2019-2020学年高中物理第13章光单元测试含解析新人教版选修3- 13页

第十三章　单元测试 ‎(时间60分钟　满分100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分，每小题至少有一个选项正确，全部选对的得4分，漏选的得2分，错选的得0分)‎ ‎1．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)‎ A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 解析　用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故选项A错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散，故选项B错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射，故选项C错误；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D对．‎ 答案　D ‎2．用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上条纹，下列说法中正确的是(　　)‎ A．双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹 B．单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹 C．双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹 D．单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹 解析　干涉条纹是等间距且亮度基本一致的，而衍射条纹间距不相等，且中央亮条纹最亮、最宽，两侧依次宽度减小，亮度降低，故A、D项正确．‎ 答案　AD ‎3.‎ 如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)‎ A．增大S1与S2的间距 B．减小双缝屏到光屏的距离 13‎ C．将绿光换为红光 D．将绿光换为紫光 解析　由Δx＝λ知，增大S1与S2的间距d或减小双缝屏到光屏的距离l时，条纹间距变小，选项A、B错误；将绿光换为红光，波长变大，条纹间距变大，选项C正确；将绿光换为紫光，波长变小，条纹间距变小，选项D错误．‎ 答案　C ‎4．如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是(　　)‎ A．A、B均不变　　　　　 B．A、B均有变化 C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变 解析　白炽灯光包含各方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，当Q旋转时，只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B点的光强有变化，选项C正确．‎ 答案　C ‎5．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是(　　)‎ A．图中光束①比光束②的频率大 13‎ B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快 C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄 D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽 解析　由图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1>n2，光束①比光束②的频率大选项A正确；由v＝得，选项B错误；折射率大的光束波长小，在单缝衍射、双缝干涉实验中的条纹宽度要小，选项C对而D项错．‎ 答案　AC ‎6．如图所示，一个三棱镜的折射率n＝，其截面为直角三棱镜，∠A＝30°，∠C＝90°.一条单色光线从空气垂直AB边入射，该光线的出射光线有几条(　　)‎ A．2条 B．3条 C．4条 D．1条 解析　如图所示，光线的入射角为30°，折射光线①从棱镜出射．设折射角为α.‎ ‎∵n＝，sinα＝ ‎∴α＝45°，反射光线在BC边上的入射角为60°，大于棱镜的临界角45°.所以光线在BC边上发生全反射，全反射的光线在AB边上的入射角为0°.出射光线②；同时要在AB 13‎ 边上发生反射，反射光线沿光路反向进行．在BC边上发生反射，在AC边上以45°的折射角射出光线③，并同时发生反射；反射光线在AB边上的入射角为0°.出射光线④，并同时发生反射，此后光线又沿原光路进行．可见，射入棱镜的光线的出射光线有四条．‎ 答案　C ‎7．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm.若用频率ν＝6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则(　　)‎ A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹 B．P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹 C．两点均出现亮条纹 D．两点均出现暗条纹 解析　由光的频率ν＝6.0×1014 Hz，知光的波长λ＝c/v＝5×10－7 m．P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm＝7.5×10－7 m＝1.5λ.Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm＝15×10－7 m＝3λ，因此，P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹，故B项正确．‎ 答案　B ‎8．如图所示，某棱镜顶角A＝60°，一束白光以较大的入射角，从棱镜的一个侧面入射，通过后从另一侧面射出，在光屏上形成由红到紫的七色光谱．已知各光在该介质中临界角都不超过42°，当入射角逐渐变小的过程中，屏上光谱的变化情况是(　　)‎ A．变窄，保持七色 B．变宽，逐渐呈白色 C．下移，逐渐消失 D．上移，逐渐消失 解析　如题图所示，入射角i减小，r也减小．光在AC面上的入射点下移，出射光线也将下移，且介质中的入射角θ随之增大．当增大到紫光的临界角时，紫光发生全反射，屏上的紫光消失，随着i进一步减小，θ进一步增大，靛、蓝、绿、黄、橙、红光依次在屏上消失，故C项正确．‎ 答案　C ‎9．如下图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是(　　)‎ 13‎ 解析　根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝λ可知，a光的波长大，则同一介质对a光的折射率小，对b光的折射率大．根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A项正确；B错误；由sinC＝分析可知，a光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若b不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射，故C项错误；当光从棱镜射入空气中时，若a不发生全反射，能射出棱镜，b光可能发生全反射不从棱镜射出，此图是可能的，故D项正确．