人教版高中物理选修34 第十三章 光测试含答案及详细解析.docx
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人教版高中物理选修34第十三章光测试含答案及详细解析
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人教版高中物理选修3-4第十三章光测试
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分,共100分
第Ⅰ卷
一、单选题(共15小题,每小题4.0分,共60分)
1.在双缝干涉实验中,测得第一条明条纹和第三条明条纹相距4.0×10-2m,若双缝间距为0.1mm,双缝到光屏的距离为l=4.0m,则光波的波长为( )
A.8.0×10-8m
B.5.0×10-7m
C.1.5×10-8m
D.1.0×10-7m
2.如图所示,让白炽灯光通过偏振片P和Q,现以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象.这个实验表明( )
A.光是电磁波
B.光是一种横波
C.光是一种纵波
D.光是几率波
3.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气,在界面上的入射角为45°,如图四个光路图中正确的是( )
A.
B.
C.
D.
4.在双缝干涉测波长实验中为了减小实验误差,可采取的办法是( )
A.减小屏到双缝的距离
B.换用不同的滤光片进行多次测量取平均值
C.增大缝的宽度
D.测出多条亮纹之间的距离,再算出相邻条纹间距
5.如图所示,ABC为等腰棱镜,OO′是棱镜的对称轴,a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜,两束光在AB面上的入射点到D点的距离相等,两束光折射后相交于图中的P点,下列判断正确的是( )
A.在同一介质中,a光光速大于b光光速
B.若从同一介质射入真空,发生全反射时a光的临界角比b光大
C.用同一双缝干涉实验装置观察,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
D.在真空中,a光波长大于b光波长
6.在没有月光的夜里,清澈透明宽大而平静的水池底部中央,有一盏点亮的灯(可视为点光源).小鸟在水面上方飞,小鱼在水中游,关于小鸟、小鱼所见,下列说法正确的是( )
A.小鱼向上方看去,看到水面到处都是亮的
B.小鱼向上方看去,看到的是一个亮点,它的位置与鱼的位置无关
C.小鸟向下方水面看去,看到水面中部有一个圆形区域是亮的,周围是暗的
D.小鸟向下方水面看去,看到的是一个亮点,它的位置与鸟的位置有关
7.在空气中,一条光线以60°的入射角射到一平行玻璃砖的上表面ab上,如图所示.已知该玻璃的折射率为
,下列说法正确的是( )
A.光线可能在ab面上发生全反射而不能进入玻璃砖
B.光线肯定能从ab面进入玻璃砖且折射角为30°
C.光线可能在cd面上发生全反射而不能射出玻璃砖
D.光线肯定能从cd面射出玻璃砖且折射角为30°
8.如图所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图,实线表示波峰,虚线表示波谷.在此时刻,介质中A点为波峰相叠加点,B点为波谷相叠加点,A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点.如果把屏分别放在A、B、C三个位置,那么( )
A.A、B、C三个位置都出现亮条纹
B.B位置处出现暗条纹
C.C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定
D.以上结论都不对
9.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹.设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是( )
A.紫光、黄光、蓝光和红光
B.紫光、蓝光、黄光和红光
C.红光、蓝光、黄光和紫光
D.红光、黄光、蓝光和紫光
10.实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式:
n=A+
+
,其中A、B、C是正的常量.太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示.则( )
A.屏上c处是紫光
B.屏上d处是红光
C.屏上b处是紫光
D.屏上a处是红光
11.关于光的折射现象,下列说法正确的是( )
A.光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B.折射定律是托勒密发现的
C.人观察盛水容器的底部,发现水变浅了
D.若光从真空射入液体中,它的传播速度一定增大
12.半径为R的玻璃半圆柱体,截面如图所示,圆心为O,两束平行单色光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,∠AOB=60°,若玻璃对此单色光的折射率n=
,则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为( )
A.
B.
C.
