高中物理人教版选修3-4 第十三章 光 水平测试卷 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理人教版选修3-4 第十三章 光 水平测试卷 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 258.5KB | ||
| 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 | 2019-12-26 08:48:17 | ||
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文档简介
第十三章 水平测试卷
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题，共40分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的，光束m通过三棱镜的传播情况如图所示，则比较a、b、c三种单色光，下列说法正确的是( )
A．a色光的折射率最大
B．c色光的频率最小
C．b色光在玻璃中的传播速度最大
D．c色光发生全反射的临界角最小
答案 D
解析 通过玻璃三棱镜后，c色光的偏折角最大，说明玻璃对c光的折射率最大，a色光的折射率最小，则c色光的频率最高，故A、B错误；a色光的折射率最小，根据v＝分析可以知道a色光在玻璃中的传播速度最大，故C错误；玻璃对c光的折射率最大，根据sinC＝知c色光发生全反射的临界角最小，D正确。
2．如图所示，某透明液体深1 m，一束与水平面成30°角的光线从空气射向该液体，进入该液体的光线与水平面的夹角为45°。光在真空中的速率c＝3.0×108 m/s，则该液体的折射率和进入液体的光线射到底面的时间分别是( )
A.，×10－8 s B.，×10－8 s
C.，×10－8 s D.，×10－8 s
答案 D
解析 入射角i＝90°－30°＝60°，折射角r＝90°－45°＝45°，根据折射定律有n＝＝＝。光在液体中传播的路程x＝＝ m，速度v＝＝×108 m/s，所以t＝＝×10－8 s，D正确。
3．如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯斜上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( )
A．红光 B．黄光 C．蓝光 D．紫光
答案 D
解析 光线从水中斜射入空气中发生折射时，折射角大于入射角，故水面上方的人看水中的灯会觉得灯距水面的距离变小。由于水对紫光的折射率最大，则当入射角相同时，水对紫光的偏折最大，水面上方的人会觉得水中的紫光灯距离水面最近，D正确，A、B、C错误。
4．下列关于光的说法正确的是( )
A．分别用红光和紫光在同一装置上做干涉实验，相邻红光干涉亮条纹间距小于相邻紫光干涉亮条纹间距
B．雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象
C．水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象
D．拍摄日落时的湖光山色时为了使影像更清晰，照相机镜头前加了一个透明片，这是增透膜
答案 C
解析 根据Δx＝λ，因红光波长较长，故相邻红光干涉亮条纹间距大于相邻紫光干涉亮条纹间距，A错误；雨后天空出现的彩虹是光的折射和全反射综合作用的结果，B错误；水面油膜呈现彩色条纹是白光在油膜前后两表面的反射光相遇叠加的结果，属于干涉现象，C正确；拍摄日落时的景色时，湖面反光严重影响影像的清晰度，照相机镜头前加的透明片是偏振滤光片，利用偏振消除来自湖面的反光，而照相机镜头上的镀膜才是增透膜，利用光的干涉尽量消除镜头对光的反射，D错误。
5．下列所示的图片、示意图或实验装置图都来源于课本，则下列判断准确无误的是( )
A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”
B．乙图是薄膜干涉的应用，可用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉的原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则出现亮纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在肥皂膜上，出现竖直干涉条纹
答案 B
解析 甲图是小孔衍射的图样，不是“泊松亮斑”，A错误；乙图是利用薄膜干涉的原理来检测平面的平整程度，B正确；丙图是双缝干涉的原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则出现暗纹，C错误；丁图的薄膜干涉现象中，肥皂膜上应出现水平干涉条纹，D错误。
6．如图所示为一块透明的光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则单色光a在该材料内部可能的传播途径是下图中的( )
答案 D
解析 光射入该材料后先由光密介质射向光疏介质，据折射定律知，折射角大于入射角。光在传播过程中，入射角逐渐增大，可能出现当入射角大于或等于临界角时，发生全反射，接着光向下由光疏介质射向光密介质，折射角小于入射角，故D正确。
7．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全，若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车的前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对方灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是( )
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
答案 D
