人教版高中物理选择性必修第一册第四章光测评含答案

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第四章测评(时间:75分钟　满分:100分)一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.如图所示是用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的三种图像。当游标卡尺两测量爪间的狭缝宽度从0.8 mm逐渐变小时,所得到的图像的顺序是(　　)A.abc B.cba C.bac D.cab2.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大,则两种光(　　)A.在该玻璃中传播时,蓝光的速度较大B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中,蓝光折射角较大C.从该玻璃中射入空气发生全反射时,红光临界角较大D.用同一装置进行双缝干涉实验,蓝光的相邻条纹间距较大3.有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能增大紫外线反射的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n=1.5,紫外线的频率为8.1×1014 Hz。那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(　　)A.9.25×10-8 m B.1.85×10-7 mC.1.23×10-7 m D.6.18×10-8 m4. (2021山东临沂月考)如图所示为一个透明球体,其半径为R,AB是一竖直直径,现有一半径为R的圆环形平行细光束沿AB方向射向球体(AB直径为圆环中心轴线),所有光线经折射后恰好经过B点射出,则透明球体的折射率为(　　)A. B. C.2 D.5.(2021山东潍坊一模)如图甲所示为双缝干涉的实验装置,光源发出的光经滤光片,然后通过单缝和双缝,在光屏上出现明暗相间的条纹。如图乙所示,屏上P、P1、P2处出现明条纹,Q1、Q2处出现暗条纹,P到S1、S2的距离相等。若遮光筒内装满水,其他条件不变,则光屏上(　　)甲乙A.不再出现明暗相间的条纹B.P处可能出现暗条纹C.P1处一定为明条纹D.明暗相间的条纹间距变小6.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OAB。一束平行光平行于横截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光。若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,则AB上有光透出部分的弧长为(　　)A.πR B.πR C.πR D.πR7. 如图所示,a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板,a和b、b和c之间的夹角都为β,一细光束由红光和蓝光组成,以入射角θ从O点射入a板,且射出c板后的两束单色光射在地面上的P、Q两点,由此可知(　　)A.射出c板后的两束单色光与入射光不再平行B.射到Q点的光在玻璃中的折射率较大C.射到P点的光在玻璃中的传播速度较大,波长较长D.若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象,则射到P点的光形成的干涉条纹的间距较小二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分,在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。8.对如图所示的图片、示意图或实验装置图,下列判断正确的是(　　)A.图甲是小孔衍射的图样,也被称为“泊松亮斑”B.图乙是薄膜干涉的应用,用来检测平面的平整程度C.图丙是双缝干涉原理图,若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍,则P处是亮条纹D.图丁是薄膜干涉现象的实验装置图,在附有肥皂膜的铁丝圈上,出现竖直干涉条纹9.如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示,这是一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是(　　)A.在冰晶中,b光的传播速度较小B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小D.用同一装置做单缝衍射实验,b光中央亮条纹更宽10.如图所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则(　　)A.n可能为 B.n可能为2C.t可能为 D.t可能为三、非选择题:本题共5小题,共54分。11.(8分)(1)如图甲所示,在杨氏双缝干涉实验中,激光的波长为5.30×10-7 m,屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10-7 m,则在这里出现的应是　　　　　　(选填“明条纹”或“暗条纹”),现改用波长为6.30×10-7 m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条纹间距将　　　　(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。 (2)如图乙所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质中,经下表面反射后,从上表面的A点射出。已知入射角为i,A与O相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d=　　　　。 12.(8分)如图所示,画有直角坐标系Oxy的白纸位于水平桌面上。M是放在白纸上的半圆形玻璃砖,其底面的圆心在坐标原点,直边与x轴重合。OA是画在纸上的直线,P1、P2为竖直地插在直线OA上的两枚大头针,P3是竖直地插在纸上的第三枚大头针,α是直线OA与y轴正方向的夹角,β是直线OP3与y轴负方向的夹角。只要直线OA画得合适,且P3的位置取得正确,测出角α和β,便可求得玻璃的折射率。某学生在用上述方法测量玻璃的折射率时,在他画出的直线OA上竖直地插上了P1、P2两枚大头针,但在y<0的区域内,不管眼睛在何处,都无法透过玻璃砖看到P1、P2的像,他应采取的措施是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。若他已透过玻璃砖看到P1、P2的像,确定P3的位置方法是　　　　　　　　　　　　　。若他已正确地测得了α、β的值,则玻璃的折射率n=　　　　。 13.(10分)(2021山东济南月考)光刻机是生产大规模集成电路的核心设备,光刻机的曝光波长越短,分辨率越高。