高中物理沪科版选修34第四章 光的波动性 4.6激光含解析

本章测评(时间90分钟满分100分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48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在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是()A．红光容易产生干涉B．红光照射的距离大C．红光容易引起人们的视觉反应D．红光容易产生衍射2光从某介质射入空气，入射角i从零开始增大到某一值的过程中，折射角r也随之增大，则下列说法中正确的是()A．比值ir不变B．比值sinisinr不变C．比值sinisinr是一个大于1的常数D．比值sinisinr是一个小于1的常数3光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是…() A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象4已知介质对某单色光的临界角为C，则()A．该介质对单色光的折射率等于1sinCB．此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(c是光在真空中的传播速度)C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC倍D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的1sinC倍5关于光的性质，下列说法正确的是()A．光在介质中的速度大于光在真空中的速度B．双缝干涉说明光具有波动性C．光在同种均匀介质中沿直线传播D．光的偏振现象说明光是纵波6如图所示，一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)()7光线从折射率为2的介质中射向空气，如果入射角为60°，则下图中的光路可能的是()8根据下图中的漫画，判断下列说法中正确的是()A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些C．鱼看到的是人的实像，位置偏低些D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高些9许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，错误的是() A．光导纤维利用的是光的全反射现象B．X光透视利用的是光的衍射现象C．分光镜利用的是光的色散现象D．红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象10一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形(AC边未画出)，AB为直角边，∠ABC＝45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。

高中物理学习材料（马鸣风萧萧**整理制作）第四章光的波动性(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．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，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分) 1.许多光学现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，正确的是()A．光导纤维利用的是光的全反射现象B．X光透视利用的是光的衍射现象C．分光镜利用的是光的色散现象D．红外遥感技术利用的是一切物体都不停地辐射红外线的现象解析：选ACD.光导纤维是利用了光的全反射；X光的透视是利用了X光的强穿透能力；分光镜利用了光的色散；红外遥感技术是利用了一切物体不停地向外辐射红外线的现象．故A、C、D正确．2.两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是()A．光束b的频率比光束a低B．在水中的传播速度，光束a比光束b小C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大解析：选C.由公式n＝sin isin r可得折射率n a<n b，选项C正确．由于n a<n b，所以νa<νb，选项A错误．由n＝cv知传播速度v a>v b，B选项错误．由sin C＝1n知临界角C a>C b，选项D错误．3.太阳光照射下肥皂膜呈现的彩色，瀑布在阳光下呈现的彩虹以及通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹，这些现象分别属于()A．光的干涉、色散和衍射现象B．光的干涉、衍射和色散现象C．光的衍射、色散和干涉现象D．光的衍射、干涉和色散现象解析：选A.在太阳光照射下肥皂膜呈现彩色，是薄膜干涉现象；瀑布溅起的小水滴相当于棱镜，在阳光下呈现的彩虹是光的色散现象；通过狭缝观察发光的日光灯时看到的彩色条纹是光的衍射现象．4.光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务．目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络．下列说法正确的是()A．光纤通信利用光作为载体来传递信息B．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理C．光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝解析：选AD.光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，故B、C选项错误．5.实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合柯西经验公式：n＝A＋Bλ2＋Cλ4，其中A、B、C是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示．则()A．屏上c处是紫光B．屏上d处是红光C．屏上b处是紫光D．屏上a处是红光解析：选D.