专题04 光 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

专题04光 4大高频考点概览 考点01 光的折射和全反射 考点02 光的干涉、衍射和偏振 考点03 实验：测定玻璃的折射率 考点04 实验：双缝干涉实验测光的波长 考点01 光的折射和全反射 一、单选题 1．如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，OD为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿AO方向从直径上非常靠近O点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C两点，则下列说法中正确的是（     ） A．两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等 B．到达B点的光可能是紫光 C．两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间不相等 D．在B、C两点中，若紫光能射出玻璃，则红光不能射出玻璃 【答案】B 【详解】A．光的颜色不同，频率不同，对介质的折射率不同，根据 可知两种颜色的光在玻璃中的传播速度不同，故A错误； B．从图中可看出到达B点的光折射率较大，所以到达B点的光频率较大，即为紫光，故B正确； C．光路如图所示 设入射角为，折射角为，根据折射定律，有 光在玻璃中传播的距离为 运动时间为 又 联立可得 所以两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间相等，故C错误； D．根据B选项分析可知，到达B点的光折射率较大且为紫光，如上图，设光线从玻璃射出时的入射角分别为和，全反射临界角为和，根据 可知 若紫光能射出玻璃，则有 如图可知 所以可得 所以红光也能从玻璃射出，故D错误。 故选B。 2．某透明介质的横截面为半圆，一束平行单色光线垂直于半圆的直径射入透明介质，如图所示，在半圆弧上恰好有的弧长有光透出。则透明介质的折射率为（    ） A． B． C． D．2 【答案】D 【详解】光线垂直直径射入透明介质，在平面界面处传播方向不变，因此介质内光线仍相互平行。设圆心为，临界角为。圆弧上各点的法线沿半径方向，从弧的最低点向两侧，光线在圆弧界面上的入射角逐渐增大；入射角小于临界角时有光透出，大于临界角时发生全反射，因此透光区域位于圆弧中央。将透光弧两侧的临界位置记为和，补出临界光线与径向法线，如图所示 两条临界光线关于半圆的对称轴对称，且都平行于对称轴，故半径和与对称轴的夹角均为，中央透光弧所对的圆心角为 同圆中弧长与所对圆心角成正比，由透光弧占半圆弧长的三分之一得 所以 由折射定律 得此介质的折射率为 故选D。 3．如图所示，玻璃砖的上表面与下表面平行，一束单色光从上表面的点处射入玻璃砖，从下表面的点处射出玻璃砖，下列说法正确的是（     ） A．入射光线与射出玻璃砖的光线不平行 B．单色光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化 C．射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移，入射角越大，侧移越大 D．若增大从P点射入时的入射角，则单色光可能在玻璃砖下表面的点左侧某处发生全反射 【答案】C 【详解】 A．由图可知，设上表面入射角为，折射角为，玻璃砖上下表面平行，光到达下表面时的入射角等于，由折射定律可知，下表面的出射角等于，因此入射光线与出射光线相互平行，故A错误； B．由光波在介质中的速度公式，可知光进入玻璃砖后波速变小，而光的频率由光源决定保持不变，根据，则波长必然也变小，故B错误； C．光线穿过平行玻璃砖时，出射光线相对入射光线会发生侧向平移。在玻璃砖厚度一定时，入射角越大，折射角越大，侧移量越大，故C正确； D．玻璃砖上下表面平行，下表面的入射角始终等于上表面的折射角， 由折射定律可知：，全反射临界角满足 可得，也就是 下表面的入射角一定小于发生全反射的临界角，无论怎样增大上表面的入射角，光线在玻璃砖下表面都不可能发生全反射，故D错误。 故选C。 4．彩虹是由太阳光进入水滴，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的。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光由左侧射入水滴，、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（、是单色光）。下列关于光与光的说法正确的是（     ） A．光的频率小于光的频率 B．、光在由空气进入水滴后波长变长 C．从同一介质射向空气，光比光容易发生全反射 D．通过同一双缝干涉装置，光的相邻条纹间距比光的大 【答案】C 【详解】A．由光路可知，光从空气进入水滴时更靠近法线，光的偏折程度大于光，可知水滴对光的折射率大于对光的折射率；而同一介质对频率大的光折射率大，则有光的频率大于光的频率，故A错误； B．、光在由空气进入水滴后由可知波速变小，频率保持不变，根据可知波长变短，故B错误； C．根据可知，光的临界角小于光的临界角，即光比光容易发生全反射，故C正确； D．由于光的频率大于光的频率，则光的波长小于光的波长，根据条纹间距公式，通过同一双缝干涉装置，光干涉的相邻条纹间距比光的小，故D错误。 故选C。 5．某介质的折射率为，一束光从该介质射向空气，入射角为60°，则它的光路图是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】介质的折射率为，则临界角满足 解得临界角 光从该介质射向空气，入射角为60°，无折射光。 故选A。 6．某照相机的透镜表面镀有一层折射率为1.2的透明介质薄膜，可以利用光的干涉减弱玻璃表面的反射光，增强透射光，如图所示，为了使玻璃透镜对空气中波长为的光产生极大的透射，薄膜的厚度可以是（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设薄膜厚度为，为光在薄膜中的波长，因，两个界面均有半波损失，由薄膜干涉条件得， 光从空气进入薄膜中有 联立解得， 时， 时， 故选C。 7．如图，一匀质材料制成的透明圆柱体工件水平放置，一束单色光平行于工件横截面从顶点与竖直方向成45°射入，然后光线与竖直方向成15°从圆柱体内射出，不考虑光线在圆柱体内的反射，则该工件材料的折射率为（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】光线在顶点与竖直方向成射入，此处法线沿竖直方向，所以入射角 设折射角为，工件材料的折射率为，由折射定律得 光线离开圆柱体时，与竖直方向成15°从圆柱体内射出，由几何关系可知，此处光线的入射角为，出射角为，可画出光路图如下图所示： 由光路可逆原理和折射定律，光线在此处满足关系 又因为 故有 解得 因此该工件材料的折射率为，故A正确。 故选A。 二、多选题 8．如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为、半径为的扇形。一束平行光平行于横截面，以入射角照射到上，不透光。若只考虑首次入射到圆弧上的光，则（　　） A．圆弧上有光透出部分的弧长大小为 B．圆弧上有光透出部分的弧长大小为 C．增加边上的入射角，圆弧上有光透出部分的弧长大小变大 D．增加边上的入射角，圆弧上有光透出部分的弧长大小不变 【答案】BD 【详解】AB．圆弧上有光透出部分为，如图所示 根据折射定律有 解得，光进入玻璃后光线与竖直方向夹角为 过点的光线垂直入射到界面上的点射出，到之间没有光线射出，越接近的光线入射角越大，全反射的可能性越大。 根据临界角公式 可得临界角 如果界面上临界点为，此光线在界面上的点入射，在三角形中可求得与水平方向夹角为 可得有光线射出的圆弧对应圆心角为 所以有光透出部分的弧长大小为，故A错误，B正确； CD．