第四章《光》达标检测人教版高二物理选择性必修一.docx
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第四章《光》达标检测人教版高二物理选择性必修一
新人教版选择性必修一第四章 达标检测
(满分:
100分;时间:
90分钟)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。
在每小题给出的四个选项中,第1~5小题只有一个选项符合题目要求,第6~8小题有多个选项符合题目要求。
全部选对的得6分,选不全的得4分,选错或不答的得0分)
1.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列选项符合实际应用的是 ( )
A.在光导纤维内传送图像是利用光的色散
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射
C.光学镜头上的增透膜是利用光的偏振
D.全息照相是利用光的干涉
2.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点,在科学技术和日常生活中应用广泛。
下面关于激光的叙述正确的是 ( )
A.激光是纵波
B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C.两束频率不同的激光能产生干涉现象
D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
3.如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球,则( )
A.小球必须位于缸底中心,才能从侧面看到小球
B.小球所发出的光能从水面任何区域射出
C.小球所发出的光从水中进入空气后频率变大
D.小球所发出的光从水中进入空气后传播速度变大
4.如图所示,玻璃砖的横截面为半圆形,半径为R,MN为直径,一束白光从Q点沿垂直于直径MN的方向射入玻璃砖,从玻璃砖的圆弧面射出后,打到光屏上得到由红到紫的彩色光带。
已知QM=
如果保持入射光线和光屏的位置不变,而使玻璃砖沿直径方向向上或向下移动,移动的距离小于
则有( )
A.玻璃砖向上移动的过程中,屏上红光最先消失
B.玻璃砖向上移动的过程中,屏上紫光最先消失
C.玻璃砖向下移动的过程中,屏上红光最先消失
D.玻璃砖向下移动的过程中,屏上紫光最先消失
5.如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,发生折射或反射形成的。
如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是( )
A.在冰晶中,b光的传播速度较大
B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大
C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小
D.用同一装置做单缝衍射实验,b光的中央亮条纹更宽
6.如图所示,一束由两种单色光混合的复色光,沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面,得到三束反射光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,若平面镜的上下表面足够宽,则下列说法正确的是( )
A.光束Ⅰ仍为复色光,光束Ⅱ、Ⅲ为单色光
B.改变α角,光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行
C.通过相同的双缝干涉装置,光束Ⅱ产生的条纹间距要小于光束Ⅲ的
D.在真空中,光束Ⅱ的传播速度小于光束Ⅲ的传播速度
7.如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则( )
A.此玻璃的折射率为
B.光从B到D需用时
C.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象
D.若减小∠ABD,从AD段射出的光线均平行于AB
8.在透明的均匀介质内有一球状空气泡,O为球心,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C、D两点射向介质,细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=
下列说法中正确的是( )
A.在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小
B.a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为30°
C.当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光的波长,a光不能发生衍射现象
D.若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中,在不断增大入射角时,a的折射光会先消失
二、非选择题(共5小题,共52分)
9.(8分)某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图所示)。
实验的主要过程如下:
A.把白纸用图钉钉在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段AO表示入射光线。
B.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa'与x轴重合。
C.用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底边射出后,仍沿y轴负方向传播。
D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2。
E.在坐标系y<0的区域内竖直地插上大头针P3,并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去,P3能同时挡住P1和P2的像。
