江蘇專用新人教版高中物理選擇性必修第一冊第四章光章末檢測含解析

章末綜合檢測(四)  光(時間：75分鐘　滿分：100分)一、單項選擇題：共11題，每題4分，共44分。每題只有一個選項最符合題意。1．下列選項中，屬于光的衍射現(xiàn)象的是(　　)解析：選A　泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象；沙漠蜃景是光的全反射現(xiàn)象；等間距條紋是光的干涉現(xiàn)象；太陽光下的彩色肥皂膜是光的干涉現(xiàn)象。故選A。2．下列各儀器或現(xiàn)象的分析中正確的是(　　)A．偏光鏡是利用縱波偏振特性的儀器B．荷葉上的露珠顯得特別“明亮” 是由于水珠將光線會聚而形成的C．照相機(jī)鏡頭呈淡紫色是光的衍射引起的D．雷達(dá)測速儀是利用波的多普勒效應(yīng)解析：選D　偏振是橫波特有的現(xiàn)象，偏光鏡是利用橫波偏振特性的儀器，故A錯誤。荷葉上的露珠顯得特別“明亮”是由于光的全反射而形成的，故B錯誤。在選擇增透膜時，一般是使對人眼靈敏的綠色光在垂直入射時相互抵消，給定膜層的厚度是這些光在薄膜中的波長的四分之一倍，從薄膜前后表面的反射綠光相互抵消，鏡頭呈淡紫色，故C錯誤。雷達(dá)測速主要是利用多普勒效應(yīng)。當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射的頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射的頻率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對速度，故D正確。3．下列說法正確的是(　　)A．汽車燈光夜間照著的自行車“尾燈”，變得十分明亮，是利用了光的折射B．當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，波源的頻率會減小C．只有狹縫的尺寸足夠小的情況下，才發(fā)生衍射現(xiàn)象D．用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查工件平面的平整度，利用了光的干涉解析：選D　自行車“尾燈”為全反射棱鏡，利用光的全反射現(xiàn)象，故A錯誤；當(dāng)波源與觀察者相互遠(yuǎn)離時，根據(jù)多普勒效應(yīng)，可知觀察者接收到的頻率減小，但是波源的頻率不變，故B錯誤；只有狹縫的尺寸足夠小的情況下，才發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故C錯誤；用透明的標(biāo)準(zhǔn)樣板和單色光檢查工件平面的平整度，利用了光的薄膜干涉現(xiàn)象,故D正確。4.a、b、c三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚。如圖所示，光線b正好過圓心O，光線a、c從光線b的兩側(cè)對稱入射，光線a、c從玻璃磚下表面進(jìn)入空氣后與光線b交于P、Q，則下列說法正確的是(　　)A．玻璃對a光的折射率小于對c光的折射率B．在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實驗，a光的條紋間距比c光窄C．a、c光分別從某種介質(zhì)射入空氣中，c光發(fā)生全反射時臨界角較小D．