由于 增加边上的入射角，折射角也相应变大，但光线发生全反射的临界角不变，可得有光线射出的圆弧对应圆心角不变，所以有光透出部分的弧长大小不变，故C错误，D正确。 故选BD。 9．某同学利用质量分布均匀的透明“水晶球”开展课外光学实验，如图1所示。他先测出了“水晶球”的直径为10cm，并标记了其中一条水平直径对应的两端点P、Q。球外某光源发出的一细束单色光从球上P点射向球内，当折射光线与水平直径PQ成30°角时，出射光线与PQ平行，如图2所示。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（     ） A．“水晶球”的折射率为 B．光在“水晶球”中的传播时间为 C．增大过P点光线的入射角，光线出射时可能发生全反射 D．若仅换用波长较长的入射光，则光在“水晶球”中的传播速度变大 【答案】AD 【详解】A．光路如图所示 由几何关系可知，光线射出时的折射角为，折射率，故A正确； B．光在“水晶球”中传播的距离 光传播的时间为，故B错误； C．由图 增大过P点光线的入射角，光线出射时一定不会在球内发生全反射，故C错误； D．当入射光的波长变长时，频率变小，光的折射率也变小，由 可知光在“水晶球”中的传播速度变大，故D正确。 故选AD。 10．有一种无人机是靠光纤导航的，已知光纤由内芯和外套组成，内芯折射率大于外套。如图所示，用折射率的材料制成一条长为750m的实心光纤。一束激光从真空中由其左端的中心点以的入射角射入纤维内，经过一系列反射后从右端射出。已知真空中的光速，则（     ） A．该激光在光纤中传播速度的大小为 B．该激光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，折射光完全消失，反射光遵循反射定律 C．该激光在纤维中传播所经历的时间为 D．当光纤弯曲时，在其中传播的光仍能在内芯与外套的界面上发生全反射 【答案】BC 【详解】A．根据折射率与光速的关系可得光在光纤中的传播速度，故A错误； B．全反射发生时，折射光完全消失，反射光依然遵守反射定律，故B正确； C．由折射定律得 可得端面折射角，光的实际传播路径长度是沿折线的总长度 传播时间，故C正确； D．光纤弯曲时，光在内芯侧壁的入射角有可能小于全反射临界角，则不能持续发生全反射，故D错误。 故选BC。 11．光学镊子是靠激光束“夹起”细胞、病毒等极其微小粒子的工具。为了简化问题，将激光束看作粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。如图所示，是一个半径为R的圆柱形玻璃砖的横截面，两束频率相同的平行激光关于水平直径对称，从A、B两点水平射入玻璃砖后从C点射出，出射光线与中轴线的夹角均为θ=60°。已知真空中的光速为c，且所有光线折射后都透过玻璃砖，则（     ） A．该玻璃砖的折射率为 B．光通过玻璃砖的时间为 C．AB之间的距离为R D．两束光对玻璃砖的合力水平向右 【答案】AD 【详解】A．设光线在A点的入射角为i，折射角为r。入射点A在圆柱左表面，水平入射，OA为圆柱半径，由几何关系可知入射光线水平，出射后两束光会聚于C点，结合出射光线与水平中轴线夹角为，可得入射角i=60° 在中 因此折射角 根据折射定律，故A正确； B．光在玻璃砖内的传播速度 光在玻璃砖内的路径长度 因此光在玻璃砖内传播的时间为，故B错误； C．由几何知识可知AB之间的距离为，故C错误； D．取光的传播方向为动量参考方向，入射光动量沿水平向右，出射光的竖直方向动量分量因两束光对称完全抵消，水平方向上出射光的水平动量分量小于入射光的水平动量分量，说明玻璃砖对光的合力水平向左，根据牛顿第三定律，光对玻璃砖的合力水平向右，故D正确。 故选AD。 12．某玻璃球过球心的横截面如图所示，是半径，一束单色光从截面圆上的点射入，入射光延长线与的延长线交于点，折射光线与交于点。设光在点的入射角为、折射角为，已知、两点间的距离为，光在真空中的传播速度为，。若，，，下列说法正确的是（　　） A．折射角 B．玻璃球对此单色光的折射率为 C．、两点间的距离为 D．光从到的传播时间为 【答案】AD 【详解】A．由题图可知、，故 由于、、共线，是的外角，有 联立解得、，A正确； B．由折射定律，玻璃球对此单色光的折射率为，B错误； C．在中， 由正弦定理，有 解得，C错误； D．设光在玻璃球中的传播速度为，由折射率与光速的关系，有 光从到的传播时间为，D正确。 故选AD。 考点02 光的干涉、衍射和偏振 13．下列关于波的现象或应用，说法正确的是（     ） A．如图甲是光的双缝干涉示意图，双缝间距越大，则两条相邻亮条纹中心间距越大 B．如图乙，3D电影的原理是光的偏振，光的偏振现象说明光是横波 C．如图丙是光的衍射图样，当狭缝宽度越小，衍射现象越明显，图样中的亮条纹宽度越小 D．如图丁，以地面监测站为参考系，航天器沿虚线顺时针转动，监测站接收到的来自航天器的信号频率小于航天器发射的信号频率 【答案】B 【详解】A．双缝干涉条纹间距 可知双缝间距d越大，相邻亮条纹中心间距Δx越小，故A错误； B．3D电影利用光的偏振原理，使左右眼看到不同的画面，光的偏振现象是横波特有的现象，说明光是横波，故B正确； C．发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多或比波长更小，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，光散开得越厉害，图样中的中央亮条纹宽度越大，故C错误； D．航天器沿虚线顺时针转动，航天器A正在向监测站靠近，根据多普勒效应，监测站接收到的信号频率应大于航天器发射的信号频率，故D错误。 故选B。 14．下列关于光的波动性四个实验图，下列说法正确的是（     ） A．甲图中条纹是内密外疏的圆形条纹 B．乙图中产生的条纹是上面玻璃的上下表面反射光干涉形成的 C．丙图中增大单色光频率，条纹间距会变大 D．丁图中减小缝的宽度，中央条纹会变宽，亮度会减弱 【答案】D 【详解】A．甲图是牛顿环实验装置，平凸透镜的曲面和下方平板玻璃间形成厚度随半径变化的空气薄膜，干涉形成的牛顿环是内疏外密的同心圆形条纹（越向外，相同厚度差对应的水平径向距离越小，条纹越密集），故A错误； B．乙图是空气劈尖干涉，干涉条纹是上方玻璃的下表面、下方玻璃的上表面的两束反射光发生干涉形成的，并非上面玻璃的上下表面反射光干涉，故B错误； C．增大单色光频率时，由可知光的波长会减小，根据双缝干涉条纹间距公式，条纹间距变小，故C错误； D．单缝衍射的规律是：减小缝的宽度，衍射现象更明显，中央亮条纹会变宽；同时透过缝的光能量减少，条纹亮度会减弱，故D正确。 故选D。 15．我们都学习了几何光学和物理光学的初步知识，下列说法正确的是（     ） A．图甲，一束由红光、绿光组成的复色光通过正三棱镜后被分成两束单色光a、b，其中b光在玻璃中传播的速度较大 B．图乙，是太阳光通过肥皂膜发生了衍射形成的 C．图丙，某学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后得到的衍射图样，①为著名的“泊松亮斑” D．图丁，若观察人眼隔着偏振片Ⅰ、Ⅱ去看一只电灯泡S，此时透射光最弱，仅使Ⅰ转过90°过程中，看到光逐渐变亮 【答案】D 【详解】A．光的色散现象中，光的偏折程度越大，介质对光的折射率越大，由图甲可知，b光的偏折程度大于a光，则 根据可知 即b光在玻璃中的传播速度较小，故A错误； B．肥皂膜的条纹属于薄膜干涉现象，是太阳光在肥皂膜的前、后两个表面分别反射，两束反射光叠加后形成的干涉条纹，并非衍射现象，故B错误； C．泊松亮斑是光照射不透明小圆板时发生衍射形成的现象，特征为不透明圆板的阴影中心存在亮斑，对应图丙中的②，①是光照射小圆孔时形成的圆孔衍射图样，故C错误； D．