F.移开玻璃砖,连接O、P3,用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示),此圆与AO的交点为B,与OP3的交点为C。
确定出B点到x轴、y轴的距离分别为x1、y1,C点到x轴、y轴的距离分别为x2、y2。
(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa'与x轴重合,而是向y>0方向侧移了一些,这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比 (选填“偏大”“不变”或“偏小”)。
(2)若实验中该同学在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像,为能透过玻璃砖看到P1、P2的像,应采取的措施是:
。
10.(8分)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,第一次分划板中心刻线对齐A条纹中心(图甲),游标卡尺的示数如图乙所示,第二次分划板中心刻线对齐B条纹中心(图丙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距离为0.05mm,双缝到屏的距离为1m,则图乙中游标卡尺的读数为 mm,则图丁中游标卡尺的读数为 mm。
实验时测量多条干涉条纹间距的目的是 ,所测光波的波长为 m(保留两位有效数字)。
11.(10分)如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO'表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。
已知玻璃的折射率为1.5。
现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。
求
(ⅰ)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;
(ⅱ)距光轴
的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
12.(12分)如图所示,ABCD是某种透明材料的截面,AB面为平面,CD面是半径为R的圆弧面,O1O2为对称轴。
一束单色光从O1点斜射到AB面上,折射后照射到圆弧面上E点刚好发生全反射,θ=30°,DO2⊥CO2,透明材料对单色光的折射率为
光在真空中传播的速度为c,求:
(1)单色光在AB面上入射角α的正弦值;(结果可以用根号表示)
(2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在BC面的反射)。
(结果可以用根号表示)
13.(14分)如图所示,一个截面为矩形的水池,池底有一垂直于池边的线形发光体,长度为L。
当池中未装水时,一高为h的人站在距池边h的A点,只能看到发光体的一个端点。
当将水池加满水时,人需移到距池边2
h的B点时,才只能看到发光体的一个端点。
已知光在真空中传播的速度为c,发光体的一端紧靠人站一方的池边,人站的位置与发光体在同一竖直面内,不计人眼到头顶的距离,求:
(1)水池中水的折射率;
(2)当水池加满水时,站在B点的人看到的发光体端点发出的光传到人眼的时间。
答案全解全析
一、选择题
1.D 在光导纤维内传送图像是利用光的全反射,故A错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散,故B错误;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉,减弱反射光的强度,增加透射光的强度,故C错误;全息照相是利用光的干涉,故D正确。
2.D 光是一种电磁波,属于横波,故A错误;光在不同介质中的传播速度不同,频率相同的激光在不同介质中的波长不同,故B错误;频率相同的光才可能发生干涉现象,故C错误;激光方向集中,也就是平行度好,可用于测量月球到地球的距离,D正确。
3.D 设发光小球在P点,如图甲,当发光小球不在缸底中心O时,仍有光线从侧面射出,所以A错误。
光从水面射入空气时,当入射角大于或等于临界角时,会发生全反射现象,如图乙,只有在入射角θ小于临界角C的范围内光才能从水面射出,B错误。
光从一种介质进入另一种介质时,频率保持不变,C错误。
光在水中的传播速度v=
光在空气中的传播速度近似等于真空中的传播速度c,所以D正确。
4.D 当玻璃砖上移时,光从玻璃进入空气的入射角减小,所以不管哪种色光都不会发生全反射,故A、B错误;当玻璃砖向下移动时,光从玻璃进入空气的入射角在增大,因为紫光的折射率最大,其临界角最小,所以紫光最先发生全反射,在屏上消失,故C错误,D正确。
5.B 由题图乙可知,太阳光射入冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=
知,在冰晶中a光的传播速度较大,A错误;由于a光的折射率小于b光,可知a光的波长大于b光的波长,根据Δx=
λ可知,B正确;同种玻璃对a光的折射率较小,由临界角公式sinC=
可知,a光的临界角较大,C错误;用同一装置做单缝衍射实验,由于a光的波长较长,故中央亮条纹更宽,D错误。
6.ABC 在平面镜的上表面所有色光都能发生反射,反射角相同,则由图可知光束Ⅰ是复色光;而光束Ⅱ、Ⅲ是由于玻璃对不同色光的折射率不同而导致偏折分离,因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的,根据光路的可逆性和对称性,知两光束仍然平行射出,光束Ⅱ、Ⅲ是单色光,故A正确。
因为光反射时的反射角与入射角相等,所以改变α角,经过折射、反射、再折射后,光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行,故B正确。
