高中物理 第13章 光限時檢測試題 新人教版選修3-4

【成才之路】-學(xué)年高中物理第13章光限時檢測試題新人教版選修3-4本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時間90分鐘。第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．(北京西城區(qū)～學(xué)年高二下學(xué)期期末)關(guān)于光的本性，下列描述錯誤的是()A．泊松亮斑說明光具有波動性B．薄膜干涉說明光具有波動性C．單縫衍射說明光具有波動性D．偏振現(xiàn)象說明光是一種縱波答案：D解析：光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是一種波，A、B、C正確；偏振現(xiàn)象說明光是橫波，D錯誤。2．下列說法不正確的是()A．增透膜的厚度應(yīng)為入射光在薄膜中波長的四分之一B．光的色散現(xiàn)象表明了同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，各色光在同一介質(zhì)中的光速也不同C．用單色光做雙縫干涉實驗相鄰條紋之間的距離不相等D．光的衍射為光的波動提供了有力的證據(jù)答案：C解析：增透膜厚度不宜太厚，所以增透膜的厚度應(yīng)為eq\f(λ,4)，使從增透膜前后兩表面反射的光路程差等于eq\f(λ,2)，故選項A正確；光的色散說明同一介質(zhì)對不同色光的折射率不同，折射后偏折角不同，才分散開形成彩色光帶，故選項B正確；單色光雙縫干涉條紋的距離相同，故選項C錯誤；干涉、衍射是波具有的特性，故選項D正確。所以說法不正確的是C選項。3．(福州八縣一中～學(xué)年高二下學(xué)期期末聯(lián)考)對于以下光學(xué)現(xiàn)象或運用，說法錯誤的是()A．自行車尾燈的內(nèi)部構(gòu)造實質(zhì)是一列豎直排布的緊密的全反射三棱鏡B．海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實物的上方，又稱上現(xiàn)蜃景C．夏天雨后的天空出現(xiàn)美麗的彩虹，是光的色散現(xiàn)象D．光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯一般由折射率較大的玻璃纖維制成答案：B解析：海市蜃樓呈正立的虛像，B錯誤；根據(jù)光的傳播特征可判A、C、D正確。4.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的實驗裝置，P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈，S是一點燃的酒精燈，往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上觀察到的干涉圖象應(yīng)是圖中的()答案：D解析：鐵絲圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平線上厚度基本一致，如果某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強，那么這一水平線上同一厚度處光波會加強，所以干涉條紋應(yīng)是基本水平的。5．太陽光的可見光部分照射到地面上，通過一定裝置可觀察太陽光譜，如圖所示是一簡易裝置。一加滿清水的碗放在有陽光的地方，將平面鏡M斜放入水中，調(diào)整其傾斜角度，使太陽光經(jīng)水面折射再經(jīng)水中平面鏡反射，最后由水面折射回空氣射到室內(nèi)白墻上即可觀察到太陽光譜的七色光帶。逐漸增大平面鏡傾斜程度，各色光陸續(xù)消失，則此七色光帶從上到下的排列順序以及最先消失的光是()A．紅光→紫光紅光 B．紫光→紅光紅光C．紅光→紫光紫光D．紫光→紅光紫光答案：C解析：如題圖所示，紅光的折射率小，偏折程度小，所以在墻面上應(yīng)在上方；增大平面鏡的傾斜程度時，入射到水面上的入射角增大，又由于紫光的臨界角小，所以首先達(dá)到紫光的臨界角，故紫光先消失，C正確。6.如圖所示，在水面下同一深度并排緊挨著放置分別能發(fā)出紅光、黃光、藍(lán)光和紫光的四個燈泡，一人站在這四盞燈正上方離水面有一定距離處觀察，他感覺離水面最近的那盞燈發(fā)出的光是()A．紅光 B．黃光C．藍(lán)光 D．紫光答案：D解析：從空氣中觀察燈泡時，燈泡P發(fā)出的光經(jīng)水面折射后進入觀察者的眼睛，折射光線的延長線交于P′點，P′就是燈P的虛像，P′的位置比實際位置P離水面的距離要近些，如圖所示。當(dāng)入射角β較小時，P′的位置在P的正上方，有：sinα＝eq\f(d,\r(h2＋d2))，sinβ＝eq\f(d,\r(H2＋d2))，n＝eq\r(\f(H2＋d2,h2＋d2))豎直向下看時，d接近于零，故n＝eq\f(H,h)，即：h＝eq\f(1,n)H因紫光的折射率最大，故紫光的視深最小。7．(河北衡水中學(xué)～學(xué)年高二下學(xué)期一調(diào))如圖所示，水下光源S向水面A點發(fā)射一束光線，折射光線分成a、b兩束，則()A．若保持入射點A位置不變，將入射光線順時針旋轉(zhuǎn)，則從水面上方觀察，b光先消失B．用同一雙縫干涉實驗裝置做實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距C．a(chǎn)、b兩束光相比較，在真空中的傳播速度a光比b光大D．