第十三章 学业质量标准检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(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1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(2020·江苏省南通中学高二下学期线上测试)
对下列光学现象的认识，正确的是( D )
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象
B．雨后天空中出现的彩虹是光的干涉现象
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高
解析：阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，选项A错误；雨后天空中出现的彩虹是光的色散现象，选项B错误；用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，选项C错误；某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，选项D正确。
2．(2020·华中师大一附中高二下学期期中)声波与光波有许多可比之处，某同学对此做了一番比较，得到如下结论，下列说法错误的是( D )
A．声波是纵波，而光波是横波
B．声波的传播依赖于介质，而光可以在真空中传播
C．声波和光波都能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象
D．当声波和光波从空气进入水中时，频率保持不变，波长和波速都变小
解析：声波的传播方向与介质质点振动方向在同一直线上，是纵波；而光波的传播方向与振荡的方向垂直，是横波，故A正确；声音的传播需要介质；光的传播不需要介质，光可以在真空中传播，故B正确；声波和光波都有波的共性，所以都能产生反射、折射、干涉、衍射、偏振、多普勒效应等现象，故C正确；波的频率由波源决定，与介质无关，所以当声波和光波从空气进入水中时，它们的频率都保持不变，声波由空气进入水中，波速变大，频率不变，由波速公式v＝λf，得知声波的波长变长；光波由空气进入水中，波速变小，频率不变，由波速公式v＝λf,
得知光波波长变短，故D错误。
3．(2020·浙江省温州中学高二下学期期中)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是( C )
A．地球上有人用红色激光照射月球
B．太阳照射到地球的红光反射到月球
C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹
解析：观看月全食时，看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光经地球大气折射后照射到月球上，光线再反射射向地球大气时，其它色光被大气吸收掉，红光不易被吸收，故月亮是红色的，选项ABD错误，C正确。
4．(2020·河南省南阳市高二下学期3月第一次联考)圆形玻璃砖的横截面如图所示，
O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圆形玻璃砖的半径R＝10
cm，折射率n＝，一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角30°，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为( C )
A．
cm
B．5
cm
C．
cm
D．20
cm
解析：画出如图光路图，设折射角为r，根据折射定律：
n＝
则得：sin
r＝nsin
θ＝×sin
30°＝，解得：r＝60°
根据几何关系，两个光斑之间的距离为：L＝PN＋NQ＝Rtan
60°＋Rtan
30°＝10×＋10×
cm＝
cm，故C正确，ABD错误。
5．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( D )
A．红光
B．黄光
C．蓝光
D．紫光
解析：从空气中观察灯泡时，灯泡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。
当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：
sinα＝，sinβ＝，
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。
6．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”。以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的( A )
A．图甲中，弯曲的水流可以导光
B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色
D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象
解析：图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误。
7．(2020·湖北省应城一中高二下学期期中)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( BC )
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．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
D．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
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干涉，A错误；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射，B正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，C正确；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散；D错误。
8．(2020·河北省冀州中学高二下学期期中)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(如图甲)，这时可以看到亮暗相同的同心圆(如图乙)，这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如中心数起的第二道圆环)，则应( AC )
A．将凸透镜的曲率半径变大
B．将凸透镜的曲率半径变小
C．改用波长更长的单色光照射
D．改用波长更短的单色光照射
解析：当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹。将凸透镜的曲率半径变大，与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小，出现同一亮条纹的厚度由中心向外偏移，同一级圆环的半径变大；相反，凸透镜的曲率半径变小，同一级圆环的半径变小，故A正确，B错误；改用波长更长的单色光照射，出现同一级亮纹的光程差变大，空气层厚度应变大，所以，同一级圆环的半径变大，因此要使半径变大，可以改用波长更长的单色光照射，故C正确，D错误，故选AC。
9．(2020·北京市西城区高二下学期期末)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。如果要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，下列做法正确的是( AB )
A．减小S1与S2的间距
B．增大双缝到光屏的距离
C．增大单缝S到双缝S1S2的距离
D．将绿光换为蓝光
解析：在波的干涉中，干涉条纹的间距：Δx＝λ，由公式
可得，条纹间距与波长、屏之间的距离成正比，与双缝间的距离d成反比，故要增大间距，应减小d，或增大双缝屏到光屏的距离，或增大光的波长，故AB正确，CD错误。
10．(2020·天津市重点中学高二联考)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( AB )
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
解析：由题图乙可知，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，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a光的折射率小于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，a光相邻条纹间距较大，B正确；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；波长较长，中央亮条纹越宽，故a光的中央亮条纹更宽，D错误。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(2020·北京市海淀区高三下学期期末)某同学用双缝干涉实验仪测量光的波长，如图所示。
(1)实验中选用的双缝间距为d，双缝到像屏的距离为L，在像屏上得到的干涉图样如图所示，分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝____。
(2)分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图所示，则其读数为__31.10__
mm。
解析：(1)根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ得，
λ＝＝；
(2)游标卡尺的主尺读数为31
mm，游标尺上第2个刻度与主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.05×2
mm＝0.10
mm，所以最终读数为31.10
mm。
12．如图所示，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC；在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像__让P2的像挡住__，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3__挡住P1、P2的像__，P4__挡住P3以及P1、P2的像__。记下P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45°。则该透光物质的折射率n＝____，并在图中画出正确完整的光路图。