由公式可知，光的波长越长，折射率越小．而在太阳光的可见范围内，从红光到紫光的波长越来越短，即折射率越来越大，所以a处是红光，d处是紫光，则A、B、C错误，D正确．6.奶粉中碳水化合物(糖)的含量是检验奶粉质量的一种重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量．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，就能测量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，则下列说法中正确的是()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 处光的强度最大，偏振片转过的角度等于αD ．将偏振片A 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片转过的角度等于α解析：选ACD.自然光通过偏振片A 后，变成偏振光，调整到偏振片B 与A 平行，偏振光能通过B ，在O 处得到较强的光．若在P 处放被测液体，由于旋光性，通过液体的光将不能全通过B ，此时在O 处得到的光会明显减弱．通过旋转B 或A 均能得到“旋光度”，选项A 、C 、D 正确．6.在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a 、b 、c 三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b 在水下的像最深，c 照亮水面的面积比a 的大．关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：①c 光的频率最大 ②a 光的传播速度最小③b 光的折射率最大 ④a 光的波长比b 光的短根据老师的假定，以上回答正确的是( )A ．①②B ．①③C ．②④D ．③④解析：选C.由视深与实深的关系式h 视＝h 实n可知b 光的折射率最小，故③错误，即B 、D 两项均错；c 光从水下照亮水面的面积比a 的大说明c 光不容易发生全反射，即c 光的折射率比a 光的小，其频率也小于a的频率，故①错误，A 项错误，综上可知n b <n c <n a ，νb <νc <νa ，再由v ＝c n及c ＝λν可得②④均正确．8.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是() A．紫光、黄光、蓝光和红光B．紫光、蓝光、黄光和红光C．红光、蓝光、黄光和紫光D．红光、黄光、蓝光和紫光解析：选B.由供选答案知四种光线红、黄、蓝、紫的频率为ν红<ν黄<ν蓝<ν紫，故其折射率n红<n黄<n蓝<n 紫，因折射率大，光在折射时，偏折程度大，故太阳光经水滴折射后，在水中传播，从上到下依次为红、黄、蓝、紫，再由光的反射定律，结合传播图可知其反射后从上到下顺序颠倒，因此出射光依次为紫光、蓝光、黄光和红光，B正确，A、C、D均错．9.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玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是()A．单色光1的波长小于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角解析：选AD.由折射定律n＝sin isin r，知n1>n2，λ1<λ2，由v＝cn知v1<v2，故选项A正确，选项B错误．设玻璃板的厚度为h ，光在玻璃板中的传播时间t ＝h cos r ·v ＝nh cos r ·c ＝nh c 1－sin 2r ＝hn c 1－sin 2i n 2＝n 2h c n 2－sin 2i，n 越大，t 越大，即t 1>t 2，故选项C 错误，由sin C ＝1n 知，C 1<C 2，故选项D 正确． 10.右图是一个14圆柱体棱镜的截面图，图中E 、F 、G 、H 将半径OM 分成5等份，虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径ON ，ON 边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折射率n ＝53，若平行光束垂直入射并覆盖OM ，则光线( ) A ．不能从圆弧NF 1射出 B ．只能从圆弧NG 1射出C ．能从圆弧G 1H 1射出D ．能从圆弧H 1M 射出解析：选B.由折射率n ＝53知该棱镜的全反射临界角为C ＝37°(sin C ＝35)，从G 点入射的光线垂直进入棱镜后，在G 1点恰好发生全反射，则G 1M 圆弧上所有入射的光线均发生全反射，不会从棱镜中射出，只有NG 1圆弧上入射的光线折射后射出棱镜．所以只有B 正确，A 、C 、D 错误．二、实验题(本题共2小题，共12分．按题目要求作答)11.(4分)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P 1、P 2与圆心O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P 1、P 2的像，且P 2的像挡住P 1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只须测量出____________________，即可计算出玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出折射率n ＝________．解析：当恰好看不见P 1、P 2的像时，刚好发生全反射现象，此时玻璃砖直径转过的角度θ为临界角，折射率n ＝1sin θ. 答案：玻璃砖直径边绕O 点转过的角度θ 1sin θ12.(8分)某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图(a)所示，激光器发出一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片上出现一排等距的亮点，图(b)中的黑点代表亮点的中心位置．(1)这个现象说明激光具有________性．(2)通过量出相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍：如果双缝的缝间距离为a ，双缝到感光片的距离为L ，感光片上相邻两光点间的距离为b ，则光的波长λ＝ab L.