在水中，b光波長比a光波長大答案：AB解析：由sinC＝eq\f(1,n)，則a光的臨界角較大b光的臨界角較小，故若保持入射點A位置不變，將入射光線順時針旋轉(zhuǎn)，則從水面上方觀察，b光的折射角先達(dá)到90°，發(fā)生全反射，最先消失，故A正確；根據(jù)折射角ra<rb，得頻率fa<fb，波長λa>λb，條紋間距Δx＝eq\f(L,d)λ，則a光的干涉條紋間距大于b光的間距，故B正確D錯誤；真空中所有光的傳播速度是相同的，故C錯誤。8．在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介。光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的。若激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質(zhì)層時會發(fā)生偏折而改變行進的方向，如圖所示。下列說法中正確的是()A．圖中光束①是藍(lán)光②是紅光B．在光盤的透明介質(zhì)層中，光束①比光束②傳播速度更快C．若光束①②先后通過同一單縫衍射裝置，光束①的中央亮紋比光束②的窄D．若光束①②先后通過同一雙縫干涉裝置，光束①的條紋寬度比光束②的寬答案：AC解析：由圖可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1>n2，而n紅<n藍(lán)，選項A正確；由v＝eq\f(c,n)得，選項B錯誤；折射率大的光束波長小，在單縫衍射、雙縫干涉實驗中的條紋寬度要小，選項C對而D錯。9．如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點。已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為邊AB、BC的中點，則()A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點發(fā)生全反射C．光從空氣進入棱鏡，波長變小D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行答案：AC解析：由幾何關(guān)系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(\r(3),2),\f(1,2))＝eq\r(3)，A選項正確；在BC界面上，入射角為30°，臨界角的正弦值為sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)>sin30°，即C>30°，所以在F點，不會發(fā)生全反射，B選項錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率f不變，波速v減小，所以λ＝eq\f(v,f)減小，C選項正確；由上述計算結(jié)果，作出光路圖，可知D選項錯誤。10．(河北衡水中學(xué)～學(xué)年高二下學(xué)期期中)如下圖所示為用a、b兩種單色光分別通過同一雙縫干涉裝置獲得的干涉圖樣?，F(xiàn)讓a、b兩種光組成的復(fù)色光穿過平行玻璃磚或三棱鏡時，光的傳播方向中可能正確的是()答案：AD解析：根據(jù)雙縫干涉相鄰條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光的波長大，則同一介質(zhì)對a光的折射率小，對b光的折射率大。根據(jù)平行玻璃磚的光學(xué)特性可知，出射光線與入射光線平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射時a光應(yīng)在右側(cè)，故A正確；B錯誤；由sinC＝eq\f(1,n)分析可知，a光的臨界角較大，當(dāng)光從棱鏡射入空氣中時，若b不發(fā)生全反射，能射出棱鏡，則a光一定也不發(fā)生全反射，故C錯誤；當(dāng)光從棱鏡射入空氣中時，若a不發(fā)生全反射，能射出棱鏡，b光可能發(fā)生全反射不從棱鏡射出，此圖是可能的，故D正確。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，每小題6分，共18分。把答案直接填在橫線上)11．登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴(yán)重地?fù)p傷視力。有人想利用薄膜干涉的原理設(shè)計一種能大大減小紫外線對眼睛傷害的眼鏡。他選用的薄膜材料的折射率為n＝1.5，所要消除的紫外線的頻率為f＝8.1×1014Hz。(1)他設(shè)計的這種“增反膜”所依據(jù)的原理是__________________________。(2)這種“增反膜”的厚度是______________。(3)請判斷以下有關(guān)薄膜干涉的說法正確的是()A．薄膜干涉說明光具有波動性B．如果薄膜的厚度不同，產(chǎn)生的干涉條紋一定不平行C．干涉條紋一定是彩色的D．利用薄膜干涉也可以“增透”答案：(1)兩反射光疊加后加強(2)1.23×10－7m解析：為了減少進入眼睛的紫外線，應(yīng)使入射光分別從該膜的前后兩個表面反射出來形成的光疊加后加強，則光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)應(yīng)等于光在薄膜中的波長λ′的整數(shù)倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外線在膜中波長的eq\f(1,2)。紫外線在真空中的波長是λ＝c/f＝3.7×10－7m。在膜中的波長是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m。