物理人教版选修3-4 第十三章+光章末检测13+Word版含答案
文档属性
| 名称 | 物理人教版选修3-4 第十三章+光章末检测13+Word版含答案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 245.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-01-10 15:50:28 | ||
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文档简介
章末检测
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)
1．以下说法正确的是( )
A．真空中蓝光的波长比红光的波长长
B．天空中的彩虹是由光干涉形成的
C．光纤通信利用了光的全反射原理
D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
答案 C
解析 红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由λ＝，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误．天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误．光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确．机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v＝λf知，波长也不同，选项D错误．
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
答案 D
解析 电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错；由激光的特点知D项正确．
3．单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹( )
A．干涉、衍射条纹间距都是均匀的
B．干涉、衍射条纹间距都是不均匀的
C．干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀
D．干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
答案 D
解析 干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀， 中央亮条纹最宽．D正确．
4．(多选)如图1所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是( )
图1
A．此时A、B的透振方向平行
B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零
C．将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
答案 AC
解析 当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上光的强度最强；当二者透振方向垂直时，光屏上光的强度最弱，几乎为零，由此可知A、C选项正确．
5．用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图2所示．则在光屏上看到的条纹是图中的( )
图2
答案 D
6．如图3，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )
图3
A. B. C. D.
答案 A
解析 设三棱镜的折射率为n，如图所示，由折射定律得n＝，又n＝，θ1＝45°，θ2＋C＝90°，联立以上各式解得：n＝，A对．
7．如图4所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是( )
图4
A．b在该介质中的折射率比a的大
B．若用b做单缝衍射实验，要比用a做中央亮条纹更宽
C．用a更易观测到泊松亮斑
D．做双缝干涉实验时，用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大
答案 B
解析 由题设条件知，θ1a＝θ1b，θ2a<θ2b，由n＝，知na>nb，A错误；因为na>nb，所以λa<λb，又Δx＝λ，故Δxa<Δxb，B正确，D错误；而波长越长，衍射现象越明显，C错误．
8．如图5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( )
图5
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 把发光小球放入口径较大、充满水的浅玻璃缸底的任何位置都会发生折射和全反射，逆着折射光线看能看到小球，在发生全反射的区域没有光射出，选项A、B均错误．光从水中进入空气不改变的是频率，改变的是波速和波长，由v＝和λ＝可知，波速、波长都变大，选项D正确，C错误．
9．如图6所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为( )
图6
A. B. C. D.
答案 B
解析 玻璃砖转过θ角，法线也转过θ角．则光线的入射角为θ，此时恰好发生全反射，因而临界角C＝θ.
所以n＝＝.
10.(多选)半圆形玻璃砖横截面如图7所示，AB为直径，O点为圆心．在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O点的距离相等．两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光( )
图7
A．在同种均匀介质中传播，a光的传播速度大
B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大
C．从同一介质以相同的入射角射向空气，若a光不能进入空气，则b光也不能进入空气
D．a光的频率大于b光的频率
答案 AC
解析 由于两束光的入射点到O点的距离相等，因此它们在半圆边界上的入射角相同，由于b光发生全反射，而a光能够折射，说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角，由n＝可知，b光在介质中的折射率大于a光在介质中的折射率，所以b光的频率比a光的频率大，由v＝可知，在同种介质中a光的传播速度大，A项正确，D项错误；以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射程度大，折射角小，B项错误；由于b光的全反射临界角小，所以C项正确．
二、实验题(本题共2小题，共10分)
11．(4分)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图8所示．
图8
(1)此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．
答案 (1) (2)大
解析 据题意可知入射角为(90°－θ1)，折射角为(90°－θ2)，则玻璃的折射率为n＝＝；玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确，故应选用宽度大的玻璃砖来测量．
12．(6分)如图9所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，需要从标尺上读出某条亮条纹的位置．图中所示的读数是________mm.
图9
若双缝相距为d，双缝到屏间的距离为l，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为：d＝0.20 mm，l＝700 mm，测量Δx的情况如图10所示．由此可计算出该光的波长为：λ＝________m.
