2024-2025學(xué)年高中物理第十三章光綜合評(píng)估含解析新人教版選修3-4

PAGEPAGE12光時(shí)間：90分鐘分值：100分一、選擇題(1～6題為單選，7～12題為多選，每小題4分，共48分)1.如圖所示為一顯示薄膜干涉現(xiàn)象的試驗(yàn)裝置，P是附有肥皂泡薄膜的鐵絲圈，S是一點(diǎn)燃的酒精燈，往火焰上灑些鹽后，在肥皂膜上視察到的干涉圖像應(yīng)是圖中的(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樣，假如某一厚度處前后表面反射的同一列光波疊加得到加強(qiáng)，那么這一水平線上同一厚度處光波會(huì)加強(qiáng)，所以干涉條紋應(yīng)是基本水平的．2.如圖所示，P是一束含有兩種單色光的光線，沿圖示方向射向半圓形玻璃磚的圓心O，折射后分成圖中的a、b兩束光線，則下列說法中正確的是(D)A．玻璃對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率B．a(chǎn)光頻率小于b光頻率C．a(chǎn)光在玻璃磚中傳播的時(shí)間比b光短D．若讓玻璃磚在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，a光先消逝解析：由圖可知，a光的折射率大于b光的折射率，A錯(cuò)誤；頻率大的光折射率大，B錯(cuò)誤；由n＝eq\f(c,v)知，a光在玻璃中傳播速度小于b光，a光在玻璃磚中傳播時(shí)間較長，C錯(cuò)誤；由sinC＝eq\f(1,n)，a光的全反射臨界角小于b光，旋轉(zhuǎn)玻璃磚，a光先消逝，D正確．3.如圖所示，一橫截面為直角三角形的三棱鏡，∠B＝90°，∠C＝30°.一束與AB面成α＝30°角的光線射向AB面，經(jīng)過BC邊發(fā)生一次反射，再從AC邊射出，且出射光線的折射角為60°.則這種材料的折射率為(B)A.eq\r(2) B.eq\r(3)C.eq\f(4,3) D．2解析：作出光路圖，如圖所示，依據(jù)幾何關(guān)系和折射定律有n＝eq\f(sin60°,sinθ)＝eq\f(sin60°,sin60°－θ)，可得θ＝30°，n＝eq\r(3).4.三種透亮介質(zhì)疊放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面，發(fā)生折射如圖所示，若光分別在三種介質(zhì)中傳播，其速率分別是v1，v2，v3，則它們的大小關(guān)系是(B)A．v1>v2>v3 B．v1>v3>v2C．v1<v2<v3 D．v2>v1>v3解析：光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射，說明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率，即n1<n2；光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面時(shí)發(fā)生了折射，而且折射角大于入射角，說明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率，即n2>n3；介質(zhì)Ⅰ與Ⅲ相比較，介質(zhì)Ⅰ的折射率小于介質(zhì)Ⅲ的折射率，即有n1<n3，所以有n2>n3>n1，依據(jù)公式n＝eq\f(c,v)知，v1>v3>v2.5．虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照耀玻璃球來說明．兩束平行白光照耀到透亮玻璃球后，在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如圖所示．M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為(A)A．紫、紅、紅、紫 B．紅、紫、紅、紫C．紅、紫、紫、紅 D．紫、紅、紫、紅解析：由題圖可知，射到M點(diǎn)的光線進(jìn)入玻璃球時(shí)的折射角小于射到N點(diǎn)的光線進(jìn)入玻璃球時(shí)的折射角，所以玻璃對(duì)射到M點(diǎn)的光的折射率大于玻璃對(duì)射到N點(diǎn)的光的折射率，故M點(diǎn)的顏色為紫色，N點(diǎn)的顏色為紅色；同理可得P點(diǎn)的顏色為紅色，Q點(diǎn)的顏色為紫色，所以只有A項(xiàng)正確．6.