该同学测得L ＝1.0000 m ，缝间距a ＝0.22 mm ，用带十分度游标卡尺测感光片的点间距离时，尺与点的中心位置如图(b)所示．图(b)中第1个到第4个光点的距离是________ mm.实验中激光的波长λ＝________ m ．(保留两位有效数字)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将________．解析：(1)激光的感光照片出现等间距的亮点，说明激光具有波动性．(2)由题图(b)知游标卡尺的读数为8.5 mm ，根据公式λ＝ab L 知λ＝0.22×10－3×13×8.5×10－31.0000m ＝6.2×10－7 m. (3)由λ＝ab L 知b ＝L λa，当红激光换成蓝激光时λ变小，故b 变小． 答案：(1)波动 (2)8.5 6.2×10－7 m (3)变小三、计算题(本题共4小题，共48分．解答时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)13.(8分)如图所示，扇形AOB 为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB ＝60°.一束平行于角平分线OM 的单色光由OA 射入介质，经OA 折射的光线恰平行于OB .(1)求介质的折射率．(2)折射光线中恰好射到M 点的光线________(填“能”或“不能”)发生全反射．解析：依题意作出光路图，(1)由几何知识可知，入射角i ＝60°，折射角r ＝30°(2分)根据折射定律得n ＝sin i sin r(2分) 代入数据解得n ＝3(2分)(2)如图所示，由几何条件及折射定律可知不能．…(2分)答案：(1)3 (2)不能14.(12分)如图是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上．照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r ＝11 cm 的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l ＝10 cm.若已知水的折射率n ＝43，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h .(结果保留两位有效数字)解析：如图所示，设照片圆形区域的实际半径为R ，运动员实际长为L ，由题意知，C 为临界角，则sin C＝1n ＝34， (3分)从图可得sin C ＝R R 2＋h 2(3分) R r ＝L l(2分) 得h ＝n 2－1·L lr (2分) 取L ＝2.2 m ，解得h ＝2.1 m(1.6～2.6 m 都算对)(2分)答案：2.1 m15.(14分)如图所示，在双缝干涉实验中，S 1和S 2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P 点与S 1和S 2距离之差为2.1×10－6 m ，现分别用A 、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P 点是亮条纹还是暗条纹？(1)已知A 光在折射率为n ＝1.5的介质中波长为4×10－7 m ；(2)已知B 光在某种介质中波长为3.15×10－7 m ，当B 光从这种介质射向空气时，临界角为37°.解析：已知P 点与S 1和S 2的距离之差，由出现亮暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹．(1)设A 光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由n ＝λ1λ2，得λ1＝n λ2＝1.5×4×10－7 m ＝6×10－7 m. (2分)根据路程差δ＝2.1×10－6 m ， 所以N 1＝δλ1＝2.1×10－66×10－7＝3.5.(3分) 由此可知，从S 1和S 2到P 点的路程差δ是波长λ1的3.5倍，所以P 点为暗条纹．(2分)(2)根据临界角与折射率的关系sin C ＝1n， 得n ＝1sin37°＝53.(2分) 由此可知，B 光在空气中波长λ2′为： λ2′＝n λ介＝53×3.15×10－7 m ＝5.25×10－7 m.则路程差δ和波长λ2′的关系：N 2＝δλ2′＝2.1×10－65.25×10－7＝4.(3分) 可见，用B 光做光源，P 点为亮条纹．(2分)答案：(1)P 为暗条纹 (2)P 为亮条纹16.(14分)如图所示，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知∠A ＝60°，∠C ＝90°，一束极细的光于AC 的中点D 垂直AC 面入射，AD ＝a ，棱镜的折射率n ＝2，求：(1)光从棱镜第一次射入空气时的折射角；(2)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中传播速度为c )．解析：(1)如图所示，i 1＝60°，设全反射临界角为C ，》》》》》》》》》积一时之跬步 臻千里之遥程《《《《《《《《《《《《马鸣风萧萧sin C ＝1n ＝12，C ＝45°，i 1>45°，发生全反射．(4分) i 2＝i 1－30°＝30°<C ，存在折射现象．(2分)由折射定律n ＝sin r sin i 2＝2，r ＝45°.(2分) (2)镜中光速：v ＝c n ＝c 2，(3分) 所求时间t ＝3a v ＋a v cos30°＝52a 3c.(3分) 答案：(1)45° (2)52a 3c。