电灯泡发出的光为自然光，自然光通过偏振片Ⅰ后会变成线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片Ⅰ的透振方向一致，初始状态透射光最弱，说明偏振片Ⅰ、Ⅱ的透振方向相互垂直，此时偏振光无法通过偏振片Ⅱ，当仅使Ⅰ转过90°的过程中，偏振片Ⅰ的透振方向逐渐与偏振片Ⅱ的透振方向平行，因此透过偏振片Ⅱ的光的强度逐渐增大，人眼看到的光逐渐变亮，故D正确。 故选D。 16．如图，某同学做双缝干涉实验时，激光通过双缝后，到达光屏上的点。已知激光的波长为λ，且，点为双缝中垂线与光屏的交点。下列说法正确的是（　　） A．、间有3条暗条纹 B．若将光屏向左移动少许，则光屏上的条纹间距增大 C．若用波长为的单色光做该实验，则处为暗条纹 D．若用波长为的单色光做该实验，则、间暗条纹数减少 【答案】D 【详解】A．O点为双缝中垂线与光屏的交点，光程差为0，是中央亮纹；P点光程差为，是亮条纹。暗条纹的光程差为 （），在O、P之间满足条件的有、、、，共4条暗条纹。故A错误； B．根据双缝干涉条纹间距公式 ，若将光屏向左移动少许，双缝到光屏的距离l减小，则光屏上的条纹间距减小。故B错误； C．点位于双缝的中垂线上，光程差恒为0，满足亮纹条件 （），无论波长如何变化，O处始终为亮条纹。故C错误； D．若用波长为的单色光做实验，暗条纹条件变为 。点的光程差仍为，在O、P之间满足条件的有、，共2条暗条纹。相比原来的4条，暗条纹数减少。故D正确。 故选D。 17．蓝闪蝶以它熠熠生辉的蓝色翅膀而著名，如图为显微镜下其翅膀的光学结构示意图。蓝闪蝶翅膀上的鳞片本身是无色的，但当白光垂直照在翅膀的鳞片上时，会在其一系列薄薄的鳞片上反射，从而显现出蓝色的光泽。假设蓝闪蝶两鳞片的距离为，已知反射的蓝光波长在和之间。下面说法正确的是（     ） A．该现象属于光的全反射 B．蓝闪蝶的鳞片本身含有蓝色色素 C．若改变观察角度，看到的颜色也会发生变化 D．白光照射时，所有色光都会发生加强的现象 【答案】C 【详解】A．该现象是不同鳞片表面的反射光发生干涉形成的，属于光的薄膜干涉，故A错误； B．蓝闪蝶的鳞片本身并没有蓝色色素，蓝色是上下两层鳞片的反射光发生薄膜干涉而形成的，故B错误； C．若改变观察角度，光线斜着入射光程差会发生变化，干涉加强的光波长会改变，看到的颜色也会发生变化，C正确； D．根据垂直入射的反射光干涉加强条件 其中 可得 当时， 波长属于题干给出的蓝光范围，白光照射时，该波长附近的蓝光满足干涉加强，并非所有色光都发生加强，故D错误。 故选C。 18．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图（图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波）（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】看到的明暗条纹是从膜前后表面分别反射形成的两列相干波发生干涉形成的，肥皂膜中的液体在重力作用下导致从上至下的薄膜厚度不同，反射回来的两列波的同步性不同，明条纹是相干加强形成的，暗条纹是相干减弱形成的，故C选项符合。 故选C。 二、多选题 19．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，这表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（     ） A．a光在三棱镜中的折射率小于b光在三棱镜中的折射率 B．a光在三棱镜中的折射率大于b光在三棱镜中的折射率 C．经过相同的狭缝，a光比b光更容易发生明显的衍射现象 D．经过相同的狭缝，b光比a光更容易发生明显的衍射现象 【答案】AC 【详解】AB．进入棱镜时 b光更靠近法线，b光折射率大于a光，故A正确B错误； CD．b光折射率大于a光，说明b光频率大于a光，光速相同，b光波长小于a光，经过相同的狭缝，a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故C正确D错误。 故选AC。 三、解答题 20．如图甲所示，边长为L的立方体容器，在容器底部有4个点光源，当容器中充入某种未知液体，深度为时，发出的光能从如图乙中的阴影部分射出液面，4个阴影部分的圆心在液面的四个顶点。光在真空中传播的速率为c，求： (1)该液体对光的折射率n； (2)若容器中装满该液体，则光从发出到传播出液面的最长时间t；（不考虑光的反射）； (3)若容器中液体深度为，丙图为液面，请大概画出光能从水面射出的区域（用阴影的方式表示）。 【答案】(1)2 (2) (3) 【详解】（1）由题意，4个阴影的圆心在液面四个顶点，说明底部的点光源位于容器底面顶点，点光源到刚好发生全反射的液面出射点的竖直距离等于液体深度 点光源到该出射点的水平距离为 如图所示 由几何关系光线射到液面的临界角满足 可得 根据全反射规律有 解得 （2）容器中装满该液体，光的最大竖直距离为L，光能从液面射出，液体中最大的光程为 光在液体中的传播速度为 光从发出到传播出液面的最长时间 解得 （3）根据可知，液面圆的半径为，光能到达的区域如图阴影部分 21．如图所示，一半径为的半圆形薄玻璃砖，某种单色光以的入射角照射到玻璃砖的上表面，已知玻璃砖对该单色光的折射率，真空中的光速为，不考虑多次反射。求： (1)从圆心O处入射的光在玻璃砖处的折射角； (2)从圆心O处入射的光在玻璃砖中传播的时间。 (3)光线到达下表面后，能从下表面射出的入射光束的宽度为多大？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据光的折射定律 代入已知条件可得 解得折射角 （2）光在玻璃砖中的传播速度为 O点入射的折射光线沿与法线成的方向射向半圆弧面，由几何关系可得光在玻璃砖内的传播路程 传播时间 （3）光在玻璃砖内发生全反射的临界角，可得 可得临界角 所有入射光进入玻璃砖后的折射角均为，折射光线为一组平行、与竖直法线成的平行光。当折射光线射向半圆弧面的入射角恰好等于临界角时，为刚好能射出的边界，对应图中的A、B点，光路图如图所示 由几何关系可得，最左侧的射出点有 左侧三角形中由正弦定理可得 最右侧的射出点有 右侧三角形中由正弦定理可得 代入数据可得，能从下表面射出的入射光束的宽度为 考点03 实验：测定玻璃的折射率 一、实验题 22．用如图甲所示插针法“测玻璃的折射率”实验中： (1)为了减小实验误差，下列操作正确的是______（选填选项前的字母）。 A．必须选择边界平行的玻璃砖 B．为了使P1、P2的像重合，P1、P2的距离应尽可能小一些 C．选用两光学表面间距较大的玻璃砖 D．入射角变大，会在界面bb′发生全反射，因此入射角应尽量小 (2)在该实验中，光线由空气射入玻璃砖，设入射角和折射角分别为θ1、θ2，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率为______（结果保留2位有效数字）。 (3)如图丙所示，某同学按照如下方法处理数据：以O点为圆心、R为半径作圆，与折射光线的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，垂足为N，AO的延长线交BN于M，记，再以O点为圆心、r为半径作圆。关于玻璃折射率表达式正确的是______。 A． B． C． D． (4)如果将玻璃砖的边bb′误画成了cc′，如图丁所示，折射率的测量值将______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)C (2)1.5 (3)B (4)偏小 【详解】（1）A．玻璃砖上下界面不平行也可以通过插针法确定入射和折射光路，不影响折射率测量，无需选择边界平行的玻璃砖，故A错误； B．、距离适当大些，能更准确确定入射光线方向，减小画线误差，距离过小会增大方向误差，故B错误； C．选用两光学表面间距大的玻璃砖，折射光线的侧移量更明显，能更准确确定折射光路，减小误差，故C正确； D．由于玻璃砖上表面的折射角一定小于临界角，根据光路可逆，下表面的入射角等于上表面的折射角，必然小于临界角，不可能发生全反射，故D错误。 