2024-2025學年高中物理第五六章光的波動性相對論單元素養(yǎng)評價含解析教科版選修3-4

PAGE8-單元素養(yǎng)評價(五)(第五、六章)(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共10小題,每小題5分,共50分)1.(2024·自貢高二檢測)關于下列四幅圖中所涉及物理學問的論述中,正確的是 ()A.甲圖是光的干涉圖樣B.乙圖是光的衍射圖樣C.丙圖是利用光的折射原理D.丁圖是光導纖維利用光的全反射原理,其內(nèi)芯折射率小于外套的折射率【解析】選C。甲圖是光的衍射圖樣,乙圖是光的干涉圖樣,故A、B錯誤;丙圖是光的折射原理,C正確;丁圖中光導纖維的內(nèi)芯折射率大于外套的折射率,D錯誤。2.話說有兄弟兩個,哥哥乘坐宇宙飛船以接近光的速度離開地球去遨游太空,經(jīng)過一段時間返回地球,哥哥驚異地發(fā)覺弟弟比自己要蒼老很多,則該現(xiàn)象的科學說明是 ()A.哥哥在太空中發(fā)生了基因突變,停止生長了B.弟弟思念哥哥而加速生長了C.由相對論可知,物體速度越大,在其上時間進程就越慢,生理過程也越慢D.這是神話,科學無法說明【解析】選C。依據(jù)相對論的時間延緩效應,當飛船速度接近光速時,時間會變慢,時間延緩效應對生命過程、化學反應等也是成立的。飛船運行的速度越大,時間延緩效應越明顯,人體新陳代謝越緩慢。3.如圖所示,兩光屏間放有兩個透振方向相互平行的偏振片,現(xiàn)讓太陽光沿軸線通過光屏M上的小孔照耀到偏振片P上,再通過偏振片Q,現(xiàn)以光的傳播方向為軸使偏振片P由圖示位置旋轉90度,下列說法正確的是 ()A.M、N間為偏振光B.P、Q間為自然光C.P、Q間的光線亮度漸漸變暗D.光屏N上的亮度漸漸變暗【解析】選D。M、P間為自然光,經(jīng)過偏振片P后變?yōu)槠窆?因此P、N間為偏振光,故A、B錯誤;由于自然光沿著各個方向振動的光波的強度都相同,因此經(jīng)過偏振片P后,使偏振片P由圖示位置旋轉90度的過程中,P、Q間的光線亮度不變,故C錯誤;自然光沿軸線通過光屏M上的小孔照耀到偏振片P上,再使偏振片P由圖示位置旋轉90度的過程中,當偏振片P與偏振片Q垂直時,光屏沒有亮度,則光屏N上光的亮度漸漸變暗,故D正確;故選D。4.(多選)關于激光,下列說法正確的是 ()A.激光是用人工方法激發(fā)出的一種特別的光B.自然界中某些自然物體也可以發(fā)出激光C.激光可以像刀子一樣切除腫瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象【解析】選A、C。激光是用人工方法激發(fā)的一種特別的光,具有很強的相干性,選項A正確;一般光源發(fā)出的光是自然光,選項B錯誤;醫(yī)用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量強等特點切除腫瘤,選項C正確;激光是一種特別的光,光的一切規(guī)律都可以干脆應用于激光,選項D錯誤。5.列車靜止時,車廂長度與沿軌道方向排列的相鄰電線桿間距離相等。當列車以接近光速行駛,車上的乘客觀測車廂長度與相鄰電線桿間距離,所得出的結論是 ()A.車廂長度大于相鄰電線桿間距離B.車廂長度小于相鄰電線桿間距離C.向前觀測時車廂長度小于相鄰電線桿間距離D.向后觀測時車廂長度小于相鄰電線桿間距離【解析】選A。當列車以接近光速行駛,電線桿相對于列車的速度也接近光速,依據(jù)愛因斯坦相對論效應可知,相鄰電線桿間距離將要縮短,而車上的乘客觀測車廂的長度不變,則車廂長度大于相鄰電線桿間距離,與視察的方向無關,故A正確,B、C、D錯誤。6.(2024·德陽高二檢測)1966年華裔科學家高錕博士提出一個理論:直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來作為光的波導來傳輸大量信息,43年后高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎,他被譽為“光纖通訊之父”。以下哪個試驗或現(xiàn)象的原理和光導纖維是相同的 ()A.圖甲中,彎曲的水流可以導光B.