高中物理教科版选修3-4 检测：第 四章 光的折射（A） Word版含解析

第 四章检测(A)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1关于光的反射与折射,以下说法正确的是(　　)
A.光发生反射时,光的传播方向一定改变
B.光发生反射时,光的传播方向可能偏转90°
C.光发生折射时,一定伴随着反射现象
D.光发生反射时,一定伴随着折射现象
解析：光发生反射时,光的传播方向一定改变,有人认为当入射角为0°时,也就是光线垂直界面入射时,反射角为零,光不改变传播方向,而实际上光的传播方向改变了180°,选项A正确。当入射角为45°时,反射角也为45°,光的传播方向偏转90°,选项B正确。光发生折射时,一定伴随着反射现象,而当光发生全反射现象时,只有反射现象而无折射现象。故正确选项为A、B、C。
答案：ABC
2两种介质交界面上发生全反射时(　　)
A.光线一定在光密介质中
B.入射角一定不小于临界角
C.界面相当于一个镜面
D.有一部分光进入另一种介质中
解析：根据全反射概念及临界角定义可知,A、B、C正确。故正确选项为A、B、C。
答案：ABC
3如图所示,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 (　　)
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
解析：小球在缸底的其他位置也能从侧面看到,选项A错误;光线由水射向空气时,有可能发生全反射,选项B错误;光在不同介质中的频率是不变的,选项C错误;由v=cn可知,光在水中的速度小于在空气中的速度,选项D正确。
答案：D
4激光法散斑测速是一种崭新的测速技术,它应用了光的干涉原理,用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝,待测物体的速度v与二次曝光时间间隔Δt的乘积等于双缝间距。实验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之间的距离l以及相邻两条亮纹间距Δx。若所用激光波长为λ,则该实验确定物体运动速度的表达式为(　　)
A.v=λΔxlΔtB.v=lλΔxΔt
C.v=lΔtλΔxD.v=lΔxλΔt
解析：由题目信息知两缝间距d=vΔt,由相邻两条亮条纹间距Δx与波长λ的关系式知Δx=ldλ,则v=lλΔxΔt。故正确选项为B。
答案：B
5指出下列现象中呈现彩色的原因属于衍射的是(　　)
A.浮在水面上的油膜 B.阳光照射下的肥皂泡
C.阳光照射下的露珠 D.眯着眼睛看太阳时
解析：浮在水面上的油膜和阳光照射下的肥皂泡的彩色是薄膜干涉的结果。露珠在阳光照射下的彩色是由于水滴对不同频率的光折射率不同,产生色散而形成的。眯着眼睛看太阳时,眼睫毛相当于一个光栅,对阳光产生衍射,形成彩色条纹。故正确选项为D。
答案：D
6直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图所示。a、b光相比(　　)
A.玻璃对a光的折射率较大
B.玻璃对a光的临界角较小
C.b光在玻璃中的传播速度较小
D.b光在玻璃中的传播时间较短
解析：对a、b两细光束,入射角αa=αb,折射角γa>γb,由折射率公式n=sinαsinγ知,nasa,vb答案：C
7如图所示,一束自然光通过偏振片照射到光屏上,则图中光屏上发亮的有(偏振片上用箭头表示其透射方向) (　　)
解析：自然光通过偏振片后成为偏振光,当偏振光的振动方向与偏振方向平行时能够通过,否则不能通过,所以选项A、B、D符合题意。
答案：ABD
8空气中两条光线 a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下面给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生该效果的是(　　)
解析：四个选项产生光路效果如图所示:
由图可知B项正确。
答案：B
9两束不同频率的平行单色光a、b分别由水射入空气发生如图所示的折射现象(α<β),下列说法正确的是(　　)
A.随着a、b入射角度的逐渐增加,a先发生全反射
B.水对a的折射率比水对b的折射率小
C.a、b在水中的传播速度va>vb
D.a、b入射角为0°时,没有光线射入空气中
解析：根据折射率的定义可知,水对b光的折射率大,B正确;根据n=1sinC可知,随着入射角的增加,b光先发生全反射,A错误;根据v=cn知,a在水中的传播速度大,C正确;a、b的入射角为0°时,光线不发生偏折,垂直进入空气中,D错误。
答案：BC
10光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是(　　)
A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
解析：用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象(色散现象);在光导纤维内传送图像是利用光的全反射现象;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,综上可知D正确,A、B、C错误。
答案：D
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11(8分)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图。则:
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。?
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。?
