2024-2025学年高中物理第五六章光的波动性相对论单元素养评价含解析教科版选修3-4

PAGE8-单元素养评价(五)(第五、六章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,共50分)1.(2024·自贡高二检测)关于下列四幅图中所涉及物理学问的论述中,正确的是 ()A.甲图是光的干涉图样B.乙图是光的衍射图样C.丙图是利用光的折射原理D.丁图是光导纤维利用光的全反射原理,其内芯折射率小于外套的折射率【解析】选C。甲图是光的衍射图样,乙图是光的干涉图样,故A、B错误;丙图是光的折射原理,C正确;丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率,D错误。2.话说有兄弟两个,哥哥乘坐宇宙飞船以接近光的速度离开地球去遨游太空,经过一段时间返回地球,哥哥惊异地发觉弟弟比自己要苍老很多,则该现象的科学说明是 ()A.哥哥在太空中发生了基因突变,停止生长了B.弟弟思念哥哥而加速生长了C.由相对论可知,物体速度越大,在其上时间进程就越慢,生理过程也越慢D.这是神话,科学无法说明【解析】选C。依据相对论的时间延缓效应,当飞船速度接近光速时,时间会变慢,时间延缓效应对生命过程、化学反应等也是成立的。飞船运行的速度越大,时间延缓效应越明显,人体新陈代谢越缓慢。3.如图所示,两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片,现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照耀到偏振片P上,再通过偏振片Q,现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90度,下列说法正确的是 ()A.M、N间为偏振光B.P、Q间为自然光C.P、Q间的光线亮度渐渐变暗D.光屏N上的亮度渐渐变暗【解析】选D。M、P间为自然光,经过偏振片P后变为偏振光,因此P、N间为偏振光,故A、B错误;由于自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同,因此经过偏振片P后,使偏振片P由图示位置旋转90度的过程中,P、Q间的光线亮度不变,故C错误;自然光沿轴线通过光屏M上的小孔照耀到偏振片P上,再使偏振片P由图示位置旋转90度的过程中,当偏振片P与偏振片Q垂直时,光屏没有亮度,则光屏N上光的亮度渐渐变暗,故D正确;故选D。4.(多选)关于激光,下列说法正确的是 ()A.激光是用人工方法激发出的一种特别的光B.自然界中某些自然物体也可以发出激光C.激光可以像刀子一样切除肿瘤D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象【解析】选A、C。激光是用人工方法激发的一种特别的光,具有很强的相干性,选项A正确;一般光源发出的光是自然光,选项B错误;医用光刀利用激光方向性好、亮度高、能量强等特点切除肿瘤,选项C正确;激光是一种特别的光,光的一切规律都可以干脆应用于激光,选项D错误。5.列车静止时,车厢长度与沿轨道方向排列的相邻电线杆间距离相等。当列车以接近光速行驶,车上的乘客观测车厢长度与相邻电线杆间距离,所得出的结论是 ()A.车厢长度大于相邻电线杆间距离B.车厢长度小于相邻电线杆间距离C.向前观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离D.向后观测时车厢长度小于相邻电线杆间距离【解析】选A。当列车以接近光速行驶,电线杆相对于列车的速度也接近光速,依据爱因斯坦相对论效应可知,相邻电线杆间距离将要缩短,而车上的乘客观测车厢的长度不变,则车厢长度大于相邻电线杆间距离,与视察的方向无关,故A正确,B、C、D错误。6.(2024·德阳高二检测)1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论:直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光的波导来传输大量信息,43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖,他被誉为“光纤通讯之父”。以下哪个试验或现象的原理和光导纤维是相同的 ()A.图甲中,弯曲的水流可以导光B.图乙中,用偏振眼镜看3D电影,感受到立体的影像C.图丙中,阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D.图丁中,白光通过三棱镜,出现色散现象【解析】选A。图甲中,弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象,故与光导纤维原理相同,A正确;图乙中,用偏振眼镜看3D电影,感受到立体的影像是因为光的偏振现象,B错误;图丙中,阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象,C错误;图丁中,白光通过三棱镜,出现色散现象是因为光发生了折射现象,D错误。7.(2024·北京高考)利用图1所示的装置(示意图),视察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是 ()A.甲对应单缝,乙对应双缝B.甲对应双缝,乙对应单缝C.都是单缝,甲对应的缝宽较大D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大【解析】选A。单缝衍射图样为中心亮条纹最宽最亮,往两边变窄,双缝干涉图样是明暗相间的条纹,条纹间距相等,条纹宽度相等,结合图2甲、乙可知,甲对应单缝,乙对应双缝,故A正确,B、C、D错误。8.如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则 ()A.λa<λb,na>nbB.λa>λb,na<nbC.λa<λb,na<nb D.λa>λb,na>nb【解析】选B。由题图可知,b光偏折大,折射率大,频率大,波长小,故选B。9.火箭以c的速度飞离地球,在火箭上向地球放射一束高能粒子,粒子相对地球的速度为c,其运动方向与火箭的运动方向相反。则粒子相对火箭的速度大小为 ()A.cB.cC.cD.c【解析】选C。由u=得-c=,解得u′=-c,负号说明与v方向相反。10.(多选)(2024·内江高二检测)如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的,如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图,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光的传播速度较小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试验,b光中心亮条纹更宽【解析】选A、B。由题图乙可知,太阳光射入六角形冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=知b光的传播速度较小,A正确;由a光的折射率小于b光的折射率,可知a光的频率小于b光的频率,所以a光的波长大于b光的波长,依据Δx=λ可知,a光相邻条纹间距较大,B正确;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;波长越长,中心亮条纹越宽,故a光的中心亮条纹更宽,D错误。二、试验题(本大题共2小题,共14分)11.(6分)如图所示是用光传感器做双缝干涉的试验装置。激光光源在铁架台的最上端,中间是刻有双缝的挡板,下面是光传感器。光传感器是一个小盒,在图中白色狭长矩形部分,沿矩形的长边分布着很多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后,在荧光屏上显示出来。(1)下列关于本试验的操作与叙述正确的是(填字母)