故选C。 （2）根据折射定律 可得 则 代入得 （3）对入射角 对折射角 根据折射定律 故选B。 （4）若把下界面误画为更靠外的，会导致画出的折射光线比真实折射光线更远离法线，测得的折射角比真实折射角偏大，由，分母偏大，因此折射率的测量值偏小。 23．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。如图甲所示，在玻璃砖一侧插上大头针P1，P2，确定入射光线AO。现需在玻璃砖的另一侧插上P3和P4两枚大头针，以确定光在玻璃砖中的折射光线。 (1)下列确定P3，P4位置的方法正确的是_________。 A．透过玻璃砖观察，使P3仅挡住P2的像 B．透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像 C．透过玻璃砖观察，使P4仅挡住P3的像 D．透过玻璃砖观察，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)同学们在确定入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作法线NN′的垂线，分别交NN′于B点和D点，并测得AB=7.60 cm，CD=5.00 cm，则该玻璃的折射率n=_________。 (3)同学们突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图乙所示。插针位置P1、P2的连线垂直于AB面，若其他操作均正确，在图乙中右边的插针应该是_________。若仅在两直角三棱镜斜边AC之间的间隙充满某种液体（n液＞n玻），右边的插针可能是_________。（两空均选填“P3P4”、“P5P6”、“P7P8”或“P9P10”） 【答案】(1)BD (2)1.52 (3) P3P4 P7P8 【详解】（1）出射光线必须与入射光线​共线对应，透过玻璃砖观察时，​需要完全挡住、​的像，说明在出射光路上；后续需要同时挡住本身，以及​、的像，才能保证​也在出射光路上。 故选BD。 （2）该玻璃的折射率 （3）[1]把两块同样的玻璃直角三棱镜ABC之间的空气层看作平行“空气砖”，根据折射定律，入射角小于折射角，折射光线远离法线偏折，出射光线与入射光线平行，作出光路图如图所示 可知在图乙中右边的插针应该是； [2]若仅在两直角三棱镜斜边AC之间的间隙充满某种液体（n液＞n玻），根据折射定律，入射角大于折射角，折射光线靠近法线偏折，出射光线与入射光线平行，作出光路图如图所示 右边的插针可能是。 24．某兴趣小组在测量圆柱形玻璃砖的折射率时，操作步骤如下： ①将白纸固定在木板上，在合适位置放置圆柱玻璃砖，贴着玻璃砖侧面间隔一定角度插入三枚大头针A、B、C。如图所示； ②用一束水平细激光射向玻璃砖侧面，在激光经过处的合适位置插入、、、四枚大头针； ③移走玻璃砖和大头针，利用尺规画出的外接圆及其圆心O。 不考虑光线在玻璃砖内反射后再折射出的光线，请回答下面问题： (1)为了避免光线被大头针遮挡，最先插入的大头针为_________（选填“”或“”）； (2)组员甲让水平细激光从距过O点的水平直径处射入，R为圆柱形玻璃砖的半径，测得光线刚好从水平直径的另一端点射出，则组员甲测得的该玻璃砖的折射率n=_________； (3)组员画出完整光路图后，标记第1折射点为M，第2折射点为N，延长入射光线和出射光线交于Q，用量角器测得，。已知，该玻璃砖的折射率n=_________。 【答案】(1) (2) (3)1.6 【详解】（1）本实验类似插针法确定光路，若先插入入射侧的大头针、，后续出射侧的视线会被已插入的大头针遮挡，无法准确确定出射光线位置。因此需要先在出射侧确定出射点，最先插入远离激光器的出射侧大头针，再依次插入、、，避免遮挡。 （2）入射点到过的水平直径的垂直距离为，结合玻璃砖半径，可得入射角的正弦值，即入射角。 由于出射点为水平直径另一端，结合几何关系，折射光线是入射点与出射点的连线，可得折射角。 根据折射定律 解得 （3） 如图所示，在四边形中，和为法线（沿半径方向）。 由几何关系可知，且这两个角分别是第一次折射的折射角和第二次折射的入射角，可得第一次折射的入射角和第二次折射的折射角相等，即 由四边形的内角和为，解得M点的入射角为 由三角形的内角和为，解得M点的折射角 根据折射定律 25．某实验小组测量糖水折射率的主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图甲所示。实验操作过程如下： （1）调配一定浓度的糖水，并将其注入水平放置的玻璃缸中。 （2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。该糖水的折射率__________空气折射率（填“大于”“小于”或“等于”）。 （3）调整激光器，使入射点处于竖直刻度尺的正后方，标出入射光线与玻璃缸上边沿的交点，标出折射光线与玻璃缸底部的交点，如图乙所示。在图中画出从点到点的光路图__________。 （4）测出入射角、折射角，通过改变获得多组数据，画出图像如图丙所示。由该图像计算出该糖水折射率__________。 【答案】 大于 1.5 【详解】（2）[1]打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水，折射角小于入射角，根据可知，该糖水的折射率大于空气折射率。 （3）[2]在图中画出从点到点的光路图如图所示 （4）[3]由该图像计算出该糖水折射率为 26．某小组探究盐水浓度对折射率的影响。 (1)首先在纸带上画一条直线，并在直线上作两个明显的标记点、，用游标卡尺测出两标记点的距离，如图（a）所示，读出___________。然后将纸带固定在空水槽底部。 (2)铁架台和水槽放置在同一水平桌面，激光笔安装于铁架台上。调整实验装置，使激光笔射出的光线与连线在同一竖直面内，光线与竖直方向成角，且光线照射的光斑恰好在标记点，此后装置固定不动，如图（b）所示。向水槽里缓慢加入被测液体，直至光斑沿连线移动到标记点，测量并记录液面高度。 如图（c）所示，以为坐标原点、沿方向为轴建立直角坐标系，虚线为液面所在位置。请在图（c）中画出液面高度为时，激光由空气入射到液体的光路图（入射光线、法线和折射光线）。 (3)由折射定律可得，液体的折射率___________（用，表示）。 (4)该小组配制了5种不同浓度的盐水，依据上述方案重复实验，所得数据点如图（d）所示。为得到折射率随浓度的变化规律，请在图（d）中作出图线。 (5)从图（d）中可得盐水折射率与其浓度的函数关系式为___________。（式中数字保留三位小数） 【答案】(1)2.325 (2) (3) (4) (5) 【详解】（1）20分度游标尺最小刻度为0.05mm，故读数 （2）根据题意可得激光由空气入射到液体的光路图如图所示 （3）折射角满足 折射率 （4）根据描点法可得图线如图所示 （5）由图可知图线斜率 截距 可得盐水折射率与其浓度的函数关系式为 考点04 实验：双缝干涉实验测光的波长 一、实验题 27．某物理兴趣小组采用图甲所示的双缝干涉实验装置，开展光的波长测定实验，实验过程中通过目镜清晰观测到光屏上的干涉条纹。 (1)如图乙所示，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行的是（     ） A．仅拨动拨杆 B．仅旋转单缝 C．仅前后移动凸透镜 D．仅旋转毛玻璃处的测量头 (2)实验操作过程中，干涉条纹的形态由图丙①变为图丙②，下列操作中能够实现这一变化的是（     ） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．将红色滤光片更换为紫色滤光片 (3)某次测量条纹间距时，因游标卡尺零刻度线标识模糊，采用目镜测量头进行观测，其示数如图丁所示（箭头所指为游标卡尺与主尺的对齐位置），则该次测量的读数为________ 。 (4)以下实验中，说法正确的是_______（多选）。 A．“用双缝干涉测量光的波长”实验中，测量单色光的波长时，需在单缝前放置偏振片 B．“用单摆测量重力加速度”实验中，用图像计算重力加速度，可以消除因摆球质量分布不均匀而造成的测量误差 C．“研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒”实验中，可以让一个质量较小的滑块跟静置在导轨上的另一个大小相同、质量较大的滑块发生碰撞 D．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，油膜的厚度等于1滴油酸酒精溶液的体积与它在水面上摊开的面积之比 【答案】(1)D (2)D (3) (4)BC 【详解】（1）若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故ABC错误、D正确。　　 故选D。 （2）A．干涉条纹由图丙①变为图丙②，观察到的条纹数目增加，即条纹间距减小，由公式可知，换用长度更长的遮光筒，条纹间距增大，故A错误； B．增大单缝到双缝的距离，可知条纹间距不变，故B错误； C．换用间距更小的双缝，即减小，则条纹间距增大，故C错误；　　 D．红色滤光片换成紫色滤光片，即变小，则条纹间距减小，故D正确。 故选D。 （3）由图可知，主尺的读数为，游标卡尺为20分度，故其精确度为　　则游标卡尺的分度值为，则该次测量的读数为 （4）A．双缝干涉测量光波长实验中，单色光无需偏振片，偏振片与该实验目的无关，故A错误； B．用图像计算重力加速度，考虑摆球质量分布不均造成实际摆长偏差为，则有 变形可得，图像斜率不受影响，即摆球质量分布不均的影响可通过图像法消除，多次测量取点绘图可规避此误差，故B正确； C．气垫导轨上滑块沿两个方向运动均可，则气垫导轨上滑块碰撞，无论质量大小，只要系统合外力为零（气垫导轨减小摩擦），即可研究动量守恒，质量小碰质量大是可行的，故C正确； D．油膜法中，油膜厚度是纯油酸体积与摊开面积之比，而非1滴油酸酒精溶液体积与它在水面上摊开的面积之比，故D错误。 故选BC。 28．(1)某实验小组利用图甲所示装置测量某种单色光的波长。若将光源改为激光，实验时可以不用的元件有（    ） A．凸透镜 B．滤光片 C．单缝 D．双缝 (2)如图，分划板的中心刻线分别对准第A条和第B条亮纹的中心时，手轮上的读数如图甲和乙。若已知双缝与屏的距离、双缝间距，则由以上测量数据可知，实验所测光波的波长为______nm（结果保留3位有效数字）。 (3)以白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察到实验现象后，总结出以下几点，其中不正确的是______。 A．实验中要使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上观察到清晰干涉条纹 B．各元件的中心要处于遮光筒的轴线上 C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．将滤光片撤去，光屏上会出现彩色条纹 (4)劳埃德镜干涉是利用平面镜实现的类双缝干涉实验：单色光源发出的光，一部分直接射向光屏，另一部分经平面镜反射后射向光屏，两束光满足相干条件，在光屏上形成干涉条纹。若将平面镜向下平移一小段距离，干涉条纹的间距将______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】(1)ABC (2)250 (3)C (4)变小 【详解】（1）普通光源是非相干复色光，原装置中凸透镜用于会聚光线提升亮度，滤光片用于获得单色光，单缝用于获得线光源；而激光本身是相干单色光源，亮度高、方向性好，无需额外会聚、滤光和通过单缝获得线光源，仅保留双缝即可实现双缝干涉，因此可以不用凸透镜、滤光片、单缝。 故选ABC。 （2）首先读取螺旋测微器示数：甲图读数为 乙图读数为 由分划板可知A、B之间间隔7个亮纹间距，因此相邻亮纹间距 根据双缝干涉波长公式 代入、，计算得 （3）A．单缝与双缝平行是获得清晰干涉条纹的必要调节要求，故A正确； B．各元件中心处于遮光筒轴线上，才能保证光线正常传播，提升条纹清晰度，故B正确； C．干涉条纹间距，条纹间距仅由双缝到屏的距离、双缝间距、波长决定，单缝向双缝移动不会改变条纹间距，故C错误； D．撤去滤光片后，不同色光的干涉条纹间距不同，光屏上会出现彩色干涉条纹，故D正确。 题目要求选择不正确选项，故选C。 （4）劳埃德镜干涉等效为光源和它经平面镜成的虚像的类双缝干涉，等效双缝间距为 平面镜向下平移后，光源到镜面的距离增大，等效双缝间距变大，而光源到光屏的距离不变，由可知，干涉条纹间距变小。 29．某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。 (1)在双缝干涉实验装置中透镜的作用是（　　）。 A．增加光的波长，让条纹变宽 B．将不同方向的平行光汇聚到焦平面上 C．过滤杂光，提高条纹的亮度 (2)若想减小从目镜中观察到的条纹间距，该同学可（　　）。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 (3)在测量相邻两条亮条纹的距离△x时需要用_______（选填：毫米刻度尺/测量头）测出，若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条亮条纹中心到第n条亮条纹中心之间的距离为△x，则单色光的波长的表达式λ=__________ (4)在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，双缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第6条亮纹中心，这时手轮上的示数如图乙所示，图乙中示数______mm。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光波长为_____m。（计算波长结果保留二位有效数字） 【答案】(1)B (2)B (3) 测量头 (4) 【详解】（1）A．光的波长由光源及传播介质决定，透镜不能增大光在同一介质中的波长，也不能通过增大波长使条纹变宽，故A错误； B．透镜能将传播方向不同的平行光分别会聚到焦平面上的不同位置，故B正确； C．滤光片的作用是选出所需颜色的单色光，透镜没有过滤杂光的作用，故C错误。 故选B。 （2）设双缝间距为，双缝到屏的距离为，单色光的波长为，相邻亮条纹间距为，根据双缝干涉条纹间距公式有 A．将单缝向双缝靠近，不改变、及，条纹间距不变，故A错误； B．将屏向靠近双缝的方向移动，减小，由可知条纹间距减小，故B正确； C．将屏向远离双缝的方向移动，增大，由可知条纹间距增大，故C错误； D．使用间距更小的双缝，减小，由可知条纹间距增大，故D错误。 故选B。 （3）[1]测量头由分划板、目镜、手轮等组成，通过转动手轮，使分划板中心刻线分别对准亮条纹中心，利用两次示数之差测出条纹间的距离，因此应选测量头。 [2]第条亮条纹中心到第条亮条纹中心之间包含个条纹间距，按题意将这段总距离记为，则有 解得单色光的波长为 （4）[1]测量头按螺旋测微器的读数方法读数，示数等于固定刻度示数与可动刻度示数之和；图乙中固定刻度示数为，可动刻度示数为，因此图乙示数为 [2]图甲中固定刻度示数为，可动刻度示数为，因此图甲示数为 已知双缝到屏的距离为，双缝间距为，单缝到双缝的距离为，其中不影响条纹间距；第条到第条亮条纹中心之间包含个条纹间距，根据双缝干涉条纹间距公式有 解得 代入数据得 30．在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，测得双缝间距为，双缝到屏的距离为，如图甲所示。在测量相邻两条亮纹的间距时，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该条纹定为第1亮条纹，读数记为；然后转动手轮，使分划板中心刻线与第亮条纹中心对齐，手轮上的示数如图乙所示，读数记为。 (1)测量头读数__________。则计算光的波长表达式为__________（用题中字母表示）。 (2)将普通光源换成激光光源直接照射双缝，用光传感器进行实验，各器件位置如图丙所示，双缝间距，双缝到光传感器的距离，连接光传感器至计算机，得到干涉条纹的光强分布如图丁所示。测得区域的宽度为，则相邻条纹间距__________（结果保留小数点后两位），由此可计算出该激光的波长__________。 【答案】(1) 9.148/9.149/9.150/9.151/9.152 (2) 0.40 640 【详解】（1）[1]固定套管主尺读数为，微分筒刻度线中与基准线重合的是第15格，每格为，所以测量头读数为 [2]双缝干涉相邻亮纹间距满足。从第1条亮纹到第条亮纹共有个间隔，因此读数差对应 联立可得 （2）[1]图丁为光强随位置的分布图，区域两端虚线对应的亮纹中心之间有6个相邻条纹间隔，因此 [2]由双缝干涉关系。将换算为，代入上式可得 代入和得 31．小阳、小芳用双缝干涉实验测量激光波长，其实验装置如图1所示。双缝间距。实验时通过改变双缝与观测屏间的距离L测出相应的条纹间距。然后将实验测量数据标在图2的坐标纸上。 (1)请根据实验测量数据点的拟合直线，求出所用激光的波长__________m（保留三位有效数字）； (2)用白炽灯加滤光片代替激光，__________（填“能”、“不能”）测得该光的波长；理由__________。 【答案】(1)（） (2) 不能 白炽灯经滤光片后获得单色光，若原有双缝干涉实验装置满足相干条件（有平行的单缝和双缝），则可以产生稳定的等间距干涉条纹，可以通过双缝干涉的规律测得该单色光的波长。但根据图1所示，实验装置缺少单缝。 【详解】（1）根据双缝干涉条纹间距公式 可知图像的斜率 因此波长 从图2的拟合直线取两点计算斜率得 计算得 （2）[1]不能 [2]白炽灯是复色光源，但其发出的光经过滤光片后，可筛选出某一特定波长范围的单色光，若原有双缝干涉实验装置满足相干条件（有平行的单缝和双缝），则可以产生稳定的等间距干涉条纹，可以通过双缝干涉的规律测得该单色光的波长。根据图1所示，实验装置缺少单缝，故无法产生稳定的等间距干涉条纹。 试卷第1页，共3页 21 / 37 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04光 4大高频考点概览 考点01 光的折射和全反射 考点02 光的干涉、衍射和偏振 考点03 实验：测定玻璃的折射率 考点04 实验：双缝干涉实验测光的波长 考点01 光的折射和全反射 一、单选题 1．如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，OD为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿AO方向从直径上非常靠近O点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C两点，则下列说法中正确的是（     ） A．两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等 B．到达B点的光可能是紫光 C．两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间不相等 D．在B、C两点中，若紫光能射出玻璃，则红光不能射出玻璃 2．某透明介质的横截面为半圆，一束平行单色光线垂直于半圆的直径射入透明介质，如图所示，在半圆弧上恰好有的弧长有光透出。则透明介质的折射率为（    ） A． B． C． D．2 3．如图所示，玻璃砖的上表面与下表面平行，一束单色光从上表面的点处射入玻璃砖，从下表面的点处射出玻璃砖，下列说法正确的是（     ） A．入射光线与射出玻璃砖的光线不平行 B．单色光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化 C．射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移，入射角越大，侧移越大 D．若增大从P点射入时的入射角，则单色光可能在玻璃砖下表面的点左侧某处发生全反射 4．彩虹是由太阳光进入水滴，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的。彩虹形成的示意图如图所示，一束白光由左侧射入水滴，、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（、是单色光）。下列关于光与光的说法正确的是（     ） A．光的频率小于光的频率 B．、光在由空气进入水滴后波长变长 C．从同一介质射向空气，光比光容易发生全反射 D．通过同一双缝干涉装置，光的相邻条纹间距比光的大 5．某介质的折射率为，一束光从该介质射向空气，入射角为60°，则它的光路图是（　　） A． B． C． D． 6．某照相机的透镜表面镀有一层折射率为1.2的透明介质薄膜，可以利用光的干涉减弱玻璃表面的反射光，增强透射光，如图所示，为了使玻璃透镜对空气中波长为的光产生极大的透射，薄膜的厚度可以是（     ） A． B． C． D． 7．如图，一匀质材料制成的透明圆柱体工件水平放置，一束单色光平行于工件横截面从顶点与竖直方向成45°射入，然后光线与竖直方向成15°从圆柱体内射出，不考虑光线在圆柱体内的反射，则该工件材料的折射率为（     ） A． B． C． D． 二、多选题 8．如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为、半径为的扇形。一束平行光平行于横截面，以入射角照射到上，不透光。若只考虑首次入射到圆弧上的光，则（　　） A．圆弧上有光透出部分的弧长大小为 B．圆弧上有光透出部分的弧长大小为 C．增加边上的入射角，圆弧上有光透出部分的弧长大小变大 D．增加边上的入射角，圆弧上有光透出部分的弧长大小不变 9．某同学利用质量分布均匀的透明“水晶球”开展课外光学实验，如图1所示。他先测出了“水晶球”的直径为10cm，并标记了其中一条水平直径对应的两端点P、Q。球外某光源发出的一细束单色光从球上P点射向球内，当折射光线与水平直径PQ成30°角时，出射光线与PQ平行，如图2所示。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（     ） A．“水晶球”的折射率为 B．光在“水晶球”中的传播时间为 C．增大过P点光线的入射角，光线出射时可能发生全反射 D．若仅换用波长较长的入射光，则光在“水晶球”中的传播速度变大 10．有一种无人机是靠光纤导航的，已知光纤由内芯和外套组成，内芯折射率大于外套。如图所示，用折射率的材料制成一条长为750m的实心光纤。一束激光从真空中由其左端的中心点以的入射角射入纤维内，经过一系列反射后从右端射出。已知真空中的光速，则（     ） A．该激光在光纤中传播速度的大小为 B．该激光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，折射光完全消失，反射光遵循反射定律 C．该激光在纤维中传播所经历的时间为 D．当光纤弯曲时，在其中传播的光仍能在内芯与外套的界面上发生全反射 11．光学镊子是靠激光束“夹起”细胞、病毒等极其微小粒子的工具。为了简化问题，将激光束看作粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。如图所示，是一个半径为R的圆柱形玻璃砖的横截面，两束频率相同的平行激光关于水平直径对称，从A、B两点水平射入玻璃砖后从C点射出，出射光线与中轴线的夹角均为θ=60°。已知真空中的光速为c，且所有光线折射后都透过玻璃砖，则（     ） A．该玻璃砖的折射率为 B．光通过玻璃砖的时间为 C．AB之间的距离为R D．两束光对玻璃砖的合力水平向右 12．