圖乙中,用偏振眼鏡看3D電影,感受到立體的影像C.圖丙中,陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色D.圖丁中,白光通過三棱鏡,出現(xiàn)色散現(xiàn)象【解析】選A。圖甲中,彎曲的水流可以導光是因為光在水和空氣界面上發(fā)生了全反射現(xiàn)象,故與光導纖維原理相同,A正確;圖乙中,用偏振眼鏡看3D電影,感受到立體的影像是因為光的偏振現(xiàn)象,B錯誤;圖丙中,陽光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色是因為光的干涉現(xiàn)象,C錯誤;圖丁中,白光通過三棱鏡,出現(xiàn)色散現(xiàn)象是因為光發(fā)生了折射現(xiàn)象,D錯誤。7.(2024·北京高考)利用圖1所示的裝置(示意圖),視察光的干涉、衍射現(xiàn)象,在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是 ()A.甲對應單縫,乙對應雙縫B.甲對應雙縫,乙對應單縫C.都是單縫,甲對應的縫寬較大D.都是雙縫,甲對應的雙縫間距較大【解析】選A。單縫衍射圖樣為中心亮條紋最寬最亮,往兩邊變窄,雙縫干涉圖樣是明暗相間的條紋,條紋間距相等,條紋寬度相等,結合圖2甲、乙可知,甲對應單縫,乙對應雙縫,故A正確,B、C、D錯誤。8.如圖,一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光a、b,波長分別為λa、λb,該玻璃對單色光a、b的折射率分別為na、nb,則 ()A.λa<λb,na>nbB.λa>λb,na<nbC.λa<λb,na<nb D.λa>λb,na>nb【解析】選B。由題圖可知,b光偏折大,折射率大,頻率大,波長小,故選B。9.火箭以c的速度飛離地球,在火箭上向地球放射一束高能粒子,粒子相對地球的速度為c,其運動方向與火箭的運動方向相反。則粒子相對火箭的速度大小為 ()A.cB.cC.cD.c【解析】選C。由u=得-c=,解得u′=-c,負號說明與v方向相反。10.(多選)(2024·內(nèi)江高二檢測)如圖甲所示,每年夏季,我國多地會出現(xiàn)日暈現(xiàn)象,日暈是日光通過卷層云時,受到冰晶的折射或反射形成的,如圖乙所示為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖,a、b為其折射出的光線中的兩種單色光,下列說法正確的是 ()A.在冰晶中,b光的傳播速度較小B.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉,a光的相鄰條紋間距較大C.從同種玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時,a光的臨界角較小D.用同一裝置做單縫衍射試驗,b光中心亮條紋更寬【解析】選A、B。由題圖乙可知,太陽光射入六角形冰晶時,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,六角形冰晶對a光的折射率小于對b光的折射率,由v=知b光的傳播速度較小,A正確;由a光的折射率小于b光的折射率,可知a光的頻率小于b光的頻率,所以a光的波長大于b光的波長,依據(jù)Δx=λ可知,a光相鄰條紋間距較大,B正確;a光的折射率較小,由臨界角公式sinC=可知,a光的臨界角較大,C錯誤;波長越長,中心亮條紋越寬,故a光的中心亮條紋更寬,D錯誤。二、試驗題(本大題共2小題,共14分)11.(6分)如圖所示是用光傳感器做雙縫干涉的試驗裝置。激光光源在鐵架臺的最上端,中間是刻有雙縫的擋板,下面是光傳感器。光傳感器是一個小盒,在圖中白色狹長矩形部分,沿矩形的長邊分布著很多光敏單元。這個傳感器各個光敏單元得到的光照信息經(jīng)計算機處理后,在熒光屏上顯示出來。(1)下列關于本試驗的操作與敘述正確的是(填字母)

A.應當在光源和雙縫之間加一個單縫,才能使試驗勝利B.下移光源,使之更靠近刻有雙縫的擋板,則干涉條紋間距減小C.光源不動,下移雙縫擋板,使之更靠近光傳感器,則干涉條紋間距減小D.保持光源和雙縫擋板的距離不變,同時下移它們,使它們靠近光傳感器,則干涉條紋間距不變(2)用激光替代一般光源來做本試驗,最主要是利用了激光的(填字母)

