2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光測評含解析新人教版選修3-4

PAGE9-第十三章測評(時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共10個小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個選項中,第1~6題只有一項符合題目要求,第7~10題有多項符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯的得0分)1.如圖所示,空氣中有一折射率為2的玻璃柱體,其橫截面是圓心角為90°、半徑為R的扇形OAB。一束平行光平行于橫截面,以45°入射角照耀到OA上,OB不透光。若只考慮首次入射到圓弧AB上的光,則AB上有光透出部分的弧長為()A.16πR B.14πR C.13πR D.解析由折射定律知sin45°sinγ=n=2,解得γ=30°,則折射角為30°。過圓心的光線是臨界光線,此時的折射光線ON和OB的夾角就是折射角,還要考慮到全反射的狀況,如圖所示,射到M點的光線的入射角為臨界角C=45°,則射到AM弧上的光線發(fā)生了全反射,那么有光透出部分的弧對應(yīng)的圓心角為45°,長度為2π答案B2.用綠光做雙縫干涉試驗,在光屏上呈現(xiàn)出明暗相間的綠條紋,相鄰兩條綠條紋間的距離為Δx。下列說法正確的有()A.假如增大單縫到雙縫間的距離,Δx將增大B.假如增大雙縫之間的距離,Δx將增大C.假如增大雙縫到光屏之間的距離,Δx將增大D.假如減小雙縫的每條縫的寬度,而不變更雙縫間的距離,Δx將增大解析依據(jù)條紋間距與波長關(guān)系的公式Δx=ldλ(其中l(wèi)表示雙縫到屏的距離,d表示雙縫之間的距離,λ表示光的波長)推斷,可知Δx答案C3.某種液體的折射率為2,距液面下深h處有一個點光源,從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的直徑為()A.22h B.2h C.2h D.h解析從液面上看到液面被照亮是因為光線從液面射出后進入人的眼睛。如圖所示,設(shè)光線OA在界面上恰好發(fā)生全反射,則sinC=1n=22,所以C=45°。由幾何關(guān)系得r=h,故直徑為答案B4.已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大,則兩種光()A.在該玻璃中傳播時,藍光的速度較大B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中,藍光折射角較大C.從該玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時,紅光臨界角較大D.用同一裝置進行雙縫干涉試驗,藍光的相鄰條紋間距較大答案C5.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3B.光在F點發(fā)生全反射C.光從空氣進入棱鏡,波長變長D.從F點出射的光束與入射到E點的光束平行解析由幾何關(guān)系可推理得入射角θ1=90°-θ=60°,折射角θ2=30°,由n=sinθ1sinθ2=3;由sinC=1n,臨界角C>答案A6.(2024·貴州六校聯(lián)考)如圖所示,實線為空氣和水的分界面,一束藍光從空氣中的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。下列說法錯誤的是()A.O1點在O點的右側(cè)B.藍光從空氣中射入水中時,速度變小C.若沿AO1方向射向水中的是一束紫光,則折射光線有可能通過B點正下方的C點D.若沿AO1方向射向水中的是一束紅光,則折射光線有可能通過B點正上方的D點解析依據(jù)折射定律知,光由空氣斜射入水中時入射角大于折射角,則畫出光路圖如圖所示,知O1點應(yīng)在O點的左側(cè),故A錯;光從光疏介質(zhì)(空氣)進入光密介質(zhì)(水)中時,速度變小,故B對;紫光的折射率大于藍光,所以折射角要小于藍光的,則可能通過B點正下方的C點,故C對;若是紅光,折射率小于藍光,折射角大于藍光的,則可能通過B點正上方的D點,故D對。答案A7.如圖所示,從點光源S發(fā)出的一細束白光以肯定的角度入射到三棱鏡的表面,經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象,在光屏ab間形成一條彩色光帶。在光帶的a、b兩側(cè),下面的說法正確的是()A.a側(cè)是紅色光,b側(cè)是紫色光B.在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C.三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D.在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率解析由題圖可以看出,a側(cè)光偏折得較厲害,三棱鏡對a側(cè)光的折射率較大,所以a側(cè)是紫色光,波長較小,b側(cè)是紅色光,波長較大;又v=cn,所以三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率小于b答案BC8.一束光線穿過介質(zhì)1、2、3時,光路如圖所示,則()A.介質(zhì)1的折射率最大B.介質(zhì)2是光密介質(zhì)C.光在介質(zhì)2中的速度最大D.當(dāng)入射角由45°漸漸增大時,在1、2分界面上可能發(fā)生全反射答案CD9.(2024·湖北重點中學(xué)聯(lián)考)如圖甲,可以用來測定半圓柱形玻璃磚的折射率n,O是圓心,MN是法線。一束單色光線以入射角i=30°由玻璃磚內(nèi)部射向O點,折射角為r,當(dāng)入射角增大到也為r時,恰好無光線從玻璃磚的上表面射出。讓該單色光分別通過寬度不同的單縫a、b后,得到圖乙所示的衍射圖樣(光在真空中的傳播速度為c)。則下列說法正確的是()A.此光在玻璃磚中的全反射臨界角為60°B.玻璃磚的折射率n=2C.此光在玻璃磚中的傳播速度v=22D.單縫b寬度較大解析依據(jù)折射定律有n=sinrsini,由題意知,玻璃磚的全反射臨界角等于r,依據(jù)sinr=1n,結(jié)合i=30°,解得n=2,r=45°,故A錯誤,B正確;光在玻璃磚中的傳播速度為v=cn=22答案BCD10.如圖甲所示,在一塊平板玻璃上放置一凸薄透鏡,在兩者之間形成厚度不勻稱的空氣膜,讓一束單色光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方視察到如圖乙所示的同心內(nèi)疏外密的圓環(huán)狀干涉條紋,稱為牛頓環(huán),以下說法正確的是()A.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的B.干涉現(xiàn)象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是勻稱變更的D.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是勻稱變更的解析薄膜干涉中的“薄膜”指的是兩個玻璃面之間所夾的空氣膜,故選項A是正確的,B是錯誤的。兩列波的路程差滿意肯定的條件:如兩列波的路程差是半波長的偶數(shù)倍,形成明條紋;如兩列波的路程差是半波長的奇數(shù)倍,形成暗條紋;明暗條紋間的距離由薄膜的厚度變更來確定,膜厚度不勻稱,則干涉條紋不等間距,故選項C是正確的。答案AC二、填空題(本題共2個小題,共20分)11.(12分)(1)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點,在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用廣泛,下面關(guān)于激光的敘述正確的是。

