2024-2025學(xué)年高中地理選擇性必修1-第四章　光

姓名班級考號姓名班級考號密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密封線內(nèi)不要答題密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密封線內(nèi)不要答題第四章光注意事項1.本試卷滿分100分,考試用時90分鐘。2.無特殊說明,本試卷中重力加速度g取10m/s2。一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個選項中,只有一個選項符合題目要求)1.付同學(xué)用綠色光做雙縫干涉的實(shí)驗,得到的干涉圖樣如圖所示,其中P1、P2為光屏上的兩點(diǎn)。如果付同學(xué)將雙縫的間距調(diào)整為原來的2倍,同時將雙縫與屏之間的距離也調(diào)整為原來的2倍,若仍用綠光做雙縫干涉實(shí)驗,則得到的圖樣為()2.某同學(xué)利用如圖甲所示玻璃制成的實(shí)心“水晶球”模擬彩虹的形成,該同學(xué)讓一細(xì)束復(fù)色光從P點(diǎn)射入“水晶球”,最后分成a、b兩束單色光從“水晶球”射出,光路圖如圖乙所示,下列說法正確的是()A.彩虹的形成是光的干涉現(xiàn)象B.“水晶球”對a光的折射率比對b光的大C.在“水晶球”中,a光的傳播速度比b光的大D.遇到同樣的障礙物,a光比b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象3.三塊不同的透明材料疊加構(gòu)成一體,一單色光在其中的傳播路徑如圖所示,該單色光在三塊材料中的傳播速度依次為v1、v2、v3,下列關(guān)系式中正確的是()A.v1>v2>v3 B.v3>v1>v2C.v3>v2>v1 D.v2>v1>v34.某人站在池塘的岸邊,看到前方清澈的池塘里有一條魚安靜地停在池底。人的眼睛到水面的高度h1=1.5m,人與魚(實(shí)際位置)間的水平距離為3.5m。魚反射的光線經(jīng)過水面折射后與水面的夾角為37°,水的折射率為n=43,取sin53°=0.8,cos53°=0.6,則魚距離水面的深度為()A.1.5mB.2.5mC.2.25mD.2m5.如圖所示,半圓形玻璃磚的折射率為n=2,有一束光線以45°的入射角從玻璃磚的水平表面上O點(diǎn)入射,O點(diǎn)為半圓形玻璃磚橫截面的圓心,則經(jīng)過半圓玻璃磚射出后的光線偏離原來光線的角度是()A.15°B.30°C.45°D.60°6.如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光束從直角邊AB以角度θ入射,依次經(jīng)AC和BC邊反射,從直角邊AC出射。出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)了α角,則α()A.等于90°B.大于90°C.小于90°D.無法確定7.利用光在空氣薄膜的干涉可以測量待測圓柱形金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑差(約為微米量級),實(shí)驗裝置如圖甲所示。T1和T2是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶,A0為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲,直徑為D0;A為待測金屬絲,直徑為D;兩者中心間距為L。實(shí)驗中用波長為λ的單色光垂直照射平晶表面,觀察到的干涉條紋如圖乙所示,測得相鄰條紋的間距為ΔL。則以下說法正確的是()A.|D-D0|=λLB.A與A0直徑相差越大,ΔL越大C.輕壓T1右端,若ΔL增大則有D<D0D.A與A0直徑相等時可能產(chǎn)生圖乙中的干涉條紋8.一長方體玻璃磚下部有半徑為R的半圓柱鏤空,其截面如圖所示,AD長為2R,玻璃磚下方0.3R處平行放置一光屏EF,現(xiàn)有一束平行單色光豎直向下從BC面射入玻璃磚,玻璃磚對該光的折射率為3,不考慮光的二次反射,則()A.