第四章 光 学优卷 一、单选题 1．空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板 1、2 平行放置如图所示；一束由红蓝两种色光 混合而成的细光束，从空气中以某一角度 θ（0<θ<90°）入射到前块玻璃板的上表面。下列说法正确的是 （　　） A．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光 B．第二块玻璃板下表而的出射光方向一定与入射光方向平行 C．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧 D．第一块玻璃板下表面的两条出射光线中蓝光一定在红光的左侧 2．若某一介质的折射率较大，那么（　　） A．光由空气射入该介质时折射角较大 B．光由空气射入该介质时折射角较小 C．光在该介质中的速度较大 D．光在该介质中的速度较小 3．彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成。彩 虹形成的示意图如图所示，一束白光 L 由左侧射入水滴，a、b 是白光射入水滴后经过一次反射和两次折 射后的两条出射光线（a、b 是单色光）。下列关于 a 光与 b 光的说法正确的是（　　） A．水滴对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率 B．a 光在水滴中的传播速度大于 b 光在水滴中的传播速度 C．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a 光相邻的亮条纹间距小于 b 光的相邻亮条纹间距 D．a、b 光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长 4．已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大（蓝光的频率大于红光的频率），则两种光（ ） A．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大 B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 D．红光和蓝光可以发生稳定干涉 5．某同学在双缝干涉实验中，观察到干涉条纹间距太小，不易测量，要得到相邻条纹间距更大的干涉图 样，该同学可以采用的方法有（ ） A．增加单缝与双缝之间的距离 B．增大双缝之间的距离 C．增大双缝到光屏的距离 D．改用频率较高的光作为入射光 6．从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象， 在光屏的 ab 间形成一条彩色光带．下面的说法中正确的是（ ） A．a 侧是红色光，b 侧是紫色光 B．在真空中 a 侧光的波长小于 b 侧光的波长 C．三棱镜对 a 侧光折射率小于对 b 侧光的折射率 D．在三棱镜中 a 侧光的传播速度大于 b 侧光的传播速度 7．“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和 bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图 所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2 ， 用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观 察，并依次插上大头针 P3 和 P4 ． 在插 P3 和 P4 时，应使（ ） A．P3 只挡住 P1 的像 B．P4 只挡住 P2 的像 C．P3 同时挡住 P1、P2 的像 D．以上做法均不完备 8．如图所示为用 a、b 两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让 a、b 两种光组成的 复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（ ） A．①③ B．①④ C．②④ D．只有③ 二、多选题 9．食品安全检验中碳水化合物（糖）的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从 而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度 α，这一 角度 α 称为“旋光度”，α 的值只与糖溶液的浓度有关，将 α 的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品 的含糖量了。如图所示，S 是自然光源，A、B 是偏振片，转动 B，使到达 O 处的光最强，然后将被测样 品 P 置于 A、B 之间。以下说法中正确的是（　　） A．到达 O 处光的强度会明显减弱 B．到达 O 处光的强度不会明显减弱 C．将偏振片 B 转动一个角度，使得 O 处光强度最强，偏振片 B 转过的角度等于 α D．将偏振片 A 转动一个角度，使得 O 处光强度最强，偏振片 A 转过的角度等于 α 10．频率不同的两束单色光 1 和 2 以相同的入射角从同一点射入一厚平行玻璃砖，单色光 1、2 在玻璃砖 中折射角分别为 30°和 60°，其光路如图所示，下列说法正确的是（　　） A．射出折射光线 1 和 2 一定是平行光 B．单色光 1 的波长大于单色光 2 的波长 C．在玻璃中单色光 1 的传播速度大于单色光 2 的传播速度 D．图中单色光 1、2 通过玻璃砖所需的时间相等 E.单色光 1 从玻璃射到空气的全反射临界角小于单色光 2 从玻璃射到空气的全反射临界角 11．对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是（　　） A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度 C．丙图是双缝干涉原理图，若 P 到 S1、S2 的路程差是半波长的偶数倍，则 P 处是亮纹 D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹 E.戊图是振动图象，其振幅为 8 cm，振动周期为 4 s 12．如图为单反照相机取景器的示意图。