6/6階段質(zhì)量檢測(cè)(四)光及其應(yīng)用(滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題,每小題4分,共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.我國(guó)南宋時(shí)的程大昌在其所著的《演繁露》中敘述道:“凡風(fēng)雨初霽(霽jì,雨后轉(zhuǎn)晴),或露之未晞(晞xī,干),其余點(diǎn)綴于草木枝葉之末,日光入之,五色俱足,閃爍不定,是乃日之光品著色于水,而非雨露有所五色也?！边@段文字記敘的是光的何種現(xiàn)象()A.反射 B.色散C.干涉 D.衍射2.為了減少光學(xué)元件的反射損失,可在光學(xué)元件表面鍍上一層增透膜,利用薄膜干涉相消來(lái)減少反射光。如果照相機(jī)鏡頭所鍍膜對(duì)綠光的折射率為n,要使綠光在垂直入射時(shí)反射光完全抵消,最小厚度為d,那么綠光在真空中的波長(zhǎng)λ0為()A.d4 B.C.4d D.4nd3.如圖所示,一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直ab面入射,有光線從ab面射出。以O(shè)點(diǎn)為圓心,將玻璃磚緩慢轉(zhuǎn)過(guò)θ角時(shí),恰好沒有光線從ab面射出,則該玻璃磚的折射率為()A.1sinθ2 C.1sin2θ D4.如圖所示,兩平行細(xì)激光束a、b射向空氣中足夠大的長(zhǎng)方體透明材料的下表面,發(fā)現(xiàn)該材料的上表面只有一處有光線射出,則()A.材料對(duì)激光a的折射率大于對(duì)激光b的折射率B.激光a的頻率小于激光b的頻率C.兩束激光在材料的上表面發(fā)生了干涉D.有一束激光在材料的上表面發(fā)生了全反射5.雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的截面圖如圖所示。光源S到S1、S2的距離相等,O點(diǎn)為S1、S2連線中垂線與光屏的交點(diǎn)。光源S發(fā)出的波長(zhǎng)為λ的光,經(jīng)S1出射后垂直穿過(guò)玻璃片傳播到O點(diǎn),經(jīng)S2出射后直接傳播到O點(diǎn),由S1到O點(diǎn)與由S2到O點(diǎn),光傳播的時(shí)間差為Δt。玻璃片厚度為10λ,玻璃對(duì)該波長(zhǎng)光的折射率為1.5,空氣中光速為c,不計(jì)光在玻璃片內(nèi)的反射。以下判斷正確的是()A.Δt=5λc B.ΔtC.Δt=10λc D.Δt6.用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示,改變雙縫間的距離后,干涉條紋如圖乙所示,圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉?lái)的()A.13倍 B.1C.2倍 D.3倍7.如圖所示,ABC為等腰棱鏡,OO'是棱鏡的對(duì)稱軸,a、b兩束不同頻率的單色光垂直AB邊射入棱鏡,兩束光在AB面上的入射點(diǎn)到D點(diǎn)的距離相等,兩束光折射后相交于圖中的P點(diǎn),下列判斷正確的是()A.在同一介質(zhì)中,a光光速大于b光光速B.若從同一介質(zhì)射入真空,發(fā)生全反射時(shí)a光的臨界角比b光大C.用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置觀察,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距D.在真空中,a光波長(zhǎng)大于b光波長(zhǎng)二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分)8.一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是()A.此介質(zhì)的折射率等于1.5B.此介質(zhì)的折射率等于2C.當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時(shí),入射角大于45°時(shí)可發(fā)生全反射現(xiàn)象D.當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時(shí),入射角小于30°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象9.如圖所示,一束自然光通過(guò)起偏器照射到光屏上,則圖中光屏上發(fā)亮的有(起偏器上用箭頭表示其透振方向)()10.如圖所示,真空中有一均勻介質(zhì)球,一束復(fù)色光平行于BOC從介質(zhì)球的A點(diǎn)折射進(jìn)入介質(zhì)球內(nèi),進(jìn)入介質(zhì)球后分成光束Ⅰ、Ⅱ,其中光束Ⅰ恰好射到C點(diǎn),光束Ⅱ射到D點(diǎn),∠AOB=60°,則()A.介質(zhì)球?qū)馐虻恼凵渎蚀笥?B.進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅰ一定比同時(shí)進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅱ先射出介質(zhì)球C.當(dāng)入射角大于某一特定角度時(shí),光束Ⅱ再射到界面上時(shí)可能會(huì)發(fā)生全反射D.用光束Ⅰ和光束Ⅱ分別射向同一雙縫干涉裝置,光束Ⅱ的條紋間距比光束Ⅰ的條紋間距大三、非選擇題(本題共5小題,共54分)11.(6分)某同學(xué)通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測(cè)量光的波長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示。(1)毛玻璃屏上相鄰亮條紋的間距可利用測(cè)量頭測(cè)出,如圖(b)所示。先將測(cè)量頭分劃板中心刻線與一亮條紋中心P重合,其讀數(shù)為0.822mm,然后沿同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,使分劃板中心刻線移過(guò)4條暗條紋,與另一亮條紋中心P'重合,相應(yīng)的讀數(shù)如圖(c)所示,該讀數(shù)為mm。(2分)

