高中物理 第13章 光限时检测试题 新人教版选修3-4

【成才之路】-学年高中物理第13章光限时检测试题新人教版选修3-4本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．(北京西城区～学年高二下学期期末)关于光的本性，下列描述错误的是()A．泊松亮斑说明光具有波动性B．薄膜干涉说明光具有波动性C．单缝衍射说明光具有波动性D．偏振现象说明光是一种纵波答案：D解析：光的干涉、衍射现象说明光是一种波，A、B、C正确；偏振现象说明光是横波，D错误。2．下列说法不正确的是()A．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的四分之一B．光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，各色光在同一介质中的光速也不同C．用单色光做双缝干涉实验相邻条纹之间的距离不相等D．光的衍射为光的波动提供了有力的证据答案：C解析：增透膜厚度不宜太厚，所以增透膜的厚度应为eq\f(λ,4)，使从增透膜前后两表面反射的光路程差等于eq\f(λ,2)，故选项A正确；光的色散说明同一介质对不同色光的折射率不同，折射后偏折角不同，才分散开形成彩色光带，故选项B正确；单色光双缝干涉条纹的距离相同，故选项C错误；干涉、衍射是波具有的特性，故选项D正确。所以说法不正确的是C选项。3．(福州八县一中～学年高二下学期期末联考)对于以下光学现象或运用，说法错误的是()A．自行车尾灯的内部构造实质是一列竖直排布的紧密的全反射三棱镜B．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景C．夏天雨后的天空出现美丽的彩虹，是光的色散现象D．光导纤维的内芯一般由折射率较大的玻璃纤维制成答案：B解析：海市蜃楼呈正立的虚像，B错误；根据光的传播特征可判A、C、D正确。4.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的()答案：D解析：铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是基本水平的。5．太阳光的可见光部分照射到地面上，通过一定装置可观察太阳光谱，如图所示是一简易装置。一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上即可观察到太阳光谱的七色光带。逐渐增大平面镜倾斜程度，各色光陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光是()A．红光→紫光红光 B．紫光→红光红光C．红光→紫光紫光D．紫光→红光紫光答案：C解析：如题图所示，红光的折射率小，偏折程度小，所以在墙面上应在上方；增大平面镜的倾斜程度时，入射到水面上的入射角增大，又由于紫光的临界角小，所以首先达到紫光的临界角，故紫光先消失，C正确。6.如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是()A．红光 B．黄光C．蓝光 D．紫光答案：D解析：从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如图所示。当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：sinα＝eq\f(d,\r(h2＋d2))，sinβ＝eq\f(d,\r(H2＋d2))，n＝eq\r(\f(H2＋d2,h2＋d2))竖直向下看时，d接近于零，故n＝eq\f(H,h)，即：h＝eq\f(1,n)H因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小。7．(河北衡水中学～学年高二下学期一调)如图所示，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()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＝eq\f(1,n)，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，最先消失，故A正确；根据折射角ra<rb，得频率fa<fb，波长λa>λb，条纹间距Δx＝eq\f(L,d)λ，则a光的干涉条纹间距大于b光的间距，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。8．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示。下列说法中正确的是()A．图中光束①是蓝光②是红光B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽答案：AC解析：由图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1>n2，而n红<n蓝，选项A正确；由v＝eq\f(c,n)得，选项B错误；折射率大的光束波长小，在单缝衍射、双缝干涉实验中的条纹宽度要小，选项C对而D错。9．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θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则()A．该棱镜的折射率为eq\r(3)B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变小D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行答案：AC解析：由几何关系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(\f(\r(3),2),\f(1,2))＝eq\r(3)，A选项正确；在BC界面上，入射角为30°，临界角的正弦值为sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)>sin30°，即C>30°，所以在F点，不会发生全反射，B选项错误；光从空气进入棱镜，频率f不变，波速v减小，所以λ＝eq\f(v,f)减小，C选项正确；由上述计算结果，作出光路图，可知D选项错误。10．(河北衡水中学～学年高二下学期期中)如下图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是()答案：AD解析：根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光的波长大，则同一介质对a光的折射率小，对b光的折射率大。根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A正确；B错误；由sinC＝eq\f(1,n)分析可知，a光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若b不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射，故C错误；当光从棱镜射入空气中时，若a不发生全反射，能射出棱镜，b光可能发生全反射不从棱镜射出，此图是可能的，故D正确。第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上)11．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014Hz。(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是__________________________。(2)这种“增反膜”的厚度是______________。(3)请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是()A．薄膜干涉说明光具有波动性B．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行C．干涉条纹一定是彩色的D．利用薄膜干涉也可以“增透”答案：(1)两反射光叠加后加强(2)1.23×10－7m解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的eq\f(1,2)。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m。干涉和衍射都证明光具有波动性，如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行，白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色，当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”。12．(宁波效实中学～学年高二下学期期末)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________。(2)图中P3、P4两位置中________(填“P3”或“P4(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________。答案：(1)eq\r(3)(2)P4(3)1解析：(1)根据折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝eq\f(sin60°,sin30°)≈1.73。(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大。(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率为1。13．(资阳市～学年高二下学期期末)“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏的距离L＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm；(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、L、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”、“不变”或“变小”)。答案：(1)15.6,0.75(2)eq\f(d,L)Δx,6.0×10－7(3)变小解析：(1)由游标卡尺读数规则读出xB＝15.6mm，相邻两条纹间距Δx＝eq\f(xB－xA,6)＝0.75mm(2)波长表达式λ＝eq\f(d,L)Δx，将数据代入得λ＝6×10－7(3)频率变大则波长变小，所以Δx将变小。三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14．(9分)实验证明让一束太阳光入射到平静的水面上，如果入射角合适，其反射光线和折射光线是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率为1.33，求这一入射角为多少？答案：53°解析：设入射角为θ1，折射角为θ2，反射角为θ′1。由光的反射定律知θ′1＝θ1；由光的折射定律得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，由题给条件知θ1＋θ2＝90°，故有sinθ2＝sin(90°－θ1)＝cosθ1，n＝eq\f(sinθ1,cosθ1)＝tanθ1，θ1＝arctan1.33＝53°。15．(10分)空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼。已知水的折射率为4/3。(1)鸟从空中看到水中的鱼离它的距离是多少？(2)鱼在水中看空中的鸟离它的距离是多少？答案：(1)6m(2)8m解析：(1)首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示。由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的i和r均很小，故有tani＝sini，tanr＝sinr。由图可得：h1tanr＝h′tani，h′＝h1tanr/tani＝h1sinr/sini＝eq\f(h1,n)＝4×eq\f(3,4)m＝3m则鸟看水中的鱼离它：H1＝(3＋3)m＝6m(2)同理可得鱼看鸟时：h″＝nh2＝3×eq\f(4,3)m＝4m则H2＝(4＋4)m＝8m6．(11分)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？答案：n＝eq\r(2)解析：设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3由全反射临界角公式sinθ3＝eq\f(1,n)故cosθ3＝eq\r(1－\f(1,n2))要保证从端面射入的任何光线都能发生全