新教材2024年高中物理章末綜合測評4光及其應用粵教版選擇性必修第一冊

章末綜合測評(四)光及其應用1．某同學運用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫，進行光的衍射試驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是()ABCDB[單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，衍射條紋也是水平的，故B正確．]2．如圖所示，讓太陽光通過M上的小孔S后照耀到M右方的一偏振片P上，P的右側再放一光屏Q，現(xiàn)使P圍著平行于光傳播方向的軸勻速轉動一周，則關于光屏Q上光的亮度變更狀況，下列說法中正確的是()A．只有當偏振片轉到某一適當位置時間屏被照亮，其他位置時間屏上無亮光B．光屏上亮、暗交替變更C．光屏上亮度不變D．光屏上只有一條亮線隨偏振片轉動而轉動C[旋轉P，自然光通過偏振片P后，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動，太陽光是自然光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同．所以光屏上總是有沿著某個特定的方向振動的偏振光，光屏上亮度不變．]3．(多選)有關光的應用，下列說法正確的是()A．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加一個偏振片以增加透射光的強度B．光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象C．用三棱鏡視察白光看到的彩色圖樣是光的折射形成的色散現(xiàn)象D．在光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理BCD[拍攝玻璃櫥窗內的物品時，在鏡頭前加一個偏振片減弱反射光的強度，故A錯誤；增透膜是利用薄膜干涉，故B正確；用三棱鏡視察白光，由于三棱鏡對不同色光的折射率不同，進出三棱鏡的偏折角度不同，出現(xiàn)了不同色光的色散，故C正確；光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射原理，故D正確．]4．酷熱的夏天，在平坦的柏油馬路上，你會看到在肯定距離之外，地面顯得特別光明，仿佛是一片水面，好像還能看到遠處車、人的倒影．但當你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退．對此現(xiàn)象正確的說明是()A．出現(xiàn)的是“空中樓閣”，是由光的折射造成的B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺C．太陽輻射到地面，使地表溫度上升，折射率大，發(fā)生全反射D．太陽輻射到地面，使地表溫度上升，折射率小，發(fā)生全反射D[在太陽光照耀下，地表溫度上升，地面旁邊空氣的折射率變小，光發(fā)生全反射，D正確．]5．如圖所示，一條光線通過一個在水中的球形空氣泡，下列哪一條表示出射光線的路徑()A．光線1 B．光線2C．光線3 D．光線4A[光先從水進入空氣泡中，由折射定律可知折射角應大于入射角；然后又從空氣射入水中，折射角應小于入射角．綜上所述，只有光線1符合要求，故A正確．]6．如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為eq\r(2)，則這束光進入棱鏡后的光路圖應為()ABCDD[光線垂直AB面射入，在到達AC面上時入射角i＝60°，因光線的臨界角C滿意sinC＝eq\f(1,n)，C＝45°，i＞C，所以光線在AC面發(fā)生全反射；光線到達BC面上的入射角i′＝30°，由于i＜C，所以有部分光線從BC面射出，還有部分光線經(jīng)BC面反射到AC面上，此時入射角等于零度，光線垂直于AC面射出，故D正確．]7．如圖所示，有玻璃三棱鏡ABC，頂角A為30°，一束光線a垂直于AB射入棱鏡，由AC射出進入空氣，測得出射光線與入射光線間夾角為30°，則棱鏡的折射率為()A．eq\f(1,2)B．eq\f(\r(2),2)C．eq\r(3)D．eq\f(\r(3),3)C[由題意可知，光線從玻璃射向空氣中時，入射角為θ1＝30°，折射角為θ2＝60°，則玻璃的折射率n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(3).故選C.]8．(1)某同學用圖甲所示的裝置做“用雙縫干涉測量光的波長”的試驗，他采納了藍色燈作為光源，在測量頭目鏡中視察到如圖乙所示的藍色條紋．在不變更其他試驗條件的狀況下，視察到目鏡中的條紋如圖丙所示，則可能的緣由是________．甲乙丙A．單縫寬度變小了B．雙縫間距變小了C．光源與單縫間的距離變大了D．光源的發(fā)光強度變大了(2)干涉條紋除了可以通過雙縫干涉視察到外，把一個凸透鏡壓在一塊平面玻璃上(圖甲)，讓單色光從上方射入(示意圖如圖乙，其中R為凸透鏡的半徑)，從上往下看凸透鏡，也可以視察到由干涉造成圖丙所示的環(huán)狀條紋，這些條紋叫作牛頓環(huán)．假如改用波長更長的單色光照耀，視察到的圓環(huán)半徑將________；假如換一個半徑更大的凸透鏡，視察到的圓環(huán)半徑將________．