学年高二物理人教版选修34章末检测卷第十三章 光.docx

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学年高二物理人教版选修34章末检测卷第十三章光

章末检测卷三（第十三章）

（时间：

90分钟　满分：

100分）

一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分）

1．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在如图1所示的位置上，而实验中其他操作均正确，测得的折射率将（　　）

图1

A．偏大B．偏小

C．不变D．无法确定

答案　C

解析　可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与正确值相同．

2．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.如图所示四个光路图中正确的是（　　）

答案　A

解析　设临界角为C，则sinC＝

≈0.67，sin45°＝

≈0.707，入射角45°大于临界角C，发生全反射．

3．为了减少光学元件的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光．如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，要使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，最小厚度为d，那么绿光在真空中的波长λ0为（　　）

A.

　　　B.

　　　C．4d　　　D．4nd

答案　D

解析　设绿光在膜中的波长为λ，则由d＝

λ，得λ＝4d，则绿光在真空中的波长为λ0＝nλ＝4nd.

4．如图2所示，甲、乙、丙、丁四幅图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样．分析各图样的特点可以得出的正确结论是（　　）

图2

A．甲、乙是光的干涉图样

B．丙、丁是光的干涉图样

C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样的光的波长短

D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样的光的波长短

答案　A

5．与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的．小虎画了月全食的示意图（如图3所示），并提出了如下猜想，其中最为合理的是（　　）

图3

A．地球上有人用红色激光照射月球

B．太阳照射到地球的红光反射到月球

C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球

D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹

答案　C

解析　月全食时不可能有人用很大能量的红色激光照射月球，故A项错误；只有地球挡住了太阳光，才能形成月全食，不会是太阳光照射到地球，再反射到月球上，故B项错误；太阳光中的红光经地球大气层折射到月球，符合物理原理，故C项正确；太阳光中的红光在月球表面不满足形成干涉的条件，故D项错误．

6．如图4所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则（　　）

图4

A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B．小球所发的光能从水面任何区域射出

C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大

D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

答案　D

解析　只要发光小球在缸底的光线能从侧面折射出光线，就可以从侧面看到发光小球，故A选项错误；发光小球由水中射向水面的光线，存在一个全反射临界角，当入射角大于全反射临界角时，不能从水面射出，故B选项错误；折射光不改变光的频率，故C选项错误；由n＝

，得v＝

，而n>1，故c>v，所以D选项正确．

7．下列说法正确的是（　　）

A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果

B．用光导纤维传送图象信息，这是光的衍射的应用

C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象

D．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰

答案　CD

解析　太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，是由于不同色光在介质中折射率不同产生的色散现象，A错；用光导纤维传送图象信息是利用了光的全反射，B错；眯着眼睛看发光的灯丝时观察到彩色条纹是光的衍射现象，C对；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，滤去了水面的反射光，使景像清晰，D对．

8．如图5所示为一束光线穿过介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时的光路，则（　　）

图5

A．介质Ⅰ的折射率最大

B．介质Ⅱ的折射率最大

C．介质Ⅲ的折射率最大

D．光在介质Ⅱ中传播速度最大

答案　CD

解析　根据折射情况，Ⅰ与Ⅱ相比，Ⅰ是光密介质；Ⅱ与Ⅲ相比，Ⅲ是光密介质，所以Ⅱ是最疏的，光的传播速度最大；Ⅰ与Ⅲ相比Ⅲ中的折射角小，介质Ⅲ的折射率最大．

9．如图6所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则（　　）

图6

A．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失

B．用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距

C．a、b两束光相比较，在真空中的传播速度a光比b光大

D．在水中，b光波长比a光波长大

答案　AB

解析　由sinC＝

，则a光的临界角较大，b光的临界角较小，故若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光的折射角先达到90°，发生全反射，先消失，故A正确；根据折射角raλb，条纹间距Δx＝

λ，则a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，故B正确，D错误；真空中所有光的传播速度是相同的，故C错误．

10．如图7所示，在空气中，一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入，从b表面射出，则以下说法中正确的是（　　）

图7

A．出射光线一定与入射光线平行

B．随着θ角的增大（θ<90°），光可能在a表面发生全反射

C．随着θ角的增大（θ<90°），光可能在b表面发生全反射

D．无论如何改变θ角，光线从a表面射入，不可能在b表面发生全反射

答案　AD

解析　光线通过两面平行的玻璃板时，光的传播方向不变，只是发生了侧移，故选项A正确；光线在a表面是由光疏介质射入光密介质，故不会发生全反射．当光线射到b表面时，入射角等于光在a表面时的折射角，由光路可逆知，它在b表面的折射角等于在a表面的入射角，故在b表面也不会发生全反射，故B、C错误，D正确．

