Ltanθ3=L (1分)則可見光譜的寬度為d2-d1=L(). (2分)答案:L()19.(12分)兩束平行的細(xì)激光束,垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上,如圖所示.已知其中一條光線沿直線穿過玻璃,它的入射點(diǎn)是O;另一條光線的入射點(diǎn)為A,穿過玻璃后兩條光線交于P點(diǎn).已知玻璃截面的圓半徑為R,OA=,OP=R.求玻璃材料的折射率.解析:本題考