光屏EF上移,屏上有光打到的區(qū)域?qū)⒆儗払.上圖圓弧截面有光射出的弧長為πC.為保證從AD射出的光都能被接收,光屏至少寬310D.若光屏足夠大,改用頻率更大的平行光入射,光屏上被照射的寬度變大二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不答的得0分)9.用游標(biāo)卡尺觀察光的衍射現(xiàn)象時,下列說法中正確的是()A.游標(biāo)卡尺形成的狹縫應(yīng)平行于日光燈,且狹縫遠(yuǎn)離日光燈,人眼也遠(yuǎn)離狹縫進(jìn)行觀察B.游標(biāo)卡尺狹縫平行于日光燈觀察時,可觀察到中央為白色條紋,兩側(cè)為彩色條紋,且彩色條紋平行于日光燈C.狹縫寬度由0.5mm縮小到0.2mm,條紋間距變寬,亮度變暗D.狹縫寬度由0.5mm擴(kuò)展到0.8mm,條紋間距變寬,亮度變暗10.很細(xì)的一束光從真空沿AO方向入射到玻璃磚側(cè)面的O點(diǎn),進(jìn)入玻璃磚后分成Ⅰ、Ⅱ兩束光線,光路如圖所示,以下分析正確的是()A.光束Ⅰ在玻璃中的傳播速度較大B.玻璃對光束Ⅱ的折射率較大C.若光束Ⅰ為藍(lán)光,則光束Ⅱ可能為黃光D.逐漸減小入射角i,光束Ⅰ在玻璃磚的下表面先發(fā)生全反射11.如圖所示,真空中有一質(zhì)量分布均勻的等腰梯形玻璃磚,一束單色光沿直線AB傳播,在玻璃磚側(cè)面的B點(diǎn)經(jīng)折射進(jìn)入玻璃磚,并在玻璃磚另一側(cè)表面的C點(diǎn)又經(jīng)折射進(jìn)入真空中,已知兩條法線夾角為120°,BC長度為R,BC與等腰梯形底邊平行,單色光在B點(diǎn)的入射角α=60°,c為光在真空中的傳播速度,則下列說法正確的是()A.玻璃磚對該單色光的折射率為3B.改變?nèi)肷浣铅恋拇笮?單色光可能在玻璃磚左側(cè)外表面處發(fā)生全反射C.光在玻璃中的頻率比在真空中的要小D.單色光在玻璃磚中穿過所需的時間為3Rc(12.截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BB'C'C面的線狀單色可見光光源,DE與三棱鏡的ABC面垂直,D位于線段BC的中點(diǎn)。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。三棱鏡對該單色光的折射率為2,只考慮由DE直接射向側(cè)面AA'C'C的光線。下列說法正確的是()A.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的1B.光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的2C.若DE發(fā)出的單色光頻率變小,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大D.若DE發(fā)出的單色光頻率變小,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將減小三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(8分)某同學(xué)測量玻璃的折射率。實(shí)驗過程如下:(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。(2)①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的P點(diǎn)水平入射,到達(dá)bc面上的Q點(diǎn)后折射出玻璃磚,用大頭針在白紙上標(biāo)記P點(diǎn)、Q點(diǎn)和激光筆出光孔S的位置;②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,作ab界面的法線PM和光線PQ的反向延長線PN,過法線上的M點(diǎn)分別作PS和PN的垂線,垂足分別為點(diǎn)A和點(diǎn)B,如圖甲所示;③用刻度尺測量MA和MB的長度l1和l2,測量MA的長度時示數(shù)如圖乙所示,l1=cm,測得l2為1.60cm。