解析 若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，所以A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以完全透射进对面车内，C错误；若前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光能透过前窗玻璃，对面车灯的光偏振方向与前窗玻璃的透振方向垂直，无法透过前窗玻璃，故D正确。
8. 如图所示，把一面镜子斜着插入装有水的水盆中，用一束光斜射入水中，在天花板上就可以看到彩色的光带，对这个现象，下列说法正确的是( )
A．这是光的全反射现象
B．这是光的色散现象，起到棱镜作用的是水
C．a可能是紫光，d可能是红光
D．在真空中a光束的传播速度最大，d光束的传播速度最小
答案 BC
解析 这是光的折射产生的色散现象，A错误，B正确；根据题图作光路图可知，水对a光的折射率大于d光，因为光的频率越大，水对其折射率就越大，故a的频率大于d的频率，a可能是紫光，d可能是红光，C正确；在真空中，所有色光的传播速度都相同，等于光速c，D错误。
9．如图a所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )
A．完成操作1后，光屏上出现的是图b图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
B．完成操作1后，光屏上出现的是图c图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C．完成操作2后，光屏上出现的是图b图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
D．完成操作2后，光屏上出现的是图c图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
答案 AD
解析 图b中的条纹为明暗相间等间距条纹，是干涉图样，操作1是双缝干涉实验，故光屏上出现图b图案，由波长越长，干涉条纹间距越大可知，甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确，B错误；图c为明暗相间、中间最宽且不等间距的条纹，是衍射图样，操作2是单缝衍射实验，故光屏上出现图c图案，由波长越长，衍射条纹中央亮纹越宽可知，丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，C错误，D正确。
10．平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为θ的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时，θ＝60°，当入射光为b光时，θ＝90°，则( )
A．该玻璃对a光的折射率为2
B．该玻璃对b光的折射率为
C．在该玻璃中a光的速度比b光的速度大
D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小
答案 AD
解析 由题知a光全反射临界角为30°，由临界角公式sinC＝得该玻璃对a光的折射率na＝＝2，故A正确；由题知b光全反射临界角为45°，由临界角公式sinC＝得该玻璃对b光的折射率nb＝＝，故B错误；该玻璃对b光的折射率较小，根据v＝分析知，在该玻璃中b光的速度比a光的速度大，故C错误；该玻璃对a光的折射率较大，可知a光的频率较大，波长较短，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，所以用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小，故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题，共60分)
二、实验题(本题共2小题，共15分)
11. (6分)利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下：在白纸上作一直线MN，并作出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖(弧面的圆心为O)放在白纸上，它的直径与直线MN重合，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，如图所示，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等。
(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两个大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，无论从何处观察，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，这是由于光发生了________，他应采取的措施是________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插________枚大头针。
答案 (1)全反射 将垂线AB向O点平行下移(或将玻璃砖平行上移) (2)1
解析 (1)在半圆柱形玻璃砖右侧区域内，无论从何处观察，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，这说明通过P1、P2的光线在经过玻璃砖右侧界面时没有折射光线，即发生了全反射；要想同时看到P1、P2的像，应使经过玻璃砖后射到玻璃砖右侧界面上的光线的入射角减小，应采取的措施是将垂线AB向O点平行下移(或将玻璃砖平行上移)。
(2)通过P1、P2的光线在经过界面MN时由于与界面MN垂直，传播方向不发生变化，故光路图如图所示。已知入射光线与折射点，为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，只需插1枚大头针，连接该大头针与折射点即为折射光线。
