高中物理 第十三章 檢測發(fā)現(xiàn)闖關(guān) 新人教版選修3-4

【創(chuàng)新方案】高中物理第十三章檢測發(fā)現(xiàn)闖關(guān)新人教版選修3-4(時間60分鐘，滿分100分)一、選擇題(本大題共7個小題，每小題6分，共42分。在四個選項(xiàng)中，至少有一個選項(xiàng)符合題目要求，全部選對的得6分，選不全的得3分，有錯選或不選的得0分)1．某同學(xué)使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進(jìn)行光的衍射實(shí)驗(yàn)，如圖1所示，則他在光屏上看到的條紋是()圖1圖2解析：單縫衍射條紋中間寬，兩側(cè)越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B對。答案：B2．激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為λ，c表示光在真空中的速度，下列說法中正確的是()A．該光在真空中的波長為nλB．該光在真空中的波長為λ/nC．該光的頻率為c/λD．該光的頻率為c/(nλ)解析：注意光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，頻率不會發(fā)生變化，對激光也是一樣，由于速度變化的原因，波長會相應(yīng)變化，對同一頻率的光它在真空中的波長應(yīng)大于在介質(zhì)中的波長。答案：AD3．下列關(guān)于光的現(xiàn)象的說法中正確的是()A．用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，紫光的亮條紋偏離中央的距離最大B．白光單縫衍射時，偏離中央亮條紋遠(yuǎn)的是紅光C．白光經(jīng)三棱鏡折射發(fā)生色散，紅光偏向角最大D．涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭看上去呈淡紫色，說明增透膜增強(qiáng)了對淡紫色的透射解析：白光中紫光的波長最短，根據(jù)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)知，明(暗)條紋間距Δx與波長λ成正比，由此可知紫光的亮條紋間距最小，因而其亮條紋偏離中央亮條紋的距離最小。紅光波長最長，其偏離中央亮條紋最遠(yuǎn)。白光經(jīng)三棱鏡色散，因?yàn)樽瞎庹凵渎首畲?，所以紫光的偏向角最大。涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭呈淡紫色，是因?yàn)楸∧じ缮媸拱坠庵械木G光透射多，而紅光和紫光反射較多。故選項(xiàng)B正確。答案：B4．(·重慶高考)在一次討論中，老師問道：“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點(diǎn)光源，有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現(xiàn)，b在水下的像最深，c照亮水面的面積比a的大。關(guān)于這三種光在水中的性質(zhì)，同學(xué)們能做出什么判斷？”有同學(xué)回答如下：①c光的頻率最大②a光的傳播速度最?、踒光的折射率最大④a光的波長比b光的短根據(jù)老師的假定，以上回答正確的是()A．①② B．①③C．②④ D．③④解析：折射率越大，在水中的像看起來就越淺，b在水下的像最深，說明b光的折射率最??；c照亮水面的面積比a的大，說明c光的臨界角大于a光的臨界角，則c光的折射率小于a光的折射率，這樣就能判斷出三種光的折射率大小關(guān)系是na＞nc＞nb，由此可知，a光的頻率最高，波長最短，b光的頻率最低，波長最長，故選項(xiàng)C正確。答案：C5．雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，綠光通過單縫S后，投射到具有雙縫的擋板上，雙縫S1和S2與單縫S的距離相等，光通過雙縫后在與雙縫平行的屏上形成干涉條紋。屏上O點(diǎn)到兩縫的距離相等，P點(diǎn)是距O點(diǎn)最近的第一條亮條紋。已知紅光、綠光和藍(lán)光三種色光比較，紅光的波長最長，藍(lán)光的波長最短，那么如果將入射的單色光換成紅光或藍(lán)光，討論屏上O點(diǎn)及其上方的干涉條紋的情況，下列敘述正確的是()圖3A．O點(diǎn)是紅光的亮條紋B．紅光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方C．O點(diǎn)不是藍(lán)光的亮條紋D．藍(lán)光的第一條亮條紋在P點(diǎn)的上方解析：因O點(diǎn)到S1、S2的距離相等，Δr＝0，故各種色光在O點(diǎn)均為亮條紋，A正確，C錯誤；藍(lán)光的波長最短，第一條亮條紋離O點(diǎn)最近，應(yīng)在P點(diǎn)下方，而紅光的波長最長，第一次亮條紋離O點(diǎn)最遠(yuǎn)，應(yīng)在P點(diǎn)上方，故B正確，D錯誤。答案：AB6．(·天津高考改編)半圓形玻璃磚橫截面如圖4，AB為直徑，O點(diǎn)為圓心。在該截面內(nèi)有a、b兩束單色可見光從空氣垂直于AB射入玻璃磚，兩入射點(diǎn)到O的距離相等。兩束光在半圓邊界上反射和折射的情況如圖所示，則a、b兩束光() A．在同種均勻介質(zhì)中傳播，a光的傳播速度較大 圖4B．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角大C．b光的頻率比a光的頻率高D．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大解析：a光沒有發(fā)生全反射b光發(fā)生了全反射，說明b光臨界角較小，b光折射率較大，b光頻率高，在同種均勻介質(zhì)中傳播，a光傳播速度較大，A對，C對；以相同入射角從空氣斜射入水中，b光折射率大，b光折射角小，B錯；a、b兩束光分別通過同一雙縫時，由于a光波長較長，a光的相鄰亮條紋間距大，D對。答案：ACD7．(·大綱版全國卷)雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹。設(shè)水滴是球形的，圖5中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內(nèi)，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是()圖5A．紫光、黃光、藍(lán)光和紅光B．紫光、藍(lán)光、黃光和紅光C．紅光、藍(lán)光、黃光和紫光D．紅光、黃光、藍(lán)光和紫光解析：第一次折射時，把水滴看做三棱鏡，向下偏折程度最大的光線一定是紫光，偏折程度最小的是紅光，故第二次折射后，從題圖上可看出紫光是a，紅光是d，所以正確答案是B。答案：B二、非選擇題(本大題共5小題，共58分。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明，方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。)8.(8分)如圖6所示，半球形玻璃磚的平面部分水平，底部中點(diǎn)有一小電珠，利用游標(biāo)卡尺(或直尺)測量出有關(guān)數(shù)據(jù)后，可計算玻璃的折射率。試完成以下實(shí)驗(yàn)步驟： 圖6(1)若S發(fā)光，則在玻璃磚平面上方看到平面中有一圓形亮斑。用游標(biāo)卡尺測出________和________(寫出對應(yīng)字母和其表示的意義)。(2)寫出玻璃折射率的表達(dá)式____________(用上述測量的物理量的字母表示)。解析：(1)圓形亮斑的直徑d1；半圓形玻璃磚的直徑d2。(2)由幾何關(guān)系，得tanC＝eq\f(d1/2,d2/2)＝eq\f(d1,d2)。由全反射知識，得sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\r(\f(d\o\al(2,1)＋d\o\al(2,2),d\o\al(2,1)))。答案：(1)圓形亮斑的直徑d1半圓形玻璃磚的直徑d2(2)n＝eq\r(\f(d\o\al(2,1)＋d\o\al(2,2),d\o\al(2,1)))9．(10分)如圖7所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中心垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出。(1)求該玻璃棒的折射率。(2)若將入射光向N端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時________(填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射。 圖7解析：(1)如圖所示單色光照射到EF弧面上時剛好發(fā)生全反射，由全反射的條件得C＝45°①由折射定律得n＝eq\f(sin90°,sinC)②聯(lián)立①②式得n＝eq\r(2)(2)當(dāng)入射光向N端平移時，入射角變大，即入射角大于臨界角，能發(fā)生全反射。答案：(1)eq\r(2)(2)能10．(12分)(·福建高考)在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示)：圖8(1)下列說法哪一個是錯誤的____________。(填選項(xiàng)前的字母)A．調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時，應(yīng)放上單縫和雙縫B．測量某條干涉亮紋位置時，應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊C．為了減少測量誤差，可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a，求出相鄰兩條亮紋間距Δx＝eq\f(a,n－1)(2)測量某亮紋位置時，手輪上的示數(shù)如圖9所示，其示數(shù)為________mm。解析：(1)在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束直接沿遮光筒軸線把屏照亮，故選項(xiàng)A錯誤；根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作可知選項(xiàng)B、C正確。 圖9(2)讀數(shù)為1.5mm＋47.0×0.01mm＝1.970mm。答案：(1)A(2)1.97011．(14分)如圖10所示，玻璃球的半徑為R，折射率為eq\r(3)，今有一束平行光沿直徑AB方向照射在玻璃球上，則離AB距離為________的入射光線最終射出后沿原方向返回。圖10解析：由光路圖知θ1＝2θ2，eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n由于n＝eq\r(3)，sinθ1＝sin2θ2＝2sinθ2cosθ2。解得cosθ2＝eq\f(\r(3),2)，即θ2＝30°，θ1＝60°由于d＝Rsinθ1，所以d＝eq\f(\r(3),2)R。答案：eq\f(\r(3),2)R12．(14分)(·新課標(biāo)全國卷)一玻璃立方體中心有一點(diǎn)狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜，以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體，已知該玻璃的折射率為eq\r(2)，求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。解析：如圖所示，考慮從玻璃立方體中心O點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射。根據(jù)折射定律有nsinθ＝sinα ①式中，n是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角。現(xiàn)假設(shè)A點(diǎn)是上表面面積最小的不透明薄膜邊緣上的一點(diǎn)，由題意，在A點(diǎn)剛好發(fā)生全反射，故αA＝eq\f(π,2) ②設(shè)線段OA在立方體上表面的投影長為RA，由幾何關(guān)系有sinθA＝eq\f(RA,\r(R\o\al(2,A)＋\f(a,2)2)) ③式中a為玻璃立方體的邊長。由①②③式得RA＝eq\f(a,2\r(n2－1)