1、单元素养检测(四)(第四章)(90分钟100分)一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24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关于光在传播过程中所表现的现象，下列说法不正确的是()A用光导纤维束传输图像和信息，利用了光的全反射原理B白光通过分光镜在光屏上形成的彩色光带是光的色散现象C光的偏振现象说明光是一种横波D涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色，说明增透膜增强了对淡紫色光的透色程度【解析】选D。光导纤维束传输图像和信息是利用了光的全反射原理，故A正确；白光通过分光镜在光屏上形成的彩色光带是由于不同色光折射率不同而产生光的色散现象，故B正确；偏振是横波特有的现象，光的偏
2、振现象说明光是一种横波，故C正确；在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时光谱中其他频率的光将大部分通过，因此进入镜头的光有很多，但以抵消绿光为主，这样照相的效果更好。对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其他波长的光，给定膜层的厚度是绿光在薄膜中的波长的倍，从薄膜前后表面反射的绿光相互抵消，而波长较长的红色光以及波长较短的不能完全抵消，所以镜头呈淡紫色，故D错误。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
3、D利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离【解析】选D。光都是横波，故激光是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错；由激光的特点知D项正确。3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【解析】选D。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下列物理知识说法中错误的是()A在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越
4、短B让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大C光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响【解析】选C。在真空中传播的电磁波，传播速度不变，由vf得，频率越大的，波长越短，故A正确。让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，因蓝光的波长小于绿光，根据光的干涉条纹间距公式x可知它们形成的干涉条纹间距较大的是绿光，故B正确。全息照相不是利用光的全反射，是利用光的干涉，故C错误；玻璃的反射光属于偏振光，加偏振片作用是减弱玻璃反射光的影响，故D正确。5.如图所示，一束细光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分
5、离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知()Aa为波长较长的光B当它们在真空中传播时，a光的速度最大C分别用这三种光作光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小D若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大【解析】选A。由光路图可知，a光的偏转程度最小，则a光的折射率最小，频率最小，根据知，a光的波长最大，故A正确。不论折射率大小，当它们在真空中传播时，它们的速度一样大，故B错误。a光的频率最小，则波长最大，根据x知，a光干涉条纹之间的距离最大，故C错误。根据sin C知，c光的折射率最大，则c光发生全反射的临界角最小，故D错误。故选A。6光的偏
6、振现象表明了()A光具有粒子性B光是电磁波C光是一种横波 D光是一种纵波【解析】选C。偏振是横波特有的一种现象，所以光的偏振现象表明了光是一种横波。7.一半球形玻璃砖，C点为其球心，直线OO与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线OO平行且到直线OO距离相等的ab两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是()Ab光从空气射入玻璃砖后速度变小，波长变长B真空中a光的波长大于b光的波长Ca光的频率比b光的频率高D若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角小于b光【解析】选B。光在两种介质的界面处不改变光的频率，b光从空气射入玻璃砖后，即由光疏介
7、质进入光密介质，由n知，光的传播速度变慢，由vf知，波长变短，故A错误；由题分析可知，玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，则b光的频率高，由cf得知，在真空中，a光的波长大于b光的波长，故B正确，C错误；由sin C可知，a光的折射率小，则a光发生全反射的临界角大于b光的，故D错误。8.如图所示的双缝干涉实验装置中，当使用波长为6107 m的橙光做实验时，光屏中心点P点及其上方的P1点形成两条相邻的亮纹；若换用波长为4107 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗纹情况是()AP和P1都是亮纹 BP是亮纹，P1是暗纹CP是暗纹，P1是亮纹 DP和P1都是暗纹【解析】选B。P点到双缝
8、的路程差为0，出现亮条纹。用600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P点和P点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹，则2，解得：x1600 nm，则3，可知P1点是暗条纹。故B正确，A、C、D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16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4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9.两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象()。下列结论中正确的是()A在水中的传播速度，光束a比光束b大B在水中的传播速度，光束a比光束b小C水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D水对光束a的折射率比水对光束b的折