12．(9分)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右表示各光学元件的字母的排列顺序应为C、________、A。
(2)将激光束照在双缝上，在光屏上观察到的现象是图2选项中的________。
(3)保持双缝到光屏的距离不变，换用间隙更小的双缝，在光屏上观察到的条纹间距将________；保持双缝间隙不变，减小双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹间距将________。(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)
(4)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图3甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图3乙中手轮上的示数________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。
(5)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离L为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ mm。
答案 (1)E、D、B (2)A (3)变宽 变窄
(4)13.870 2.310 (5) 6.6×10－4
解析 (1)为获取两列单色相干光，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。表示各光学元件的字母排列顺序应为C、E、D、B、A。
(2)将激光束照在双缝上，将出现双缝干涉现象，而双缝干涉图样是中间为亮条纹的明暗相间的等间距条纹，A正确。
(3)根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知在其他条件不变，d减小时，条纹间距变宽；而在其他条件不变，L减小时，条纹间距变窄。
(4)图3乙的读数：螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm，两者相加为13.870 mm。图3甲的读数：固定刻度读数为2 mm，可动刻度读数为32.0×0.01 mm，两者相加的读数为2.320 mm，由以上读数可知，
Δx＝ mm＝2.310 mm。
(5)根据Δx＝λ知λ＝，代入数据得：
λ＝ m＝6.6×10－7 m＝6.6×10－4 mm。
三、计算题(本题共4小题，共45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．(9分)在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第4条亮条纹都和未知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第5条亮条纹重合，则未知波长的光的波长是多少？
答案 0.48 μm
解析 设未知波长的光的波长为λ2，出现亮条纹的条件是：x＝(k＝0，±1，±2，…)
依题意有x4＝，x5′＝，x4＝x5′，
故λ2＝＝×0.60 μm＝0.48 μm。
14．(12分)如图，一半径为R，高度也为R的圆柱形均匀透明体的底面中心处有一点光源S，在圆柱体的上表面有一点M，M离上表面中心O的距离d＝R，经过M点射出的光线的折射角为60°。
(1)求透明体的折射率n；
(2)从透明体上表面观察，若要看不到光源，可用不透明的黑纸覆盖上表面，求黑纸的最小面积Smin。
答案 (1) (2)πR2
解析 (1)如图，连接OS可得tanθ＝＝，
解得入射角i＝θ＝30°，
折射角为r＝60°，
由折射定律可知n＝＝。
(2)设临界角为C，黑纸的最小半径为rmin，
则sinC＝＝，
恰好发生全反射时，由几何关系可知：
sinC＝，
解得r＝R2，
则黑纸的最小面积Smin＝πr＝πR2。
15．(12分)如图为用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图，FD为圆周，圆心为O。某单色光线a从AB面入射，入射角θ1＝60°，它射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出。求：
(1)该棱镜对单色光线a的折射率n；
(2)改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射，入射角同样为θ1＝60°时，判断单色光线b能从BF面射出吗？说出理由。
答案 (1)1.3 (2)见解析
解析 由题意画出光路图如图所示。
(1)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为C，则n＝，
光线在BF面恰好发生全反射，则sinC＝，
由图可知：θ2＋C＝90°，联立解得n≈1.3。
(2)改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射，则棱镜对单色光b的折射率n更小。由n＝判断，θ1相
同时θ2更大；由图可得知BF面上的入射角更小，由sinC＝可得知临界角C更大，因此单色光线b能从BF面射出。
16. (12分)一立方体透明物体横截面如图所示，BC和CD侧均镀银(图中粗线)，P、M、Q、N分别为AB边、BC边、CD边、AD边的中点，虚线在ABCD所在的平面内并与AB平行。虚线上有一点光源S，从S发出一条细光线射到P点时与PA的夹角成30°，经折射后直接射到M点，最后从透明物体的AD面上射出且刚好可以回到S点。试求：(＝1.41，＝2.45，sin15°＝0.26)
(1)透明物体的折射率n；
(2)若光在真空中的速度为c，正方形ABCD的边长为a，则光从S点发出后，经过多长时间射回S点。
答案 (1)1.225 (2)5.3
解析 (1)根据题意作光路图，光线在P点发生折射时，入射角为60°，折射角为45°。