(2)已知雙縫間的距離為0.2mm,雙縫到屏的距離為1.5m,此單色光波長(zhǎng)是mm。(保留三位有效數(shù)字)(4分)

12.(8分)(2024·湖北高考)某同學(xué)利用激光測(cè)量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:①平鋪白紙,用鉛筆畫兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點(diǎn)為O。將半圓柱體玻璃磚的平直邊緊貼AA',并使其圓心位于O點(diǎn),畫出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖(a)所示。②將一細(xì)激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交點(diǎn)M。③拿走玻璃磚,標(biāo)記CO光線與半圓弧的交點(diǎn)P。④分別過(guò)M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用米尺分別測(cè)量MM'、PP'的長(zhǎng)度x和y。⑤改變?nèi)肷浣?重復(fù)步驟②③④,得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y?x圖像,如圖(b)所示。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是(單選,填標(biāo)號(hào))。(2分)

A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針法測(cè)量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯(2)根據(jù)y?x圖像,可得玻璃磚的折射率為(保留三位有效數(shù)字)。(3分)

(3)若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測(cè)量結(jié)果(填“偏大”“偏小”或“不變”)。(3分)

13.(12分)半徑為R的固定半圓形玻璃磚的橫截面如圖所示,O點(diǎn)為圓心,與直徑AB垂直的足夠大的光屏CD緊靠住玻璃磚的左側(cè),OO'與AB垂直。一細(xì)光束沿半徑方向與OO'成θ=30°角射向O點(diǎn),光屏CD區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)光斑,兩光斑間的距離為(3+1)R,求:(1)此玻璃的折射率;(6分)(2)當(dāng)θ變?yōu)槎啻髸r(shí),兩光斑恰好變?yōu)橐粋€(gè)。(6分)14.(12分)某透明材料制成的半徑為R的球冠的截面如圖所示,其底邊AB與圓心O的距離d=24R。現(xiàn)讓一光線沿PO方向從P點(diǎn)射入,在底邊AB上恰好發(fā)生全反射。已知球冠對(duì)該光線的折射率n=2,光在真空中的傳播速度為c(1)該光線射出球冠時(shí)的折射角θ;(6分)(2)該光線射出球冠前在球冠中傳播的時(shí)間t。(6分)15.(16分)如圖所示,水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí),將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距離為d,A位置離水面的高度為23d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出,入水點(diǎn)在B位置的正上方,入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置,折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率n=4(1)tanθ的值;(8分)(2)B位置到水面的距離H。