高中物理新教材同步选择性必修第一册 主题3 检测试卷(四)

检测试卷(四) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共12 小题，每小题4 分，共48 分，其中1～8 为单项选择题，9～12 为多 项选择题) 1.(2018·厦门一中高二下学期期中)我国南宋时的程大昌在其所著的《演繁露》中叙述道： “凡风雨初霁(霁jì，雨后转晴)，或露之未晞(晞xī，干)，其余点缀于草木枝叶之末，日光 入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也.”这段文字记叙 的是光的何种现象( ) A.反射 B.色散 C.干涉 D.衍射 答案 B 解析 雨过天晴时，太阳光照在枝叶上的水珠上，白光经过水球折射以后，分成各种彩色光， 这种现象叫做光的色散现象，选项B 正确. 2.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛.下面 关于激光的叙述正确的是( ) A.激光是纵波 B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C.两束频率不同的激光能产生干涉现象 D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 答案 D 3.(2017·宿迁高二检测)单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象， 在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹( ) A.干涉、衍射条纹间距都是均匀的 B.干涉、衍射条纹间距都是不均匀的 C.干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀 D.干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀 答案 D 解析 干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀，中央亮条纹最宽，D 正确. 4.为了减少光学元件的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜干涉相消来 减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，要使绿光在垂直入射时反射光完全 抵消，最小厚度为d，那么绿光在真空中的波长λ0为( ) A. B. C.4d D.4nd 答案 D 解析 设绿光在膜中的波长为λ，则由d＝λ，得λ＝4d，由n＝＝，得绿光在真空中的波长 为λ0＝nλ＝4nd. 5.用a、b、c、d 表示四种不同颜色的单色点光源，若：①将a、b、c 放在水中相同深度处， 有人在水面上方同等条件下观测发现，b 在水下的像最深，c 照亮水面的面积比a 的大 ② 分别用b、c 和d 发出的单色光在相同条件下做双缝干涉实验，b 光的亮条纹间距最大 ③a、c 和d 发出的光在同种玻璃中传播，d 光的传播速度最大；则推断同种介质对a、b、 c、d 发出的光的折射率正确的是( ) A.nb＜nd＜nc＜na B.nb＜na＜nd＜nc C.na＝nb＝nc＝nd D.nb＝na＜nd＝nc 答案 A 解析 将a、b、c 放在水中相同深度处，在水面上方同等条件下观测发现b 在水下的像最深， c 照亮水面的面积比a 的大，说明na、nb、nc相比nb最小，nc＜na；分别用b、c 和d 发出的 单色光在相同条件下做双缝干涉实验，b 光的亮条纹间距最大，说明在b、c、d 三种光中， b 光的波长最长，频率最小，故nb、nc、nd相比，nb最小；a、c 和d 发出的光在同种玻璃中 传播，d 光的传播速度最大，说明na、nc、nd相比，nd最小；综上可知，nb＜nd＜nc＜na，故 选项A 正确. 6.如图1 所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则( ) 图1 A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B.小球所发的光能从水面任何区域射出 C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 答案 D 解析 把发光小球放入口径较大、充满水的浅玻璃缸底的任何位置都会发生折射和全反射， 逆着折射光线看能看到小球，在发生全反射的区域没有光射出，选项A、B 均错误.光从水 中进入空气不改变的是频率，改变的是波速和波长，由v＝和λ＝可知，波速、波长都变大， 选项D 正确，C 错误. 7.(2018·唐山一中高二第二学期期中)如图2 所示，一个棱镜的顶角为θ＝41.30°，一束白光以 较大的入射角从棱镜的左侧面射入，在光屏上形成从红到紫排列的彩色光带，各色光在棱镜 中的折射率和临界角见下表.当入射角逐渐减小到0°的过程中，彩色光带的变化情况是( ) 图2 色光 红 橙 黄 绿 蓝 紫 折射率 1.513 1.514 1.517 1.519 1.528 1.532 临界角/(°) 41.370 41.340 41.230 41.170 40.880 40.750 A.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光、黄光 B.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光 C.红光最先消失，最后只剩紫光 D.红光最先消失，最后只剩紫光、蓝光 答案 B 8.如图3 所示，MN 是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分 ab 与屏平行.由光源S 发出的一束白光沿半圆半径射入玻璃砖，通过圆心O 再射到屏上.在水 平面内以O 点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带.当玻璃砖转 动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失.有关彩色的排列顺序和 最先消失的色光是( ) 图3 A.左紫右红，紫光 B.左红右紫，紫光 C.左紫右红，红光 D.左红右紫，红光 答案 B 9.