第4章 4.6 全反射与光导纤维4.7 激光(建议用时：45分钟)[学业达标]1.下列事例哪些应用了光的全反射现象( )A.海市蜃楼B.用三棱镜观察太阳光谱C.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°D.水中的鱼看起来比实际的要浅E.多面体钻石能够闪闪发光【解析】 海市蜃楼和光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°是利用了光的全反射现象，故A 、C 项正确；用三棱镜观察太阳光谱和水中的鱼看起来比实际的要浅，都是光的折射现象，故B 、D 项错误.多面体钻石闪闪发光是因为全反射现象，E 正确.【答案】 ACE2.已知介质对某单色光的临界角为C ，则下列说法正确的是( )A.该介质对单色光的折射率等于1sin CB.此单色光在该介质中的传播速度等于c sin C (c 是光在真空中的传播速度)C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C 倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的1sin C倍 E.此单色光从真空射向介质，入射角大于C 时一定发生全反射【解析】 由临界角的计算式sin C ＝1n 得n ＝1sin C ，故选项A 正确；将n ＝c v代入sin C ＝1n 得sin C ＝v c，故v ＝c sin C ，故选项B 正确；设该单色光的频率为f ，在真空中的波长为λ0，在介质中的波长为λ，由波长、频率、波速的关系得c ＝λ0f ，v ＝λf ，由sin C ＝v c ＝λλ0得，λ＝λ0sin C ，故选项C 正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，故选项D 错误；此单色光从真空射向介质不会发生全反射，E 错误.【答案】 ABC3.一束光从空气射向折射率为n ＝2的某种玻璃的表面，如图4­6­7所示，i 代表入射角，则( )图4­6­7A.当i＞45°时，会发生全反射现象B.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°C.欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角入射D.当入射角i＝arctan2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直E.当光从玻璃射向空气时，一定会发生全反射【解析】由于光从光疏介质射向光密介质，所以不会发生全反射，A项错误，B正确；由折射定律计算可知C、D两项正确；光从玻璃射向空气，入射角大于临界角时才能发生全反射，E错误.【答案】BCD4.下列说法中正确的是( )A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小E.光疏介质和光密介质相对于折射率来确定，与密度无关【解析】光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不同的.两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质.光疏介质和光密介质与密度无关，A、C错误，B、D、E正确.【答案】BDE5.关于全反射，下列说法中正确的是( )A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C.光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射E.介质的临界角越小就越容易发生全反射【解析】全反射是当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.介质的临界角越小越容易发生全反射，A、B错误，C、D、E正确.【答案】 CDE6.光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务.目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络.下列说法正确的是( )A.光纤通信利用光作为载体来传递信息B.光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝E.光在光纤内不断地发生全反射，中途不会侧漏【解析】 光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递，光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝.故A 、D 、E 正确，B 、C 错误.【答案】 ADE7.如图4­6­8所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90°，折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°，求：图4­6­8(1)该介质的折射率.(2)光在该介质中传播的速度.(3)当光从介质射入空气时的临界角.【解析】 (1)由反射定律可知α＝β，由于α＋β＝90°，故入射角α＝45°； 由图可知r ＋θ＝α＝45°，由于θ＝15°，故折射角r ＝30°，所以该介质的折射率n ＝sin αsin r ＝sin 45°sin 30°＝ 2. (2)由折射率与速度的关系n ＝c v 得v ＝c n ＝3.0×1082m/s ＝2.12×108 m/s. (3)光从介质射入空气时临界角的正弦值sin C ＝1n ＝12＝22，故临界角C ＝45°. 【答案】 (1) 2 (2)2.12×108m/s (3)45°8.如图4­6­9所示，一玻璃球体的半径为R ，O 为球心，AB 为直径.来自B 点的光线BM 在M 点射出，出射光线平行于AB ，另一光线BN 恰好在N 点发生全反射.已知∠ABM ＝30°，求图4­6­9(1)玻璃的折射率.(2)球心O 到BN 的距离.【导学号：38910059】【解析】 (1)设光线BM 在M 点的入射角为i ，折射角为r ，由几何知识可知，i ＝30°，r ＝60°，根据折射定律得n ＝sin r sin i ①代入数据得 n ＝ 3. ②(2)光线BN 恰好在N 点发生全反射，则∠BNO 为临界角Csin C ＝1n ③设球心到BN 的距离为d ，由几何知识可知d ＝R sin C④联立②③④式得 d ＝33R . ⑤ 【答案】 (1) 3 (2)33R [能力提升]9.△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面.a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN ，在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如图4­6­10所示.由此可知( )图4­6­10A.棱镜内a 光的传播速度比b 光的小B.