故透明物体的折射率
n＝＝＝1.225。
(2)连接PN，由几何关系可得PN、PM、QN、QM的长均为a，
∠PSN＝30°，SN＝SP＝
光在透明物体中的速度v＝
光在透明物体中传播所用的时间t1＝
光在透明物体外传播所用的时间t2＝
故光从S点发出到射回S点所经历的时间
t＝t1＋t2≈5.3。
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题，共40分)
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的，光束m通过三棱镜的传播情况如图所示，则比较a、b、c三种单色光，下列说法正确的是( )
A．a色光的折射率最大
B．c色光的频率最小
C．b色光在玻璃中的传播速度最大
D．c色光发生全反射的临界角最小
答案 D
解析 通过玻璃三棱镜后，c色光的偏折角最大，说明玻璃对c光的折射率最大，a色光的折射率最小，则c色光的频率最高，故A、B错误；a色光的折射率最小，根据v＝分析可以知道a色光在玻璃中的传播速度最大，故C错误；玻璃对c光的折射率最大，根据sinC＝知c色光发生全反射的临界角最小，D正确。
2．如图所示，某透明液体深1 m，一束与水平面成30°角的光线从空气射向该液体，进入该液体的光线与水平面的夹角为45°。光在真空中的速率c＝3.0×108 m/s，则该液体的折射率和进入液体的光线射到底面的时间分别是( )
A.，×10－8 s B.，×10－8 s
C.，×10－8 s D.，×10－8 s
答案 D
解析 入射角i＝90°－30°＝60°，折射角r＝90°－45°＝45°，根据折射定律有n＝＝＝。光在液体中传播的路程x＝＝ m，速度v＝＝×108 m/s，所以t＝＝×10－8 s，D正确。
3．如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯斜上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( )
A．红光 B．黄光 C．蓝光 D．紫光
答案 D
解析 光线从水中斜射入空气中发生折射时，折射角大于入射角，故水面上方的人看水中的灯会觉得灯距水面的距离变小。由于水对紫光的折射率最大，则当入射角相同时，水对紫光的偏折最大，水面上方的人会觉得水中的紫光灯距离水面最近，D正确，A、B、C错误。
4．下列关于光的说法正确的是( )
A．分别用红光和紫光在同一装置上做干涉实验，相邻红光干涉亮条纹间距小于相邻紫光干涉亮条纹间距
B．雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象
C．水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象
D．拍摄日落时的湖光山色时为了使影像更清晰，照相机镜头前加了一个透明片，这是增透膜
答案 C
解析 根据Δx＝λ，因红光波长较长，故相邻红光干涉亮条纹间距大于相邻紫光干涉亮条纹间距，A错误；雨后天空出现的彩虹是光的折射和全反射综合作用的结果，B错误；水面油膜呈现彩色条纹是白光在油膜前后两表面的反射光相遇叠加的结果，属于干涉现象，C正确；拍摄日落时的景色时，湖面反光严重影响影像的清晰度，照相机镜头前加的透明片是偏振滤光片，利用偏振消除来自湖面的反光，而照相机镜头上的镀膜才是增透膜，利用光的干涉尽量消除镜头对光的反射，D错误。
5．下列所示的图片、示意图或实验装置图都来源于课本，则下列判断准确无误的是( )
A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”
B．乙图是薄膜干涉的应用，可用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉的原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则出现亮纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在肥皂膜上，出现竖直干涉条纹
答案 B
解析 甲图是小孔衍射的图样，不是“泊松亮斑”，A错误；乙图是利用薄膜干涉的原理来检测平面的平整程度，B正确；丙图是双缝干涉的原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则出现暗纹，C错误；丁图的薄膜干涉现象中，肥皂膜上应出现水平干涉条纹，D错误。
6．如图所示为一块透明的光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则单色光a在该材料内部可能的传播途径是下图中的( )
答案 D
解析 光射入该材料后先由光密介质射向光疏介质，据折射定律知，折射角大于入射角。光在传播过程中，入射角逐渐增大，可能出现当入射角大于或等于临界角时，发生全反射，接着光向下由光疏介质射向光密介质，折射角小于入射角，故D正确。
7．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼，严重影响行车安全，若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车的前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与对方灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是( )
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
答案 D
解析 若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，所以A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以完全透射进对面车内，C错误；若前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光能透过前窗玻璃，对面车灯的光偏振方向与前窗玻璃的透振方向垂直，无法透过前窗玻璃，故D正确。