9、射率大【解析】选A、C。由公式n，可得折射率nanb，C正确，D错误。由v，navb，A正确，B错误。10.如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，则下列说法正确的是()A若a光能使某种金属材料发生光电效应，则b光一定也能使该金属材料发生光电效应B分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距C玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D若改变光束在左侧面的入射方向使入射角逐渐变小，则折射光线a首先消失【解析】选A、B、C。由光路图可知，a光的偏折程度较小，b光的偏折程度较大，则玻璃砖对a光的折射率小，对b光的折射率大；折射率越大，频率越大，波
10、长越小，则知a光的频率比b光的频率小，根据光电效应发生的条件可知，若a光能使某种金属材料发生光电效应，则b光一定也能使该金属材料发生光电效应，故A、C正确；根据条纹间距公式x可知，由于a光的波长大于b光的波长，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故B正确；当改变光束在左侧面的入射方向使入射角逐渐变小时，光在右侧面的入射角逐渐增大，由sin C分析知，a光的临界角大于b光的临界角，所以随着入射角逐渐增大，b光先发生全反射，则b光先消失，故D错误。11关于下列光学现象，说法正确的是()A水中蓝光的传播速度比红光快B光从空气射入玻璃时可能发生全反射C在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度
11、比看到的要深D分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽【解析】选C、D。光在介质中的传播速度v，其中n是折射率，由于蓝光折射率大于红光折射率，所以蓝光传播速度比红光慢，A项错误；光从光密介质向光疏介质传播时，可能发生全反射，所以B项错误；视深h和实际深度H关系为h，所以鱼的实际深度比看到的要深，C项正确；条纹间距y，由于红光波长大于蓝光波长，所以红光得到的条纹间距更宽，D项正确。12某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察光的现象后，总结出以下几点，你认为正确的是()A这是光的干涉现象B若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行C狭缝的宽度越大，该现象
12、越明显D最中间的条纹宽度最大【解析】选B、D。在用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的衍射现象时狭缝必须与灯丝平行，这时衍射条纹与狭缝平行，故B正确，而A错误。衍射条纹的间距随狭缝变宽而变小，即狭缝越宽，衍射条纹间距越小，故C错误。衍射条纹，中间条纹宽度最大，故D正确。三、实验题：本题共2小题，共14分。13(6分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图1)，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。(1)组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则_。
13、A可观察到水平方向的干涉条纹B可观察到竖直方向的干涉条纹C看不到干涉现象(2)若取下红色滤光片，其他实验条件不变，则在目镜中_。A观察不到干涉条纹B可观察到明暗相间的白条纹C可观察到彩色条纹(3)若实验中在像屏上得到的干涉图样如图2所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图2中A、B位置时，游标尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为_。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图3所示，则其读数为_mm。【解析】(1)因为该实验是双缝干涉实验，a是单缝，b是双缝，单缝是竖直放置，观察到的是竖直方向的干涉条纹，故B正确，A、C错误。(2)若取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的，故C正确，A
14、、B错误。(3)条纹间距x，又知x，两式联立得：此游标卡尺精度值为0.05 mm，读数等于可动刻度读数与游标尺读数之和；故有：x31 mm0.05 mm231.10 mm；答案：(1)B(2)C(3)31.1014.(8分)在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验室可以给同学们提供不同形状的玻璃砖。(1)某小组的同学选择如图甲所示的三角形玻璃砖。但实验时，该小组同学在插好大头针P1、P2后，发现无论如何都不能在三棱镜的BC边用第三枚大头针同时挡住P1、P2的像，根据图甲分析其原因可能是_。(2)另一小组的同学选择了半圆形玻璃砖。在实验时，他们利用方格坐标纸来测定半圆形玻璃砖的折射率，如图乙所示。其
15、中，AO作为入射光线，是首先画在纸上的直线，该组同学在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图乙，放上玻璃砖(如粗黑线所示)，然后插上P3、P4大头针。其中他确定P3大头针位置的方法应当是：_若该组同学实验操作规范准确，其记录情况如图乙所示。则该同学利用图示的记录情况可测得玻璃砖的折射率n_。(保留两位有效数字)【解析】(1)根据图甲分析其原因可能是：光沿P1、P2进入玻璃砖后在BC界面发生了全反射。(2)确定P3大头针位置的方法应当是：大头针P3要同时挡住P1、P2的像。如图，作出法线NN，分别过圆与入射光线、折射光线的交点C、D作法线的垂线CE和DB，由数学知识得：入射角和折