解析：甲同学测量的光路图如图甲所示,真实值n=sinisinr,测量值n'=sinisinr',因r'>r,故n>n',所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小;乙同学测量的光路图如图乙所示,测量值n=sinisinr,与真实值相等。
答案：(1)偏小　(2)不变
12(12分)用双缝干涉测光的波长,实验装置如图甲所示,已知单缝与双缝的距离l1=60 mm,双缝与屏的距离l2=700 mm,单缝宽d1=0.10 mm,双缝间距d2=0.25 mm。用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,转动手轮,使分划板左右移动,让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心(如图乙所示),记下此时手轮的读数,转动测量头,使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心,记下此时手轮上的刻度。
甲
乙
(1)当分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时,手轮上的读数如图丙所示,则对准第1条时读数x1=　　　 mm,对准第4条时读数x2=　　　 mm,相邻两条亮纹间的距离Δx=　　　 mm。?
丙
(2)计算波长的公式λ=　　　;求得的波长值是　　　 nm。?
解析：(1)按照螺旋测微器的读数规则对目镜中观察到的情况读数,将固定刻度和可动刻度上的读数相加即可,得到第1条亮纹对应的读数x1=2.190 mm,第4条亮纹对应的读数x2=7.868 mm。第1条和第4条间有3个亮纹间距,
故相邻两条亮纹间距Δx=x2-x14-1=7.868-2.1903 mm=1.893 mm。　
(2)由相邻亮条纹的中心间距公式Δx=ldλ可得波长计算公式λ=d2l2Δx,代入数据可得λ=676 nm。
答案：(1)2.190　7.868(或7.867)　1.893
(2)d2l2Δx　676
三、计算题(本题包含4小题,共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13(8分)由某种透明物质制成的等腰直角棱镜AOB,两腰都为16 cm,且两腰与Ox和Oy轴都重合,如图所示,从BO边的C点注视A棱,发现A棱的位置在D点,在C、D两点插上大头针,测出C点的坐标为(0,12),D点的坐标为(9,0),请由此算出该透明物质的折射率为多大。
解析：假设从A点发出一条光线射在C点,经折射后,射入眼睛。当逆着折射光线看去,好似光线是从D点射出。
sin i=cos∠ACO=12122+162=1220
sin r=cos∠DCO=12122+92=1215
所以,该透明物质的折射率n=sinrsini=2015=43。
答案：43
14(10分)如图所示,一透明半圆柱体折射率为n=2,半径为R、长为l。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入,从部分柱面有光线射出。求该部分柱面的面积S。
解析：半圆柱体的横截面如图所示,OO'为半径
设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件,由折射定律有nsin θ=1
式中,θ为全反射临界角
由几何关系得∠O'OB=θ,S=2θRl
代入题所给条件得S=π3Rl。
答案：π3Rl
15(10分)两列光干涉时,光屏上的亮条纹和暗条纹到两个光源的距离与波长有什么关系?声的干涉也遵从类似的规律。设想在空旷的地方相隔一定位置有两个振动完全一样的声源,发出的声波波长是0.6 m,观察者A离两声源的距离分别是4.5 m和5.4 m,观察者B离两声源的距离分别是4.3 m和5.5 m。这两个观察者听到声音的大小有什么区别?
解析：光屏上的亮条纹到两个光源的距离之差为半波长的偶数倍(或波长的整数倍),光屏上的暗条纹到两个光源的距离之差为半波长的奇数倍。
观察者A距两声源的路程差ΔxA=(5.4-4.5) m=0.9 m,ΔxAλ2=0.90.3=3,
ΔxA为半波长的奇数倍,声音在A处减弱;观察者B距两声源的路程差ΔxB=(5.5-4.3) m =1.2 m,ΔxBλ2=1.20.3=4,ΔxB为半波长的偶数倍,声音在B处加强,所以B听到的声音比A听到的大。
答案：光屏上的亮条纹到两个光源的距离之差为半波长的偶数倍(或波长的整数倍),光屏上的暗条纹到两个光源的距离之差为半波长的奇数倍　观察者A听到的声音比观察者B要小
16(12分)一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光相互垂直,求该液体的折射率。
解析：设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1,在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D点。光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示。
设液体的折射率为n,由折射定律有
nsin i1=sin r1①
nsin i2=sin r2②
由题意知r1+r2=90°③
联立①②③式得
n2=1sin2i1+sin2i2 ④
由几何关系可知
sin i1=l24l2+l24=117 ⑤
sin i2=32l4l2+9l24=35 ⑥
联立④⑤⑥式得n=1.55。⑦
答案：1.55