兩個(gè)完全相同的等腰三棱鏡如圖所示放置，相鄰兩側(cè)面相互平行，一束白光從棱鏡A的左面入射，從B的右面出射，則出射光線是(D)A．一束白光 B．白光帶C．散射彩色帶 D．平行彩色帶解析：各色光經(jīng)兩等腰棱鏡折射的光路圖如圖所示．各色光經(jīng)多次折射但由于兩棱鏡相鄰兩側(cè)面平行，所以各色光出射光線與入射光線平行，最終出射光線是平行彩色帶．7．a(chǎn)光經(jīng)過某干涉儀形成的光的干涉圖樣如圖(甲)所示，若只將a光換成b光照耀同一干涉儀，形成的光的干涉圖樣如圖(乙)所示．則下述正確的是(BC)A．a(chǎn)光的頻率較大 B．b光的頻率較大C．a(chǎn)光的波長較長 D．b光的波長較長解析：由干涉圖樣可知a光的干涉條紋間距大于b光的條紋間距，而條紋間距與光的波長成正比，則a光的波長大于b光的波長，又由c＝λf知，b光的頻率大于a光的頻率，A、D錯(cuò)誤，B、C正確．8．把一個(gè)平行玻璃板壓在另一個(gè)平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入(如圖)，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法中正確的是(CD)A．將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏B．將上玻璃板平行上移，條紋遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng)D．將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，條紋變疏解析：由于形成亮條紋(或暗條紋)的兩束光間的路程差恒定，當(dāng)傾角變小時(shí)，形成該路程差的水平距離變大，如圖所示，因此干涉條紋變疏，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，D正確；將上玻璃板平行上移，路程差變大，條紋向著劈尖移動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確．9．如圖所示，兩光屏間放有兩個(gè)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?yàn)檩S使偏振片P由圖示位置旋轉(zhuǎn)90°，下列說法正確的是(BD)A．MN間為偏振光B．PQ間為偏振光C．PQ間的光線亮度漸漸變暗D．光屏N上的亮線漸漸變暗解析：MP間為自然光，PN間為偏振光，故A錯(cuò)，B正確；PQ間亮度不變，光屏上亮度漸漸變暗，故C錯(cuò)，D正確．10.如圖所示，真空中有一勻稱玻璃球，虛線CD過球心O.兩束單色光Ⅰ、Ⅱ分別由玻璃球表面上的A，B兩點(diǎn)折射進(jìn)入玻璃球，Ⅰ從D點(diǎn)射出，Ⅱ從E點(diǎn)射出(圖中未畫出離開玻璃球后的出射光線)，Ⅰ、Ⅱ平行于CD且三線共面，∠AOC＝∠BOC＝60°，則下列說法正確的是(AC)A．玻璃球?qū)Β蚬獾恼凵渎市∮趀q\r(3)B．在玻璃球中，Ⅰ光傳播的速度大于Ⅱ光傳播的速度C．無論怎樣變更入射角的大小，進(jìn)入玻璃球的Ⅱ光總能射出玻璃球D．分別用Ⅰ光與Ⅱ光照耀同一雙縫干涉裝置，光屏上Ⅰ比Ⅱ的明條紋間距大解析：對(duì)Ⅰ光，折射率n1＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)；由圖知兩束光射入玻璃球時(shí)，入射角相等，光束Ⅱ的折射角大，由折射定律可知玻璃球?qū)Β蚬獾恼凵渎市。蔄正確；由v＝eq\f(c,n)知，在玻璃球中Ⅰ光傳播的速度小于Ⅱ光傳播的速度，故B錯(cuò)誤；依據(jù)幾何關(guān)系，光束從玻璃球內(nèi)射到界面時(shí)，入射角等于從真空射入玻璃球時(shí)的折射角，依據(jù)光路可逆性原理得知進(jìn)入玻璃球的Ⅱ光總能射出玻璃球，故C正確；由于玻璃球?qū)Β蚬獾恼凵渎市。瑒tⅡ光的頻率小，波長長，而干涉條紋的間距與波長成正比，所以光屏上Ⅱ比Ⅰ的明條紋間距大，故D錯(cuò)誤．11．把一個(gè)曲率半徑很大的凸透鏡的彎曲表面壓在另一個(gè)玻璃平面上，讓單色光從上方射入(如圖甲)，這時(shí)可以看到亮暗相同的同心圓(如圖乙)，這個(gè)現(xiàn)象是牛頓首先發(fā)覺的，這些同心圓叫做牛頓環(huán)，為了使同一級(jí)圓環(huán)的半徑變大(例如中心數(shù)起的其次道圓環(huán))，則應(yīng)(AC)A．將凸透鏡的曲率半徑變大B．將凸透鏡的曲率半徑變小C．改用波長更長的單色光照耀D．