第13章光单元综合试题及答案3 9页

1 第十三章 光 单元测试 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， 有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得 4 分,选不 全的得 2 分,有选错或不答的得 0 分. 1.关于点光源的说法正确的是 （ ） A.夜间我们看到的恒星都可以看作点光源 B.发光的萤火虫一定能看作点光源 C.发光的白炽灯泡一定不能看作点光源 D.通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作点光源的 解析本题考查点光源模型. 点光源像质点一样是一个理想化模型，是把光源看作一个能发光的点.恒星离我们很远， 可以看作点光源；萤火虫虽然小，但研究它自身大小范围内的光学问题时，不能看作点光源； 研究的光学问题离灯泡很远时，可以把它看作点光源，但研究的光学问题离灯泡很近时，不 能把灯泡看作点光源；通常我们用日光灯做光学实验时，是把它看作线光源的.故 A 正确. 答案 A 2.关于光线的概念，下列正确的理解是 （ ） A.光线是从光源直接发出的，是客观存在的 B.光线的作用类似于电场线，但前者是具体的，后者是抽象的 C.光线是用来表示光束传播方向的有向直线 D.光束是真实存在的,光线是人为画上的 解析本题考查对光线的理解.人们为了形象地研究电场，引入了电场线，但电场中并不 真实存在“电场线”.同理，光线是人们为了研究光的传播而引入的物理模型，光在传播中 并不存在“线”.光束是真实存在的，我们用光线表示光束时，光线的箭头表示光的传播方 向.故正确选项为 C、D. 答案 CD 3.在我国古代学者沈括的著作《梦溪笔谈》中有如下记载：“若鸢飞空中，其影随鸢而 移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东.”意思是说，若鹞鹰 在空中飞翔，它的影子随鹞鹰而移动；如鹞鹰和影子中间被窗户孔隙所约束，影子与鹞鹰做 相反方向移动，鹞鹰向东则影子向西移，鹞鹰向西则影子向东移.这里描述的是光的 （ ） A.直线传播现象 B.折射现象 C.干涉现象 D.衍射现象 解析本题考查光的直线传播及形成的现象. 前段鹞鹰的影子，是光沿直线传播形成的；后段所说的“影子”实际是鹞鹰经小孔所成 的像，即小孔成像，这也是光直线传播形成的现象.故 A 正确. 答案 A 4.傍晚，太阳从西边落下，在人们观察到日落的时刻（太阳刚落在地平线上），太阳的 2 实际位置 （ ） A.完全在地平线下方 B.完全在地平线上方 C.恰好落在地平线上 D.部分在地平线上方，部分在地平线下方 解析本题考查的是光线在大气层中的折射.由于太阳光从真空进入地球大气层时要发生 折射，使我们看到的太阳位置比实际位置要高，因此当人们观察到太阳还在地平线上时，太 阳的实际位置已在地平线以下.故正确选项为 A. 答案 A 5.光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强.2008 年北京奥运会将全部使用光纤 通信,为各项比赛提供清晰可靠的服务.光导纤维由内芯和包层两层介质组成.下列说法正确 的是( ) A.光纤通信依据的原理是光的全反射 B.内芯和包层的折射率相同 C.内芯比包层的折射率大 D.包层比内芯的折射率大 解析本题考查光的全反射的应用.光纤通信依据的原理是光的全反射.A 对.为了使光在 光纤内以全反射的方式传播,内芯的折射率应该比包层大,C 对. 答案 AC 6.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球， 感觉最浅的是 （ ） A.紫色球 B.蓝色球 C.红色球 D.三个球同样深 解析本题考查的是光的折射的一个推论，即视深公式.在视深公式 h′=hn 中，h′为看 到的深度，h 为实际深度，n 为折射率，因为水对紫光的折射率最大，所以看到最浅的是紫 色球,故正确选项为 A. 答案 A 7.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后 面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有 自 行 车 . 尾 灯 的 构 造 如 图 所 示 . 下 面 说 法 中 正 确 的 是 （ ） A.