二、实验题（本大题共2小题，共13分）

11．（6分）在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上螺旋测微器的读数如图8，为________mm.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，由手轮上的螺旋测微器再读出一读数．若实验测得第1条亮纹与第6条亮纹中心间的距离Δx＝11.550mm，双缝到屏的距离l＝0.70m，已知双缝间距d＝0.20mm.由计算式λ＝________，求得所测光的波长为________m（保留两位有效数字）．

图8

答案　1.612（1.611～1.613均算正确）　

　6.6×10－7

12．（7分）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图9所示．

图9

（1）在图10中画出完整的光路图；

图10

（2）对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________（保留3位有效数字）．

（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图11所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，对应其出射光线上的2枚大头针是P3和________（填“A”或“B”）．

图11

答案　

（1）见解析图　

（2）1.53（说明：

±0.05范围内都可）　（3）A

解析　

（1）分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点并延长，与玻璃砖两平行边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中的传播线路．光路图如图所示．

（2）设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为θ1，折射角为θ2，则sinθ1＝

≈0.798，sinθ2＝

≈0.521

所以该玻璃砖的折射率n＝

＝

≈1.53

（3）由题图可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A.

三、计算题（本大题共4小题，共47分．要有必要的文字说明或解题步骤，有数值计算的要注明单位）

13．（11分）如图12所示，一透明球体置于空气中，球半径R＝10cm，折射率n＝

.MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5

cm，CD为出射光线．

图12

（1）补全光路并求出光从B点传到C点的时间；

（2）求CD与MN所成的角α.（需写出求解过程）

答案　见解析

解析　

（1）连接BC，如图所示，设在B点光线的入射角、折射角分别标为θ1、θ2，

由几何关系可得sinθ1＝

＝

，得θ1＝45°

由折射定律得

在B点有：

n＝

解得sinθ2＝

，故θ2＝30°

又有BC＝2Rcosθ2，则t＝

＝

＝

得：

t＝

×10－9s

（2）由几何关系可知∠COP＝15°

又∠ECP＝θ1＝45°

由几何关系可得α＝30°.

14．（11分）一个水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H.在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图13所示．求：

图13

（1）光在该液体中的传播速度大小；

（2）液体表面被光源照亮区域的面积．

答案　

（1）2.12×108m/s　

（2）πH2

解析　

（1）由题意知：

入射角θ1＝30°，折射角θ2＝45°

n＝

＝

v＝

＝

m/s≈2.12×108m/s

（2）若发生全反射，入射角C应满足sinC＝

即C＝45°

由题意知，液体表面被照亮区域为一个圆形区域．

区域半径R＝HtanC＝H

区域面积S＝πR2＝πH2.

15．（12分）如图14所示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c.

图14

（1）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角i应满足的条件；

（2）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间．

答案　

（1）sini≤

（2）

解析　

（1）入射角为i，设折射角为r，光线到达玻璃丝侧面的入射角为θ，全反射临界角为C，由折射定律得

n＝

①

由几何关系得r＋θ＝90°②

即sinr＝cosθ③

当θ≥C时发生全发射，光线能传播到另一端面，因

sinC＝

④

故cosθ≤cosC＝

⑤

联立①②③④⑤解得sini≤

⑥

（2）当折射光线发生全反射后，光线在介质中传播的速度v＝

⑦

光线在介质中传播的距离为L′＝

⑧

由几何关系知cosr＝sinθ，故L′＝

，θ最小等于临界角C时，光线在介质中传播的距离最长Lm＝

＝nL.

所以最长时间t＝

＝

.

16．（13分）如图15所示，半圆形玻璃砖的半径为R，光屏PQ置于直径的右端并与直径垂直，一单色光与竖直方向成α＝30°角射入玻璃砖的圆心O，在光屏上出现了一个

光斑，玻璃对该种单色光的折射率为n＝

，光在真空中的传播速度为c，求：

图15

（1）光屏上的光斑与O点之间的距离；

（2）光进入玻璃砖后经过多少时间到达光屏；

（3）使入射光线绕O点沿逆时针方向旋转，为使光屏上的光斑消失，至少要转过多少角度？

答案　

（1）

R　

（2）

　（3）15°

解析　

（1）作出光路如图所示，由折射定律有：

n＝

代入数据得：

r＝45°

光斑与O点之间的距离

s＝

＝

R

（2）设光在玻璃砖中的速度为v，则v＝

＝

光在玻璃砖中的传播时间t1＝

＝

光从O点到达光屏的时间t2＝

＝

光进入玻璃砖后到达光屏的时间t＝t1＋t2＝

R

（3）当光在界面处发生全反射时光屏上的光斑消失，故sinC＝

即入射角α′＝C＝45°时光斑消失，入射光线至少要转过的角度为α′－α＝15°.