‎ 答案　AD ‎10．如图所示，‎ 13‎ 折射率n＝的半圆形玻璃砖置于光屏MN的上方，其平面AB与MN的距离h＝10 cm.一束单色光沿图示方向射向圆心O，经玻璃砖后射到光屏上的O′点．现使玻璃砖绕圆心O点逆时针转动，下列关于光屏上光点的移动方向、距O′点的最远距离的说法，正确的是(　　)‎ A．向右移动，最远距离10 cm B．向左移动，最远距离10 cm C．向右移动，最远距离10 cm D．向左移动，最远距离10 cm 解析　当玻璃砖绕圆心O点逆时针转动45°时，光线在AB界面的入射角达到临界角，在AB界面发生全反射，折射光线与竖直方向成45°，光点距O′点的距离最远，光屏上光点向左移动，最远距离10 cm，B项正确．‎ 答案　B ‎11．如图是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折射率n＝，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线(　　)‎ A．不能从圆弧NF1射出 B．只能从圆弧NF1射出 C．能从圆弧G1H1射出 D．能从圆弧H1M射出 13‎ 解析　由棱镜折射率n＝可知，全反射的临界角C＝arcsin＝37°，从G点入射的光达到G1点的入射角i＝C＝37°，发生全反射，故B项正确．‎ 答案　B ‎12.‎ DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成．如图所示，激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后，聚焦到信息记录层的光斑宽度为a，才能有效获取信息．在保证a不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l＝a＋2b)，则(　　)‎ A．须满足sinθ＝ B．须满足sinθ＝ C．在θ和n不变时，须减小d D．在θ和d不变时，须减小n 解析　设折射角为α，则n＝＝，则sinθ＝，A项正确，B项错误；在θ和n不变时，减小d，则b会相应减小，l会减小，C项正确；θ和d不变时，减小n，则折射角又会增大，l会增大D项错误．‎ 答案　AC 二、非选择题(有6个题，共52分)‎ ‎13.‎ 13‎ ‎(7分)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则 ‎(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________．‎ ‎(2)图中P3、P4两位置中________(填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大．‎ ‎(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________．‎ 解析　(1)根据折射定律n＝，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝＝.‎ ‎(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大．‎ ‎(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率为1.‎ 答案　(1)　(2)P4　(3)1‎ ‎14．(8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(如图甲)，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝屏．从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm.然后，接通电源使光源正常工作．‎ 13‎ ‎(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第一次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝________ mm；‎ ‎(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗条纹)间的距离Δx＝________ mm；这种色光的波长λ＝________ nm.‎ 解析　(1)x2＝15.02 mm.‎ ‎(2)Δx＝＝ mm＝2.31 mm Δx＝λ，则λ＝＝×10－3 m＝6.6×10－7 m＝660 nm＝6.6×102 nm.‎ 答案　(1)15.02　(2)2.31　6.6×102‎ ‎15．(8分)如图所示，‎ 一透明半圆柱体折射率为n＝2，半径为R、长为L的一平行光束从半圆柱的矩形面垂直射入，从部分柱面有光线射出．求该部分柱面的面积S.‎ 13‎ 解析　半圆柱体的横截面如图所示，OO′为半圆的半径．设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有：‎ nsinθ＝1，‎ 式中θ为全反射临界角．由几何关系得∠O′OB＝θ，‎ S＝2RL·∠O′OB，‎ 代入题给条件得S＝RL.‎ 答案　RL ‎16．(9分)如图所示，一等腰直角三棱镜放在真空中，斜边BC＝d，一束单色光以60°的入射角从AB侧面的中点入射，折射后从侧面AC折射出．已知三棱镜的折射率n＝，单色光在真空中的光速为c，求此单色光通过三棱镜的时间．‎ 解析　单色光在AB面上发生折射，光路如图．‎ 根据折射定律n＝，n＝ 由以上两式，得α＝45°.‎ 因α＝45°，故光在棱镜内传播的路径DE与BC平行，且DE＝BC＝d.‎ 13‎ 光在棱镜中的速度v＝＝ 所以t＝＝.‎ 答案　 ‎17．(10分)如图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出．若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？(计算结果可用三角函数表示)‎ 解析　光线在棱镜中的光路图如图所示，根据反射定律和题设条件，‎ 得4α＝90°‎ 所以入射角α＝22.5°‎ 根据全反射规律，sinC＝ 故sin22.5°≥ 所以n≥，即折射率的最小值为.‎ 答案　 13‎ ‎18．(10分)如图所示，‎ 一束截面为圆形(半径为R)的平行白光垂直射向一玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形彩色亮区．已知玻璃半球的半径为R，屏幕S至球心的距离为d(d>3R)，不考虑光的干涉和衍射．‎ ‎(1)在屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是什么颜色？‎ ‎(2)若玻璃半球对最外侧色光的折射率为n，求出圆形亮区的最大半径．‎ 解析　(1)紫色 ‎(2)如图，紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E到亮区中心G的距离r就是所求最大半径．‎ 设紫光临界角为C，由全反射的知识可知：sinC＝ 由几何知识可知：AB＝RsinC＝ OB＝RcosC＝R 13‎ FB＝AB·tanC＝ GF＝d－(OB＋FB)＝d－ ＝ 所以有：rm＝GE＝·AB＝d·－nR.‎ 答案　(1)紫色　(2)d·－nR 13‎