高中物理人教版选修3-4假期作业：第十三章+光综合测评（三）+Word版含解析

综合测评(三)　光
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分)
1．(·福建高考)一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是(　　)
【解析】　由折射定律可知，光从光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角，可能发生全反射，由此判断A正确，C错误；B图中光从空气射到玻璃砖表面，应有折射光线，B错误；据光路可逆原理可知D错误．
【答案】　A
2．(·南京高二检测)一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图1所示．下列说法中正确的是(　　)
图1
A．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D．入射角小于30°时可能发生全反射现象
【解析】　n＝＝，选项A错、B对．当光线从介质中射向真空中时，随入射角增大折射角增大，当折射角等于90°时，即发生全反射，此时入射角为C，则有n＝＝解得C＝45°，即入射角大于等于45°时发生全反射现象，选项C、D错．
【答案】　B
3．(多选)
图2
固定的半圆形玻璃砖的横截面如图2所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线．足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则(　　)
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C．α<θ<β时，光屏上只有1个光斑
D．β<θ<时，光屏上只有1个光斑
【解析】　根据全反射定律和n＝解决问题．
当A光光斑消失时，sin α＝；当B光光斑消失时，sin β＝.由于β>α，故nA>nB，选项A正确；根据n＝，得vA【答案】　AD
4．某同学使用激光器作光源，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3所示，则他在光屏上看到的条纹是(　　)
图3
【解析】　单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，衍射条纹也是水平的，故B对．
【答案】　B
5．(·江苏高考)如图4所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，则A、B两点光的强度变化情况是(　　)
图4
A．A、B均不变　　　　　　 B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变
【解析】　白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，当P旋转时，只有与Q的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确．
【答案】　C
6．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
【解析】　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．
【答案】　D
7.
图5
如图5所示，一细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
【解析】　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．
【答案】　B
8．(多选)某单色光从甲介质射入乙介质，入射角为30°，折射光线与反射光线之间的夹角为95°，那么(　　)
A．乙介质是光疏介质
B．光线在甲介质中的传播速度比在乙介质中快
C．光线从甲介质进入乙介质可能发生全反射
D．光线从乙介质进入甲介质可能发生全反射
【解析】　由题意知反射光线与折射光线的夹角为95°，则折射角为55°，而入射角为30°，则甲为光密介质，乙为光疏介质．据n＝和n甲＞n乙可知，光线在介质中传播速度v甲＜v乙．根据发生全反射的条件知，光线从甲介质进入乙介质时可能发生全反射，所以A、C正确．
【答案】　AC
9．(·重庆高考)
图6
打磨某剖面如图6所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1<θ<θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是(　　)
A．若θ>θ2，光线一定在OP边发生全反射
B．若θ>θ2，光线会从OQ边射出
C．若θ<θ1，光线会从OP边射出
D．若θ<θ1，光线会在OP边发生全反射
【解析】　
由全反射的临界角满足sin C＝，则入射角满足i≥C时发生全反射；作出光路如图所示，可知光线垂直穿过MN后到达OP的入射角为90°－θ，则θ越小，越容易发生全反射．
【答案】　D
10．(多选)
图7
如图7所示，一束色光从长方体玻璃砖上表面射入玻璃，穿过玻璃后从侧面射出，变为a、b两束单色光，则以下说法正确的是(　　)
A．玻璃对a光的折射率较大
B．在玻璃中b光的波长比a光短
C．在玻璃中b光传播速度比a光大
D．减小入射角i，a、b光线有可能消失
【解析】　由题图可知折射率na【答案】　BD
二、非选择题(本大题共6小题，共60分)
11．(8分)(·重庆高考)如图8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8乙所示．计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小．
　　　　　　　甲　　　　　　　　　　　乙
图8
【解析】　
实验用的光学玻璃砖的光学面不能用手接触，以防止损坏其光学面．如图所示，连接cd、ce并延长分别交玻璃砖于O1、O2点，并连接OO1、OO2，入射角i相同，折射角∠O′OO2＜∠O′OO1，由n＝得，折射角越大的，求得的折射率越小．由图可得，ce与ab近似平行，故用e点得到的误差小．
【答案】　光学　d　e
12．(8分)在“双缝干涉测光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图9甲所示．转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图9乙所示．已知双缝间距d＝1.5 mm，双缝到屏的距离L＝1.00 m，则被测光波的波长为________．
图9
【解析】　图甲读数为1.130 mm，
图乙读数为1.760 mm.
亮条纹间距Δx＝ mm＝0.21 mm.
由公式Δx＝λ得：
λ＝＝ m＝3.15×10－7 m.
【答案】　3.15×10－7 m
13．(10分)(·黄冈高二检测)
图10
如图10所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD是半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角θ＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点．
(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；
(2)求该棱镜的折射率n；
(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s)．
【解析】　(1)光路如图所示
(2)光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C
sin C＝
在AB界面上发生折射，折射角θ2＝90°－C
由折射定律：＝n
由以上几式解得n＝
(3)光速v＝＝×108 m/s.
【答案】　(1)见解析　(2)　(3)×108 m/s
14．(10分)如图11所示，某同学为了表演“隐形的大头针”节目，在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入水中．已知水的折射率为，为了保证表演成功，需在水面上方各处均看不到大头针，求大头针末端离水面的最大距离h.
图11
【解析】　设临界角为C，由临界角与折射率的关系得
sin C＝＝
由几何关系得
sin C＝
解得：h＝r
【答案】　r
15．(12分)(·江苏高考)图12为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出．若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？(计算结果可用三角函数表示)
图12
【解析】　光线在棱镜中的光路图如图所示，根据反射定律和题设条件，得4α＝90°
所以入射角α＝22.5°
根据全反射规律，sin C＝
故sin 22.5°≥
所以n≥，即折射率的最小值为.
【答案】　
16．(12分)(·泉州高二检测)如图13，桌面上有一玻璃圆锥，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，此三角形的边长为L，如图所示，有一半径为的圆柱形平行光束垂直底面入射到圆锥上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．已知玻璃的折射率为.求：
图13
(1)光在玻璃中的传播速度是多少？
(2)光束在桌面上形成的光斑的面积是多少？
【解析】　(1)由n＝得，光在玻璃中的传播速度为v＝＝×108 m/s.
(2)作出光路图，如图所示
由几何知识得到：入射角θ1＝60°，
根据折射定律得：n＝，
代入解得，折射角θ2＝30°.
由几何关系可知，产生的光斑直径为d＝
面积S＝πd2＝
【答案】　(1)×108 m/s　(2)