a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間短解析：選B　由題圖可知，光從空氣中射入玻璃，a光的偏折程度大，所以玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率，故A錯誤；玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率，可知a光的波長短，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx＝λ，可知在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實驗，a光的波長短，a光的條紋間距比c光窄，故B正確；光發(fā)生全反射時臨界角sin C＝，因為玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率，所以a、c光分別從某種介質(zhì)射入空氣中，     c光發(fā)生全反射時臨界角較大，故C錯誤；光在玻璃中的傳播速度v＝，因為玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率，a光在玻璃中的速度小，由題圖可知，a光在玻璃中光程大，所以a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間長，故D錯誤。5.如圖所示，a、b和c都是厚度均勻的平行玻璃板，a和b、b和c之間的夾角都為β，一細(xì)光束由紅光和藍(lán)光組成，以入射角θ從O點射入a板，且射出c板后的兩束單色光射在地面上P、Q兩點，由此可知(　　)A．射出c板后的兩束單色光與入射光不再平行B．射到Q點的光在玻璃中的折射率較大C．射到P點的光在玻璃中的傳播速度較大，波長較長D．若射到P、Q兩點的光分別通過同一雙縫發(fā)生干涉現(xiàn)象，則射到P點的光形成干涉條紋的間距小，這束光為藍(lán)光解析：選D　光線經(jīng)過平行玻璃板時出射光線和入射光線平行，則最終從c板射出的兩束單色光與入射光仍然平行，故A錯誤；射到Q點的光偏折程度沒有射到P點的光偏折程度厲害，可知射到Q點的光在玻璃中的折射率較小，故B錯誤；射到P點的光折射率較大，根據(jù)v＝知，在玻璃中傳播的速度較小，折射率大，則頻率大，波長小，故C錯誤；根據(jù)Δx＝λ知，條紋間距較小的光波長小，則頻率大，折射率大，偏折厲害，為射到P點的光，即藍(lán)光，故D正確。6.如圖所示，水面下1.5 m處的M點有一點光源，點光源以M點為中心上下做簡諧運動，其振動方程為y＝0.5sint(m)，水面上發(fā)光區(qū)域的面積時大時小，設(shè)水的折射率為，則下列說法正確的是(　　)A．從點光源發(fā)出的光子到達(dá)水面的最短時間和最長時間之比為1∶2B．從點光源發(fā)出的光子到達(dá)水面的最短時間和最長時間之比為1∶3C．發(fā)光區(qū)域的最小面積和最大面積之比為1∶2D．發(fā)光區(qū)域的最小面積和最大面積之比為1∶4解析：選D　設(shè)光從水中射入空氣時發(fā)生全反射的臨界角為C，由sin C＝＝，解得C＝45°，由于點光源在豎直方向上做簡諧運動，故點光源位于波峰時，距水面的距離最小為h1＝1 m，此時點光源發(fā)出的光子垂直到達(dá)水面所用時間最短，最短時間t1＝＝；當(dāng)點光源位于波谷，即距水面距離h2＝2 m時，光源發(fā)出的光子沿與水平面成45°角的方向到達(dá)水面所用時間最長，最長時間t2＝＝。故點光源發(fā)出的光子到達(dá)水面的最短時間和最長時間之比＝，故A、B錯誤。由幾何關(guān)系得發(fā)光區(qū)域的最小半徑r1＝h1＝1 m，發(fā)光區(qū)域的最小面積S1＝πr12，發(fā)光區(qū)域的最大半徑r2＝h2＝2 m，發(fā)光區(qū)域的最大面積S2＝πr22，所以發(fā)光區(qū)域的最小面積和最大面積之比為1∶4，故C錯誤，D正確。7.如圖，等腰三角形ABC為真空中豎直面內(nèi)的棱鏡橫截面，其底邊BC水平，∠B＝30°，AB＝L，P為過C點的豎直光屏。一束平行于BC邊的光線射到AB邊上D點，然后從AC邊上F點(圖中未畫出)射出后在屏上產(chǎn)生光點。已知棱鏡的折射率n＝，真空中的光速為c，BC邊只考慮一次反射，下列說法錯誤的是(　　)A．無論BD等于多少，在玻璃中光傳播時間相同B．無論BD等于多少，從AC邊射出的光彼此平行C．