(均選填“變大”“變小”或“不變”)甲乙丙(3)采納波長為690nm的紅色激光作為單色入射光，牛頓環(huán)的兩條相鄰亮條紋位置所對應的空氣膜的厚度差約為________．A．345nm B．690nmC．幾微米 D．幾毫米[解析](1)依據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，當雙縫間距d減小時，條紋間距增大，故B正確，A、C、D錯誤．(2)當光程差為波長的整數(shù)倍時是亮條紋，當光程差為半個波長的奇數(shù)倍時是暗條紋；用波長變長的光照耀，則出現(xiàn)亮條紋的這一厚度遠離中心，則圓環(huán)的半徑變大；換一個表面曲率半徑更大的凸透鏡，出現(xiàn)亮條紋的這一厚度偏移中心，知圓環(huán)的半徑變大．(3)由題意知相鄰亮條紋對應的空氣層的厚度差為半個波長，故為345nm，故A正確，B、C、D錯誤．[答案](1)B(2)變大變大(3)A9．在雙縫干涉試驗中，屏上一點P到雙縫的距離之差為1.5×10－6m．若用頻率為5.0×1014Hz的單色光照耀雙縫，該點出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋？從屏中心算起這是第幾條什么條紋？[解析]該單色光的波長λ＝eq\f(c,f)＝eq\f(3×108,5×1014)m＝6×10－7m，P點到雙縫的距離差與波長的大小關系為1.5×10－6m＝2.5λ，即距離差為半波長的奇數(shù)倍，P點處是暗條紋．令2.5λ＝(2k－1)eq\f(λ,2)(k＝1，2，3，…)，得k＝3，這是第3條暗條紋．[答案]暗條紋第3條暗條紋10．橫截面為矩形的玻璃棒被彎成如圖所示的形態(tài)，一束平行光垂直地射入水平表面A上，要使通過表面A射入的光全部從表面B射出，比值eq\f(R,d)最小是多少？(玻璃的折射率n＝1.5)[解析]如圖所示的光路中，從玻璃棒的A端面入射的光線，可分為左、中、右，其中最右邊的一條光線，最難發(fā)生全反射，設其入射角為∠1，只有當∠1≥arcsineq\f(1,n)時，才發(fā)生全反射，依據(jù)幾何關系知sin∠1＝eq\f(R,R＋d).依題意有eq\f(R,R＋d)≥eq\f(1,n).將n＝1.5代入上式，解得eq\f(R,d)≥2.[答案]211．(多選)小明同學在假期旅游期間學習攝影，他發(fā)覺照相機鏡頭呈現(xiàn)淡紫色．如圖所示是他拍攝的兩張照片：甲圖的湖泊遠景照中，能看到遠處山峰的清晰倒影，看不到水面下景物：乙圖的湖水近景照中，能清晰看到魚、石頭等水下景物，則()甲乙A．鏡頭呈現(xiàn)淡紫色是鏡頭表面所鍍膜使光發(fā)生干涉的結果B．甲圖山峰倒影特別清晰是因為來自山峰的光在水面發(fā)生了全反射C．乙圖水下景物的光射到水面時因入射角較小致反射光強而折射光弱D．拍攝乙圖時若安裝透振方向與水面反射光偏振方向垂直的偏振片將更清晰AD[照相機鏡頭鍍了多層的增透膜，增加了可見光的透過性，由于高頻的藍光和紫光等并不能完全地干涉抵消，因此鏡頭呈現(xiàn)淡紫色，故A正確；甲圖中的倒影是因為來自山峰的光通過水面反射進入鏡頭而引起的，而全反射在光線由光密介質射入光疏介質才會發(fā)生，故B錯誤；當光從光密介質入射到光疏介質時，只有當入射角增大才會使反射光增加而折射光減弱，故C錯誤；拍攝乙圖時，來自水下魚的光通過水面的折射再進入鏡頭，為了使照片更清晰，可以利用偏振片來削減在水面發(fā)生反射而進入鏡頭的光，故D正確．]12．(多選)如圖所示的雙縫干涉試驗，用綠光照耀單縫S時，在光屏P上視察到干涉條紋．要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A．減小S1與S2的間距B．減小雙縫屏到光屏的距離C．將綠光換為紅光D．將整個裝置放在水中AC[依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫間的距離，即d變小，則干涉條紋間距減大，故A正確；依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，減小雙縫到屏的距離，即l減小，干涉條紋間距減小，故B錯誤；依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，將綠光換為紅光，波長變長，則干涉條紋間距變大，故C正確；因為v＝eq\f(c,n)，λ＝eq\f(c,f)，則光進入水中的波長λ′＝eq\f(v,f)＝eq\f(c,nf)＝eq\f(λ,n).光進入水中波長變短，依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，波長變短，則干涉條紋間距變小，故D錯誤．]13．(多選)如圖所示，一束色光從長方體玻璃磚上表面射入玻璃，穿過玻璃后從側面射出，變?yōu)閍、b兩束單色光，則以下說法正確的是()A．玻璃對a光的折射率較大B．在玻璃中b光的波長比a光短C．在玻璃中b光傳播速度比a光大D．減小入射角i，a、b光線有可能消逝BD[由題圖可知折射率na<nb，則fa＜fb，又由n＝eq\f(c,v)得，va＞vb，綜上得λb＜λa，故A、C錯誤，B正確；減小入射角i，由幾何關系可知在玻璃內的入射角變大，可能發(fā)生全反射．a(chǎn)、b都可能消逝，D正確．]14．(多選)如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束紅光從空氣中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點．