多边形 ABCDE 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面图， AB  BC ，由 a、b 两种单色光组成的细光束从空气垂直 AB 射入棱镜，经两次反射后光线垂直 且在 CD、AE 边只有 a 光射出，光路如图所示，则 a、b 两束光（ ） BC 射出， A．在真空中，a 光的传播速度比 b 光大 B．在棱镜内，a 光的传播速度比 b 光大 C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射角较大 D．当光从水斜射入空气，入射角从零逐渐增大时，b 光比 a 光先发生全反射 三、填空题 13．如图所示，圆筒中有一平面镜，点光源 S1 发的光射到平面镜上反射到筒壁上呈光斑 S2 ， 当平面镜 绕筒轴以角速度 ω 匀速转动时，光点 S1 在镜中的像 S1′的角速度等于________ω ， 光斑 S2 在镜中的像 S2′ 的角速度等于________ω ． 14．2009 年诺贝尔物理奖获得者高锟被称为光导纤维之父．光纤由折射率为 n1 的内芯和折射率为 n2 的包 层构成，则 n1_______n2（填“＞”“＜”或“=”）．若光导纤维长度为 L，光以入射角 θ 射到内芯与包层的界面 上，如图所示，已知光在真空中传播的速度为 c，则光在内芯中传播的速度为________，光信号从光导纤 维的一端传播到另一端所需时间为________． 15．某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”的实验时，第一次分划板中心刻线对齐第 2 条亮条纹的中心时 （如图甲中的 A），游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻线对齐第 6 条亮条纹的中心时（如 图丙中的 B），游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距 d=0.5mm，双缝到屏的距离 l=1m，则： （1）图乙中游标卡尺的示数为______cm； （2）图丁中游标卡尺的示数为______cm； （3）所测光波的波长为______m（保留两位有效数字）。 16．如图甲所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形 ABC 的三棱镜， 并确定 AB 和 AC 界面的位置。然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针 P1 和 P2， 再从棱镜的右侧观察 P1 和 P2 的像。 （1）此后正确的操作步骤是________。 A．插上大头针 P3，使 P3 挡住 P2 的像 B．插上大头针 P3，使 P3 挡住 P1、P2 的像 C．插上大头针 P4，使 P4 挡住 P3 的像 D．插上大头针 P4，使 P4 挡住 P1、P2 的像和 P3 （2）正确完成上述操作后，在纸上标出大头针 P3、P4 的位置（图中已标出）。为测量该种玻璃的折射率， 两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路图和若干条辅助线，如图乙、丙所示。能够仅通过测量 ED、FG 的长度便可正确计算出折射率的是图________（填“乙”或“丙”），所测玻璃折射率的表达式 n＝ ________（用代表线段长度的字母 ED、FG 表示）。 四、解答题 17．如图，一半径为 R 的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线 OO′表示光轴（过球心 O 与半球底面垂直 的直线）。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出 （不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求： （1）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； （2）距光轴 R 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 3 18．如图，直角三角形 ABD 为一棱镜的横截面， �A  90�， �B  30�， AD 边的长度为 a 。一细束光线垂 直于 AD 边从 AD 边中点 E 进入棱镜，然后平行于底边从 AB 边射出。光在空气中的传播速度为 c 。（结 果可用根号表示） (1)求棱镜材料的折射率； (2)光在棱镜中的传播时间。 19．如图所示，一玻璃砖的横截面为半圆形，O 为圆心，半径为 R，MN 为直径，P 为 OM 的中点，MN 与水平放置的足够大的光屏平行，间距 d= 3R 。一单色细光束垂直于玻璃砖上表面从 P 点射入玻璃砖， 第一次从弧形表面上某点射出后到达光屏上 Q 点，Q 点恰好在圆心 O 的正下方。已知光在空气中的传播 速度为 c。 (1)求玻璃砖的折射率 n； (2)求光束从 OM 上的 P 点到达光屏上的 Q 点所用的时间 t； (3)光束在 OM 上的入射点向左移动，若入射点距圆心 O 为 x 时，光束不再从弧形表面出射（不考虑经 MN 反射后的光线），求 x。 参考答案 1．B 【解析】A．光线从第二块玻璃板中的上表面射入，在第二块玻璃板中上表面的折射角和下表面的入射角 相等，根据光的可逆原理可知，光在第二块玻璃板下表面一定有出射光，故 A 错误； B．因为光在玻璃板中的上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理知，从下表面出射光 的折射角和开始在上表面的入射角相等，即两光线平行，所以第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与 入射光方向平行，故 B 正确； C．根据光线在玻璃板中发生偏折，由于折射角小于入射角，可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入 射光延长线的左侧，故 C 错误； D．蓝光的频率大于红光的频率，所以蓝光的折射率大于红光的折射率，故玻璃对蓝光的偏折程度大，蓝 光在右侧，故 D 错误。 故选 B。 2．D 【解析】AB．由 n12  sin 1 sin  2 可知，光由空气射入介质时的折射角是由折射率 n12 和