當(dāng)BD＝L時，從AC射出的點距離C點距離為LD．當(dāng)BD＝L時，光線射到PC的時間為解析：選C　光路如圖所示，在D點，根據(jù)折射定律可得折射角為30°，在E點，入射角為60°，在F點，入射角為30°，則根據(jù)光路可逆，其折射角為60°，出射時方向與BC平行。所以根據(jù)幾何關(guān)系，有DE＝BD，FE＝AD，所以光在棱鏡中的光程為AB，即無論BD等于多少，在玻璃中光傳播的路程不變，則時間也相同，A、B正確；當(dāng)BD＝  L時，則CF＝EF＝AD＝AB－BD＝L，C錯誤；當(dāng)BD＝L時，F到光屏的距離為d＝CF·cos 30°＝L，光線射到PC的時間為t＝＋＝＋＝，D正確。8.ABCDE為單反照相機(jī)取景器中五棱鏡的一個截面示意圖，AB⊥BC，由a、b兩種單色光組成的細(xì)光束從空氣垂直于AB射入棱鏡，經(jīng)兩次反射后光線垂直于BC射出，且在CD、AE邊只有a光射出，光路圖如圖所示，則a、b兩束光(　　)A．相同條件下，b光比a光更容易發(fā)生衍射B．在棱鏡內(nèi)，a光的傳播速度比b光的小C．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小D．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距小解析：選C　由題圖可知，光線在CD界面上，相同的入射角時只有a光射出，說明b光產(chǎn)生全反射，說明b光比a光的折射率大，所以全反射臨界角小，由速度v＝可知，在同種介質(zhì)中，a光傳播速度比b光大，a光波長大，頻率小，在相同條件下，a光比b光更容易產(chǎn)生衍射，A、B錯誤；由折射率公式n＝可以確定，以相同的入射角從空氣斜射到水中b光偏折得更厲害，所以b光的折射角較小，C正確；在雙縫干涉實驗中，相鄰亮條紋間距Δx＝λ，同一裝置，a光的波長大，所以條紋間距大，D錯誤。9．關(guān)于如圖所示的四幅圖，以下說法正確的是(　　)A．圖甲是一束復(fù)色光進(jìn)入水珠后傳播的示意圖，其中a光束在水珠中傳播的速度一定小于b光束在水珠中傳播的速度B．圖乙是一束單色光進(jìn)入足夠長的平行玻璃磚后傳播的示意圖，當(dāng)入射角i逐漸增大到某一值后不會再有光線從bb′面射出C．圖丙中的M、N是偏振片，P是光屏。當(dāng)M固定不動緩慢轉(zhuǎn)動N時，光屏P上的光度將明、暗交替變化，此現(xiàn)象表明光波是橫波D．圖丁是用干涉法檢測工件表面平整程度時得到的干涉圖樣，彎曲的干涉條紋說明被檢測的平面在此處是凸起的解析：選C　根據(jù)題圖甲可知，b光在水珠中偏折程度較大，b光的折射率比較大，由折射率與速度的關(guān)系可得，折射率越大，在介質(zhì)中傳播速度越小，所以a的傳播速度大，故A錯誤；入射角增大時，折射角也增大，但是折射角小于入射角，所以入射角無論如何增大，玻璃中的折射光線都不會消失，且從bb′面射出的光線與入射光線平行，故B錯誤；只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故C正確；由于不知道工件的放置方向，故不能判斷此處是凸起，故D錯誤。10．如圖所示，一束復(fù)色光從空氣中沿半圓形玻璃磚半徑方向射入，從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光。則(　　)A．玻璃磚對a光的折射率為B．玻璃磚對a光的折射率為1.5C．b光的頻率比a光的頻率小D．b光在玻璃中的傳播速度比a光在玻璃中的傳播速度大解析：選A　a光的折射率n＝＝，故A正確，B錯誤。由題圖可知，a光的偏折程度比b光的小，所以a光的頻率小，折射率也小，由v＝，a光在玻璃中的傳播速度比b光的大，故C、D錯誤。11．如圖甲所示，為了觀察一油箱內(nèi)的儲油量，設(shè)計師在油箱的一側(cè)豎直安裝了一系列厚度相同、長度不同的透明塑料板，每塊塑料板的形狀如圖乙所示，下部尖端部分截面為等腰直角三角形。