棱镜内a 光的传播速度比b 光的大C.a 光的频率比b 光的高D.a 光的波长比b 光的长E.a 光的临界角大于b 光的临界角【解析】 由题图可知，a 、b 两单色光以相同的入射角分别射向OM 、ON 两界面，b 光发生全反射，而a 光发生折射，所以a 光的折射率小于b 光的折射率，因此a 光的波长比b 光的波长大，D 正确；又v ＝c n ，则在棱镜内a 光的传播速度比b 光的大，B 正确.由图可知，a 光的临界角大于b 光的临界角，E 正确.【答案】 BDE10.如图4­6­11所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r ，外圆半径为R ，R ＝2r .现有一束单色光垂直于水平端面A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B 射出.设透明柱体的折射率为n ，光在透明柱体内传播的时间为t ，若真空中的光速为c ，则( )【导学号：38910060】图4­6­11A.n 可能为 3B.n 可能为2C.t 可能为22r cD.t 可能为4.8r cE.t 可能为42r c【解析】 根据题意可画出光路图如图所示，则两次全反射时的入射角均为45°，所以全反射的临界角C ≤45°，折射率n ≥1sin 45°＝2，A 、B 均正确；光在介质中的传播速度v ＝cn ≤c 2，所以传播时间t ＝x v ≥42r c，C 、D 错误，E 正确.【答案】 ABE11.一束红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器产生的光脉冲的持续时间为 1.0×10－11s ，波长为694.3 nm ，发射功率为1.0×1010 W.求：(1)每列光脉冲的长度；(2)用这种激光照射皮肤色斑，每1 cm 2皮肤吸收的能量达到60 J 以后，色斑便逐渐消失，一个色斑的面积为50 mm 2，则它需要吸收多少列红宝石激光脉冲才能逐渐消失？【解析】 (1)光脉冲的持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间.一列光脉冲的长度Δl ＝c ·Δt ＝3.0×108×1.0×10－11m ＝3.0×10－3 m.(2)一列光脉冲所携带的能量ΔE ＝P ·Δt ＝1.0×1010×1.0×10－11J ＝0.1 J.清除面积为50 mm 2的色斑需要光脉冲数为n ＝E ·S ΔE ＝60 J/cm 2×50×10－2cm 20.1 J＝300(列). 【答案】 (1)3.0×10－3 m (2)300列12.如图4­6­12所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD 为半径为R 的四分之一的圆周，圆心为O ，光线从AB 面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC 面上的O 点.图4­6­12(1)画出光线由AB 面进入棱镜且从CD 弧面射出的光路图；(2)求该棱镜的折射率n ；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v (已知光在空气中的传播速度c ＝3.0×108m/s).【解析】 (1)光路图如图所示.(2)光线在BC 面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C ，sin C ＝1n ，cos C ＝n 2－1n. 光线在AB 界面上发生折射，折射角θ2＝90°－C ，由几何关系得sin θ2＝cos C ，由折射定律得n ＝sin θ1sin θ2，由以上几式联立解得n ＝62. (3)光速v ＝cn ＝6×108m/s.6 2(3)6×108 m/s【答案】(1)见解析图(2)。

物理沪科版选修3—4第4章光的波动性单元检测（时间：45分钟满分：100分）一、选择题（每小题6分，共48分，每题至少有一个选项符合题意，多选、错选者不得分，选对但是选不全者得3分）1．关于双缝干涉实验，若用白光作光源照射双缝，以下说法正确的是（）。

A．屏上会出现彩色干涉条纹，因为白光是由波长不同的各种颜色的光组成的B．当把双缝中的一条缝用不透光的板遮住时，屏上将出现宽度不同、中间是白色条纹的彩色衍射条纹C．将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上有亮光，但一定不是干涉条纹D．将两个缝分别用黄色滤光片和蓝色滤光片遮住时，屏上无亮光2．一束复色光以入射角i从玻璃界面MN射向空气时分成a、b、c三束光，如图所示，则（）。

A．在玻璃中a光速度最大B．用同一装置做光的双缝干涉实验时，c光相邻的干涉条纹间距最大C．发生全反射时b光的临界角比a光大D．若逐渐增大入射角i，c光将首先返回玻璃中3．将波长为λ的单色光从空气垂直入射到折射率为n的透明介质膜上，要使透射光得到加强，薄膜的厚度最少应为（）。

A．λ/4n B．λ/2n C．λ/4 D．λ/24．甲乙两种单色光均垂直射到一条直光纤的竖直端面上，甲光穿过光纤的时间比乙光的时间短，则（）。

A．光纤对甲光的折射率较大B．甲光的频率比乙光大C．用它们分别做为同一双缝干涉装置的光源时，甲光相邻的干涉条纹间距较大D．甲光比乙光更容易发生全反射5．一束白光从顶角为θ的三棱镜的一侧，以较大的入射角θ1射入棱镜，经棱镜折射在光屏P上可得到彩色光带，如图所示。

入射角θ1逐渐减小到零的过程中，屏上彩色光带的变化情况可能是（）。

A．各色光同时消失B．部分色光消失C．红光最先消失D．紫光最先消失6．如图所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P，一光束SA总是射向圆心O，在光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在P上先看到七色光带，然后各色光陆续消失，则此七色光带从下到上的排列顺序以及最早消失的光是（）。