(3)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚的折射率表達(dá)式為n=,由測得的數(shù)據(jù)可得折射率n為(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

(4)為了減小實(shí)驗的相對誤差,下列說法正確的是。

A.選取點(diǎn)M盡量靠近入射點(diǎn)PB.選取點(diǎn)M盡量遠(yuǎn)離入射點(diǎn)PC.選取ab界面的入射角盡量大些D.選取ab界面的入射角盡量小些14.(8分)某同學(xué)利用如圖所示裝置測量某種單色光的波長。實(shí)驗時,接通電源使光源正常發(fā)光,調(diào)整光路,使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。(1)在雙縫干涉實(shí)驗裝置中透鏡的作用是。

(2)若想減小從目鏡中觀察到的條紋間距,該同學(xué)可。

A.將單縫向雙縫靠近B.將屏向靠近雙縫的方向移動C.將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動D.使用間距更小的雙縫(3)在測量相鄰兩條亮條紋的距離時需要用測出,若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為L,測得第1條亮條紋中心到第n條亮條紋中心之間的距離為Δx,則單色光的波長的表達(dá)式為λ=。

(4)在某次實(shí)驗中,已知雙縫到光屏之間的距離是600mm,雙縫之間的距離是0.20mm,單縫到雙縫之間的距離是100mm,某同學(xué)在用測量頭測量時,先將測量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對準(zhǔn)某條亮紋(記作第1條)的中心,這時手輪上的示數(shù)如圖甲所示。然后他轉(zhuǎn)動測量頭,使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第6條亮紋中心,這時手輪上的示數(shù)如圖乙所示,圖乙中讀數(shù)為mm。由此可以計算出這次實(shí)驗中所測得的單色光波長為m。(計算波長結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

15.(9分)如圖所示,O為半圓形玻璃磚橫截面的圓心,一束波長λ=6×10-7m的激光沿半徑方向從半圓形玻璃磚的曲面上射入,入射方向與玻璃磚直徑的夾角為37°,激光在O點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,然后從曲面上水平射出,進(jìn)入雙縫干涉裝置,已知半圓形玻璃磚的半徑為R=0.3m,光在真空中的傳播速度為c=3×108m/s,sin37°=0.6。求:(1)玻璃磚的折射率n;(2)光線在玻璃磚中傳播的時間t;(3)若P是光屏上的一點(diǎn)(圖中未畫出),P點(diǎn)與雙縫S1、S2距離之差為2.1×10-6m,問P點(diǎn)是亮條紋還是暗條紋?(需要寫出判斷依據(jù),只寫結(jié)論不得分)16.(9分)如圖,半圓形玻璃磚可繞過圓心的軸轉(zhuǎn)動,圓心O與足夠大光屏的距離d=10cm,初始玻璃磚的直徑與光屏平行,一束光對準(zhǔn)圓心沿垂直光屏方向射向玻璃磚,在光屏上O1位置留下一光點(diǎn),保持入射光方向不變,讓玻璃磚繞O點(diǎn)沿順時針方向轉(zhuǎn)動,光屏上光點(diǎn)也會移動,當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過30°角時,光屏上光點(diǎn)位置距離O1點(diǎn)為10cm。求:(1)玻璃磚的折射率n;(2)當(dāng)光屏上光點(diǎn)消失時,玻璃磚繞O點(diǎn)相對初始位置轉(zhuǎn)過的角度的正弦值。17.(12分)某透明物體的橫截面如圖所示,其中△ABC為等腰直角三角形,直角邊的長度為L,ADC為半圓,其圓心O在AC邊的中點(diǎn),此透明物體的折射率n=2。若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入該透明物體,經(jīng)過一次全反射后能照亮(有光射出)半圓某區(qū)域。真空中的光速為c,求:(1)半圓ADC上被照亮(有光射出)的圓弧長度s;(2)經(jīng)過圓心O(不考慮AC光線)的光線在透明物體中傳播的時間t。18.(14分)如圖所示為某容器的截面,容器的高度和底邊的長度都為L,截面右上方某處固定一點(diǎn)光源S。開始時容器內(nèi)空著,在光源S的照射下,容器底部形成陰影,陰影的左邊緣恰好在容器內(nèi)左下角M點(diǎn)。現(xiàn)將容器內(nèi)裝滿某種液體,容器底部陰影的長度變?yōu)?3L,(1)已知光在真空中的傳播速度為c,求裝滿液體后容器內(nèi)最右側(cè)的光線在液體中的傳播時間。(2)若灌裝這種液體時容器中的液面勻速上升,則容器底部陰影的左邊緣會做勻速直線運(yùn)動,若液面勻速上升的速度大小為v0,求容器底部陰影的左邊緣做勻速直線運(yùn)動的速度大小。