A.激光是縱波B.頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長相同C.兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D.利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離(2)如圖甲所示,在楊氏雙縫干涉試驗中,激光的波長為5.30×10-7m,屏上P點距雙縫S1和S2的路程差為7.95×10-7m,則在這里出現(xiàn)的應(yīng)是(選填“明條紋”或“暗條紋”),現(xiàn)改用波長為6.30×10-7m的激光進行上述試驗,保持其他條件不變,則屏上的條紋間距將(選填“變寬”“變窄”或“不變”)。

(3)如圖乙所示,一束激光從O點由空氣射入厚度勻稱的介質(zhì)中,經(jīng)下表面反射后,從上表面的A點射出。已知入射角為i,A與O相距l(xiāng),介質(zhì)的折射率為n,試求介質(zhì)的厚度d=。

解析(1)激光是電磁波的一種,是橫波,故A項錯誤;頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長是不同的,故B項錯誤;產(chǎn)生干涉的條件要求兩列光的頻率要相同,故C項錯誤;測定距離就是利用激光的平行度高的特性,故D項正確。(2)當(dāng)點到兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時,出現(xiàn)暗條紋;Δx=ldλ(3)設(shè)折射角為γ,由折射定律得sinisinγ=n,由幾何關(guān)系可知l=2dtanγ,解得d=答案(1)D(2)暗條紋變寬(3)n212.(8分)如圖所示,畫有直角坐標(biāo)系Oxy的白紙位于水平桌面上。M是放在白紙上的半圓形玻璃磚,其底面的圓心在坐標(biāo)原點,直邊與x軸重合。OA是畫在紙上的直線,P1、P2為豎直地插在直線OA上的兩枚大頭針,P3是豎直地插在紙上的第三枚大頭針,α是直線OA與y軸正方向的夾角,β是直線OP3與y軸負方向的夾角。只要直線OA畫得合適,且P3的位置取得正確,測出角α和β,便可求得玻璃的折射率。某學(xué)生在用上述方法測定玻璃的折射率時,在他畫出的直線OA上豎直地插上了P1、P2兩枚大頭針,但在y<0的區(qū)域內(nèi),不管眼睛放在何處,都無法透過玻璃磚看到P1、P2的像,他應(yīng)實行的措施是。若他已透過玻璃磚看到P1、P2的像,確定P3的位置方法是。若他已正確地測得了α、β的值,則玻璃的折射率n=。

解析無法看到P1、P2的像是由于OA光線的入射角過大發(fā)生全反射的原因,P3能攔住P1、P2的像說明OP3是OA的折射光線。答案另畫一條更靠近y軸正方向的直線OA,把大頭針P1、P2豎直地插在所畫的直線上,直到在y<0區(qū)域內(nèi)透過玻璃磚能看到P1、P2的像插上大頭針P3,使P3剛好能攔住P1、P2的像sin三、計算題(本題共4個小題,共40分)13.(8分)兩個狹縫相距0.3mm,位于離屏50cm處,現(xiàn)用波長為600nm的光照耀雙縫。(1)求兩條相鄰暗條紋間的距離;(2)若將整個裝置放于水中,那么兩條相鄰暗條紋間的距離是多少。水的折射率為43解析本題要求用公式Δx=ldλ(1)Δx=ldλ=50×10-2×600×10-90.(2)λ'=λn=600Δx'=ldλ'=50×10-2×450×1答案(1)1mm(2)0.75mm14.(8分)如圖所示,一根長為L的直光導(dǎo)纖維,它的折射率為n,光從它的一個端面射入,又從另一端面射出所需的最長時間為多少?(設(shè)光在真空中的速度為c)解析由題中的已知條件可知,要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入,然后從它的另一端全部射出,必需使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象。要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)驗的時間最長,就必需使光線的路徑最長,即光線對光導(dǎo)纖維的入射角最小,光導(dǎo)纖維的臨界角為C=arcsin1n。光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為d=LsinC=nL。光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v=cn。所需最長時間為t答案n15.(12分)如圖所示,一透亮半圓柱體折射率為n=2,半徑為R、長為L。一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入,部分柱面有光線射出。求該部分柱面的面積S。解析半圓柱體的橫截面如圖所示,OO'為半圓的半徑。設(shè)從A點入射的光線在B點處恰好滿意全反射條件,由折射定律有sinθ=1n,sinθ=12,θ=π6,θS=2πR·2θ2π·L=π答案π316.(12分)一棱鏡的截面為直角三角形ABC,∠A=30°,斜邊AB=a。棱鏡材料的折射率為n=2,在此截面所在的平面內(nèi),一條光線以45°的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡。畫出光路圖,并求光線從棱鏡射出的點的位置(不考慮光線沿原路途返回的狀況)。解析設(shè)入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律得sinθ由已知條件及①式得θ2=3