第十三章 光（B）卷 自测卷 Word版含解析

2020-2021学年高二物理人教版选修3-4
光（B）卷
1.如果光线以相等的入射角，从真空射入不同介质，若介质的折射率越大，则( )
A.折射角越大，折射光线偏离原来方向的程度越大
B.折射角越大，折射光线偏离原来方向的程度越小
C.折射角越小，折射光线偏离原来方向的程度越大
D.折射角越小，折射光线偏离原来方向的程度越小
2.某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是( )
A.减小光源到单缝的距离 B.减小双缝之间的距离
C.减小双缝到光屏之间的距离 D.换用频率更高的单色光源
3.如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏N上光的亮度变化情况，下列说法正确的是( )
A.光屏N上光的亮度保持不变
B.光屏N上只有一条亮线随偏振片转动而转动
C.光屏N上有两条与偏振片透振方向对应的亮线
D.光屏N上光的亮度会时亮时暗
4.如图所示，光从A点射入圆形玻璃，从B点射出，若出射光线相对于入射光线的偏向角为30°，弧所对的圆心角为120°，下列说法正确的是( )
A.玻璃的折射率是 B.玻璃的折射率是
C.光线在A点的入射角为105° D.玻璃的折射率是
5.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。下图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B固定在待测金属棒上端，间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是( )
A.使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽
B.相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄
C.相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大
D.狭缝到光屏距离越大，其他实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大
6.如图所示，为一直角玻璃三棱镜的横截面，，一束红光垂直边的O点射入，从边上的D点射出，其折射角为60°。则下列说法正确的是( )
A.玻璃对红光的折射率为
B.红光在玻璃中的传播速度大小为
C.若使该束红光绕O点顺时针转过角，则光不会从面射出来
D.若将这束红光向左水平移动一小段距离，则从面上出来的折射角小于
7.关于光在竖直的肥皂液薄膜上产生的干涉现象，下列说法正确的是( )
A.干涉条纹的产生是由于光在薄膜前后两个表面反射，形成的两列光波叠加的结果
B.若出现明暗相间条纹相互平行，说明肥皂膜的厚度是均匀的
C.用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比黄光照射的间距小
D.薄膜上的干涉条纹基本上是竖直的
8.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在图中P处迎着光入射的方向观察，看不到光亮。则( )
A.图中a是偏振光 B.图中b是偏振光
C.将B转过180°，将在P处看到光亮 D.将A转过90°，将在P处看到光亮
9.利用图示装置研究双缝干涉现象并测量光的波长，下列说法正确的是( )
A.实验装置中的①②③元件分别为滤光片、单缝、双缝
B.将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽
C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D.测量过程中误将5个条纹间距数成6个，波长测量值偏大
10.白光是由多种单色光构成的复合光，点光源S发出的一束白光由空气斜射到横截面为矩形的玻璃砖上的O点，和d三点位于同一直线上，θ为入射角，如图所示，下列说法正确的是( )
A.当θ增大时，光不可能在界面上发生全反射
B.当θ增大时，折射光可能射到界面上，但不可能在界面上发生全反射
C.射到界面上的光，一定不能在界面上发生全反射
D.从界面射出的各种色光一定互相平行
11.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，，当入射光为b光时，，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
12.如图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形，一束光平行于横截面，以入射角θ照射到上，不透光。只考虑首次入射到圆弧上的光( )
A.若，则面上最大的入射角大于45°
B.若，则面上最大的入射角为45°
C.若，则面上有光透出部分的弧长为
D.若θ增大，则面上有光透出部分的弧长变长
13.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃砖后，其光路如图所示，下列说法正确的是( )
A.单色光1的波长小于单色光2的波长
B.玻璃砖对单色光1的折射率小于对单色光2的折射率
C.在玻璃砖中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
D.单色光1从玻璃砖到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃砖到空气的全反射临界角
14.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，要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，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排列顺序应为C、_________、_________、_________、A。
（2）本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用刻度尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意___________和__________________。
（3）将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示。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，记下此时图丙中手轮上的示数为_________mm，求得相邻亮条纹的间距为_____mm。
（4）已知双缝间距，测得双缝到屏的距离，由计算式_________，求得所测红光的波长为_________nm。
15.某种透明介质的截面如图所示，为半径为R的四分之一圆弧，O为圆心，为直角三角形，与足够大的光屏垂直，A点与光屏接触。细光束沿圆弧半径射向圆心O，当在界面上的入射角时，仅在光屏上形成一个亮斑，不考虑光在透明介质中的多次反射。求：
（1）求该介质的折射率应不小于多少；
（2）若，当入射角i逐渐减小到时，A点右侧光斑恰好消失，仅在光屏A点左侧有个光斑，求及光斑到A点的距离。
答案以及解析
1.答案：C
