高中物理鲁科版 过关检测选修3-4光的折射与全反射　全章检测 Word版含解析

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一、选择题
1.一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上,经两次折射后从玻璃板另一个表面射出,出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下,出射光线侧移距离最大的是(　　)
A.红光以30°的入射角入射 B.红光以45°的入射角入射
C.紫光以30°的入射角入射 D.紫光以45°的入射角入射
答案　D　侧移距离是指出射光线与原入射方向的垂直距离。同一种光线,玻璃对其的折射率相等,入射角越大侧移距离越大,即B项侧移距离大于A,D项侧移距离大于C项。在入射角相同时,折射率越大,侧移距离越大,所以紫光以45°的入射角入射时,侧移距离最大,即D项正确。
2.如图所示,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°,已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行,此玻璃的折射率为(　　)
/
A.
2
B.1.5 C.
3
D.2
答案　C　其光路图如图所示,由几何关系知r=30°,折射率n=
sin60°
sin30°
=
3
,故C正确。
/
3.两束单色光线a、b以相同的角度从某种玻璃射入空气,发现a发生了全反射、b没有发生全反射,则下列说法中正确的是(　　)
A.光线a的波长较大 B.玻璃对光线a的折射率较大
C.光线b的临界角较小 D.光线b在玻璃中的速度较小
答案　B　由题意知a的临界角小于b的临界角,由sin C=
1
??
知a的折射率大于b的折射率,则a的频率大,波长短,再由n=
??
??
可得va4.对于红、绿、蓝三种单色光,下列表述正确的是(　　)
A.红光频率最高 B.蓝光频率最高
C.绿光光子能量最小 D.蓝光光子能量最小
答案　B　红、绿、蓝三种单色光,频率最高的是蓝光,最低的是红光,由E=hν可知蓝光光子能量最大,红光光子能量最小。
5.中国古人对许多自然现象有深刻认识,唐人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道:“雨色映日而为虹”。从物理学角度看,虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的。如图是彩虹成因的简化示意图,其中a、b是两种不同频率的单色光,则两光(　　)
/
A.在同种玻璃中传播,a光的传播速度一定大于b光
B.以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后,b光侧移量大
C.分别照射同一光电管,若b光能引起光电效应,a光也一定能
D.以相同的入射角从水中射入空气,在空气中只能看到一种光时,一定是a光
答案　C　根据光路图可知,a光的折射率大于b光的折射率。由n=
??
??
可知,在同种玻璃中,a光的传播速度应小于b光,A项错误;以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后,由于a光的折射率大,偏折程度大,a光侧移量大,B项错误;折射率大的a光频率也高,所以分别照射同一光电管,若b光能引起光电效应,a光也一定能,C项正确;由于b光的折射率小,b光从光密介质射向光疏介质发生全反射的临界角大,当a、b光以相同的入射角从水中射入空气时,若在空气中只能看到一种光,说明该光未发生全反射,所以一定是b光,D项错误。
6.如图所示,用绿光照射一光电管,能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大,可以(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
/
A.改用红光照射 B.改用紫光照射
C.延长绿光照射时间 D.增加绿光照射强度
答案　B　由Ek=hν-W可知,欲使光电子最大初动能增大,应改用频率更大的光照射,紫光频率大于绿光频率,绿光频率大于红光频率,故改用紫光照射,可使光电子的最大初动能增大,A不正确,B正确;Ekm与绿光照射的时间和强度无关,C、D都不正确。
7.用某种频率的光照射锌板,使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能,下列措施可行的是(　　)
A.增大入射光的强度 B.增加入射光的照射时间
C.换用频率更高的入射光照射锌板 D.换用波长更长的入射光照射锌板
答案　C　由光电效应方程Ek=hν-W知光电子的最大初动能取决于入射光的频率与光电材料的逸出功,而与入射光的强度、照射时间无关,可见增大入射光的频率即降低入射光的波长,可增大光电子的最大初动能,C正确。
8.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出(　　)