解析：通过作图找出BC面上的反射点和AB面上的出射点，则由几何知识可得各角的大小，如图所示，则n＝＝，其实验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故P1的像让P2的像挡住、P3挡住P1、P2的像，P4应挡住P3以及P1、P2的像。
13．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014
Hz。
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是__两反射光叠加后加强__。
(2)这种“增反膜”的厚度是__1.23×10－7_m__。
解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7
m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7
m，故膜的厚度至少是1.23×10－7
m。
三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)平行光垂直射向一半径为R的透明介质半球的平面，其截面如图所示，发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，已知光在真空中的传播速度为c＝3.0×108
m/s，求：
(1)介质球对该入射光的折射率；
(2)该光在介质球中的传播速度。
解析：(1)由题意知光在介质球界面处的临界角为
C＝30°
由sinC＝得n＝＝2
(2)光在介质球中的传播速度为v＝＝1.5×108
m/s
答案：(1)2 (2)1.5×108
m/s
15．(10分)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)。
(1)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。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。
解析：(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像S′，画出边沿光线，范围如图所示。
(2)根据杨氏双缝干涉实验中干涉条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系式Δx＝λ，因为d＝2a，所以Δx＝λ。
16．(11分)如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0
m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。
(1)求池内的水深；
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0
m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。
答案：(1)2.6
m (2)0.7
m
解析：(1)如图，设到达池边光线的入射角为i。依题意，水的折射率n＝，光线的折射角θ＝90°。由折射定律有
nsini＝sinθ①
由几何关系有sini＝②
式中，l＝3
m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得
h＝
m≈2.6
m③
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°。由折射定律有nsini′＝sinθ′④
式中，i′是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系得
sini′＝⑤
x＋l＝a＋x′⑥
式中x′＝2
m。
联立③④⑤⑥式得x＝(3－1)m≈0.7
m
17．(12分)(2020·山东省潍坊七县(市)高二联考)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与水平面屏幕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。
答案：(1)在AM处产生的亮斑颜色为红色，在AN处产生的亮斑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，sinC1＝＝，C1＝60°，同理C2＝45°，i＝45°＝C2，i＝45°(2)画出如图光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1、P2。根据折射定律
n1＝
求得sinr＝
由几何知识可得：tanr＝
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(共41张PPT)
物 理
选修3-4·人教版
新课标导学
第十三章
光
阶段核心素养提升
1
核心素养脉络构建
2
核心突破素养升华
3
实战演练触及高考
核心素养脉络构建
核心突破素养升华
典例
1
(1)求光在水中的传播速度的大小v；
(2)求B点到水面的竖直距离H；
(3)若潜水员从B点竖直上升至B′时(图中未标出)，水面上方所有的景物都出现在顶角为2∠AB′D的圆锥里，求B′点到水面的竖直距离h。
2．光的衍射
(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。
(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要小。
3．光的偏振
(1)光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振。
(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是偏振光。
(3)光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。
(多选)(2020·江苏省扬州中学高二下学期期中)以下说法中正确的是
( )
ACE
典例
2
A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度
B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出
C．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间距离Δx将减小
D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
E．图戊中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将发生明、暗交替变化，此现象表明光波是横波
三、光的折射对光路的控制
1．玻璃砖对光路的控制：两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。
2．三棱镜对光路的控制
(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。
(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折。
(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示。
①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)。
②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙)，入射光线和出射光线互相平行。
不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。
(多选)如下图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是
(
)
AD
典例
3
实战演练触及高考
从近几年的高考来看，本章是高考的热点，折射定律和不同色光的折射率问题常常成为考点，而且大多将光的本性和几何光学相结合进行考查，题型多以选择题和计算题形式出现。
【一 高考真题探析】
(2020·新课标Ⅱ卷，34)直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所示，图中∠C＝90°，∠A＝30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
例题
(1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；
(2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
(1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；
(2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
A
2．(2019·全国卷Ⅱ，34)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可______；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
B
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝______；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300
mm，测得屏与双缝间的距离为1.20
m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56
mm。则所测单色光的波长为_____nm(结果保留3位有效数字)。
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300
mm，测得屏与双缝间的距离为1.20
m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56
mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
630
3．(2019·天津卷，9)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
AD
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的______。
D
4．(2019·江苏卷，13B)(1)将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的________
(选填“折射”“干涉”或“衍射”)。当缝的宽度________(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时，这种现象十分明显。
(2)如图所示，某L形透明材料的折射率n＝2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值。
衍射
接近