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 3 解析本题考查全反射在生活中的应用.光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续 发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折 180°.所以正确选项为 C. 答案 C 8.两种单色光由玻璃射向空气时发生了全反射,临界角分别为 1 、 2 ,且 1 > 2 . 1n 、 2n 分别表示玻璃对这两种单色光的折射率, 1v 、 2v 分别表示这两种单色光在玻璃中的传播速度, 则 ( ) A. 1n < 2n , 1v < 2v B. 1n < 2n , 1v > 2v C. 1n > 2n , 1v < 2v D. 1n > 2n , 1v > 2v 解析本题考查折射率与临界角、折射率与传播速度的关系.根据:sinθ= n 1 ,n= sin 1 . 因 1 > 2 ,故 1n < 2n ; 又 v= n c , 1n < 2n ,所以 1v > 2v .只有 B 正确. 答案 B 9. 一 束 白 光 通 过 三 棱 镜 后 发 生 了 色 散 现 象 , 如 图 所 示 . 下 列 说 法 正 确 的 是 ( ) A.玻璃对红光的折射率最小,红光的偏折角最小 B.玻璃对紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小 C.红光在玻璃中的传播速度比紫光大 D.屏幕上各色光在光谱上由上到下的排列顺序为:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 解析本题考查介质对不同色光的折射率不同及不同色光在同一介质中的传播速度不同. 实验表明,A、D 正确,B 错.根据 v= n c 知,C 正确. 答案 ACD 10.如左下图所示，AB 为一块透明的光学材料左侧的端面，建立直角坐标系如右下图， 设该光学材料的折射率沿 y 轴正方向均匀减小.现有一束单色光 a 从原点 O 以某一入射角θ 由 空 气 射 入 该 材 料 内 部 ， 则 该 光 线 在 该 材 料 内 部 可 能 的 光 路 是 右 下 图 中 的 （ ） 4 解析本题考查光的折射及全反射和微元思想.如图所示，由于该材料折射率由下向上均 匀减小，可以设想将它分割成折射率不同的薄层.光线射到相邻两层的界面时，射入上一层 后折射角大于入射角，光线偏离法线.到达更上层的界面时，入射角更大，当入射角达到临 界角时发生全反射，光线开始向下射去,直到从该材料中射出.故正确选项为 D. 答案 D 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.在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线 如图所示.当光线是由空气射入玻璃砖时，则 1 和 2 中为入射角的是 ；当光线由玻 璃砖射入空气时，临界角的正弦值是 ；从图线可知玻璃砖的折射率是 . 解析本题考查测定玻璃折射率实验数据的处理及临界角的概念. 1 比 2 的正弦值大，所以 1 为入射角.由图线知玻璃砖的折射率为 n= 2 1 sin sin   =1.50 则临界角的正弦值为 sinC= 5.1 11  n =0.67. 答案 1 0.67 1.50 12.如图所示,a、b 两束平行单色光从空气射入水中时,发生了折射现象.由光路图可以 看出,a 光的折射率比 b 光 ,a 光在水中的传播速度比 b 光 .若两平行光束由水射 向空气,随着入射角的增大, 光先发生全反射. 5 解析本题考查折射率、临界角及折射率与速度的关系. 由图可知,a 光的折射角大,a 光的折射率比 b 光小,故 a 光在水中的传播速度比 b 光大; 由 sinC= n 1 知,b 光的折射率大,临界角小,故随着入射角的增大,b 光先发生全反射. 答案小 大 b 13 .1027 m 这个距离通常称为 ，它是人类所能观察到的宇宙的最大半径.若一光 线刚进入哈勃太空望远镜的视野，则它传播到太空望远镜处约用 年. 解析本题考查哈勃太空望远镜的作用和光的传播速度. 答案哈勃半径 1× 1110 14.一束光从某介质射向真空，当入射角为θ时，折射光恰好消失.已知光在真空中的传 播速度为 c,则此光在该介质中的传播速度为 . 解析本题考查临界角及折射率. 