當(dāng)光由正上方豎直向下射入到塑料板中，從觀察窗口中可以清晰看到油量計的上表面有明、暗兩片區(qū)域。通過觀察明暗區(qū)域分界線的位置，便可判斷出油量的多少，以下說法中正確的是(　　)A．從觀察窗口觀察到的暗區(qū)是因為光在塑料板下端發(fā)生了全反射B．從觀察窗口觀察到的明亮區(qū)域越大，油量越多C．使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n<D．使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n>解析：選D　左側(cè)塑料板長，尖端部分浸入油中，光線在塑料與油的分界面處不會發(fā)生全反射，從觀察窗口觀察是暗區(qū)，右側(cè)塑料板短，尖端部分沒有浸入油中，光線在塑料與空氣的分界面處發(fā)生全反射，從觀察窗口觀察到的是亮區(qū)，A錯誤； 油量越少，浸入油中的塑料板個數(shù)越少，發(fā)生全反射的塑料板個數(shù)越多，從觀察窗口觀察到的明亮區(qū)域越大，B錯誤；根據(jù)臨界角公式得sin C＝，C＝45°，解得n＝，所以使用的塑料板折射率應(yīng)滿足n>，C錯誤，D正確。二、非選擇題：共5題，共56分。其中第13題～第16題解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分；有數(shù)值計算時，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。12．(15分)用雙縫干涉測光的波長的實驗設(shè)備示意圖如圖所示。(1)圖中①是小燈泡光源，⑤是光屏，它們之間的②③④依次是________、單縫和雙縫。(2)以下哪些操作能夠增大光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離：________。A．增大③和④之間的距離B．增大④和⑤之間的距離C．將紅色濾光片改為綠色濾光片D．減小雙縫之間的距離(3)在某次實驗中，已知雙縫到光屏之間的距離是600 mm，雙縫之間的距離是0.20 mm，單縫到雙縫之間的距離是100 mm。某同學(xué)在用測量頭測量時，先將測量頭目鏡中看到的分劃板中心刻線對準(zhǔn)某條亮紋(記作第1條)的中心，這時手輪上的示數(shù)如圖甲所示，然后他轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線對準(zhǔn)第7條亮紋的中心，這時手輪上的示數(shù)如圖乙所示，這兩次示數(shù)依次為________mm和________mm，由此可以計算出這次實驗中所測得的單色光的波長為________nm(1 nm＝10－9 m，計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析：(1)為了產(chǎn)生單色光，所以后面放置濾光片。(2)根據(jù)光屏上相鄰兩條亮紋之間的距離公式Δx＝λ可知，增大雙縫和光屏間的距離l、減小雙縫間的距離d、增大光的波長，均可增大條紋間距。故選B、D。(3)題圖甲的讀數(shù)是0.640 mm。題圖乙的讀數(shù)是10.295 mm。相鄰亮條紋間的距離為Δx＝ mm＝1.609 mm，根據(jù)相鄰兩條亮紋之間的距離公式得λ＝＝ mm＝536 nm。答案：(1)濾光片　(2)BD　(3) 0.640　10.295　53613．(6分)置于真空中的半圓柱體玻璃磚，其橫截面如圖所示，O點為圓心，直徑CD長為2R。一束單色光沿AB方向從B點射入玻璃磚，入射方向與CD的夾角θ＝30°。已知BO＝R，此玻璃磚的折射率n＝，光在真空中傳播的速度為c。不考慮單色光在玻璃磚界面的反射。求單色光在半圓柱體玻璃磚中傳播的時間。解析：入射角為60°，根據(jù)折射率n＝可知，折射角為30°，根據(jù)正弦定理有＝，解得在圓弧上入射角θ＝30°，根據(jù)幾何關(guān)系可知，傳播路程s＝＝R，     v＝＝c，傳播時間t＝＝。