圖中O點為A、B連線與分界面的交點，下列說法正確的是()A．O1點在O點的右側B．紅光從空氣中射入水中時，速度變小C．若沿AO方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點D．若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，則紅光在界面處有可能發(fā)生全反射BD[當光由空氣射入水中時入射角大于折射角，畫出大致光路圖如圖所示，可見O1點在O點的左側，故A錯誤；紅光在真空中速度最大，當紅光從空氣中射入水中時，速度變小，故B正確；若沿AO方向射向水中的是一束紫光，水對紫光的折射率大于對紅光的折射率，依據(jù)折射定律可知，紫光的偏折程度大于紅光的偏折程度，所以折射光線有可能通過B點正下方的C點，故C錯誤；若紅光從水中的B點沿BO方向射向界面，入射角可能大于臨界角，紅光在界面處有可能發(fā)生全反射，故D正確．]15．(多選)如圖所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線．則()A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B．在真空中，a光的波長小于b光的波長C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D．若變更光束的入射方向使θ角漸漸變大，則折射光線a首先消逝ABD[通過光路圖可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，故C錯誤；a光的頻率大于b光的頻率，波長小于b光的波長，故B正確；由n＝eq\f(c,v)知，在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度，故A正確；入射角增大時，折射率大的光線首先發(fā)生全反射，a光首先消逝，故D正確．]16．在“測定玻璃的折射率”的試驗中，(1)小朱同學在試驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的試驗器材，他認為除了缺刻度尺還少了一種器材，請你寫出所缺器材的名稱：________，老師將器材配齊后，他進行試驗，圖乙是他在操作過程中的一個狀態(tài)，請你指出第四枚大頭針應在圖乙中的位置________(選填“A”“B”或“C”).甲乙丙(2)小紅利用方格坐標紙測定玻璃的折射率，如圖丙所示，AO是畫在紙上的直線，她在直線AO適當位置豎直插上P1、P2兩枚大頭針，放上半圓形玻璃磚，使其圓心與O重合，然后插上P3、P4兩枚大頭針，以確定折射光線．其中她確定P3大頭針位置的方法應當是________．操作完成后，她用圓規(guī)作了一個以O為圓心、半徑與玻璃磚半徑相同的半圓(如圖丙中虛線所示)，則她測出玻璃的折射率n＝________.[解析](1)在試驗桌上看到方木板上有一張白紙，白紙上有如圖甲所示的試驗器材，還缺少刻度尺、大頭針；依據(jù)光的折射定律，及玻璃磚上下表面平行，那么出射光線與入射光線相互平行，因此第四枚大頭針應在圖乙中的位置B處，如圖所示．(2)透過玻璃磚看，P3大頭針攔住P1、P2兩枚大頭針的像；如圖，作出法線，過圓與入射光線與折射光線的交點作法線的垂線CA和DB，由數(shù)學學問得：入射角和折射角的正弦值分別為sini＝eq\f(CA,CO)，sinr＝eq\f(BD,DO).其中CO＝DO，則折射率n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(BD,CA)＝eq\f(6,4)＝1.5.[答案](1)大頭針B(2)攔住P1、P2的像1.517．2024年9月23日“光纖之父”華裔科學家高琨逝世，他一生最大的貢獻是探討玻璃纖維通訊．光纖在轉彎的地方不能彎曲太大，如圖模擬光纖通信，將直徑為d的圓柱形玻璃棒彎成eq\f(3,4)圓環(huán)，已知玻璃的折射率為eq\r(2)，光在真空中的速度為c，要使從A端垂直入射的光線能全部從B端射出．求：(1)圓環(huán)內徑R的最小值；(2)在(1)的狀況下，從A端最下方入射的光線，到達B端所用的時間．[解析](1)從A端最下方入射的光線發(fā)生全反射時其他光線都能發(fā)生全反射，依據(jù)幾何關系得sinθ＝eq\f(R,R＋d)設全反射臨界角為C，則要使A端垂直入射的光線全部從B端射出，必需有θ≥C依據(jù)臨界角公式有sinC＝eq\f(1,n)因此有sinθ≥sinC即有eq\f(R,R＋d)≥eq\f(1,n)；解得R≥eq\f(d,n－1)＝eq\f(d,\r(2)－1)，所以R的最小值為eq\f(d,\r(2)－1).(2)在(1)的狀況下，θ＝45°，R＝eq\f(d,\r(2)－1).如圖所示．光在光纖內傳播的總路程為s＝6R＝eq\f(6d,\r(2)－1)光在光纖內傳播速度為v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c所以所求時間為t＝eq\f(s,v)＝eq\f(6\r(2)d,（\r(2)－1）c).[答案](1)eq\f(d,\r(2)－1)(2)eq\f(6\r(2)d,（\r(2)－1）c)18．(2024·山東卷)超強超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學獎，其中用到的一種脈沖激光展