人教版高中物理 选修3-4课时作业 第十三章 光 综合评估章末测试题 Word版含解析

一、选择题(1～6题为单选，7～12题为多选，每小题4分，共48分)
1.
如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是图中的(　D　)
解析：铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是基本水平的．
2.
如图所示，P是一束含有两种单色光的光线，沿图示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分成图中的a、b两束光线，则下列说法中正确的是(　D　)
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光频率小于b光频率
C．a光在玻璃砖中传播的时间比b光短
D．若让玻璃砖在纸面内绕O点逆时针转动，a光先消失
解析：由图可知，a光的折射率大于b光的折射率，A错误；频率大的光折射率大，B错误；由n＝知，a光在玻璃中传播速度小于b光，a光在玻璃砖中传播时间较长，C错误；由sinC＝，a光的全反射临界角小于b光，旋转玻璃砖，a光先消失，D正确．
3.
如图所示，一横截面为直角三角形的三棱镜，∠B＝90°，∠C＝30°.一束与AB面成α＝30°角的光线射向AB面，经过BC边发生一次反射，再从AC边射出，且出射光线的折射角为60°.则这种材料的折射率为(　B　)
A. B.
C. D．2
解析：作出光路图，如图所示，
根据几何关系和折射定律有n＝＝，
可得θ＝30°，n＝.
4.
三种透明介质叠放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ两介质界面，发生折射如图所示，若光分别在三种介质中传播，其速率分别是v1，v2，v3，则它们的大小关系是(　B　)
A．v1>v2>v3 B．v1>v3>v2
C．v1v1>v3
解析：光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射，说明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率，即n1n3；介质Ⅰ与Ⅲ相比较，介质Ⅰ的折射率小于介质Ⅲ的折射率，即有n1n3>n1，根据公式n＝知，v1>v3>v2.
5．虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示．M、N、P、Q点的颜色分别为(　A　)
A．紫、红、红、紫　　　　　 B．红、紫、红、紫
C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红
解析：由题图可知，射到M点的光线进入玻璃球时的折射角小于射到N点的光线进入玻璃球时的折射角，所以玻璃对射到M点的光的折射率大于玻璃对射到N点的光的折射率，故M点的颜色为紫色，N点的颜色为红色；同理可得P点的颜色为红色，Q点的颜色为紫色，所以只有A项正确．
6.
两个完全相同的等腰三棱镜如图所示放置，相邻两侧面相互平行，一束白光从棱镜A的左面入射，从B的右面出射，则出射光线是(　D　)
A．一束白光 B．白光带
C．散射彩色带 D．平行彩色带
解析：各色光经两等腰棱镜折射的光路图如图所示．各色光经多次折射但由于两棱镜相邻两侧面平行，所以各色光出射光线与入射光线平行，最后出射光线是平行彩色带．
7．a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图(甲)所示，若只将a光换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图(乙)所示．则下述正确的是(　BC　)
A．a光的频率较大 B．b光的频率较大
C．a光的波长较长 D．b光的波长较长
解析：由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，而条纹间距与光的波长成正比，则a光的波长大于b光的波长，又由c＝λf知，b光的频率大于a光的频率，A、D错误，B、C正确．
8．把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入(如图)，这时可以看到明暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是(　CD　)
A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏
B．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动
C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动
D．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏
解析：
由于形成亮条纹(或暗条纹)的两束光间的路程差恒定，当倾角变小时，形成该路程差的水平距离变大，如图所示，因此干涉条纹变疏，选项A错误，D正确；将上玻璃板平行上移，路程差变大，条纹向着劈尖移动，选项B错误，C正确．
9．如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q.现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是(　BD　)
A．MN间为偏振光
B．PQ间为偏振光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
解析：MP间为自然光，PN间为偏振光，故A错，B正确；PQ间亮度不变，光屏上亮度逐渐变暗，故C错，D正确．
10.
如图所示，真空中有一均匀玻璃球，虚线CD过球心O.两束单色光Ⅰ、Ⅱ分别由玻璃球表面上的A，B两点折射进入玻璃球，Ⅰ从D点射出，Ⅱ从E点射出(图中未画出离开玻璃球后的出射光线)，Ⅰ、Ⅱ平行于CD且三线共面，∠AOC＝∠BOC＝60°，则下列说法正确的是(　AC　)
A．玻璃球对Ⅱ光的折射率小于
B．在玻璃球中，Ⅰ光传播的速度大于Ⅱ光传播的速度
C．无论怎样改变入射角的大小，进入玻璃球的Ⅱ光总能射出玻璃球
D．分别用Ⅰ光与Ⅱ光照射同一双缝干涉装置，光屏上Ⅰ比Ⅱ的明条纹间距大
解析：对Ⅰ光，折射率n1＝＝；由图知两束光射入玻璃球时，入射角相等，光束Ⅱ的折射角大，由折射定律可知玻璃球对Ⅱ光的折射率小，故A正确；由v＝知，在玻璃球中Ⅰ光传播的速度小于Ⅱ光传播的速度，故B错误；根据几何关系，光束从玻璃球内射到界面时，入射角等于从真空射入玻璃球时的折射角，根据光路可逆性原理得知进入玻璃球的Ⅱ光总能射出玻璃球，故C正确；由于玻璃球对Ⅱ光的折射率小，则Ⅱ光的频率小，波长长，而干涉条纹的间距与波长成正比，所以光屏上Ⅱ比Ⅰ的明条纹间距大，故D错误．
11．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.