4.6激光1．在做双缝干涉实验时，常用激光光源，这主要是应用激光的（）A．相干性好B．反射性好 C．亮度高的特性D．平行性好2．下列光现象中应用了光的偏振现象的是（）A．全息照相B．立体电影C．医用纤维式内窥镜D．增透膜3．关于物理原理在技术上的应用，下列说法中正确的是（）A．激光全息照相是利用了激光强度高的特性B．3D电影是利用了光的干涉特性C．摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性D．光导纤维传递信息是利用了光的全反射4．关于激光的应用，下列说法正确的是A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜5．关于光和波的相关知识及其应用，乾安七中高二某班学生提出以下四种观点，其中正确的是（）A．全息照相利用了激光方向性好的特点B．激光能像无线电波那样用来传递信息C．声波和光波均为横波D．同一声波在不同介质中传播速度不同，同一光波在不同介质中传播速度相同6．光纤是在日常生活中广泛应用的技术．我们将激光信号通入光纤中，通过全反射传递信息．激光相比于普通光最大的优势在于它的相干性好，因此我们可以进行调制．关于激光和光导纤维的说法正确的是（）A．光导纤维内芯折射率小于外层折射率B．一束光导纤维同时刻只能传输某一个频率的光信号C．使用普通的自然光也可以进行调制D．调制激光信号就是按照要求改变激光的频率、振幅、相位和偏振7．拍摄全息照片时，常用激光做光源，这主要是应用激光的什么特性( )A．亮度高B．平行性好C．单色性好D．相干性好8．下列选项与多普勒效应有关的是( )A．科学家用激光测量月球与地球间的距离B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆进行的速度9．下列说法正确的是________A．波源沿直线匀速靠近一静止接收者，则接收者接收到波信号的频率会比波源频率高B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度C．光的衍射现象是光波相互叠加的结果D．露珠呈现的彩色是光的反射现象E.全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性10．关于激光与自然光，下列说法正确的是（）A．激光是只含一种频率的光，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都是横波D．相干性好是激光的一个特点11．下列说法正确的是_____________。

4.6 全反射与光导纤维4.7 激光[先填空]1.光疏介质和光密介质(1)概念：两种介质比较，折射率小的介质叫做光疏介质，折射率大的介质叫做光密介质.(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小. 2.全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象.(2)临界角：刚好发生全反射(即折射角等于90°)时的入射角.用字母C 表示. (3)临界角与折射率的关系：光由介质射入空气(真空)时，sin C ＝1n.[再判断]1.密度大的介质就是光密介质.(×)2.两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质.(√)3.光密介质和光疏介质具有绝对性.(×) [后思考]1.只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质？【提示】 不能.光密介质、光疏介质是对确定的两种介质相比较折射率而确定的，只有一种介质是无法比较折射率的，从而无法确定它是光疏介质还是光密介质.2.为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？【提示】 水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮.[核心点击]1.对光疏介质和光密介质的理解光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义.例如：水晶(n ＝1.55)对玻璃(n ＝1.5)是光密介质，而对金刚石(n ＝2.42)来说，就是光疏介质.同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，不是绝对的.光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小.例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质.由v ＝cn可知：光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小. 光在两种介质中传播时，由折射定律可知：n 1sin θ1＝n 2sin θ2，n 1v 1＝n 2v 2，由此可知：当光从光密介质传播到光疏介质时，折射角大于入射角；当光从光疏介质传播到光密介质时，折射角小于入射角.光在光疏介质中传播的速度大于光在光密介质中传播的速度.2.对全反射的理解(1)全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解.当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射.(2)全反射遵循的规律：光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行.1.下列选项所示光线由空气透过半圆形玻璃砖，再射入空气的光路图中，正确的是(玻璃的折射率为1.5)( )【解析】【答案】 BDE2.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是( )A.从玻璃射入水晶B.从水射入二硫化碳C.从玻璃射入水中D.从水晶射入水E.从玻璃射入二硫化碳【解析】 发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故A 、C 、D 正确.【答案】 ACD3.为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB 面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC 面射出，如图4­6­1所示，该材料的折射率是多少？图4­6­1【解析】 如图所示，根据折射定律：n ＝sin 60°sin r① 由题意可知sin C ＝1n② 而C ＝90°－r③由②③得cos r ＝1n④而cos r ＝1－sin 2r 代入④得1－sin 2r ＝1n⑤联立①和⑤解得n ＝72. 【答案】72全反射定律的应用技巧1.