/
A.甲光的频率大于乙光的频率
B.乙光的波长大于丙光的波长
C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
答案　B　由于是同一光电管,因而不论对哪种光,极限频率和金属的逸出功相同,对于甲、乙两种光,反向遏止电压相同,因而频率相同,A项错误;丙光对应的反向遏止电压较大,因而丙光的频率较高,波长较短,对应的光电子的最大初动能较大,故C、D均错,只有B项正确。
9.某直角棱镜顶角θ=41.3°,由下表内各种色光组成的一窄光束以垂于直角边AB的方向射入棱镜,如图所示。下表中给出了棱镜对各种色光的折射率和临界角,下列说法正确的是(　　)
/
色光
紫光
蓝光
绿光
黄光
橙光
红光
折射率
1.532
1.528
1.519
1.517
1.514
1.513
临界角
40.75°
40.88°
41.77°
41.23°
41.34°
41.37°
A.只有橙光、红光和黄光从棱镜的AC面射出
B.只有紫光、蓝光、绿光和黄光从棱镜的AC面射出
C.若在BC的下方放一光屏,从BC出射的光在光屏上将会形成一彩色光带
D.只有紫光、蓝光、绿光和黄光从BC射出并在光屏上形成彩色光束
答案　C　由图可知在AC界面处的入射角θ=41.30°,由全反射的条件可知,当入射角θ>C时能发生全反射,因此只有橙、红光不能全反射,这两种光在AC面上同时发生折射和反射,故选项A和B均错误;其余四种光线经AC面反射后射到BC面而折射,橙、红光虽折射但同时也有反射光射到BC面,因各色光折射率不同形成六色彩色光带,故选项C对而选项D错误。
二、非选择题
10.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所示。
(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　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。?
/
答案　(1)
cos
??
1
cos
??
2
　(2)大
解析　(1)根据折射率定义可知n=
sin(90°-
??
1
)
sin(90°-
??
2
)
=
cos
??
1
cos
??
2
;
(2)玻璃砖宽度大些,光线穿过时的侧移量就会大些,故插针时便于观察和插准。
11.“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置如图甲所示。测量头由分划板、目镜、手轮等构成,已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。
/
(1)如图乙所示,移动测量头上的手轮,使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心,记下此时手轮上螺旋测微器的读数x1。转动测量头,使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心,此时手轮上螺旋测微器的读数x2如图丙所示,则读数x2=　　　　mm;?
/
丙
(2)已知双缝与屏的距离为L,双缝间距为d。计算波长的公式λ=　　　　;(用题目中给出的字母表示)?
(3)对于某种单色光,为增加相邻亮纹间的距离,可采取　　　　　　　　或　　　　　　　　的方法。?
答案　(1)1.700　(2)
(
??
2
-
??
1
)d
3??
　(3)减小双缝间距离　 增大双缝到屏的距离
解析　(1)固定刻度读数“1.5”,可动刻度读数“20.0”,故x2=1.5 mm+20.0×0.01 mm=1.700 mm。
(2)由Δx=
??
??
λ,Δx=
??
2
-
??
1
3
可得λ=
(
??
2
-
??
1
)d
3??
。
(3)由Δx=
??
??
λ可知,若要增加相邻亮条纹间的距离,可以减小双缝间距离,或增大双缝到屏的距离。
12.如图所示,一束光线从空气射入某介质,入射光线与反射光线夹角为90°,折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°,求:
(1)该介质的折射率;
(2)光在该介质中传播的速度。
/
答案　(1)
2
　(2)2.12×108 m/s
解析　(1)入射光线与反射光线夹角为90°,故入射角α=45°,折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°,故折射角γ=30°,由折射率公式可得n=
sin??
sin??
=
sin45°
sin30°
=
2
。
(2)由光速与介质折射率的关系可得v=
??
??
=
3.0×1
0
8
2
m/s=2.12×108 m/s。
13.红光在水中的波长与绿光在真空中的波长相等,水对红光的折射率为
4
3
,红光的频率为4.0×1014 Hz,求绿光在真空中的波长和频率。
答案　5.625×10-7 m　5.33×1014 Hz
解析　根据光在真空中有c=λ0f,知红光在真空中的波长
??
0
红
=
??
??