答案全解全析1.A根據(jù)雙縫干涉相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距Δx=ldλ可知,雙縫的間距d調(diào)整為原來的2倍,同時將雙縫與屏之間的距離l也調(diào)整為原來的2倍,由于仍用綠光做雙縫干涉實(shí)驗,則得到的圖樣相鄰兩條亮條紋或暗條紋的中心間距不變,即干涉圖樣與原來相同,選項A2.B彩虹的形成是光的折射現(xiàn)象,選項A錯誤;在P點(diǎn),入射角相同,由n=sinisinr,“水晶球”對a光的折射率比對b光的大,選項B正確;由v=cn可知,“水晶球”中,a光的傳播速度比b光的小,選項C錯誤;“水晶球”對a光的折射率比對b光的大,所以a光的頻率比b光的大,則b光的波長比a光的長,遇到同樣的障礙物,b光比a光更容易發(fā)生明顯衍射3.A根據(jù)題圖可知,三塊材料對該單色光的折射率滿足n1<n2<n3,根據(jù)v=cn,可知光在折射率較小的介質(zhì)中傳播速度較大,故v1>v2>v3,故選A4.D設(shè)魚反射的光線射到水面時的入射角為r,由題意可知n=sin53°sinr,魚與人的水平距離s=h2tanr+h1tan53°,解得魚距離水面的深度為h2=2m,選項5.A根據(jù)折射率公式n=sinαsinβ,可得折射后光線與法線的夾角為β=30°,所以經(jīng)過半圓玻璃磚射出后的光線偏離原來光線的角度是θ=α-β=15°,6.A如圖所示,設(shè)光線在AB邊的折射角為β,根據(jù)折射定律可得n=sinθsinβ。設(shè)光線在BC邊的入射角為φ,光線在AC邊的入射角為r,折射角為i,由反射定律和幾何知識可知β+φ=45°,β+2φ+r=90°,聯(lián)立解得r=β,根據(jù)折射定律可得sinisinr=sinisinβ=n,可得i=θ,過AB邊上光線的入射點(diǎn)作出射光的平行線,則該平行線與AB的夾角為θ,7.A設(shè)標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶之間的夾角為θ,由題可知,有tanθ=D?D0|L,由空氣薄膜干涉的條件可知2ΔLtanθ=λ,則tanθ=λ2ΔL,|D-D0|=λL2ΔL,選項A正確;A0與A直徑相差越大,θ越大,ΔL越小,選項B錯誤;輕壓T1右端,若ΔL增大則有θ減小,說明D>D0,選項C錯誤;當(dāng)A與A0直徑相等時,8.D如圖所示,當(dāng)入射角為30°時,折射光線恰好從A點(diǎn)射出,所以光線從AD之間發(fā)散射出,光屏上移,光照區(qū)域應(yīng)變窄,選項A錯誤;全反射臨界角sinC=1n=33>12,解得C≈35°,圖中圓弧截面有光射出的弧長l=2×35°360°×2πR=718πR,選項B錯誤;由圖可知,若射出的光都能被光屏接收,光屏上光照區(qū)域邊緣的光線是從A、D點(diǎn)以與AD夾角為60°射出時打到屏上的,由幾何關(guān)系可得光屏至少長35+2R,選項C錯誤;頻率更大,折射率更大,但是光線射出的范圍仍然是A、D之間,光線從A、D點(diǎn)射出時與EF夾角變小,9.BC當(dāng)游標(biāo)卡尺狹縫平行于日光燈,狹縫遠(yuǎn)離日光燈時,眼睛應(yīng)靠近狹縫進(jìn)行觀察,觀察到平行于日光燈的彩色條紋,且中央為白色條紋,選項A錯誤,B正確;狹縫越小,衍射現(xiàn)象越明顯,即條紋間距變寬,但亮度變暗,選項C正確,D錯誤。10.CD光束Ⅰ在玻璃中的偏折程度較大,玻璃對光束Ⅰ的折射率較大,根據(jù)v=cn,則光束Ⅰ在玻璃中的傳播速度較小,A、B錯誤;玻璃對光束Ⅰ的折射率較大,則光束Ⅰ的頻率較大,因藍(lán)光的頻率大于黃光的,所以若光束Ⅰ為藍(lán)光,則光束Ⅱ可能為黃光,C正確;根據(jù)sinC=1n可知,光束Ⅰ發(fā)生全反射的臨界角較小,逐漸減小入射角i,則兩光束在玻璃磚下表面的入射角變大,則光束Ⅰ在玻璃磚的下表面先達(dá)到臨界角而發(fā)生全反射,D正確。