A.应当在光源和双缝之间加一个单缝,才能使试验胜利B.下移光源,使之更靠近刻有双缝的挡板,则干涉条纹间距减小C.光源不动,下移双缝挡板,使之更靠近光传感器,则干涉条纹间距减小D.保持光源和双缝挡板的距离不变,同时下移它们,使它们靠近光传感器,则干涉条纹间距不变(2)用激光替代一般光源来做本试验,最主要是利用了激光的(填字母)

A.相干性高B.平行度好C.亮度高【解析】(1)因激光的相干性高,则光源和双缝之间不须要加一个单缝,故A错误;依据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,若下移光源,使之更靠近刻有双缝的挡板,减小光源与双缝间距,但干涉条纹间距不变,故B错误;光源不动,下移双缝挡板,使之更靠近光传感器,依据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,即减小双缝与光传感器的间距,那么干涉条纹间距会减小,故C正确;保持光源和双缝挡板的距离不变,同时下移它们,使它们靠近光传感器,依据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ知,则干涉条纹间距减小,故D错误。(2)因激光的相干性高,因此可用激光替代一般光源来做试验,故A正确,B、C错误。答案:(1)C(2)A12.(8分)利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该试验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,其次次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5mm,从双缝到屏的距离为1m,则图丙中游标卡尺的示数为mm,图丁游标卡尺的示数为mm。在试验中,所测单色光的波长为m。在本试验中假如在双缝上各有一个红色和绿色滤光片,那么在光屏上将(选填“能”或“不能【解析】依据游标卡尺的原理,可读出图丙的示数为11.4mm16.8Δy=mm=1.35mm。又依据Δy=λ,则λ==6.75×10-7m当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时,不满意干涉条件,故不能看到明暗相间的条纹。答案:11.416.86.75×10-7不能三、计算题(本大题共4小题,共36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.(8分)如图为某双缝干涉的试验装置,当用波长为0.4μm的紫光做试验时,由于像屏大小有限,屏上除中心亮条纹外,两侧只看到各有3条亮条纹,若换用波长为0.6μm的橙光做试验,那么该像屏上除中心条纹外,两侧各有几条亮条纹?【解析】设用波长为0.4μm的光入射,条纹宽度为Δx1,则Δx1=λ1,屏上两侧各有3条亮纹,则屏上第三条亮纹到中心距离为3Δx1。 (2分)用0.6μm的光入射,设条纹宽度为Δx2,则Δx2=λ2,设此时屏上有x条亮纹,则有xΔx2=3Δx1 (2分)所以xλ2=3λ1 (2分)代入数据解得x=2,所以两侧各有2条亮纹。 (2分)答案:2条14.(8分)π+介子是一种不稳定粒子,平均寿命是2.6×10-8s(在它自己的参考系中测得),则:(1)假如此粒子相对于试验室以0.8c的速度运动,那么在试验室参考系中测量它的寿命为多长?(2)它在衰变前运动了多长距离?【解析】(1)已知Δt=2.6×10-8s,v=0.8c,依据t=t=s≈4.3×10-8s (4分)(2)在衰变前它运动的距离为s=vt=0.8×3×108×4.3×10-8m=10.32m答案:(1)4.3×10-8s(2)10.3215.(10分)设想地球上有一视察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行,5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞,试问:(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向飞船运动?(2)从飞船中的时钟来看,还有多少时间允许它离开航线以避开与彗星碰撞?【解析】(1)这是一个相对论速度变换问题。取地球为S系,飞船为S′系,向西为正向,则S系相对S′系的速度v=0.60c,彗星相对S系的速度ux=0.80c, (2分)由速度变换可得u′x==0.946c即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。 (3分)(2)由时间间隔的相对性有Δt==5.0s(3分)解得Δt′=4.0s(2分)答案:(1)0.946c(2)4.0s16.(10分)用氦氖激光器发出的红光进行双缝