答案：14．(8分)某同學(xué)為了測量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個光點，讀出O、A間的距離為24.0 cm，A、B間的距離為6.0 cm，測得圖中直尺到玻璃磚上表面的距離d1＝9.0 cm，玻璃磚厚度     d2＝4.0 cm。光在真空中的傳播速度為c。求：(1)光線在玻璃磚上表面的入射角的正弦值；(2)光線在玻璃磚中的傳播速度。解析：(1)光路如圖所示，由幾何關(guān)系可知，光線從O點射到玻璃磚上表面的入射角的正切值tan i＝＝，則sin i＝。(2)光線在玻璃磚中折射角的正切值tan r＝＝則sin r＝，n＝，v＝解得v＝c。答案：(1)　(2)c15．(12分)如圖所示，ABC為一塊立在水平地面上的玻璃磚，△ABC為一直角三角形，∠ABC＝90°，∠BAC＝60°，AB邊長度l＝10 cm，AC垂直于地面放置。現(xiàn)在有一束單色光垂直于AC邊從P點射入玻璃磚，已知PA＝，玻璃的折射率n＝，求：(1)該束光從BC面射出玻璃磚時折射角的正弦值；(2)該束光從AC面射出玻璃磚的位置距C點的距離。解析：(1)由sin C＝可以得到臨界角C＝53°，光路圖如圖所示，單色光照射到AB上時入射點為D，入射角i＝60°>C，將發(fā)生全反射，然后反射到BC面上E點，入射角為α＝30°，設(shè)折射角為β，由n＝，可得sin β＝。(2)由幾何知識可以得到AD＝＝5 cm即BD＝PF＝＝5 cm所以CF＝AC－PA－PF＝2l－－＝＝12.5 cm。答案：(1)　(2)12.5 cm16．(15分)某長方體透明玻璃磚被從中挖去一個半徑為R的半球，其橫切面如圖所示，AB為半球的豎直直徑，O為半球的球心，O1O2連線為圖示透明玻璃磚的主光軸，在離球心0.5R處豎直放置一個足夠大的光屏，O2為屏上的點，讓一單色細(xì)光束平行于O1O2垂直左側(cè)表面入射，已知透明玻璃對該單色光的折射率為n＝，不考慮光的反射和第二次折射，   tan 15°＝2－。(1)當(dāng)光束在O1O2正上方且距離O1O2連線0.5R時，折射后的光線打到光屏上P點(未畫出)，求P點到O2的距離；(2)將(1)中平行光束逐漸向上移動，使其到主光軸O1O2的距離增大，試證明出射光線中有經(jīng)過A的光且其到達(dá)光屏的位置離O2最遠(yuǎn)。解析：(1)依題意可畫出光路圖如圖甲所示，光線距離O1O2連線0.5R且平行O1O2入射時，入射角為θ1，折射角為θ2，PO與O1O2夾角為θ3。由幾何關(guān)系有sin θ1＝則θ1＝30°根據(jù)光的折射定律有n＝解得sin θ2＝即θ2＝45°延長入射光線交半圓直徑于C、交光屏于D，則∠CEO＝θ1，故EC＝Rcos 30°＝RED＝EC＋CD＝R＋R＝R∠PED＝θ2－θ1＝15°則PD＝ED·tan 15°＝R。所以P點到O2的距離為PO2＝PD＋DO2＝R(2)設(shè)出射時有光經(jīng)過A點，作出光路圖如圖乙所示，設(shè)此時光線到主光軸的距離為h，入射角為θ，折射角為β，則有sin θ＝，cos θ＝。由幾何關(guān)系可知sin β＝由折射定律可知n＝代入數(shù)據(jù)得h＝R≈0.64R(另一解不符合題意，舍去)。如果水平入射光線在玻璃磚的圓弧面發(fā)生全反射，則入射角為臨界角，即有sin C＝＝＝則C＝45°設(shè)此時入射光線到主光軸的距離為h′，則h′＝Rsin C＝R＝0.707R>h，所以存在出射光線經(jīng)過A點。入射光線到主光軸的距離大于h、小于h′時，出射光線一定射到上側(cè)面，到主光軸的距離小于h、大于0.5R的入射光線，分析可知出射光線的偏折程度均小于到主光軸的距離為h的出射光線的偏折程度，由此可證明出射光線中有經(jīng)過A的光且其到達(dá)光屏的位置離O2最遠(yuǎn)。答案：(1)R　(2)見解析