改用波長更短的單色光照耀解析：當(dāng)光程差為波長的整數(shù)倍時(shí)是亮條紋，當(dāng)光程差為半個(gè)波長的奇數(shù)倍時(shí)是暗條紋．將凸透鏡的曲率半徑變大，與透鏡中心等距離位置的空氣層厚度變小，出現(xiàn)同一亮條紋的厚度由中心向外偏移，同一級(jí)圓環(huán)的半徑變大；相反，凸透鏡的曲率半徑變小，同一級(jí)圓環(huán)的半徑變小，故A正確，B錯(cuò)誤；改用波長更長的單色光照耀，出現(xiàn)同一級(jí)亮紋的光程差變大，空氣層厚度應(yīng)變大，所以，同一級(jí)圓環(huán)的半徑變大，因此要使半徑變大，可以改用波長更長的單色光照耀，故C正確，D錯(cuò)誤，故選AC.12．關(guān)于立體電影，以下說法正確的是(BD)A．觀眾戴上特制眼鏡是為了防止損害眼睛B．這副眼鏡其實(shí)就是一對(duì)偏振方向相互垂直的偏振片C．戴上特制眼鏡的觀眾若只用一只眼睛看，則銀幕上只是一片光亮而無圖像D．產(chǎn)生立體視覺是因?yàn)槿说膬芍谎劬ν瑫r(shí)視察物體時(shí)，在視網(wǎng)膜上形成的像并不完全相同解析：放立體電影時(shí)有左右兩架放映機(jī)同時(shí)工作，在每架放映機(jī)前有一塊偏振片，兩偏振片的透振方向相互垂直，因此從放映機(jī)前偏振片射出的兩束偏振光的偏振方向相互垂直，這兩束偏振光經(jīng)屏幕反射其偏振方向不變更，觀眾眼睛所戴的偏光眼鏡的兩只鏡片偏振方向相互垂直，且左眼鏡片跟左邊放映機(jī)前偏振片的透振方向一樣，右眼鏡片跟右邊放映機(jī)前面偏振片的透振方向一樣．這樣，左眼只能看到左邊放映機(jī)映出的畫面，右眼只能看到右邊放映機(jī)映出的畫面，兩眼看到的畫面略有差別，因而產(chǎn)生立體感，因此B、D選項(xiàng)正確．二、填空題(共2小題，每小題6分，共12分)13.某愛好小組在測(cè)不同玻璃磚的折射率試驗(yàn)中：(1)小明同學(xué)用“插針法”測(cè)平行玻璃磚aa′b′b的折射率，確定好入射方向AO，沿入射方向插上兩枚大頭針P1和P2(如圖所示)，①②③是三條直線，②與③平行，則下列推斷正確的是C.(填選項(xiàng)前字母)A．在bb′側(cè)調(diào)整視察視線，另兩枚大頭針P3和P4可能插在①線上B．在bb′側(cè)調(diào)整視察視線，另兩枚大頭針P3和P4可能插在②或③線上C．若aa′與bb′不平行，仍可用“插針法”測(cè)玻璃磚折射率D．若保持O點(diǎn)不動(dòng)，增大入射角，在bb′側(cè)調(diào)整視察視線，看不清P1和P2的像，這可能是光在bb′界面發(fā)生全反射(2)小黃同學(xué)測(cè)半圓形玻璃磚的折射率，起先玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同始終線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚的直徑邊一側(cè)視察P1、P2的像，且P2的像攔住P1的像，如此視察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消逝，此時(shí)只需測(cè)量出玻璃磚旋轉(zhuǎn)的角度θ，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率n＝eq\f(1,sinθ).解析：(1)在利用兩側(cè)面平行的玻璃磚做試驗(yàn)時(shí)，出射光線跟入射光線平行，但有肯定側(cè)移，大頭針P3和P4應(yīng)插在②線上，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；若aa′與bb′不平行，只要用“插針法”確定出射光線，測(cè)出入射角和折射角，仍舊可測(cè)定折射率，選項(xiàng)C正確；入射角太大時(shí)，折射光弱，不易視察，但不行能在bb′界面發(fā)生全反射，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．(2)現(xiàn)象恰好消逝時(shí)，“光線P1P2”發(fā)生全反射，則臨界角為θ，即sinθ＝eq\f(1,n)，所以n＝eq\f(1,sinθ).14．