由图知,光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度,根据折射定律可知,玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率,则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率,光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长,而其他条件相同时,双缝干涉条纹间距与波长成正比,则用相同装置做双缝干涉实验,光束Ⅱ产生的条纹间距比光束Ⅲ的小,故C正确。
在真空中,光束Ⅱ的传播速度与光束Ⅲ的传播速度都为3×108m/s,故D错误。
7.AB 如图,由几何知识可得,入射角i=∠ABD=30°,折射角r=2∠ABD=60°,则此玻璃的折射率为n=
=
=
故A正确;BD长度s=2Rcos30°=
R,光在玻璃球内传播的速度v=
故光从B传到D所用的时间为t=
=
B正确;由sinC=
=
<
得临界角C<45°,所以若增大∠ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在DM段发生全反射现象,故C错误;要使出射光线平行于AB,入射角必为30°,若减小∠ABD,入射角减小,则从AD段射出的光线与AB不平行,故D错误。
8.AB 在A点可见,a光的折射角大于b光的折射角,所以a光的折射率大于b光的折射率,由v=
得知,在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小,故A正确;细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=
可知在A点a光的折射角是45°,由几何关系可知△AOC是等腰直角三角形,可知,在C点a光的入射角是45°,根据光路可逆可知,在C点a光的折射角是30°,如图所示,由几何关系可知a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为θ=30°,故B正确;当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光波长,a光能发生明显的衍射现象,故C错误;光从空气射向水中不可能发生全反射,a光的折射光不会消失,故D错误。
二、非选择题
9.答案
(1)偏大(4分)
(2)重新画线段AO,减小AO与y轴的夹角(或逆时针转动玻璃砖,重新画坐标系)(4分)
解析
(1)玻璃砖的底边向y>0方向侧移了一些,这将导致光在玻璃砖的弧面发生折射,射到aa'面的入射角变大,而作图时其边界和法线不变,故所测的入射角偏小,折射角偏大,导致所测的玻璃折射率与其真实值相比偏大。
(2)在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像,是由于光线在底边aa'上发生了全反射,所以应重新画线段,减小AO与y轴的夹角。
10.答案 11.4(2分) 15.7(2分) 减小测量误差(或提高测量的精确度)(2分) 5.4×10-8(2分)
解析 游标卡尺读数等于主尺读数加上游标尺读数,图乙中主尺读数为11mm,游标尺的第4条刻线与主尺某刻线对齐,读数为0.1mm×4=0.4mm,故图乙中游标卡尺的读数为11mm+0.4mm=11.4mm;同理,图丁中游标尺第7条刻线与主尺某刻线对齐,故读数为15mm+0.1mm×7=15.7mm;相邻条纹间距为Δx=
mm=1.075mm。
实验时测量多条干涉条纹间距的目的是减小测量误差(或提高测量的精确度);根据双缝干涉的条纹间距公式Δx=
λ,可得λ=
=
m≈5.4×10-8m。
11.答案 (ⅰ)
R (ⅱ)
R(或2.74R)
解析
(ⅰ)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角iC时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。
i=iC ①(1分)
设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有
nsiniC=1 ②(1分)
由几何关系有
sini=
③(1分)
联立①②③式并利用题给条件,得
l=
R ④(1分)
(ⅱ)设与光轴相距
的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,由折射定律有
nsini1=sinr1 ⑤(1分)
设折射光线与光轴的交点为C,在△OBC中,由正弦定理有
=
⑥(1分)
由几何关系有
∠C=r1-i1 ⑦(1分)
sini1=
⑧(1分)
联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得
OC=
R≈2.74R ⑨(2分)
12.答案
(1)
(2)
解析
(1)光在圆弧面上刚好发生全反射,设临界角为C,有sinC=
=
则C=60°(2分)
由几何关系可知γ+θ=C,因此γ=30°(1分)
由折射定律得n=
(2分)
解得sinα=
(1分)
(2)由几何关系可知O1E=R(1分)
光在E点的反射光线EF平行于AB,则
EF=Rsin45°-Rsin30°=
(2分)
光在材料中传播的速度v=
=
c(1分)
因此光在材料中传播的时间为t=
=
=
(2分)
13.答案
(1)
(2)
解析
(1)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在池中的光线与竖直方向的夹角为r,在空气中的光线与竖直方向的夹角为i,水池中水的折射率为n。
由折射定律得n=
(2分)
由题意和几何关系得sinr=
(2分)
sini=
(2分)
联立以上各式得n=
(1分)
(2)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在水中传播的速率为v,在水中和空气中传播经历的时间分别为t1、t2,总时间为t。
t1=
(2分)
v=
(1分)
t2=
(2分)
t=t1+t2(1分)
联立以上各式得t=
(1分)
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