图10
答案 5.24 Δx 5.6×10－7
解析 从题图可以看出，主尺示数为5 mm，游标尺第12条刻线与主尺上的刻线对齐，即游标尺示数为：12×0.02 mm＝0.24 mm，图中的游标卡尺的示数为：5 mm＋0.24 mm＝5.24 mm.由干涉条纹间距的计算公式：Δx＝λ，解得光的波长表达式为：λ＝.由题图可以求出条纹间距为：Δx＝ mm＝1.96 mm，代入数据解得光的波长为：λ＝5.6×10－7 m.
三、计算题(本题共4小题，共40分)
13．(8分)如图11所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片．
图11
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系；
(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因．
答案 (1)越来越小 (2)见解析
解析 (1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图甲到图丁，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图甲到图丁四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小．
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色．
14．(10分)在真空中，黄光波长为6×10－7m，紫光波长为4×10－7m.现有一束频率为5×1014 Hz的单色光，它在n＝1.5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？
答案 4×10－7m 黄色
解析 先根据λ0＝计算出单色光在真空中的波长λ0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n＝＝，求出光在玻璃中的波长λ.
λ0＝＝ m＝6×10－7m，又由n＝得λ＝＝ m＝4×10－7m.由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄色．
15．(10分)如图12所示，半圆玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率为n＝，直径AB与屏垂直并接触于A点，激光a以入射角i＝30°射向半圆形玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑．求这两个光斑之间的距离L.
图12
答案 23.1 cm
解析 画出光路图如图所示，设折射角为r，根据折射定律得n＝，解得r＝60°.由几何知识得，△OPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离L＝＋＝Rtan 30°＋Rtan 60°，解得L＝ cm≈23.1 cm.
16．(12分)如图13所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为，求：
图13
(1)入射角i；
(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75°＝或tan 15°＝2－)．
答案 (1)45° (2)
解析 (1)根据全反射规律可知，光线在AB边上某点P的入射角等于临界角C，
由折射定律得sin C＝①
代入数据得C＝45°②
设光线在BC边上的折射角为r，由几何关系得
r＝30°③
由折射定律得
n＝④
联立③④式，代入数据得
i＝45°⑤
(2)在△OPB中，根据正弦定理得
＝⑥
设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得
＝vt⑦
v＝⑧
联立⑥⑦⑧式，代入数据得t＝L.
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)
1．以下说法正确的是( )
A．真空中蓝光的波长比红光的波长长
B．天空中的彩虹是由光干涉形成的
C．光纤通信利用了光的全反射原理
D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
答案 C
解析 红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由λ＝，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误．天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误．光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确．机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v＝λf知，波长也不同，选项D错误．
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
答案 D
解析 电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错；由激光的特点知D项正确．
3．单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹( )
A．干涉、衍射条纹间距都是均匀的
B．干涉、衍射条纹间距都是不均匀的
C．干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀
D．干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
答案 D
解析 干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀， 中央亮条纹最宽．D正确．
4．(多选)如图1所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是( )
图1
A．此时A、B的透振方向平行
B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零
C．将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零
答案 AC
解析 当A、B两偏振片的透振方向平行时，光屏上光的强度最强；当二者透振方向垂直时，光屏上光的强度最弱，几乎为零，由此可知A、C选项正确．
5．用激光器做光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图2所示．则在光屏上看到的条纹是图中的( )
图2
答案 D
6．如图3，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )
图3
A. B. C. D.
答案 A
解析 设三棱镜的折射率为n，如图所示，由折射定律得n＝，又n＝，θ1＝45°，θ2＋C＝90°，联立以上各式解得：n＝，A对．
7．如图4所示，a、b两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果折射角相同，下列说法正确的是( )
图4
A．b在该介质中的折射率比a的大
B．若用b做单缝衍射实验，要比用a做中央亮条纹更宽
C．用a更易观测到泊松亮斑
D．做双缝干涉实验时，用a光比用b光两相邻亮条纹中心的距离更大
答案 B
解析 由题设条件知，θ1a＝θ1b，θ2a<θ2b，由n＝，知na>nb，A错误；因为na>nb，所以λa<λb，又Δx＝λ，故Δxa<Δxb，B正确，D错误；而波长越长，衍射现象越明显，C错误．
8．如图5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( )
图5
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 把发光小球放入口径较大、充满水的浅玻璃缸底的任何位置都会发生折射和全反射，逆着折射光线看能看到小球，在发生全反射的区域没有光射出，选项A、B均错误．光从水中进入空气不改变的是频率，改变的是波速和波长，由v＝和λ＝可知，波速、波长都变大，选项D正确，C错误．
9．如图6所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为( )
图6
A. B. C. D.
答案 B
解析 玻璃砖转过θ角，法线也转过θ角．则光线的入射角为θ，此时恰好发生全反射，因而临界角C＝θ.