“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体,从而减小曝光波长、提高分辨率的技术。如图所示,若浸没液体的折射率为1.44,当不加液体时光刻胶的曝光波长为193 nm,则加上液体时光刻胶的曝光波长变为多大?  14.(12分)(2021河北适应性测试)如图,一潜水员在距海岸A点45 m的B点竖直下潜,B点和灯塔之间停着一条长4 m的皮划艇。皮划艇右端距B点4 m,灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为α和βsin α=,sin β=,水的折射率为,皮划艇高度可忽略。(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上,求潜水员下潜的深度;(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围。          15. (16分)(2021山东临沂一中期中)一厚度均匀的圆柱形玻璃管内径为16 cm,外径为24 cm。一条光线从玻璃管壁中点入射,光线AB与竖直方向成60°角,与直径MN在同一竖直面内,如图所示。该玻璃的折射率为,真空中光速c=3.0×108 m/s。(以下结果均保留两位有效数字)(1)光线经玻璃管内壁折射后从另一侧内壁下端射出玻璃管,求玻璃管的长度;(2)保持入射点不动,调整入射角。求光线AB在玻璃管内壁处恰好发生全反射时,光线在玻璃中传播的时间。     参考答案 第四章测评1.A　用游标卡尺两测量爪间的狭缝观察光源时所得到的是光的衍射现象,狭缝越小,衍射现象越明显,故A正确。2.C3.C　为了使入射光从该膜的前后两个表面反射出来叠加后加强,则路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍,因此,膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长是λ==3.7×10-7 m,在膜中的波长是λ'==2.467×10-7 m,故膜的厚度至少是1.23×10-7 m。4.A　光路图如图所示,由几何关系可知,α=60°,α=2β,β=30°,由折射定律有n=,故选A。5.D　从双缝射出的两束光仍然满足相干光的条件,在屏上相遇还是会发生干涉现象,因此屏上还会出现明暗相间的条纹,A选项错误;P到双缝的距离差为零,则P处仍然出现中央亮条纹,B选项错误;由于光由真空(或空气)进入介质后波长发生变化,P1到双缝的距离之差不一定还是新波长的整数倍,可能是半波长的奇数倍从而出现暗条纹,C选项错误;光由真空(或空气)进入介质后频率不变,光速变小,由公式v=λf可知,光在水中的波长λ变短,由双缝干涉相邻两亮条纹(或暗条纹)间的距离公式Δx=λ可知,条纹间距变小,D选项正确。6.B　由折射定律知=n=,解得γ=30°,则折射角为30°。过圆心的光线是临界光线,此时的折射光线ON和OB的夹角就是折射角,还要考虑到全反射的情况,如图所示,射到M点的光线的入射角为临界角C=45°,则射到AM弧上的光线发生了全反射,那么有光透出部分的弧对应的圆心角为45°,长度为2πR×,B项对。7.D　光经过平行玻璃板后,射入光线与射出光线平行,即射出c板后的两束单色光与入射光平行,A错误;射到Q点的光在玻璃中折射后的偏角较小,折射率较小,B错误;射到P点的光的折射率大,在玻璃中的传播速度较小,波长较短,C错误;若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象,由Δx=λ,可知射到P点的光形成的干涉条纹的间距较小,D正确。8.BC　题图甲是小孔衍射的图样,而“泊松亮斑”是圆板衍射,故不是“泊松亮斑”,故A错误;题图乙是薄膜干涉的应用,用来检测平面的平整程度,若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整,故B正确;题图丙是双缝干涉原理图,若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍,则P是亮条纹,若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍,则P是暗条纹,故C正确;题图丁是薄膜干涉现象的实验装置图,在附有肥皂膜的铁丝圈上,出现水平干涉条纹,故D错误。9.AB　由题图乙可知,太阳光射入六角形冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=知b光的传播速度较小,A正确;由a光的折射率小于b光的折射率,可知a光的频率小于b光的频率,所以a光的波长大于b光的波长,根据Δx=λ可知,a光相邻条纹间距较大,B正确;a光的折射率较小,由临界角公式sin C=可知,a光的临界角较大,C错误;波长越长,中央亮条纹越宽,故a光的中央亮条纹更宽,D错误。10.AB　根据题意可画出如图所示的光路图,则两次全反射时的入射角均为45°,所以全反射的临界角C≤45°,折射率n≥,A、B均正确;光在介质中的传播速度v=,所以传播时间t=,C、D均错误。11.答案 (1)暗条纹　变宽　(2)l解析 (1)当点到两缝的路程差为半波长的奇数倍时,出现暗条纹;Δx=λ,随波长变长,条纹间距变宽。(2)设折射角为r,由折射定律得=n,由几何关系可知l=2dtan r,解得d=l。12.答案 另画一条更靠近y轴正方向的直线OA,把大头针P1、P2竖直地插在所画的直线上,直到在y<0区域内透过玻璃砖能看到P1、P2的像　插上大头针P3,使P3刚好能挡住P1、P2的像　解析 无法看到P1、P2的像是由于OA光线的入射角过大发生全反射;P3能挡住P1、P2的像说明OP3是OA的折射光线;根据折射定律,n=。13.答案 134 nm解析 加上液体时光刻胶的曝光波长λ=,光在液体中的传播速度为v=,不加液体时c=λ0f,联立得λ==134 nm。14.答案 (1)15 m　(2) m≤h≤ m解析 (1)设潜水员下潜到M点时,由M点发出的光线恰好在A点发生全反射,临界角为C则有sin C=tan C=hBM==15 m。(2)由折射定律,灯塔发出的光恰好照到皮划艇右沿外侧并射入水中时,=n,h1=,可得h1= m同理,灯塔发出的光恰好照到皮划艇左沿外侧并射入水中时=n,h2=,可得h2= m则潜水员看不到灯塔指示灯的深度范围为 m≤h≤ m。15.答案 (1)0.30 m　(2)1.5×10-9 s解析 (1)光在两个界面的入射角和折射角分别是θ1和θ2、θ3和θ4,如图1所示,其中θ1=60°,根据折射定律得n=解得θ2=45°,n=由几何知识有θ2+θ3=90°联立解得θ4=60°图1玻璃管的长度L=+D1tan θ4=0.30 m。(2)作光路图如图2所示,当光线AB在管内壁处恰发生全反射时,光线在玻璃管中通过的路程为x=另有sin C=,v=,x=vt则光线在玻璃中传播的时间t=(1+8)×10-10 s≈1.5×10-9 s。图2