人教版选修3-4 第十三章　光 单元检测 word版含解析答案

人教版选修3-4
第十三章　光
单元检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(每小题6分,共48分)
1.如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b。如果光束a是蓝光,则光束b可能是(　　)
A.红光
B.黄光
C.绿光
D.紫光
2.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.全息照相主要是利用了光的衍射现象
B.单反相机的增透膜利用了光的偏振现象
C.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉
D.用光导纤维传输信息是利用了光的全反射的原理
E.医学上用激光做“光刀”来进行手术,主要是利用了激光的亮度高、能量大的特点
3.如图,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(　　)
4.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原理是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线在该薄膜中的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为(　　)
A.λ
B.λ
C.λ
D.λ
5.(多选)下列说法正确的是　(　　)
A.红光由空气进入水中,波长变短,频率不变
B.光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
C.白光通过三棱镜后在屏上出现彩色光带,是光的干涉现象
D.遇到同一障碍物时,波长越长的光越容易发生衍射
E.用同一装置做双缝干涉实验,在干涉图样中,紫光的条纹间距比红光宽
6.(多选)由a、b两种单色光构成的复色光束从水中斜射入空气中的光路图如图所示,关于a、b两种单色光,下列说法正确的是(　　)
A.a光的频率小于b光的频率
B.从同种介质中斜射入空气发生全反射时,a光的临界角小于b光的临界角
C.在同种介质中传播时,a光的传播速度大于b光的传播速度
D.相同条件的双缝干涉实验中,a光相邻明条纹的间距比b光相邻明条纹的间距小
E.通过同一狭缝时,a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显
7.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、蓝光和紫光的四盏灯,一人站在这四盏灯正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
8.(多选)如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是(　　)
A.在冰晶中,b光的传播速度较小
B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大
C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小
D.用同一装置做单缝衍射实验,b光中央亮条纹更宽
二、非选择题(共52分)
9.(12分)如图1所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'。O为直线AO与aa'的交点。在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针。
图1
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有　　　　。?
A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像
D.插上大头针P4,使P4仅挡住P3
(2)过P3、P4作直线交bb'于O',过O'作垂直于bb'的直线NN',连接OO'。测量图1中角α和角β的大小,则玻璃砖的折射率n=　　　　。?
(3)如图2所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽。若其他操作正确,图2(甲)折射率的测量值　　　　准确值;图2(乙)折射率的测量值　　　　准确值。(均选填“大于”“小于”或“等于”)?
图2
10.(6分)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中,按要求调整好实验装置。
(1)为测定相邻两个亮条纹的间距,转动手轮使目镜中能观察到如图所示的分划板中心刻度与干涉条纹,记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮,使目镜中能观察到图　　　　(在A、B、C、D中选填一个)所示的分划板中心刻度与干涉条纹,再次记下手轮上的读数。?
(2)测得相邻两个亮条纹间距为Δx,双缝间距为d,单缝与双缝的距离为l1,双缝到屏的距离为l2,目镜的放大倍数为k,则对应的光波波长为　　　　。?
11.(16分)如图所示为某种透明介质的截面图,△AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10
cm的四分之一圆弧,AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=、n2=。
(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色;
(2)求两个亮斑间的距离。
12.(18分)如图所示,一束平行光以45°的入射角照射到半径为R的半圆柱形玻璃砖的上表面,已知玻璃砖对平行光的折射率为。
(1)圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角θ是多少?