8. 如图所示，把一面镜子斜着插入装有水的水盆中，用一束光斜射入水中，在天花板上就可以看到彩色的光带，对这个现象，下列说法正确的是( )
A．这是光的全反射现象
B．这是光的色散现象，起到棱镜作用的是水
C．a可能是紫光，d可能是红光
D．在真空中a光束的传播速度最大，d光束的传播速度最小
答案 BC
解析 这是光的折射产生的色散现象，A错误，B正确；根据题图作光路图可知，水对a光的折射率大于d光，因为光的频率越大，水对其折射率就越大，故a的频率大于d的频率，a可能是紫光，d可能是红光，C正确；在真空中，所有色光的传播速度都相同，等于光速c，D错误。
9．如图a所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则( )
A．完成操作1后，光屏上出现的是图b图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
B．完成操作1后，光屏上出现的是图c图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C．完成操作2后，光屏上出现的是图b图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
D．完成操作2后，光屏上出现的是图c图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
答案 AD
解析 图b中的条纹为明暗相间等间距条纹，是干涉图样，操作1是双缝干涉实验，故光屏上出现图b图案，由波长越长，干涉条纹间距越大可知，甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确，B错误；图c为明暗相间、中间最宽且不等间距的条纹，是衍射图样，操作2是单缝衍射实验，故光屏上出现图c图案，由波长越长，衍射条纹中央亮纹越宽可知，丙是红色条纹，丁是蓝色条纹，C错误，D正确。
10．平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为θ的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时，θ＝60°，当入射光为b光时，θ＝90°，则( )
A．该玻璃对a光的折射率为2
B．该玻璃对b光的折射率为
C．在该玻璃中a光的速度比b光的速度大
D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小
答案 AD
解析 由题知a光全反射临界角为30°，由临界角公式sinC＝得该玻璃对a光的折射率na＝＝2，故A正确；由题知b光全反射临界角为45°，由临界角公式sinC＝得该玻璃对b光的折射率nb＝＝，故B错误；该玻璃对b光的折射率较小，根据v＝分析知，在该玻璃中b光的速度比a光的速度大，故C错误；该玻璃对a光的折射率较大，可知a光的频率较大，波长较短，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，所以用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小，故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题，共60分)
二、实验题(本题共2小题，共15分)
11. (6分)利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下：在白纸上作一直线MN，并作出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖(弧面的圆心为O)放在白纸上，它的直径与直线MN重合，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，如图所示，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等。
(1)某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两个大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，无论从何处观察，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，这是由于光发生了________，他应采取的措施是________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插________枚大头针。
答案 (1)全反射 将垂线AB向O点平行下移(或将玻璃砖平行上移) (2)1
解析 (1)在半圆柱形玻璃砖右侧区域内，无论从何处观察，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，这说明通过P1、P2的光线在经过玻璃砖右侧界面时没有折射光线，即发生了全反射；要想同时看到P1、P2的像，应使经过玻璃砖后射到玻璃砖右侧界面上的光线的入射角减小，应采取的措施是将垂线AB向O点平行下移(或将玻璃砖平行上移)。
(2)通过P1、P2的光线在经过界面MN时由于与界面MN垂直，传播方向不发生变化，故光路图如图所示。已知入射光线与折射点，为了确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，只需插1枚大头针，连接该大头针与折射点即为折射光线。
12．(9分)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉实验装置，用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右表示各光学元件的字母的排列顺序应为C、________、A。