解析：根据折射率的定义，如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则介质的折射率越大，折射角越小，这种介质对光的偏折作用越大，故选C。
2.答案：B
解析：根据知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离，增大光的波长（即降低光的频率）或增大双缝到屏的距离，故B正确，ACD错误。
3.答案：D
解析：太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有亮度，则光屏N上光的亮度从亮到暗，再由暗到亮，所以光屏N上光的亮度会时亮时暗，故AB错误，D正确；光屏N上不可能有两条与偏振片透振方向对应的亮线，故C错误。
4.答案：A
解析：作出光路图如图所示，圆心角，由等腰三角形知识可得，由几何关系知，所以，则有，所以玻璃的折射率为，故选项A正确，BCD错误。
5.答案：C
解析：使用的激光波长越短，其他实验条件不变，中央亮条纹宽度越窄，故A错误；相同实验条件下，金属的膨胀量越大，即狭缝越窄，那么中央亮条纹宽度越宽，故B错误；相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明狭缝宽度变化量越大，说明金属膨胀量越大，故C正确；测得的金属的线膨胀系数仅与狭缝的大小有关，与狭缝到光屏的距离无关，故D错误。
6.答案：C
解析：红光到达面的入射角为，折射角为，则玻璃对红光的折射率，故A错误；红光在玻璃中的传播速度大小，故B错误；设临界角为C，则，若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，入射角为60°，根据折射定律可得折射角为30°。光线射到面上的入射角等于60°，大于临界角C，所以光线在面发生全反射，不会从面射出来，故C正确；若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到面上的入射角不变，则折射角不变，仍为60°，故D错误。
7.答案：AC
解析：在肥皂薄膜干涉中，薄膜前后两个表面反射的光正好是两个相干光，它们相互叠加形成干涉条纹，所以A正确。肥皂薄膜在重力作用下，上面薄、下面厚，厚度是变化的，厚度均匀的薄膜是不会出现干涉条纹的，所以B错误。波长越短的光波，对同一个装置，干涉条纹越窄，绿光的波长小于黄光的波长，所以绿光照射薄膜产生的于涉条纹的间距比黄光照射时的间距小，C正确。出现明、暗条纹的位置与薄膜厚度有关，对于某位置，若光线叠加后加强，则与此等厚度的位置反射光线叠加都加强，从而形成亮条纹，对暗条纹也是一样道理，竖直的肥皂薄膜，其厚度相等的位置在同一水平面上，因此干涉条纹基本上是水平的，所以D错误。
8.答案：BD
解析：电灯S发出的光是自然光，自然光沿各个方向的振动是均匀分布的，通过一个偏振片后透射光中只有沿偏振片透振方向振动的光，所以A错误，B正确。偏振片B只透过振动方向与其透振方向一致的偏振光，人眼在P处看不到光亮，说明其透振方向与偏振片A的透振方向垂直。将A转过180°后，其透振方向仍与偏振片B的透振方向垂直，人眼在P处依然看不到光亮，所以C错误。将B转过90°后，其透振方向与偏振片A的透振方向相同，人眼在P处能看到光亮，所以D正确。
9.答案：AB
解析：滤光片的作用是使入射光变成单色光，单缝的作用是使入射光变成线光源，双缝的作用是形成相干光源，其排列顺序合理，故A正确；将滤光片由紫色的换成红色的，波长λ变长，根据双缝于涉条纹的间距公式知，条纹间距增大，故B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，由可知与无关，故干涉条纹间距不变，故C错误；测量过程中，把5个条纹间距数成6个，导致变小，则波长测量值偏小，D错误。
10.答案：ACD
解析：白光由空气斜射到横截面为矩形的玻璃砖的面上，由光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，故A正确；白光透过面后发生折射，折射角小于入射角，所以折射光不可能射到面上，故B错误；白光在面上发生折射，由于折射率不同，故各色光到达面的位置不同，但各色光在面的入射角都等于面的折射角，根据光路的可逆性，可知各色光在面的出射角等于面的入射角，不可能在面上发生全反射，射出的各种色光互相平行，故CD正确。
11.答案：AD
解析：由题知a光全反射临界角为30°，由临界角公式得该玻璃对a光的折射率，故A正确；由题知b光全反射临界角为45°，由临界角公式得该玻璃对b光的折射率，故B错误；该玻璃对b光的折射率较小，根据分析知，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于涉实验，a光的条纹间距小，故D正确。
12.答案：AC
解析：若，根据折射定律有，可得光进入玻璃后光线与的夹角为30°，过O点的光线垂直入射到界面上的点C，如图所示，C到B之间没有光线射出；越接近A的光线入射到界面上时的入射角越大，可知面上最大的入射角大于45°，故A正确，B错误。若，根据，得临界角为45°；如果界面上的临界点为D，此光线在界面上点E入射，在三角形中可求得与的夹角为，A到D之间没有光线射出，由此可得有光线射出的圆弧对应圆心角为，有光透出部分的弧长为，故C正确。增大θ，则折射角也增大，根据几何关系，设折射角为α，则有光线射出的部分对应的圆心角为，可知对应的弧长不变，故D错误。
13.答案：AD
解析：由题图看出光在玻璃砖上表面发生折射时，入射角相等，单色光1的折射角小于单色光2的折射角，根据折射定律得知，玻璃砖对单色光1的折射率大于对单色光2的折射率，单色光1的频率大于单色光2的频率，由知单色光1的波长小于单色光2的波长，故选项A正确，B错误；由分析得知，在玻璃砖中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度，故选项C错误；玻璃砖对单色光1的折射率大于对单色光2的折射率，由临界角公式分析得知单色光1从玻璃砖到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃砖到空气的全反射临界角，故选项D正确。
14.答案：（1）E；D；B
（2）放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离要适当
（3）13.870；2.310
（4）；660
解析：（1）滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝D获得线光源，双缝B获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上。所以排列顺序为。
（2）在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离要适当；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上。
（3）螺旋测微器的读数应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，题图丙读数为13.870 mm，题图乙读数为2.320 mm，所以相邻亮条纹间距。
（4）由条纹间距公式得，代入数值解得。
15.答案：（1）
（2）
解析：（1）光在面能发生全反射，必有
，
可得，故该介质的折射率应不小于。
（2）作出光路示意图如图所示：
当入射角逐渐减小到时，A点右侧光斑恰好消失，在面的折射光线恰与平行，可得折射角，
根据折射定律得，
由几何关系得，
光斑到A点的距离。