(2018·厦门一中高二下学期期中)2009 年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰 他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就，高锟被誉为“光纤 之父”.光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务.目 前我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，下列说法正确的是( ) A.光导纤维传递光信号是利用光的干涉原理 B.光纤通信利用光作为载体来传递信号 C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理 D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝 答案 BD 解析 光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全 反射.最终实现传递信息的目的. 10.(2017·温州高二检测)如图4 所示，A、B 为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此 时在光屏C 上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是( ) 图4 A.此时A、B 的透振方向平行 B.只有将B 绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零 C.将A 或B 绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零 D.将A 沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零 答案 AC 解析 当A、B 两偏振片的透振方向平行时，光屏上光的强度最强；当二者透振方向垂直时， 光屏上光的强度最弱，几乎为零，由此可知A、C 选项正确. 11.(2018·葫芦岛一中高二下学期期中)如图5 所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面 的交线，A、B 是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光 路如图所示，MN 是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得 到一个光斑P，根据该光路图，下列说法正确的是( ) 图5 A.A 光的频率比B 光的频率高 B.在该玻璃体中，A 光的速度比B 光的速度小 C.在该玻璃体中，A 光的临界角大于B 光的临界角 D.用同一双缝干涉实验装置分别以A、B 光做实验，A 光的干涉条纹间距大于B 光的干涉条 纹间距 答案 CD 12.如图6 所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO 方向射向一上、下表面平行的厚玻璃 平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列有关这三束光的判断正确的是( ) 图6 A.光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B.在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光束Ⅲ小 C.增大α 角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束Ⅰ D.改变α 角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行 E.减小α 角且α>0°，光束Ⅲ可能会在上表面发生全反射 答案 ABD 解析 由图可知光束Ⅰ是反射光线，所以仍是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致 偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上、下表面是平行的，根据光的可逆性，知两光束仍然平行 射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A 正确；由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度， 所以光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，根据n＝可知在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光 束Ⅲ小，故B 正确；当增大α 角且α<90°，即入射角减小，则光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ，故 C 错误；因为厚玻璃平面镜的上、下表面是平行的，根据光在反射时入射角与反射角相等和 光的可逆性，可知改变α 角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D 正确；减小α 角 且α>0°，根据折射定律，光线的折射角增大，根据光的可逆性，知光束Ⅲ不可能在上表面 发生全反射，故E 错误. 二、填空题(本题共3 小题，共19 分) 13.(5 分)(2018·全国卷Ⅰ)如图7 所示，△ABC 为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°.一束红光 垂直AB 边射入，从AC 边上的D 点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为_____ _.若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D 点射出时的折射角________(填“小于”“等 于”或“大于”)60°. 图7 答案 (2 分) 大于(3 分) 解析 根据光路的可逆性，在AC 面，入射角为60°时，折射角为30°. 