2014-2015学年高中物理 电磁波单元质量评估(三)鲁科版选修3-4

1、2014-2015学年高中物理 电磁波单元质量评估(三)鲁科版选修3-4 (90分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。每小题至少一个答案正确)1.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它也随着你靠近而后退。对此现象正确的解释是()A.出现的是“海市蜃楼”,是由于光的折射造成的B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉C.太阳辐射到地面,使地表温度升高,地表空气折射率大,发生全反射D.太阳辐射到地面,使地表温度升高,地表空气折射率小,发生全反射2.如图所示,一细

2、束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,下列说法中正确的是()A.n1<n2,a为红光,b为蓝光B.n1<n2,a为蓝光,b为红光C.n1>n2,a为红光,b为蓝光D.n1>n2,a为蓝光,b为红光3.如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则()A.该棱镜的折射率为3B.光在F点发生全反射C.光从空气进入棱镜,光的传播速度变小D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

3、4.(2013·渭南高二检测)如图所示,一细束红蓝复色光与AB边垂直射入直角三棱镜,在AC面上反射和折射分成两束细光束,其中一束细光束为单色光束,若用v1和v2分别表示红、蓝单色光在三棱镜内的速度,下列判断正确的是()A.v1<v2,单色光束为红色B.v1<v2,单色光束为蓝色C.v1>v2,单色光束为红色D.v1>v2,单色光束为蓝色5.彩虹和霓是太阳光被大气中的小水珠折射和反射形成的色散现象。如图所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成霓的光路示意图,a、b为两种折射出的单色光,则以下说法正确的是()A.a光的折射率大于b光的折射率B.a光的频率大于b光

4、的频率C.在小水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度D.在小水珠中a光的传播速度小于b光的传播速度6.颜色不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示,下列说法正确的是()A.玻璃对单色光1的折射率大于单色光2的折射率B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角7.如图所示,OO是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线,A、B是关于OO轴等距且平行的两束不同单色细光束,从玻璃射出后相交于OO下方的P点,由此可以得出的结论

5、是()A.在玻璃中,A光比B光的速度小B.在玻璃中,A光比B光的速度大C.玻璃对A光的折射率比对B光的折射率小D.玻璃对A光的折射率比对B光的折射率大8.一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后,在屏P上可得到彩色光带,如图所示,在入射角i逐渐减小到零的过程中,假如屏上的彩色光带先后全部消失,则()A.红光最先消失,紫光最后消失B.紫光最先消失,红光最后消失C.紫光最先消失,黄光最后消失D.红光最先消失,黄光最后消失9.如图所示,MN是暗室墙上的一把直尺,一束宽度为a的平行白光垂直射向MN,现将一横截面积是直角三角形(顶角A为30°)的玻璃三棱镜放在图中虚线位置,且使

6、其截面的直角边AB与MN平行,则放上三棱镜后,射到直尺上的光将()A.被照亮部分下移B.被照亮部分的宽度不变C.上边缘呈紫色,下边缘呈红色D.上边缘呈红色,下边缘呈紫色10.光纤通信网已经覆盖大中城市,为人们的生活提供安全、可靠的通信服务,光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输。若采用的光导纤维是由内芯和包层两层介质组成,下列说法正确的是()A.内芯和包层折射率相同,折射率都很大B.内芯和包层折射率相同,折射率都很小C.内芯和包层折射率不同,包层折射率较大D.内芯和包层折射率不同,包层折射率较小二、实验题(本大题共2小题,共16分)11.(6分)(2012·江苏高考)“测定玻璃的

7、折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它。如图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n=。(计算结果保留两位有效数字)12.(10分)(2012·重庆高考)如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示,计算折射率时,用(选填“d”或“e”)点得到的

8、值较小,用(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。三、计算题(本大题共4小题,共44分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(10分)(2012·海南高考)一玻璃三棱镜,其横截面为等腰三角形,顶角为锐角,折射率为2。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜。不考虑棱镜内部的反射。若保持入射光线在过入射点的法线的下方一侧(如图),且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角可在什么范围内取值?14.(10分)在水面上放置一个足够大的遮光板,板上有一个半径为a的圆孔,圆心的正上方h处放一个点光源S,在水面下深H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(

9、图中未画出)。测得a=8cm,h=6cm,H=24cm,R=26cm,求水的折射率。15.(12分)(2013·新课标全国卷)如图,三棱镜的横截面为直角三角形ABC,A=30°,B=60°。一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜,在AC边发生反射后从BC边的M点射出,若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等,()求三棱镜的折射率;()在三棱镜的AC边是否有光线透出?写出分析过程。(不考虑多次反射)16.(12分)(2013·新课标全国卷)图示为一光导纤维(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

10、度为c。()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上的入射角应满足的条件;()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。答案解析1.【解析】选D。酷热的夏天地表温度高,地表附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射。2.【解析】选B。由题图可知,b光线经过三棱镜后的偏折角较小,因此折射率较小,是红光。3.【解析】选A、C。在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为3,A对;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;根据公式介=空n可知C对;三棱