某玻璃球过球心的横截面如图所示，是半径，一束单色光从截面圆上的点射入，入射光延长线与的延长线交于点，折射光线与交于点。设光在点的入射角为、折射角为，已知、两点间的距离为，光在真空中的传播速度为，。若，，，下列说法正确的是（　　） A．折射角 B．玻璃球对此单色光的折射率为 C．、两点间的距离为 D．光从到的传播时间为 考点02 光的干涉、衍射和偏振 13．下列关于波的现象或应用，说法正确的是（     ） A．如图甲是光的双缝干涉示意图，双缝间距越大，则两条相邻亮条纹中心间距越大 B．如图乙，3D电影的原理是光的偏振，光的偏振现象说明光是横波 C．如图丙是光的衍射图样，当狭缝宽度越小，衍射现象越明显，图样中的亮条纹宽度越小 D．如图丁，以地面监测站为参考系，航天器沿虚线顺时针转动，监测站接收到的来自航天器的信号频率小于航天器发射的信号频率 14．下列关于光的波动性四个实验图，下列说法正确的是（     ） A．甲图中条纹是内密外疏的圆形条纹 B．乙图中产生的条纹是上面玻璃的上下表面反射光干涉形成的 C．丙图中增大单色光频率，条纹间距会变大 D．丁图中减小缝的宽度，中央条纹会变宽，亮度会减弱 15．我们都学习了几何光学和物理光学的初步知识，下列说法正确的是（     ） A．图甲，一束由红光、绿光组成的复色光通过正三棱镜后被分成两束单色光a、b，其中b光在玻璃中传播的速度较大 B．图乙，是太阳光通过肥皂膜发生了衍射形成的 C．图丙，某学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后得到的衍射图样，①为著名的“泊松亮斑” D．图丁，若观察人眼隔着偏振片Ⅰ、Ⅱ去看一只电灯泡S，此时透射光最弱，仅使Ⅰ转过90°过程中，看到光逐渐变亮 16．如图，某同学做双缝干涉实验时，激光通过双缝后，到达光屏上的点。已知激光的波长为λ，且，点为双缝中垂线与光屏的交点。下列说法正确的是（　　） A．、间有3条暗条纹 B．若将光屏向左移动少许，则光屏上的条纹间距增大 C．若用波长为的单色光做该实验，则处为暗条纹 D．若用波长为的单色光做该实验，则、间暗条纹数减少 17．蓝闪蝶以它熠熠生辉的蓝色翅膀而著名，如图为显微镜下其翅膀的光学结构示意图。蓝闪蝶翅膀上的鳞片本身是无色的，但当白光垂直照在翅膀的鳞片上时，会在其一系列薄薄的鳞片上反射，从而显现出蓝色的光泽。假设蓝闪蝶两鳞片的距离为，已知反射的蓝光波长在和之间。下面说法正确的是（     ） A．该现象属于光的全反射 B．蓝闪蝶的鳞片本身含有蓝色色素 C．若改变观察角度，看到的颜色也会发生变化 D．白光照射时，所有色光都会发生加强的现象 18．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈，从薄膜上可看到明暗相间的条纹，能解释这一现象产生原因的是示意图（图中实线、虚线为光照射到薄膜上时，从膜的前后表面分别反射形成的两列波）（     ） A． B． C． D． 二、多选题 19．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，这表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（     ） A．a光在三棱镜中的折射率小于b光在三棱镜中的折射率 B．a光在三棱镜中的折射率大于b光在三棱镜中的折射率 C．经过相同的狭缝，a光比b光更容易发生明显的衍射现象 D．经过相同的狭缝，b光比a光更容易发生明显的衍射现象 三、解答题 20．如图甲所示，边长为L的立方体容器，在容器底部有4个点光源，当容器中充入某种未知液体，深度为时，发出的光能从如图乙中的阴影部分射出液面，4个阴影部分的圆心在液面的四个顶点。光在真空中传播的速率为c，求： (1)该液体对光的折射率n； (2)若容器中装满该液体，则光从发出到传播出液面的最长时间t；（不考虑光的反射）； (3)若容器中液体深度为，丙图为液面，请大概画出光能从水面射出的区域（用阴影的方式表示）。 21．如图所示，一半径为的半圆形薄玻璃砖，某种单色光以的入射角照射到玻璃砖的上表面，已知玻璃砖对该单色光的折射率，真空中的光速为，不考虑多次反射。求： (1)从圆心O处入射的光在玻璃砖处的折射角； (2)从圆心O处入射的光在玻璃砖中传播的时间。 (3)光线到达下表面后，能从下表面射出的入射光束的宽度为多大？ 考点03 实验：测定玻璃的折射率 一、实验题 22．用如图甲所示插针法“测玻璃的折射率”实验中： (1)为了减小实验误差，下列操作正确的是______（选填选项前的字母）。 A．必须选择边界平行的玻璃砖 B．为了使P1、P2的像重合，P1、P2的距离应尽可能小一些 C．选用两光学表面间距较大的玻璃砖 D．入射角变大，会在界面bb′发生全反射，因此入射角应尽量小 (2)在该实验中，光线由空气射入玻璃砖，设入射角和折射角分别为θ1、θ2，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率为______（结果保留2位有效数字）。 (3)如图丙所示，某同学按照如下方法处理数据：以O点为圆心、R为半径作圆，与折射光线的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，垂足为N，AO的延长线交BN于M，记，再以O点为圆心、r为半径作圆。关于玻璃折射率表达式正确的是______。 A． B． C． D． (4)如果将玻璃砖的边bb′误画成了cc′，如图丁所示，折射率的测量值将______（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 23．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。如图甲所示，在玻璃砖一侧插上大头针P1，P2，确定入射光线AO。现需在玻璃砖的另一侧插上P3和P4两枚大头针，以确定光在玻璃砖中的折射光线。 (1)下列确定P3，P4位置的方法正确的是_________。 A．透过玻璃砖观察，使P3仅挡住P2的像 B．透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像 C．透过玻璃砖观察，使P4仅挡住P3的像 D．透过玻璃砖观察，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)同学们在确定入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作法线NN′的垂线，分别交NN′于B点和D点，并测得AB=7.60 cm，CD=5.00 cm，则该玻璃的折射率n=_________。 (3)同学们突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图乙所示。插针位置P1、P2的连线垂直于AB面，若其他操作均正确，在图乙中右边的插针应该是_________。若仅在两直角三棱镜斜边AC之间的间隙充满某种液体（n液＞n玻），右边的插针可能是_________。（两空均选填“P3P4”、“P5P6”、“P7P8”或“P9P10”） 24．某兴趣小组在测量圆柱形玻璃砖的折射率时，操作步骤如下： ①将白纸固定在木板上，在合适位置放置圆柱玻璃砖，贴着玻璃砖侧面间隔一定角度插入三枚大头针A、B、C。如图所示； ②用一束水平细激光射向玻璃砖侧面，在激光经过处的合适位置插入、、、四枚大头针； ③移走玻璃砖和大头针，利用尺规画出的外接圆及其圆心O。 不考虑光线在玻璃砖内反射后再折射出的光线，请回答下面问题： (1)为了避免光线被大头针遮挡，最先插入的大头针为_________（选填“”或“”）； (2)组员甲让水平细激光从距过O点的水平直径处射入，R为圆柱形玻璃砖的半径，测得光线刚好从水平直径的另一端点射出，则组员甲测得的该玻璃砖的折射率n=_________； (3)组员画出完整光路图后，标记第1折射点为M，第2折射点为N，延长入射光线和出射光线交于Q，用量角器测得，。