由临界角的概念，知 sinθ= n 1 又 n= v c 由以上两式解得，此光在介质中的传播速度为 v=csinθ. 答案 csinθ 15.古希腊某地理学家通过长期观测，发现 6 月 21 日正午时刻，在北半球 A 城阳光与铅 直方向成 7.5°角下射，而在 A 城正南方，与 A 城地面距离为 L 的 B 城，阳光恰好沿铅直方 向下射.射到地球上的太阳光可视为平行光.据此他估算出了地球的半径.试写出估算地球半 径的表达式 R= . 解析本题设计新颖，灵活考查了光的直线传播.关键是作出示意图，示意图如图所示. 由题意得 L=2πR× 360 7.5 可得 R= π 24L . 6 答案 π 24L 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）在一个半径为 r 的圆形轻木塞中心插一大头针，然后把它倒放在液体中， 调节大头针插入的深度，当针头在水面下深度为 d 时，观察者不论在液面上方何处，都刚好 看不到液体下方的大头针.求液体的折射率. 解析本题考查光的全反射.观察者在水面上任何位置都刚好看不到水下的大头针，说明 由针头射出的光线，恰好在水面与木塞的边缘处发生全反射. 由题意作出光路图如图所示，这时入射角等于临界角，由几何关系可得 sinC= 22d r r  又 sinC= n 1 由以上两式解得液体的折射率为 n= r r 22d  . 答案 r r 22d  17.(10 分)如图所示,一等腰直角三棱镜放在真空中,斜边 BC=d,一束单色光以 60°的入 射角从 AB 侧面的中点入射,折射后从侧面 AC 折射出.已知三棱镜的折射率 n= 2 6 ,单色光在 真空中的光速为 c,求此单色光通过三棱镜的时间. 解析本题考查光的折射. (1)单色光在 AB 面上发生折射,光路如图. 7 根据折射定律:n= sin 60sin  ,n= 2 6 由以上两式得:α=45°. (2)因α=45°,故光在棱镜内传播的路径 DE 与 BC 平行,且 DE= 2 1 BC= 2 1 d. (3)光在棱镜中的速度:v= n c = 6 2c 所以,t= v DE = c d 4 6 . 答案 c d 4 6 18.（10 分）（激光液面控制仪）如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激 光 AO 以入射角 i 照射液面，反射光 OB 射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号， 电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点在屏上向右移动了 s 的距离射到 B 点，则液面是升高了还是降低了？变化了多少？ 解析本题考查学生利用所学知识解决实际问题的能力. 8 因反射的光点 B 右移到 B ，所以液面降低. 但因入射的激光束方向不变，所以液面降低后的入射角不变，光路图如图.由几何关系 知，四边形 OM B B 是平行四边形，OM= B B=s,三角形 NOO是直角三角形. 设液面降低的高度是 h，则 h=NO·coti= 2 s ·coti= 2 cotis 即液面降低的高度是 scoti/2. 答案降低 scoti/2 19.（12 分）为从军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔,如图所示. 设工事壁厚 d=34.64 cm，孔的宽度 L=20 cm，孔内嵌入折射率 n= 3 的玻璃砖. （1）嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？ （2）要想使外界 180°范围内的景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖？ 解析本题为光的折射和全反射在军事上的应用，应作出光路图，利用光学规律和几何关 系解答. （1）光路图如图所示，由折射定律得 n= 2 1 sin sin   9 由几何关系得 sin 2 = 22 dL L  由以上两式解得 1 =60° 2 =30° 则视野的最大张角为θ=2 1 =120°. (2)为使外界 180°范围内的景物全被观察到，则当 1 =90°时, 2 =30°应是光线在该 玻璃砖中的临界角,即 sin30°= n 1 解得玻璃砖的折射率应为 n =2. 答案（1）120° (2)2