D.R
13.下列关于波的干涉和衍射说法正确的是( )
A.在干涉现象中,振动加强点的位移总比减弱点的位移要大
B.光的干涉和衍射都是光波叠加的结果
C.只有当障碍物或孔的尺寸可以跟波长相比,甚至比光的波长还小时,才能产生光的衍射现象
D.用单色光做双缝干涉实验时,将双缝中某一缝挡住,屏上不再出现亮、暗相间的条纹,而是一片亮斑
14.在光的双缝干涉实验中,光屏上出现的条纹情况是( )
A.中央明条纹最宽
B.各种不同色光的暗条纹间距一样大
C.对于同种色光,光屏离双缝距离越远明条纹的间距越小
D.在相同装置中红光的明条纹间距比紫光的明条纹间距大
15.如图所示的4幅明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹).则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是( )
A.红黄蓝紫
B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄
D.蓝黄红紫
第Ⅱ卷
二、实验题(共1小题,每小题10.0分,共10分)
16.在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中:
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后,不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许,如图甲所示。
则他测出的折射率将如何变化?
(2)乙同学在画界面时,不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些,如图乙所示,则他测得的折射率将如何变化?
三、计算题(共3小题,每小题10分,共30分)
17.一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲,若这种激光器光脉冲的持续时间为1.0×10-11s,波长为694.3nm,发射功率为1.0×1010W.
(1)每列光脉冲的长度是多少?
(2)用红宝石激光照射皮肤色斑,每1cm2吸收能量达到60J以后,色斑便逐渐消失,一颗色斑的面积为50mm2,则它需要吸收多少个红宝石激光脉冲才能逐渐消失?
18.如图,一束单色光射入一半径为0.1m玻璃球体,入射角为60°,已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行.求:
(1)此玻璃的折射率;
(2)光在玻璃球内的传播时间.
19.如图,上、下表面平行的厚玻璃砖置于水平面上,在其上方水平放置一光屏.一单色细光束从玻璃砖上表面入射,入射角为i,经过玻璃砖上表面和下表面各一次反射后,在光屏上形成两个光斑.已知玻璃砖的厚度为h,玻璃砖对该单色光的折射率为n,光在真空中的速度为c.求:
(1)两个光斑的间距d;
(2)两个光斑出现的时间差Δt.
答案解析
1.【答案】B
【解析】由公式Δx=
λ有λ=
,Δx=
=2×10-2m,l=4.0m,d=0.1mm=10-4m,得λ=5.0×10-7m.
2.【答案】B
【解析】本题考查光的特性,光的偏振现象说明光是一种横波.
3.【答案】A
【解析】设玻璃的临界角为C.由sinC=
=
,则得sinC=
<
,则C<45°.由图光线从玻璃射入空气时入射角为i=45°>C,所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射,光线全部反射回玻璃,则A正确.
4.【答案】D
【解析】测出多条亮纹之间的距离,根据Δx=
计算条纹间距,n越大,测量的偶然误差就越小.
5.【答案】C
【解析】由题图看出,a光的偏折角大于b光的偏折角,则知a光的折射率大于b光的折射率,由v=
知,在同一介质中,a光光速小于b光光速,故A错误.由临界角公式sinC=
,可知,a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角.故B错误.a光的频率大于b光的频率,由c=λf分析得知,在真空中,a光波长小于b光波长.由Δx=
λ分析得知,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,故C正确,D错误.
6.【答案】BD
【解析】画出光路图,由光路图可知,距离圆心越远越容易发生全反射,所以只有中间圆形是亮的,池底光源发出的光线经过水面反射后进入鱼眼,交水面于O点,鱼的位置不同,O点的位置也不同.
7.【答案】B
【解析】本题考查光的折射定律、全反射条件、平行玻璃砖对光的作用特点.光线从空气进入玻璃是从光疏介质进入光密介质,因此光线肯定能进入玻璃砖,由折射率公式n=
可以求得折射角为30°,A项错误,B项正确;根据对称性和光路可逆性可知,光线经过平行玻璃砖时,光的传播方向不变,但光线发生侧移,因此光线不可能在cd边发生全反射,从cd边射出时折射角为60°,C、D项错误.
8.【答案】A
【解析】在干涉现象中,所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同,该点的振幅是两列波的振幅之和,而不要理解为该点始终处于波峰或波谷,在某些时刻它也可以位于平衡位置(如图中C点).所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的,该点的振幅是两列波的振幅之差,如果两列波的振幅相同,则该点始终在平衡位置,对光波而言,该点是完全暗的.本题中,A、B、C三点总是振动加强的点,屏上对应出现的都是亮条纹.