故選C、11.AD由幾何關(guān)系知,單色光在B點(diǎn)的折射角為β=30°,由折射率定義式得n=sinαsinβ=sin60°sin30°=3,選項A正確;單色光在玻璃磚左側(cè)外表面處是由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),不可能發(fā)生全反射,選項B錯誤;光的頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān),光在傳播過程中頻率不變,選項C錯誤;根據(jù)折射率與光速的關(guān)系有v=cn=c3,因此單色光在玻璃磚中穿過所需要的時間為t=R12.AC根據(jù)全反射的臨界角與折射率之間的關(guān)系有sinC=1n=12,可得該單色光在棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為C=45°。因此從D點(diǎn)發(fā)出的光,豎直向上從M點(diǎn)射出的光線恰好是出射光線的邊緣,同時C點(diǎn)也恰好是出射光線的邊緣,如圖所示,因此光線只能從MC段射出,根據(jù)幾何關(guān)系可知,M恰好為AC的中點(diǎn),因此在AA'C'C平面上有一半的區(qū)域有光線射出,選項A正確,B錯誤;由于頻率越低,折射率越小,根據(jù)sinC=1n可知,當(dāng)光源發(fā)出的光的頻率變小,臨界角會增大,這時在AC邊上M點(diǎn)左側(cè)也會有光線出射,因此有光出射的區(qū)域面積將增大,選項C正確13.答案(2)③2.40(2分)(3)l1l2(2分)1.50(2分)(4)BC(解析(2)③由刻度尺的讀數(shù)方法可得MA的長度讀數(shù)l1=9.40cm-7.00cm=2.40cm。(3)折射率n=sinθsinr,又sinθ=MAPM,sinr=MBPM,則n=MAMB=l1l2,代入數(shù)據(jù)解得n=1.50。(4)為了減小實(shí)驗測量的相對誤差,選取點(diǎn)M盡量遠(yuǎn)離入射點(diǎn)P,14.答案(1)使射向單縫的光更集中(1分)(2)B(1分)(3)測量頭(1分)dΔx(n?1)L(1分)(4)10.300(2分)6.解析(1)在雙縫干涉實(shí)驗裝置中透鏡的作用是使射向單縫的光更集中。(2)根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=Ldλ可知,將單縫向雙縫靠近,條紋間距不變,選項A錯誤;將屏向靠近雙縫的方向移動,即減小L,可減小條紋間距,選項B正確;將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動,即增大L,可增大條紋間距,選項C錯誤;使用間距更小的雙縫,即減小d,可增大條紋間距,選項D錯誤。(3)在測量相鄰兩條亮條紋的距離時需要用測量頭測出;由題意可知相鄰亮條紋間距為Δx'=Δxn?1,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式可知Δx'=Ldλ,聯(lián)立以上兩式解得λ=dΔx(n?1)L。(4)圖乙固定刻度讀數(shù)為10mm,可動刻度讀數(shù)為0.01mm×30.0=0.300mm,所以圖乙的讀數(shù)為10mm+0.300mm=10.300mm,圖甲固定刻度讀數(shù)為0mm,可動刻度讀數(shù)為0.01mm×14.0=0.140mm,所以圖甲的讀數(shù)為0mm+0.140mm=0.140mm,根據(jù)題意可知,相鄰亮紋間距Δx″=10.300?0.1406?1×10-3m=2.032×10-3m,根據(jù)Δx″=Ldλ15.答案(1)1.25(2)2.5×10-9s(3)見解析解析(1)根據(jù)幾何關(guān)系可知全反射的臨界角為C=90°-37°=53°(1分)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系為sinC=1n(1分)解得n=1sin53°=1.2