(2)能从圆柱面射出的光线中,在玻璃砖中传播时间最长为多少?(光在真空中的速度为c)
答案
一、选择题
1.D　根据棱镜对各色光的折射率大小可知,若a光为蓝光,则b光可能为紫光,故选D。
2.CDE　全息照相主要是利用了光的相干性好,参考光和物光发生干涉,形成干涉条纹,不是光的衍射现象,故A错误;光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象,从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱,故B错误;用标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象,属于薄膜干涉,故C正确;用光导纤维传输信息利用了光的全反射的原理,光线在内芯和外套的界面上发生全反射,故D正确;激光具有亮度高、能量大的特点,医学上用激光做“光刀”来进行手术,故E正确。
3.A　A图中光从玻璃射向空气,可能发生全反射,A正确;B图中光从空气射向玻璃,是从光疏介质射向光密介质,不会发生全反射,B错误;C图中光在玻璃与空气的界面既有反射又有折射,因为是从光密介质进入光疏介质,折射角应大于入射角,C错误;D图中光从空气射向玻璃,折射角应小于入射角,D错误。
4.B　为消除反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后两列波相互削弱,即路程差为半波长的奇数倍,故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
5.ABD　光从一种介质进入另一种介质时频率不变,根据λf=可知,红光由空气进入水中,波长变短,但频率不变,故A正确;光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理,故B正确;白光通过三棱镜后在屏上出现彩色光带是光的折射现象,故C错误;根据发生明显衍射的条件可知,遇到同一障碍物时,波长越长的光越容易发生衍射,故D正确;由公式Δx=λ可知,用同一装置做双缝干涉实验,在干涉图样中,波长较小的紫光的条纹间距比红光窄,故E错误。故选A、B、D。
6.ACE　由题中光路图可知b光的偏折程度大于a光,可知水对b光的折射率大于对a光的折射率,b光的频率大于a光的频率,选项A正确;根据sin
C=1/n可知,从同种介质中斜射入空气发生全反射时,b光的临界角小于a光的临界角,选项B错误;根据n=c/v可知在同种介质中传播时,a光的传播速度大于b光的传播速度,选项C正确;b光波长小于a光波长,根据Δx=λ可知,相同条件的双缝干涉实验中,b光相邻明条纹的间距比a光相邻明条纹的间距小,选项D错误;b光波长小于a光波长,则通过同一狭缝时,a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显,选项E正确。故选A、C、E。
7.D　从空气中观察灯时,灯P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛,折射光线的延长线交于P'点,P'就是灯P的虚像,P'的位置比实际位置P离水面的距离要近些,如图所示。
由几何关系有:
sin
α=,sin
β=,
n==
竖直向下看时,d接近于零,故n=,即h=H
因紫光的折射率最大,故紫光的视深最小。
8.AB　由题图乙可知,太阳光射入六角形冰晶时,a光的偏折程度小于b光的偏折程度,六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=知b光的传播速度较小,A正确;由冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,可知a光的频率小于b光的频率,所以a光的波长大于b光的波长,根据Δx=λ可知,通过同一装置发生双缝干涉时,a光相邻条纹间距较大,B正确;冰晶对a光的折射率较小,由临界角公式sin
C=可知,a光的临界角较大,C错误;发生衍射时,波长越长,中央亮条纹越宽,故a光的中央亮条纹更宽,D错误。
二、非选择题
9.答案　(1)BC　(2)　(3)小于　小于
解析　(1)该同学接下来要完成的必要步骤有:确定P3大头针的位置,方法是插上大头针P3,使P3能挡住P1、P2的像;确定P4大头针的位置,方法是插上大头针P4,使P4能挡住P3和P1、P2的像。选项B、C正确,A、D错误。
(2)根据折射定律得玻璃砖的折射率n=。
(3)题甲图中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽但仍平行,而其他操作正确,导致α角偏大,由于n=,故折射率的测量值将偏小。同理,题乙图中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距两边都画得过宽但仍平行,而其他操作正确,同样会导致α角偏大,由于n=,故折射率的测量值将偏小。
10.答案　(1)C　(2)
解析　(1)为了测定相邻两个亮条纹的间距,转动手轮使目镜中能观察到如题图所示的分划板中心刻度与干涉条纹,记下此时手轮上的读数。然后再次转动手轮,使分划板的中心刻线对齐相邻亮条纹的中心,故应选C。
(2)根据双缝干涉条纹的间距公式得Δx=λ,解得λ=。
11.答案　(1)在AM处产生的亮斑的颜色为红色,在AN处产生的亮斑的颜色为红色与紫色的混合色
(2)(5+10)
cm
解析　(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2,sin
C1==,C1=60°,同理C2=45°,i=45°=C2(2)画出光路图如图,设折射角为r,两个光斑分别为P1、P2。
根据折射定律n1=
求得sin
r=
由几何知识可得tan
r=
解得AP1=5
cm
由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形,
解得AP2=10
cm
所以P1P2=(5+10)
cm
12.答案　(1)90°　(2)
解析　(1)作出光路图,如图所示
由折射定律,有n=
解得r=30°
如果光线EA刚好在A点发生全反射,则有n
sin
∠EAO=1
即∠EAO=45°,此时∠EOA=75°
因EA与OB平行,所以∠EAO=∠AOB=45°
如果光线FC刚好在C点发生全反射,则有∠FCO=45°,此时
∠FOC=15°
故知圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角
θ=180°-∠EOA-∠FOC=180°-75°-15°=90°
(2)能从圆柱面射出的光线中,在玻璃砖中传播的最长距离s==
光在玻璃砖中传播的速度v=
光在玻璃砖中传播的最长时间t==