12．关于立体电影，以下说法正确的是(　BD　)
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像
D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同
解析：放立体电影时有左右两架放映机同时工作，在每架放映机前有一块偏振片，两偏振片的透振方向互相垂直，因此从放映机前偏振片射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不改变，观众眼睛所戴的偏光眼镜的两只镜片偏振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片跟右边放映机前面偏振片的透振方向一致．这样，左眼只能看到左边放映机映出的画面，右眼只能看到右边放映机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感，因此B、D选项正确．
二、填空题(共2小题，每小题6分，共12分)
13.
某兴趣小组在测不同玻璃砖的折射率实验中：
(1)小明同学用“插针法”测平行玻璃砖aa′b′b的折射率，确定好入射方向AO，沿入射方向插上两枚大头针P1和P2(如图所示)，①②③是三条直线，②与③平行，则下列判断正确的是C.(填选项前字母)
A．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上
B．在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在②或③线上
C．若aa′与bb′不平行，仍可用“插针法”测玻璃砖折射率
D．若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′界面发生全反射
(2)
小黄同学测半圆形玻璃砖的折射率，开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失，此时只需测量出玻璃砖旋转的角度θ，即可计算出玻璃砖的折射率n＝.
解析：(1)在利用两侧面平行的玻璃砖做实验时，出射光线跟入射光线平行，但有一定侧移，大头针P3和P4应插在②线上，选项A、B错误；若aa′与bb′不平行，只要用“插针法”确定出射光线，测出入射角和折射角，仍然可测定折射率，选项C正确；入射角太大时，折射光弱，不易观察，但不可能在bb′界面发生全反射，选项D错误．
(2)现象恰好消失时，“光线P1P2”发生全反射，则临界角为θ，即sinθ＝，所以n＝.
14．“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏的距离L＝0.5 m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1 mm，xB＝15.6 mm，相邻两条纹间距Δx＝0.75 mm；
(2)波长的表达式λ＝Δx(用Δx、L、d表示)，该单色光的波长λ＝6.0×10－7 m；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将变小(选填“变大”“不变”或“变小”)．
解析：(1)由游标卡尺读数规则读出xB＝15.6 mm，相邻两条纹间距Δx＝＝0.75 mm.
(2)波长表达式λ＝Δx，将数据代入得λ＝6×10－7 m.
(3)频率变大则波长变小，所以Δx将变小．
三、计算题(共4小题，每小题10分，共40分)
15．如图所示，在双缝干涉中，若用λ1＝5.0×10－7 m的光照射，屏上O为中央亮条纹，屏上A为第二级亮条纹所在处．若换用λ2＝4.0×10－7 m的光照射时，屏上O处是什么情况？屏上A处又是什么情况？
答案：见解析
解析：当用λ1＝5.0×10－7 m的光照射时，A点为第二级亮条纹，则光程差Δs＝AS2－AS1＝2λ1，即＝＝＝，所以若用λ2＝4.0×10－7 m的光照射，A处应为第三级暗条纹．O点光程差为零，仍为亮条纹．
16.
如图，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点．求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角．
答案：150°
解析：设球半径为R，球冠底面中心为O′，连接OO′，则OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有cosα＝＝①
即α＝30°②
由题意MA⊥AB
所以∠OAM＝60°③
设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示．设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i′，反射角为″，玻璃折射率为n.由于△OAM为等边三角形，有i＝60°④
由折射定律有sini＝nsinr⑤
代入题给条件n＝得r＝30°⑥
作底面在N点的法线NE，
由于NE∥AM，有i′＝30°⑦
根据反射定律，有i″＝30°⑧
连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，
故有∠MNO＝60°⑨
由⑦⑨式得∠ENO＝30°⑩
于是∠ENO为反射角，ON为反射光线．这一反射光线经球面再次折射后不改变方向．所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为β＝180°－∠ENO＝150°.?
17．一直桶状容器的高为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点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率．
答案：1.55
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
nsini1＝sinr1①
nsini2＝sinr2②
由题意知r1＋r2＝90°③
联立①②③式得n2＝④
由几何关系知sini1＝＝⑤
sini2＝＝⑥
联立④⑤⑥式得n≈1.55⑦
18．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 m．③
(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.