高中人教版物理選修3-4作業(yè)第十三章光測評

第十三章測評(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共10個(gè)小題,每小題4分,共40分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第1~6題只有一項(xiàng)符合題目要求,第7~10題有多項(xiàng)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(cuò)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°入射角照射到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(shí)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情況,如圖所示,射到M點(diǎn)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2πR×答案B2.用綠光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),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.如果增大單縫到雙縫間的距離,Δx將增大B.如果增大雙縫之間的距離,Δx將增大C.如果增大雙縫到光屏之間的距離,Δx將增大D.如果減小雙縫的每條縫的寬度,而不改變雙縫間的距離,Δx將增大解析根據(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)判斷,可知Δx與單縫到雙縫間的距離無關(guān),與縫本身的寬度也無關(guān),所以選項(xiàng)C答案C3.某種液體的折射率為2,距液面下深h處有一個(gè)點(diǎn)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?yàn)楣饩€從液面射出后進(jìn)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(lán)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(shí),藍(lán)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(lán)光折射角較大C.從該玻璃中射入空氣發(fā)生全反射時(shí),紅光臨界角較大D.用同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),藍(lán)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(diǎn),并偏折到F點(diǎn)。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(diǎn),則()A.該棱鏡的折射率為3B.光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C.光從空氣進(jìn)入棱鏡,波長變長D.從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)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>30°,故在F點(diǎn)不發(fā)生全反射;由n=cv=答案A6.(2019·貴州六校聯(lián)考)如圖所示,實(shí)線為空氣和水的分界面,一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上,圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中,折射后通過水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)。下列說法錯(cuò)誤的是()A.O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B.藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí),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(diǎn)正下方的C點(diǎn)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(diǎn)正上方的D點(diǎn)解析根據(jù)折射定律知,光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角,則畫出光路圖如圖所示,知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè),故A錯(cuò);光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí),速度變小,故B對;紫光的折射率大于藍(lán)光,所以折射角要小于藍(lán)光的,則可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn),故C對;若是紅光,折射率小于藍(lán)光,折射角大于藍(lán)光的,則可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn),故D對。答案A7.如圖所示,從點(diǎn)光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一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(shí),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°逐漸增大時(shí),在1、2分界面上可能發(fā)生全反射答案CD9.(2019·湖北重點(diǎn)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(diǎn),折射角為r,當(dāng)入射角增大到也為r時(shí),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寬度較大解析根據(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,根據(jù)sinr=1n,結(jié)合i=30°,解得n=2,r=45°,故A錯(cuò)誤,B正確;光在玻璃磚中的傳播速度為v=cn=22c,故C正確;由乙圖知,單色光通過單縫a后衍射現(xiàn)象比較顯著,所以單縫a寬度較小答案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均勻的空氣膜,讓一束單色光垂直入射到該裝置上,結(jié)果在上方觀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?yàn)榭諝饽ず穸炔皇蔷鶆蜃兓腄.干涉條紋不等間距是因?yàn)榭諝饽ず穸仁蔷鶆蜃兓慕馕霰∧じ缮嬷械摹氨∧ぁ敝傅氖莾蓚€(gè)玻璃面之間所夾的空氣膜,故選項(xiàng)A是正確的,B是錯(cuò)誤的。兩列波的路程差滿足一定的條件: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化來決定,膜厚度不均勻,則干涉條紋不等間距,故選項(xiàng)C是正確的。答案AC二、填空題(本題共2個(gè)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(diǎn),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(diǎn)可以測量月球到地球的距離(2)如圖甲所示,在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,激光的波長為5.30×107m,屏上P點(diǎn)距雙縫S1和S2的路程差為7.95×107m,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6.30×107m的激光進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),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(diǎn)由空氣射入厚度均勻的介質(zhì)中,經(jīng)下表面反射后,從上表面的A點(diǎn)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(xiàng)錯(cuò)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(xiàng)錯(cuò)誤;產(chǎn)生干涉的條件要求兩列光的頻率要相同,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;測定距離就是利用激光的平行度高的特性,故D項(xiàng)正確。(2)當(dāng)點(diǎn)到兩縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍時(shí),出現(xiàn)暗條紋;Δx=ldλ,隨波長變長,(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(diǎn),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(fù)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(shí),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)采取的措施是。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)生全反射的緣故,P3能擋住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剛好能擋住P1、P2的像sin三、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題,共40分)13.(8分)兩個(gè)狹縫相距0.3mm,位于離屏50cm處,現(xiàn)用波長為600nm的光照射雙縫。(1)求兩條相鄰暗條紋間的距離;(2)若將整個(gè)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=50×10-2×600×1(2)λ'=λn=600Δx'=ldλ'=50×10-2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(gè)端面射入,又從另一端面射出所需的最長時(shí)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,必須使光線在光導(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)歷的時(shí)間最長,就必須使光線的路徑最長,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(shí)間為t答案n15.(12分)如圖所示,一透明半圓柱體折射率為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(diǎn)入射的光線在B點(diǎn)處恰好滿足全反射條件,由折射定律有sinθ=1n,sinθ=12,θ=π6,θ為全反射臨界角。由幾何關(guān)系得S=2πR·2θ2π·L=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(diǎn)M射入棱鏡。畫出光路圖,并求光線從棱鏡射出的點(diǎn)的位置(不考慮光線沿原路線返回的情況)。解析設(shè)入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律得sinθ1由已知條件及①