红
=
3.0×1
0
8
4.0×1
0
14
m=
3
4
×10-6 m
光在介质中有v=λf,且v=
??
??
,
得红光在水中的波长
λ红=
??
??
红
=
??
??
红
??
红
=
??
0红
??
红
=
3
4
×1
0
-6
4
3
m=
9
16
×10-6 m
根据题设,知绿光在真空中的波长λ0绿=
9
16
×10-6 m=5.625×10-7 m
绿光的频率f绿=
??
??
0绿
=
3.0×1
0
8
5.625×1
0
-7
Hz≈5.33×1014 Hz
14.分析以下现象产生的原因:
(1)透过盛水的玻璃杯,在适当的角度可以得到彩色光;
(2)菜汤上的油花呈现彩色;
(3)隔着帐幔看远处的灯,见到灯周围辐射彩色光芒;
(4)光线照在花布上,可以看见花布上的图样。
答案　见解析
解析　(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射,产生色散,在适当的角度,各色光分离较大,可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面分别发生反射,两列反射光相互叠加,产生干涉条纹,因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙产生衍射,因此可见灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样,是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的,当白光照在花布上时红色花纹反射红光,吸收其他颜色的光,这样我们在该位置只看到红色。同理可以看到各种花纹反射的颜色。这样我们可以看到花布的图样。
15.1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)。
洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色光源,M为一平面镜。S经平面镜反射后的光与直接发出的光在屏上相交,已知两列光波到屏上P的路程差Δr=1.5×10-6 m,当单色光波长为λ1=0.5 μm时,P点将形成亮条纹还是暗条纹?若单色光波长为λ2=0.6 μm呢?
/
答案　亮条纹　暗条纹
解析　由题意知,当λ1=0.5 μm时,Δr=
1.5×1
0
-6
0.5×1
0
-6
λ1=3λ1,满足波长的整数倍,在P点形成亮条纹;当λ2=0.6 μm,Δr=
1.5×1
0
-6
0.6×1
0
-6
λ2=
5
2
λ2,满足半波长的奇数倍,在P点形成暗条纹。
16.如图所示,一个半径为r的圆木板静止在水面上,在圆木板圆心O的正下方H=
3
r处有一点光源S,已知水的折射率n=
2
。
(1)求沿圆木板边缘出射的折射光线的折射角;
(2)若要在水面上方观察不到点光源S所发出的光,则应将点光源S至少竖直向上移多大的距离?(结果可用根式表示)
/
答案　(1)45°　(2)(
3
-1)r
解析　(1)设入射角为θ1,折射角为θ2,则tan θ1=
??
3
r
即θ1=30°
sin
??
1
sin
??
2
=
1
??
联立解得θ2=45°
(2)若在水面上方观察不到点光源所发出的光,则入射到圆木板边缘的光线将发生全反射,设临界角为C,点光源S离圆心的距离为h,则由sin C=
1
??
得
C=45°
由几何关系tan C=
??
?
得h=r
则点光源S至少上移Δh=(
3
-1)r
17.如图所示,一光电管的阴极用极限波长λ0=500 nm的钠制成,用波长λ=300 nm的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1 V,饱和光电流的值I=0.56 μA。
/
(1)求每秒内由K极发射的光电子数;
(2)求光电子到达A极时的最大动能;
(3)如果电势差U不变,而照射光的强度增加到原值的三倍,此时光电子到达A极时最大动能是多大?(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)
答案　(1)3.5×1012个　(2)6.012×10-19 J　(3)6.012×10-19 J
解析　(1)每秒内由K极发射的光电子数
n=
??
??
=
0.56×1
0
-6
1.6×1
0
-19
个=3.5×1012个
(2)由光电效应方程可知
Ek0=hν-W0=h
??
??
-h
??
??
0
=hc
1
??
-
1
??
0
在A、K间加电压U时,光电子到达阳极时的动能
Ek=Ek0+eU=hc
1
??
-
1
??
0
+eU
代入数值,得Ek=6.012×10-19 J。
(3)根据光电效应规律,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,如果电势差U不变,则光电子到达A极的最大动能不变,Ek=6.012×10-19 J。