首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可.2.分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键.3.当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性.4.认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证.[先填空] 1.全反射棱镜顶角是直角的等腰三棱镜叫做全反射棱镜，沿棱镜的任何一面垂直射入棱镜的光都将发生全反射.2.光导纤维 (1)构造和原理光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径从几微米到几十微米之间，由内芯和外层透明介质两层组成.内芯的折射率比外套的折射率大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射.(2)应用：光导纤维可应用于医学上的内窥镜和光纤通信. [再判断]1.光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射.(×)2.全反射棱镜和平面镜都是根据全反射原理.(×)3.光纤通信的主要优点是容量大.(√) [后思考]微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质构成？【提示】光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象.[核心点击]1.全反射棱镜(1)用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜，其临界角约为42°.(2)改变光的传播方向：①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时，光在截面的斜边上发生全反射，光射出棱镜时，传播方向改变了90°.②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上各发生一次全反射，使光的传播方向改变了180°.(3)全反射棱镜特点：①与平面镜相比，全反射棱镜反射率高，几乎可达100%.②反射面不必涂任何反光物质，反射失真小.③克服了平面镜成多个像的问题.2.光导纤维(1)构造：光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成，如图4­6­2所示.图4­6­2实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，外层包上折射率比它小的材料，再把若干根光纤集成一束，制成光缆，进一步提高了光纤的强度.(2)原理：全反射是光导纤维的基本工作原理.光在光纤内传播时，由光密介质入射到光疏介质，若入射角i≥C(临界角)，光就会在光纤内不断发生全反射.(3)应用：光纤通信是光导纤维的一个重要应用.载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤一端输入，就可以传到千里之外的另一端，实现光纤通信.4.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图4­6­3所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射玻璃棱镜.在框内画出两个棱镜的放置方式并作出光路图.图4­6­3【答案】5.华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”.光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图4­6­4所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射.图4­6­4【解析】 光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射. 【答案】 大 外套6.如图4­6­5所示，一根长为L 的直光导纤维，它的折射率为n .光从它的一个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为c )图4­6­5【解析】 该题考查光导纤维的全反射及光速问题.由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为C ＝arcsin 1n .光在光导纤维中传播的路程为d ＝L sin C＝nL ，光在光导纤维中传播的速度为v ＝c n ，所需的最长时间为t max ＝nL c n＝n 2Lc.【答案】 n 2Lc对光导纤维折射率的要求设光导纤维的折射率为n ，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全发射，如图4­6­6所示，则有：sin C ＝1n ，n ＝sin θ1sin θ2，C ＋θ2＝90°，由以上各式可得：图4­6­6sin θ1＝n 2－1.由图4­6­6可知：(1)当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角θ减小.(2)当θ1＝90°时，若θ＝C ，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即有n ＝2，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率.(3)由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比2大些.[先填空]1.激光的特点及应用(1)与普通照相技术的比较普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息.(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的干涉原理.[再判断]1.激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点.(√)2.激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好.(×)3.全息照相技术只能记录光波的强弱信息.