9.【答案】B
【解析】由可见光的性质知,同种物质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光的折射率依次增大,由题图知a→d水对其折射率依次减小,故A、C、D错,B对.
10.【答案】D
【解析】可见光中红光波长最长,折射率最小,折射程度最小,所以a为红光,而紫光折射率最大,所以d为紫光.
11.【答案】C
【解析】光发生反射时,光的传播方向也发生改变,故A错;折射定律是荷兰数学家斯涅耳总结得出的,故B错;由于折射现象,人观察盛水容器的底部,发现水变浅了,C正确;若光从真空射入液体中,它的传播速度一定减小,故D错误.答案为C.
12.【答案】B
【解析】光路图如图所示,
可知θ1=60°
由折射率n=
=
,可得θ2=30°
由几何关系得:
光线射到底边上时的入射角θ3=30°
光线在底边折射时,由折射定律得n=
可得:
θ4=60°
由几何知识得:
CO=CB,所以OC=
=
R
在△OCD中可得:
所求距离d=OD=OCtan30°=
,故A、C、D错误,B正确.故选B.
13.【答案】B
【解析】在干涉现象中,振动加强点振幅最大,位移在变化,所以振动加强点的位移不是总是比减弱点的位移大,故A错误.光的干涉与衍射都遵循光波的叠加原理,故B正确.当障碍物或孔的尺寸可以跟光波相比,甚至比光的波长还小时,才能明显地产生光的衍射现象,故C错误.将双缝中某一缝挡住,光通过单缝后发生衍射,屏上出现间距不等的衍射条纹,故D错误.
14.【答案】D
【解析】双缝干涉条纹等间距、等宽度、等亮度,故A错误;根据Δx=
λ知,不同色光,波长不同,则条纹的间距不同,故B错误;根据Δx=
λ知,同种色光,光屏离双缝距离越小,则条纹间距越小,故C错误;根据Δx=
λ知,红光的波长长,则红光的条纹间距大,故D正确.
15.【答案】B
【解析】双缝干涉条纹平行等距,且波长越大,条纹间距越大,而红光波长大于蓝光波长,故第一幅图为红光,第三幅图为蓝光;又由于黄光波长比紫光波长大,故第四幅图为黄光的衍射图样,第二幅为紫光的衍射图样
16.【答案】
(1)不变
(2)偏小
【解析】
(1)如图甲所示,甲同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角、折射角没有受到影响,因此测得的折射率将不变。
(2)如图乙所示,乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后,测得的入射角不受影响,但测得的折射角比真实的折射角偏大,因此测得的折射率偏小。
17.【答案】
(1)3.0×10-3m
(2)300
【解析】
(1)光脉冲持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间.
一个光脉冲长度
Δl=cΔt=3.0×108×1.0×10-11m=3.0×10-3m.
(2)一个光脉冲所携带的能量
ΔE=PΔt=1.0×1010×1.0×10-11J=0.1J
清除面积为50mm2的色斑需要光脉冲数为
n=
=
个=300个.
18.【答案】
(1)
(2)2×10-9s
【解析】
(1)作出光线在玻璃球体内光路图,
A、C是折射点,B反射点,OD平行于入射光线,由几何知识得,∠AOD=∠COD=60°,则由几何关系得:
∠OAB=30°
折射角r=∠OAB=30°,
入射角i=60°
所以折射率为n=
=
=
(2)光在玻璃球内的传播速度v=
=
=
×108m/s
光在玻璃球内传播的距离s=4
cos30°=4×0.1×
=
m
故光在玻璃球内的传播时间t=
=
s=2×10-9s.
19.【答案】
(1)2h
(2)
【解析】
(1)作出如图光路,根据折射定律有
=n①
d=2htanr②
由①②式得d=2h
③
(2)两光斑形成的时间差即折射光束在玻璃砖内运动的时间
下表面反射光束多走的路程s=
④
光在玻璃中速度v=
⑤
Δt=
⑥
由①④⑤⑥式得Δt=
⑦
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