“利用雙縫干涉測(cè)定光的波長”試驗(yàn)中，雙縫間距d＝0.4mm，雙縫到光屏的距離L＝0.5m，用某種單色光照耀雙縫得到干涉條紋如圖所示，分劃板在圖中A、B位置時(shí)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(shí)游標(biāo)卡尺讀數(shù)xA＝11.1mm，xB＝15.6mm，相鄰兩條紋間距Δx＝0.75(2)波長的表達(dá)式λ＝eq\f(d,L)Δx(用Δx、L、d表示)，該單色光的波長λ＝6.0×10－7m；(3)若改用頻率較高的單色光照耀，得到的干涉條紋間距將變小(選填“變大”“不變”或“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＝6×10－7m.(3)頻率變大則波長變小，所以Δx將變?。⒂?jì)算題(共4小題，每小題10分，共40分)15．如圖所示，在雙縫干涉中，若用λ1＝5.0×10－7m的光照耀，屏上O為中心亮條紋，屏上A為其次級(jí)亮條紋所在處．若換用λ2＝4.0×10－7m的光照耀時(shí)，屏上O處是什么狀況？屏上答案：見解析解析：當(dāng)用λ1＝5.0×10－7m的光照耀時(shí)，A點(diǎn)為其次級(jí)亮條紋，則光程差Δs＝AS2－AS1＝2λ1，即eq\f(Δs,λ2)＝eq\f(2λ1,λ2)＝eq\f(2×5.0×10－7,4.0×10－7)＝eq\f(5,2)，所以若用λ2＝4.0×10－7m的光照耀，A處應(yīng)為第三級(jí)暗條紋．O點(diǎn)光程差為零，仍為亮條紋．16.如圖，玻璃球冠的折射率為eq\r(3)，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的eq\f(\r(3),2)倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點(diǎn)，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點(diǎn)．求該光線從球面射出的方向相對(duì)于其初始入射方向的偏角．答案：150°解析：設(shè)球半徑為R，球冠底面中心為O′，連接OO′，則OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cosα＝eq\f(O′A,OA)＝eq\f(\f(\r(3),2)R,R)①即α＝30°②由題意MA⊥AB所以∠OAM＝60°③設(shè)圖中N點(diǎn)為光線在球冠內(nèi)底面上的反射點(diǎn)，所考慮的光線的光路圖如圖所示．設(shè)光線在M點(diǎn)的入射角為i、折射角為r，在N點(diǎn)的入射角為i′，反射角為eq\a\vs4\al(i)″，玻璃折射率為n.由于△OAM為等邊三角形，有i＝60°④由折射定律有sini＝nsinr⑤代入題給條件n＝eq\r(3)得r＝30°⑥作底面在N點(diǎn)的法線NE，由于NE∥AM，有i′＝30°⑦依據(jù)反射定律，有i″＝30°⑧連接ON，由幾何關(guān)系知△MAN≌△MON，故有∠MNO＝60°⑨由⑦⑨式得∠ENO＝30°⑩于是∠ENO為反射角，ON為反射光線．這一反射光線經(jīng)球面再次折射后不變更方向．所以，經(jīng)一次反射后射出玻璃球冠的光線相對(duì)于入射光線的偏角β為β＝180°－∠ENO＝150°.?17．始終桶狀容器的高為2l，底面是邊長為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透亮液體，過容器中心軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示．容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料．在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源，已知由液體上表面的D答案：1.55解析：設(shè)從光源發(fā)出干脆射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1，折射角為r1.在剖面內(nèi)作光源相對(duì)于反光壁的鏡像對(duì)稱點(diǎn)C，連接C、D，交反光壁于E點(diǎn)，由光源射向E點(diǎn)的光線，反射后沿ED射向D點(diǎn)．光線在D點(diǎn)的入射角為i2，折射角為r2，如圖所示．設(shè)液體的折射率為n，由折射定律有nsini1＝sinr1①nsini2＝sinr2②由題意知r1＋r2＝90°③聯(lián)立①②③式得n2＝eq\f(1,sin2i1＋sin2i2)④由幾何關(guān)系知sini1＝eq\f(\f(l,2),\r(4l2＋\f(l2,4)))＝eq\