已知，该玻璃砖的折射率n=_________。 25．某实验小组测量糖水折射率的主要装置包括激光器和长方体玻璃缸，玻璃缸正面内侧刻有水平、竖直标尺，如图甲所示。实验操作过程如下： （1）调配一定浓度的糖水，并将其注入水平放置的玻璃缸中。 （2）打开激光器，让激光紧贴玻璃缸正面内侧以一定入射角从空气折射入糖水。该糖水的折射率__________空气折射率（填“大于”“小于”或“等于”）。 （3）调整激光器，使入射点处于竖直刻度尺的正后方，标出入射光线与玻璃缸上边沿的交点，标出折射光线与玻璃缸底部的交点，如图乙所示。在图中画出从点到点的光路图__________。 （4）测出入射角、折射角，通过改变获得多组数据，画出图像如图丙所示。由该图像计算出该糖水折射率__________。 26．某小组探究盐水浓度对折射率的影响。 (1)首先在纸带上画一条直线，并在直线上作两个明显的标记点、，用游标卡尺测出两标记点的距离，如图（a）所示，读出___________。然后将纸带固定在空水槽底部。 (2)铁架台和水槽放置在同一水平桌面，激光笔安装于铁架台上。调整实验装置，使激光笔射出的光线与连线在同一竖直面内，光线与竖直方向成角，且光线照射的光斑恰好在标记点，此后装置固定不动，如图（b）所示。向水槽里缓慢加入被测液体，直至光斑沿连线移动到标记点，测量并记录液面高度。 如图（c）所示，以为坐标原点、沿方向为轴建立直角坐标系，虚线为液面所在位置。请在图（c）中画出液面高度为时，激光由空气入射到液体的光路图（入射光线、法线和折射光线）。 (3)由折射定律可得，液体的折射率___________（用，表示）。 (4)该小组配制了5种不同浓度的盐水，依据上述方案重复实验，所得数据点如图（d）所示。为得到折射率随浓度的变化规律，请在图（d）中作出图线。 (5)从图（d）中可得盐水折射率与其浓度的函数关系式为___________。（式中数字保留三位小数） 考点04 实验：双缝干涉实验测光的波长 一、实验题 27．某物理兴趣小组采用图甲所示的双缝干涉实验装置，开展光的波长测定实验，实验过程中通过目镜清晰观测到光屏上的干涉条纹。 (1)如图乙所示，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行的是（     ） A．仅拨动拨杆 B．仅旋转单缝 C．仅前后移动凸透镜 D．仅旋转毛玻璃处的测量头 (2)实验操作过程中，干涉条纹的形态由图丙①变为图丙②，下列操作中能够实现这一变化的是（     ） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．将红色滤光片更换为紫色滤光片 (3)某次测量条纹间距时，因游标卡尺零刻度线标识模糊，采用目镜测量头进行观测，其示数如图丁所示（箭头所指为游标卡尺与主尺的对齐位置），则该次测量的读数为________ 。 (4)以下实验中，说法正确的是_______（多选）。 A．“用双缝干涉测量光的波长”实验中，测量单色光的波长时，需在单缝前放置偏振片 B．“用单摆测量重力加速度”实验中，用图像计算重力加速度，可以消除因摆球质量分布不均匀而造成的测量误差 C．“研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒”实验中，可以让一个质量较小的滑块跟静置在导轨上的另一个大小相同、质量较大的滑块发生碰撞 D．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，油膜的厚度等于1滴油酸酒精溶液的体积与它在水面上摊开的面积之比 28．(1)某实验小组利用图甲所示装置测量某种单色光的波长。若将光源改为激光，实验时可以不用的元件有（    ） A．凸透镜 B．滤光片 C．单缝 D．双缝 (2)如图，分划板的中心刻线分别对准第A条和第B条亮纹的中心时，手轮上的读数如图甲和乙。若已知双缝与屏的距离、双缝间距，则由以上测量数据可知，实验所测光波的波长为______nm（结果保留3位有效数字）。 (3)以白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察到实验现象后，总结出以下几点，其中不正确的是______。 A．实验中要使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上观察到清晰干涉条纹 B．各元件的中心要处于遮光筒的轴线上 C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D．将滤光片撤去，光屏上会出现彩色条纹 (4)劳埃德镜干涉是利用平面镜实现的类双缝干涉实验：单色光源发出的光，一部分直接射向光屏，另一部分经平面镜反射后射向光屏，两束光满足相干条件，在光屏上形成干涉条纹。若将平面镜向下平移一小段距离，干涉条纹的间距将______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 29．某同学利用如图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。 (1)在双缝干涉实验装置中透镜的作用是（　　）。 A．增加光的波长，让条纹变宽 B．将不同方向的平行光汇聚到焦平面上 C．过滤杂光，提高条纹的亮度 (2)若想减小从目镜中观察到的条纹间距，该同学可（　　）。 A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动 C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝 (3)在测量相邻两条亮条纹的距离△x时需要用_______（选填：毫米刻度尺/测量头）测出，若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，测得第1条亮条纹中心到第n条亮条纹中心之间的距离为△x，则单色光的波长的表达式λ=__________ (4)在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，双缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第6条亮纹中心，这时手轮上的示数如图乙所示，图乙中示数______mm。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光波长为_____m。（计算波长结果保留二位有效数字） 30．在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，测得双缝间距为，双缝到屏的距离为，如图甲所示。在测量相邻两条亮纹的间距时，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该条纹定为第1亮条纹，读数记为；然后转动手轮，使分划板中心刻线与第亮条纹中心对齐，手轮上的示数如图乙所示，读数记为。 (1)测量头读数__________。则计算光的波长表达式为__________（用题中字母表示）。 (2)将普通光源换成激光光源直接照射双缝，用光传感器进行实验，各器件位置如图丙所示，双缝间距，双缝到光传感器的距离，连接光传感器至计算机，得到干涉条纹的光强分布如图丁所示。测得区域的宽度为，则相邻条纹间距__________（结果保留小数点后两位），由此可计算出该激光的波长__________。 31．小阳、小芳用双缝干涉实验测量激光波长，其实验装置如图1所示。双缝间距。实验时通过改变双缝与观测屏间的距离L测出相应的条纹间距。然后将实验测量数据标在图2的坐标纸上。 (1)请根据实验测量数据点的拟合直线，求出所用激光的波长__________m（保留三位有效数字）； (2)用白炽灯加滤光片代替激光，__________（填“能”、“不能”）测得该光的波长；理由__________。 试卷第1页，共3页 17 / 17 学科网（北京）股份有限公司 $