A.相干性高B.平行度好C.亮度高【解析】(1)因激光的相干性高,則光源和雙縫之間不須要加一個單縫,故A錯誤;依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx=λ知,若下移光源,使之更靠近刻有雙縫的擋板,減小光源與雙縫間距,但干涉條紋間距不變,故B錯誤;光源不動,下移雙縫擋板,使之更靠近光傳感器,依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx=λ知,即減小雙縫與光傳感器的間距,那么干涉條紋間距會減小,故C正確;保持光源和雙縫擋板的距離不變,同時下移它們,使它們靠近光傳感器,依據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx=λ知,則干涉條紋間距減小,故D錯誤。(2)因激光的相干性高,因此可用激光替代一般光源來做試驗,故A正確,B、C錯誤。答案:(1)C(2)A12.(8分)利用雙縫干涉測定單色光波長,某同學在做該試驗時,第一次分劃板中心刻度對齊A條紋中心時(圖甲),游標卡尺的示數(shù)如圖丙所示,其次次分劃板中心刻度對齊B條紋中心時(圖乙),游標卡尺的示數(shù)如圖丁所示,已知雙縫間距為0.5mm,從雙縫到屏的距離為1m,則圖丙中游標卡尺的示數(shù)為mm,圖丁游標卡尺的示數(shù)為mm。在試驗中,所測單色光的波長為m。在本試驗中假如在雙縫上各有一個紅色和綠色濾光片,那么在光屏上將(選填“能”或“不能【解析】依據(jù)游標卡尺的原理,可讀出圖丙的示數(shù)為11.4mm16.8Δy=mm=1.35mm。又依據(jù)Δy=λ,則λ==6.75×10-7m當在雙縫上各有一個紅色和綠色濾光片時,不滿意干涉條件,故不能看到明暗相間的條紋。答案:11.416.86.75×10-7不能三、計算題(本大題共4小題,共36分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)13.(8分)如圖為某雙縫干涉的試驗裝置,當用波長為0.4μm的紫光做試驗時,由于像屏大小有限,屏上除中心亮條紋外,兩側只看到各有3條亮條紋,若換用波長為0.6μm的橙光做試驗,那么該像屏上除中心條紋外,兩側各有幾條亮條紋?【解析】設用波長為0.4μm的光入射,條紋寬度為Δx1,則Δx1=λ1,屏上兩側各有3條亮紋,則屏上第三條亮紋到中心距離為3Δx1。 (2分)用0.6μm的光入射,設條紋寬度為Δx2,則Δx2=λ2,設此時屏上有x條亮紋,則有xΔx2=3Δx1 (2分)所以xλ2=3λ1 (2分)代入數(shù)據(jù)解得x=2,所以兩側各有2條亮紋。 (2分)答案:2條14.(8分)π+介子是一種不穩(wěn)定粒子,平均壽命是2.6×10-8s(在它自己的參考系中測得),則:(1)假如此粒子相對于試驗室以0.8c的速度運動,那么在試驗室參考系中測量它的壽命為多長?(2)它在衰變前運動了多長距離?【解析】(1)已知Δt=2.6×10-8s,v=0.8c,依據(jù)t=t=s≈4.3×10-8s (4分)(2)在衰變前它運動的距離為s=vt=0.8×3×108×4.3×10-8m=10.32m答案:(1)4.3×10-8s(2)10.3215.(10分)設想地球上有一視察者測得一宇宙飛船以0.60c的速率向東飛行,5.0s后該飛船將與一個以0.80c的速率向西飛行的彗星相碰撞,試問:(1)飛船中的人測得彗星將以多大的速率向飛船運動?(2)從飛船中的時鐘來看,還有多少時間允許它離開航線以避開與彗星碰撞?【解析】(1)這是一個相對論速度變換問題。取地球為S系,飛船為S′系,向西為正向,則S系相對S′系的速度v=0.60c,彗星相對S系的速度ux=0.80c, (2分)由速度變換可得u′x==0.946c即彗星以0.946c的速率向飛船靠近。 (3分)(2)由時間間隔的相對性有Δt==5.0s(3分)解得Δt′=4.0s(2分)答案:(1)0.946c(2)4.0s16.(10分)用氦氖激光器發(fā)出的紅光進行雙縫