根据光的折射定律有n＝＝＝. 玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大， 沿同一路径入射时，r 角仍为30°不变，对应的i 角变大， 因此折射角大于60°. 14.(6 分)如图8 所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，需要从标尺上读出某条亮 条纹的位置.图中所示的读数是________mm. 图8 若双缝相距为d，双缝到屏间的距离为l，相邻两个亮条纹中心的距离为Δx，则光的波长表 示为λ＝________(字母表达式)，某同学在两个亮条纹之间测量，测出以下结果，其他数据 为：d＝0.20 mm，l＝700 mm，测量Δx 的情况如图9 所示.由此可计算出该光的波长为：λ＝ ________m. 图9 答案 5.24(2 分) Δx(2 分) 5.6×10－7(2 分) 解析 从题图可以看出，主尺示数为5 mm，游标尺第12 条刻线与主尺上的刻线对齐，即游 标尺示数为：12×0.02 mm＝0.24 mm，游标卡尺的示数为：5 mm＋0.24 mm＝5.24 mm.由干 涉条纹间距的计算公式：Δx＝λ，解得光的波长表达式为：λ＝.由题图可以求出条纹间距为： Δx＝ mm＝1.96 mm，代入数据解得光的波长为：λ＝5.6×10－7 m. 15.(8 分)(2018·河南省实验中学高二下学期期中)在“测玻璃的折射率”实验中： (1)为取得较好的实验效果，下列操作正确的是________. A.必须选用上、下表面平行的玻璃砖 B.选择的入射角应尽量小些 C.大头针应垂直地插在纸面上 D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些 (2)某同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O 点 为圆心，OA 为半径画圆，交OO′延长线于C 点，过A 点和C 点作垂直法线的直线分别交于 B 点和D 点，如图10 所示，若他测得AB＝7.5 cm，CD＝5 cm，则可求出玻璃的折射率n＝ ________. 图10 (3)有甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图11 中①、② 所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖.他们的其他操作均正确， 且均以aa′、bb′为界面画光路图.则甲、乙两位同学测得的折射率与真实值相比分别是______ __和________(填“偏大”、“偏小”或“不变”). 图11 答案 (1)CD(2 分) (2)1.5(2 分) (3)偏小(2 分) 不变(2 分) 三、计算题(本题共3 小题，共33 分) 16.(9 分)(2018·永年二中高二下学期期中)半径为R 的固定半圆形玻璃砖的横截面如图12 所 示，O 点为圆心，与直径AB 垂直的足够大的光屏CD 紧靠住玻璃砖的左侧，OO′与AB 垂直. 一细光束沿半径方向与OO′成θ＝30°角射向O 点，光屏CD 区域出现两个光斑，两光斑间的 距离为(＋1)R，求： 图12 (1)此玻璃的折射率； (2)当θ 变为多大时，两光斑恰好变为一个. 答案 (1) (2)θ≥45° 解析 (1)细光束在AB 界面，一部分反射，另一部分折射，设折射角为β，光路图如图所示， (2 分) 由几何关系得：L1＝＝＝R(2 分) 根据题意两光斑间的距离为(＋1)R(1 分) 所以L2＝R 由几何关系知β＝45°(1 分) 根据折射定律，折射率n＝＝＝(1 分) (2)若光屏CD 上恰好只剩一个光斑，则说明该光束恰好在AB 面发生全反射 由sin C＝ 得临界角为C＝45°(1 分) 即当θ＝45°时，光屏上恰好只剩下一个光斑.(1 分) 17.(12 分)(2018·厦门一中高二下学期期中)如图13 所示，半径为R 的半圆形玻璃砖与一底角 为30°的直角△ACB 的玻璃砖平行且正对放置，点O 和O′分别是BC 边的中点和半圆形玻璃 砖的圆心.一束平行于AC 边的单色光从AB 边上的点D 入射，经折射后从点O 射出，最后从 半圆形玻璃砖上的某点P 射出.已知BC 边与直径B′C′长度相等，二者相距R，点B、D 间距 离为R，两种玻璃砖的厚度与折射率均相同，若不考虑光在各个界面的反射.求： 图13 (1)玻璃砖的折射率n； (2)点P 的位置和单色光的最后出射方向. 答案 (1) (2)见解析 解析 (1)连接DO，则三角形BOD 恰为等边三角形，设单色光从AB 边上的点D 入射时的 折射角为α，由几何知识得α＝30°(1 分) 在AB 界面，根据折射定律得n＝(1 分) 解得n＝(2 分) (2)作出其余光路如图所示，光在O 点发生折射，OO′为法线 (2 分) 根据折射定律得sin ∠2＝nsin ∠1 而∠1＝α＝30° 解得∠2＝60° 光在D′点发生折射，D′E 为法线，由光路可逆知∠3＝∠1＝30°(2 分) 在直角△OO′D′中，O′D′＝OO′·tan ∠2＝R 在△O′D′P 中，根据正弦定理得＝ 解得∠4＝30°(2 分) 光在P 点发生折射，根据折射定律得sin ∠5＝nsin ∠4 联立解得∠5＝60°(光线平行于OO′连线向右射出).(2 分) 18.(12 分)(2016·全国卷Ⅰ)如图14 所示，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. 图14 (1)求池内的水深；(计算结果可用根式表示) (2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0 m.当他看到正前下方 的点光源A 时，他的眼睛所接收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) m (2)0.7 m 解析 (1)光由A 射向B 发生全反射，光路如图甲所示. 甲 则sin θ＝(1 分) 得sin θ＝(2 分) |AO|＝3 m，由几何关系可得： |AB|＝4 m，|BO|＝ m(1 分) 所以水深 m. (2)光由A 点射入救生员眼中光路图如图乙所示. 乙 由折射定律n＝(1 分) 可知sin α＝(2 分) tan α＝＝(1 分) 设|BE|＝x m，得tan α＝＝(1 分) 代入数据得x＝(3－) m≈1.3 m，(1 分) 由几何关系得，救生员到池边水平距离为|BC|＝(2－x) m≈0.7 m(2 分)