11、镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错。4.【解析】选C。红光的折射率小于蓝光的折射率,故v1>v2,红光的临界角大于蓝光的临界角,如果红光发生了全反射,则蓝光也发生全反射,就不存在有折射光线的问题了,故单色光束为红色,C项正确。5.【解析】选C。在太阳光射入小水珠时,入射角相同,而a光的折射角大于b光的折射角,所以a光的折射率小于b光的折射率,故A错;对同一介质,折射率小的光频率小,故B错;根据n=cv,所以在小水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度,故C对、D错。6.【解题指南】解答本题可按以下思路分析:【解析】选A、D。设两束单色光1和2的入射角为i,折

12、射角分别为r1、r2,由题图可知:r1<r2,根据n=sinisinr,所以玻璃对单色光1的折射率比单色光2的大,即n1>n2,故A对;由n=cv,则v1<v2,故B错误;设临界角为C,则sinC=1n,则C1<C2,故D正确;设玻璃板厚度为d,单色光通过玻璃板所需的时间t=d/cosrc/n=dnccosr=dsinicsinrcosr=2dsinicsin2r,尽管r1<r2,但是sin2r1与sin2r2大小关系不能确定,所以单色光1通过玻璃板所需的时间与单色光2通过玻璃板所需的时间无法比较,故C错误。7.【解析】选A、D。由题图可知,A光的偏折程度更大,折

13、射率较大,故B、C错、D正确。由n=cv可知在玻璃中的光速A较小,故A正确。8.【解析】选B。白光从AB射入玻璃后,由于紫光偏折大,从而到达另一侧面AC时的入射角较大,且因紫光折射率最大,sinC=1n,因而其全反射的临界角最小,故随着入射角i的减小,进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不从AC面射出,后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红,逐渐发生全反射而不从AC面射出。9.【解析】选A、D。白光将向底边折射,所以被照亮部分下移,A项正确;由于红光的折射率最小,紫光的折射率最大,所以上边缘呈红色,下边缘呈紫色,故D项正确。10.【解析】选D。光纤通信是利用光的全反射,内芯的折射率大于包层折射率,D

14、项正确。11.【解析】插第四个大头针D时,应使它挡住C及A、B的像。连接A、B并延长交直线a于一点O,连接C、D并延长交直线a于一点O,连接O、O。以O为圆心,作辅助圆交AB于E,交OO于G,分别过E、G作法线的垂线,垂足为F、H。用刻度尺量出EF、GH的长度,则折射率n=EFGH=1.8。答案:挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对)12.【解析】从题图中看出,直线ce近似与直线ab平行,因此,使用ce两点作图,测量出的数值更接近于折射率真实值,误差较小。若使用cd两点作图,折射角较大,计算出的折射率偏小。答案:光学de13.【解析】设入射光线经玻璃折射时,入射角为i,折射角为r,射至

15、棱镜右侧面的入射角为。根据折射定律有sini=nsinr (2分)由几何关系得=+r (2分)当i=0时,由式知r=0,有最大值m(如图),由式得=m (2分)同时m应小于玻璃对空气的全反射临界角,即sinm<1n (2分)由和题给条件可得,棱镜顶角的取值范围为0<<45° (2分)答案:0<<45°14.【解析】根据光路图,可知 (2分)sini=aa2+h2=0.8 (3分)sinr=R-a(R-a)2+H2=0.6 (3分)由折射定律得n=sinisinr得n=43 (2分)答案:43【总结提升】如何寻找光线照射的范围(1)求光线照射的范

16、围时,关键是找出边界光线,如果发生全反射,刚好能发生全反射时的临界光线就是一条边界线,而另一条光线可以通过分析找出。(2)确定临界光线时,关键是确定光线入射角等于临界角时的位置。15.【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)画出光线的传播光路图;(2)根据几何关系求出入射角和折射角;(3)根据折射率定义计算介质的折射率;(4)分析发生全反射的条件。【解析】()光路如图所示,设光线在P点的入射角为i,折射角为r,因光线平行AC射入,所以i=60°,由折射定律得,对于P处折射有sini=nsinr,对于M处折射有nsinr=sini,所以r=r,又OOAC,MNC=r,ANP=MNC

17、=r,根据三角形的外角等于不相邻的两内角之和,得r=30°,所以n=sinisinr=3。(6分)()发生全反射的临界角C满足sinC=1n=33,由图可知,在N处反射的入射角i=60°,即sini=32,所以入射角i>C,符合发生全反射的条件,在AC边没有光线透出。(6分)答案:()3()见解析16.【解题指南】解答本题时应注意理解以下两点:(1)分析光的折射和全反射现象及相应的临界现象;(2)找到光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间的条件,即光在侧壁上恰好发生全反射。【解析】()设光线在端面AB上C点的入射角为i,折射角为r,由折射定律有sini=n

18、sinr (2分)设光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在光导纤维中传播,应有 (1分)式子中,是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足nsin=1 (1分)由几何关系得+r=90° (1分)由式得sinin2-1 (2分)()光在玻璃丝中传播速度的大小为v=cn (1分)光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz=vsin (1分)光线从玻璃丝端面AB传播到其另一个端面所需时间为T=Lvz(1分)光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需时间最长,由式得Tmax=Ln2c (2分)答案:()入射角应满足sinin2-1()Ln2c【变式备选】如图所示为某种透明介质的截面图,AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10cm的四分之一圆弧,AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=233,n2=2。(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色。(2)求两个亮斑间的距离。【解析】(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2,sinC1=1n1=32C1=60