(×)[后思考]利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？【提示】应用了“平行度”非常好的性质.[核心点击]1.激光的相干性好所谓相干性好，是指容易产生干涉现象.普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件.所以，现在我们做双缝干涉实验时，无需在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹.利用相干光易于调制的特点，传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量，而光纤通信就必须借助激光技术才能发展.2.激光的平行度非常好与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距.现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.3.激光的亮度非常高它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量.如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温.不能直接照射眼睛，否则会伤害眼睛.4.激光单色性很好激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的.7.关于激光的应用，下列说法中正确的是( )A.光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递B.计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点E.激光打孔是应用了激光相干性好的特点【解析】光纤通信主要利用激光的相干性好的特点，选项A正确；计算机内的“磁头”可读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好的特点，选项B正确；医疗中用激光作“光刀”和工业上用激光打孔都是利用了激光的亮度高的特点，选项C正确，E错误；激光测距利用的是激光的平行度好的特点，选项D错误.【答案】ABC8.准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗.用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦.关于这个治疗，以下说法中正确的是( )A.近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体B.激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削E.激光治疗近视眼手术是利用激光的相干性好【解析】激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果.人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体.当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼，A对；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，B对、E错；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上，C错、D对.【答案】ABD9.激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被拍摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性.若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分.照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片就像一个观察物体的窗口.激光全息照相利用了激光________的性质.【解析】全息照相利用激光的频率单一、相干性好的特点，使参考光和物光有很高的相干性，拍摄立体照片.【答案】相干性好激光的特点及其应用。

选修34第四章光的波动性4.6激光测试题 2019.91,一列横波沿x轴传播，如图所示，t 1时刻的波形图为实线，t 2时刻的波形图为虚线，已知t 2 = t 1+0.125s，振动周期为0.5s，则波的传播方向和传播距离是 ( )A．沿x轴正方向，9m B．沿x轴负方向，3mC．沿x轴正方向，3m D．沿x轴负方向，9m2,如图1所示为一列简谐横波在t=2s时的波形图，图2是这列波中P质点的振动图像。

那么，该波的传播速度和传播方向是( )A．v=25cm/s，向左传播 B．v =50cm/s，向左传播C．v =25cm/s，向右传播 D．v =50cm/s，向右传播3,一列沿水平方向传播的简谐横波，某一时刻的波形图像如图所示，此时图中质点P位于平衡位置下方，速度大小为v，经过0.2s质点P的速度大小和方向第一次跟v相同，再经过1.0s，质点P的速度大小和方向第二次跟v相同，则有 ( )A．波沿ox轴负向传播，波速为7.5m/sB．波沿x轴正向传播,波速为5m/sC．经过0.1s,离P点水平距离为3m的质点都达到平衡位置D．经过0.5s,离P点水平距离为3m的质点都达到平衡位置4,一位学生在教室里朗读课文，一位在楼道里走动的人虽不见读书人，却听到了读书声，这是因为( )A．教室的墙壁能传播声波B．教室的墙壁能反射声波C．发生了声波的衍射现象D．发生了声波的干涉现象5,当两列频率相同的波发生干涉时，若两列波的波峰在某质点P相遇，则有 ( )A．质点P的振动始终加强，P点的振幅最大B．质点P的振动始终加强，P的位移始终最大C．质点P的振动有时加强，有时为零，振幅随时间周期性变化D．质点P的振动的频率为波的频率的2倍6,如图所示，甲乙两简谐横波(图中各画了一个波长)，在同一条绳上传播时某时刻的图线，则下列说法中正确的是( )A．这两列波不可能发生干涉现象B．波甲的速度v1比波乙的速度v2大C．波甲的速度v1比波乙的速度v2小D．波甲的速度v1与波乙的速度v2一样大7,激光可以用来进行精确的测距，对准目标发出一个极短的激光脉冲，测量从发射脉冲到收到回波的时间间隔，就可以求出目标的距离。