所以n＝＝.
10.(多选)半圆形玻璃砖横截面如图7所示，AB为直径，O点为圆心．在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O点的距离相等．两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光( )
图7
A．在同种均匀介质中传播，a光的传播速度大
B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大
C．从同一介质以相同的入射角射向空气，若a光不能进入空气，则b光也不能进入空气
D．a光的频率大于b光的频率
答案 AC
解析 由于两束光的入射点到O点的距离相等，因此它们在半圆边界上的入射角相同，由于b光发生全反射，而a光能够折射，说明b光的全反射临界角小于a光的全反射临界角，由n＝可知，b光在介质中的折射率大于a光在介质中的折射率，所以b光的频率比a光的频率大，由v＝可知，在同种介质中a光的传播速度大，A项正确，D项错误；以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射程度大，折射角小，B项错误；由于b光的全反射临界角小，所以C项正确．
二、实验题(本题共2小题，共10分)
11．(4分)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图8所示．
图8
(1)此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；
(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．
答案 (1) (2)大
解析 据题意可知入射角为(90°－θ1)，折射角为(90°－θ2)，则玻璃的折射率为n＝＝；玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确，故应选用宽度大的玻璃砖来测量．
12．(6分)如图9所示，在利用双缝干涉测量光的波长的实验中，需要从标尺上读出某条亮条纹的位置．图中所示的读数是________mm.
图9
若双缝相距为d，双缝到屏间的距离为l，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据为：d＝0.20 mm，l＝700 mm，测量Δx的情况如图10所示．由此可计算出该光的波长为：λ＝________m.
图10
答案 5.24 Δx 5.6×10－7
解析 从题图可以看出，主尺示数为5 mm，游标尺第12条刻线与主尺上的刻线对齐，即游标尺示数为：12×0.02 mm＝0.24 mm，图中的游标卡尺的示数为：5 mm＋0.24 mm＝5.24 mm.由干涉条纹间距的计算公式：Δx＝λ，解得光的波长表达式为：λ＝.由题图可以求出条纹间距为：Δx＝ mm＝1.96 mm，代入数据解得光的波长为：λ＝5.6×10－7 m.
三、计算题(本题共4小题，共40分)
13．(8分)如图11所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片．
图11
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系；
(2)试说明照片丁中中央条纹的颜色及成因．
答案 (1)越来越小 (2)见解析
解析 (1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图甲到图丁，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图甲到图丁四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小．
(2)图丁中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色．
14．(10分)在真空中，黄光波长为6×10－7m，紫光波长为4×10－7m.现有一束频率为5×1014 Hz的单色光，它在n＝1.5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？
答案 4×10－7m 黄色
解析 先根据λ0＝计算出单色光在真空中的波长λ0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n＝＝，求出光在玻璃中的波长λ.
λ0＝＝ m＝6×10－7m，又由n＝得λ＝＝ m＝4×10－7m.由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄色．
15．(10分)如图12所示，半圆玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率为n＝，直径AB与屏垂直并接触于A点，激光a以入射角i＝30°射向半圆形玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑．求这两个光斑之间的距离L.
图12
答案 23.1 cm
解析 画出光路图如图所示，设折射角为r，根据折射定律得n＝，解得r＝60°.由几何知识得，△OPQ为直角三角形，所以两个光斑PQ之间的距离L＝＋＝Rtan 30°＋Rtan 60°，解得L＝ cm≈23.1 cm.
16．(12分)如图13所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为，求：
图13
(1)入射角i；
(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75°＝或tan 15°＝2－)．
答案 (1)45° (2)
解析 (1)根据全反射规律可知，光线在AB边上某点P的入射角等于临界角C，
由折射定律得sin C＝①
代入数据得C＝45°②
设光线在BC边上的折射角为r，由几何关系得
r＝30°③
由折射定律得
n＝④
联立③④式，代入数据得
i＝45°⑤
(2)在△OPB中，根据正弦定理得
＝⑥
设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得
＝vt⑦
v＝⑧
联立⑥⑦⑧式，代入数据得t＝L.