干涉和衍射都證明光具有波動性，如果薄膜厚度均勻變化，則干涉條紋一定平行，白光的干涉為彩色條紋，單色光的干涉則為該色光顏色，當(dāng)膜的厚度為四分之一波長時，兩反射光疊加后減弱則會“增透”。12．(寧波效實中學(xué)～學(xué)年高二下學(xué)期期末)學(xué)校開展研究性學(xué)習(xí)，某研究小組的同學(xué)根據(jù)所學(xué)的光學(xué)知識，設(shè)計了一個測量液體折射率的儀器，如圖所示。在一圓盤上，過其圓心O作兩條互相垂直的直徑BC、EF，在半徑OA上，垂直盤面插下兩枚大頭針P1、P2并保持P1、P2位置不變，每次測量時讓圓盤的下半部分豎直進入液體中，而且總使得與直徑BC相平，EF作為界面的法線，而后在圖中右上方區(qū)域觀察P1、P2的像，并在圓周上插上大頭針P3，使P3正好擋住P1、P2的像，同學(xué)們通過計算，預(yù)先在圓周EC部分刻好了折射率的值，這樣只要根據(jù)P3所插的位置，就可直接讀出液體折射率的值，則：(1)若∠AOF＝30°，OP3與OC的夾角為30°，則P3處所對應(yīng)的折射率的值為________。(2)圖中P3、P4兩位置中________(填“P3”或“P4(3)作AO的延長線交圓周于K，K處所對應(yīng)的折射率值應(yīng)為________。答案：(1)eq\r(3)(2)P4(3)1解析：(1)根據(jù)折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，題中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝eq\f(sin60°,sin30°)≈1.73。(2)圖中P4對應(yīng)的入射角大于P3所對應(yīng)的入射角，所以P4對應(yīng)的折射率大。(3)因A、O、K在一條直線上，入射角等于折射角，所以K處對應(yīng)的折射率為1。13．(資陽市～學(xué)年高二下學(xué)期期末)“利用雙縫干涉測定光的波長”實驗中，雙縫間距d＝0.4mm，雙縫到光屏的距離L＝0.5m，用某種單色光照射雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)也如圖中所示，則：(1)分劃板在圖中A、B位置時游標(biāo)卡尺讀數(shù)xA＝11.1mm，xB＝________mm，相鄰兩條紋間距Δx＝________mm；(2)波長的表達(dá)式λ＝________(用Δx、L、d表示)，該單色光的波長λ＝________m；(3)若改用頻率較高的單色光照射，得到的干涉條紋間距將________(填“變大”、“不變”或“變小”)。答案：(1)15.6,0.75(2)eq\f(d,L)Δx,6.0×10－7(3)變小解析：(1)由游標(biāo)卡尺讀數(shù)規(guī)則讀出xB＝15.6mm，相鄰兩條紋間距Δx＝eq\f(xB－xA,6)＝0.75mm(2)波長表達(dá)式λ＝eq\f(d,L)Δx，將數(shù)據(jù)代入得λ＝6×10－7(3)頻率變大則波長變小，所以Δx將變小。三、論述·計算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)14．(9分)實驗證明讓一束太陽光入射到平靜的水面上，如果入射角合適，其反射光線和折射光線是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率為1.33，求這一入射角為多少？答案：53°解析：設(shè)入射角為θ1，折射角為θ2，反射角為θ′1。由光的反射定律知θ′1＝θ1；由光的折射定律得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，由題給條件知θ1＋θ2＝90°，故有sinθ2＝sin(90°－θ1)＝cosθ1，n＝eq\f(sinθ1,cosθ1)＝tanθ1，θ1＝arctan1.33＝53°。15．(10分)空中有一只小鳥，距水面3m，其正下方距水面4m深處的水中有一條魚。已知水的折射率為4/3。(1)鳥從空中看到水中的魚離它的距離是多少？(2)魚在水中看空中的鳥離它的距離是多少？答案：(1)6m(2)8m解析：(1)首先作出鳥看魚的光路圖，如圖所示。由于是在豎直方向上看，所以入射角很小，即圖中的i和r均很小，故有tani＝sini，tanr＝sinr。由圖可得：h1tanr＝h′tani，h′＝h1tanr/tani＝h1sinr/sini＝eq\f(h1,n)＝4×eq\f(3,4)m＝3m則鳥看水中的魚離它：H1＝(3＋3)m＝6m(2)同理可得魚看鳥時：h″＝nh2＝3×eq\f(4,3)m＝4m則H2＝(4＋4)m＝8m6．(11分)由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。要使射到粗細(xì)均勻的圓形光導(dǎo)纖維一個端面上的激光束都能從另一個端面射出，而不會從側(cè)壁“泄漏”出來，光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多少？答案：n＝eq\r(2)解析：設(shè)激光束在光導(dǎo)纖維前端的入射角為θ1，折射角為θ2，折射光線射向側(cè)面時的入射角為θ3，如圖所示。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)由幾何關(guān)系θ2＋θ3＝90°，則sinθ2＝cosθ3由全反射臨界角公式sinθ3＝eq\f(1,n)故cosθ3＝eq\r(1－\f(1,n2))要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全