(2)将激光束照在双缝上，在光屏上观察到的现象是图2选项中的________。
(3)保持双缝到光屏的距离不变，换用间隙更小的双缝，在光屏上观察到的条纹间距将________；保持双缝间隙不变，减小双缝到光屏的距离，在光屏上观察到的条纹间距将________。(均选填“变宽”“变窄”或“不变”)
(4)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图3甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图3乙中手轮上的示数________ mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________ mm。
(5)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离L为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________ mm。
答案 (1)E、D、B (2)A (3)变宽 变窄
(4)13.870 2.310 (5) 6.6×10－4
解析 (1)为获取两列单色相干光，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。表示各光学元件的字母排列顺序应为C、E、D、B、A。
(2)将激光束照在双缝上，将出现双缝干涉现象，而双缝干涉图样是中间为亮条纹的明暗相间的等间距条纹，A正确。
(3)根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知在其他条件不变，d减小时，条纹间距变宽；而在其他条件不变，L减小时，条纹间距变窄。
(4)图3乙的读数：螺旋测微器固定刻度读数为13.5 mm，可动刻度读数为37.0×0.01 mm，两者相加为13.870 mm。图3甲的读数：固定刻度读数为2 mm，可动刻度读数为32.0×0.01 mm，两者相加的读数为2.320 mm，由以上读数可知，
Δx＝ mm＝2.310 mm。
(5)根据Δx＝λ知λ＝，代入数据得：
λ＝ m＝6.6×10－7 m＝6.6×10－4 mm。
三、计算题(本题共4小题，共45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．(9分)在做双缝干涉实验时，用波长λ1＝0.60 μm的光和另一波长未知的光一起照射到两个间距未知的狭缝上，结果发现已知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第4条亮条纹都和未知波长的光在光屏上的中央亮条纹两侧的第5条亮条纹重合，则未知波长的光的波长是多少？
答案 0.48 μm
解析 设未知波长的光的波长为λ2，出现亮条纹的条件是：x＝(k＝0，±1，±2，…)
依题意有x4＝，x5′＝，x4＝x5′，
故λ2＝＝×0.60 μm＝0.48 μm。
14．(12分)如图，一半径为R，高度也为R的圆柱形均匀透明体的底面中心处有一点光源S，在圆柱体的上表面有一点M，M离上表面中心O的距离d＝R，经过M点射出的光线的折射角为60°。
(1)求透明体的折射率n；
(2)从透明体上表面观察，若要看不到光源，可用不透明的黑纸覆盖上表面，求黑纸的最小面积Smin。
答案 (1) (2)πR2
解析 (1)如图，连接OS可得tanθ＝＝，
解得入射角i＝θ＝30°，
折射角为r＝60°，
由折射定律可知n＝＝。
(2)设临界角为C，黑纸的最小半径为rmin，
则sinC＝＝，
恰好发生全反射时，由几何关系可知：
sinC＝，
解得r＝R2，
则黑纸的最小面积Smin＝πr＝πR2。
15．(12分)如图为用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图，FD为圆周，圆心为O。某单色光线a从AB面入射，入射角θ1＝60°，它射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出。求：
(1)该棱镜对单色光线a的折射率n；
(2)改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射，入射角同样为θ1＝60°时，判断单色光线b能从BF面射出吗？说出理由。
答案 (1)1.3 (2)见解析
解析 由题意画出光路图如图所示。
(1)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为C，则n＝，
光线在BF面恰好发生全反射，则sinC＝，
由图可知：θ2＋C＝90°，联立解得n≈1.3。
(2)改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射，则棱镜对单色光b的折射率n更小。由n＝判断，θ1相
同时θ2更大；由图可得知BF面上的入射角更小，由sinC＝可得知临界角C更大，因此单色光线b能从BF面射出。
16. (12分)一立方体透明物体横截面如图所示，BC和CD侧均镀银(图中粗线)，P、M、Q、N分别为AB边、BC边、CD边、AD边的中点，虚线在ABCD所在的平面内并与AB平行。虚线上有一点光源S，从S发出一条细光线射到P点时与PA的夹角成30°，经折射后直接射到M点，最后从透明物体的AD面上射出且刚好可以回到S点。试求：(＝1.41，＝2.45，sin15°＝0.26)
(1)透明物体的折射率n；
(2)若光在真空中的速度为c，正方形ABCD的边长为a，则光从S点发出后，经过多长时间射回S点。
答案 (1)1.225 (2)5.3
解析 (1)根据题意作光路图，光线在P点发生折射时，入射角为60°，折射角为45°。
故透明物体的折射率
n＝＝＝1.225。
(2)连接PN，由几何关系可得PN、PM、QN、QM的长均为a，
∠PSN＝30°，SN＝SP＝
光在透明物体中的速度v＝
光在透明物体中传播所用的时间t1＝
光在透明物体外传播所用的时间t2＝
故光从S点发出到射回S点所经历的时间
t＝t1＋t2≈5.3。