16、射角的正弦值分别为：sin isin r其中，CODO，则折射率为：n1.5。答案：(1)光沿P1P2进入玻璃砖后在BC界面发生了全反射(2)大头针P3要同时挡住P1、P2的像1.5(0.1)四、计算题：本题共4小题，共46分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。15(8分)如图所示，一透明球体置于空气中，球半径R10 cm，折射率n。MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5 cm，CD为出射光线。(1)补全光路并求出光从B点传到C点的时间。(2)求CD与MN所成的角的度数。(需写出求解过程)【解析】(1)连接BC，如图所示，
17、设在B点光线的入射角、折射角分别为1、2，由几何关系可得sin 1，得145由折射定律得在B点有：n解得sin 2，故230又有BC2R cos 2，则t得：t109 s(2)由几何关系可知COP15又ECP145由几何关系可得ECPCOP451530答案：(1)光路见解析图109 s(2)见解析16.(8分)如图所示，一足够大的池内装有深度H3 m的透明液体，池底中央固定一点光源，可向各个方向发光。已知透明液体的折射率n1.25，光在空气中的传播速度c3108 m/s，求：(1)液面被池底点光源照亮的面积；(2)从点光源发出的光传播到液面的最短时间。【解析】(1)液面上有光射出的范围是半径为
18、r的圆，如图所示：光在液面发生全反射的临界角为C，则有：sin C解得：C53根据几何关系可得：rH tan C3 m4 m，液面上有光射出的面积Sr216 m2；(2)光在液体中的速度为v从点光源发出的光垂直于液面传播到液面的时间最短，最短时间为t，则有：vtH，解得：t s1.25108 s。答案：(1)16 m2(2)1.25108 s17(14分)杨氏双缝干涉实验中，缝间距为5.0 mm，缝离屏幕1.0 m，在屏上看到两个干涉花样。一个是由500 nm的光产生，另一个是由600 nm的光产生。问在屏上的两个不同花样的第三级干涉条纹间的距离是多少？【解析】根据干涉条纹的宽度公式有：x11
19、500109m1104mx221.2104m由于屏上的第三级干涉条纹到中央条纹之间的距离为3倍的条纹宽度，所以屏上的两个不同花样的第三级干涉条纹间的距离：L3(x2x1)3(1.21041.0104) m6.0105m答案：6.0105 m18.(16分)一棱镜的截面为直角三角形ABC，A30，斜边ABa。棱镜材料的折射率为n。在此截面所在的平面内，一条光线以45的入射角从AC边的中点M射入棱镜，求射出的点的位置(不考虑光线沿原光路返回的情况)。【解析】设入射角为i，折射角为r，由折射定律得n由已知条件及式得r30 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为F，由几何关系可得MF垂
20、直于AB，故AFa即出射点在AB边上离A点a的位置。如果入射光线在法线的左侧，光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。由几何关系可知，在D点的入射角60 设全反射的临界角为C，则sin C由和已知条件得C45 因此，光在D点全反射。设此光线的出射点为E，由几何关系得DEB90BDa2AFBEBD sin 30联立式得BEa即出射点在BC边上离B点a的位置。答案：见解析【补偿训练】1.如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成，一单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角为60，玻璃的折射率n。求：(1)这束入射光线的入
21、射角为多大。(2)该束光线第一次从CD面射出时的折射角。【解析】(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为1、2，则230根据n解得：sin 1n sin 2，145(2)光路图如图所示，光线ab在AB面的入射角为45设玻璃的临界角为C，则sin C，C45因此光线ab在AB面会发生全反射由几何关系得光线在CD面的入射角130根据折射定律可知，光线在CD面的折射角245。答案：(1)45(2)452.一个水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H。在水池的底部中央放一点光源S，其中一条光线以30入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105，如图所示。求：(1)光在该液体中的传播
22、速度大小。(2)液体表面被光源照亮区域的面积。【解析】(1)由题意知：入射角130，由几何关系得折射角245nv m/s2.12108 m/s。(2)若发生全反射，入射角C应满足sin C，即C45由题意知，液体表面被照亮区域为一个圆形区域。区域半径RH tan CH区域面积SR2H2。答案：(1)2.12108 m/s(2)H23.如图所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角i应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的
23、最长时间。【解析】(1)入射角为i，设折射角为r，光线到达玻璃丝侧面的入射角为，全反射临界角为C，由折射定律得n由几何关系得r90即sin rcos 当C时发生全反射，光线能传播到另一端面，因sin C故cos cos C联立解得sin i(2)当折射光线发生全反射后，光线在介质中传播的速度v光线在介质中传播的距离为L由几何关系知cos rsin ，故L，最小等于临界角C时，光线在介质中传播的距离最长LmnL。所以最长时间t。答案：(1)sin i(2)4.如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知15，BC边长为2L，该介质的折射率为，求：(1)入射角i。(2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin75或tan152)。【解析】(1)根据全反射规律可知，光线在AB边上某点P的入射角等于临界角C，由折射定律得sin C代入数据得C45设光线在BC边上的折射角为r，由几何关系得r30由折射定律得n联立式，代入数据得i45(2)在OPB中，根据正弦定理得设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得vtv联立式，代入数据得t。答案：(1)45(2)