(8分)階段質(zhì)量檢測(cè)(四)1.選B雨過(guò)天晴時(shí),太陽(yáng)光照在枝葉上的水珠上,白光經(jīng)過(guò)水珠折射以后,分成各種彩色光,這種現(xiàn)象叫做光的色散現(xiàn)象,選項(xiàng)B正確。2.選D設(shè)綠光在膜中的波長(zhǎng)為λ,則由d=14λ,得λ=4d,由n=cv=λ0fλf,得綠光在真空中的波長(zhǎng)為λ0=nλ=43.選B由題意,將玻璃磚緩慢轉(zhuǎn)過(guò)θ角時(shí),恰好沒有光線從ab面射出,說(shuō)明光線發(fā)生了全反射,此時(shí)的入射角恰好等于臨界角,即有i=C,而入射角i=θ,則臨界角C=θ。由臨界角公式sinC=1n得n=1sinC=1sin4.選B因材料的上表面只有一束光線射出,通過(guò)材料后激光a的側(cè)移量小于激光b的側(cè)移量,可知材料對(duì)激光a的折射率小于對(duì)激光b的折射率,激光a的頻率小于激光b的頻率,故A錯(cuò)誤,B正確;兩束激光的頻率不同,則不可能在材料的上表面發(fā)生干涉,故C錯(cuò)誤;兩束激光在材料的上表面的入射角等于在下表面的折射角,根據(jù)光路可逆知,兩束激光在材料的上表面都不會(huì)發(fā)生全反射,故D錯(cuò)誤。5.選A波長(zhǎng)為λ的光在玻璃片中的傳播速度v=cn,通過(guò)10λ的距離,光傳播的時(shí)間差Δt=10λnc-10λc=6.選B根據(jù)雙縫干涉的條紋間距與波長(zhǎng)關(guān)系有Δx=Ldλ,由題圖知Δx乙=2Δx甲,則d乙=12d甲,故選7.選C由題圖知,a光的偏折角大于b光的偏折角,可知a光的折射率大于b光的折射率,由v=cn知,在同一介質(zhì)中,a光光速小于b光光速,A錯(cuò)。由臨界角公式sinC=1n可知,a光發(fā)生全反射時(shí)的臨界角小于b光發(fā)生全反射時(shí)的臨界角,B錯(cuò)。a光的頻率大于b光的頻率,由c=λf分析得知,在真空中,a光波長(zhǎng)小于b光波長(zhǎng)。由條紋間距表達(dá)式Δx=ldλ分析知,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,C8.選BC由題圖及折射率定義得,n=sin45°sin30°=2,A錯(cuò),B對(duì);當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時(shí),發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=1n,解得C=45°,即入射角大于等于45°時(shí)可發(fā)生全反射現(xiàn)象,C對(duì)9.選ABD自然光通過(guò)偏振片后成為偏振光,當(dāng)偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向平行時(shí)能夠通過(guò),垂直時(shí)不能通過(guò),所以A、B、D正確。10.選AB對(duì)于光束Ⅰ,在A點(diǎn)的入射角i=60°,折射角r=i2=30°,則介質(zhì)球?qū)馐竦恼凵渎蕿閚1=sinisinr=3,光束Ⅱ和光束Ⅰ入射角相同,但光束Ⅱ折射角小,所以介質(zhì)球?qū)馐蛘凵渎蚀笥?,A對(duì)。由v=cn,結(jié)合A選項(xiàng)分析可知光束Ⅱ比光束Ⅰ在介質(zhì)球中傳播速度小,且路程大,所以進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅰ一定比同時(shí)進(jìn)入介質(zhì)球的光束Ⅱ先射出介質(zhì)球,B對(duì)。從A點(diǎn)入射的光束Ⅱ,再射到界面時(shí),入射角等于A點(diǎn)的折射角,根據(jù)光路可逆原理知道,不會(huì)發(fā)生全反射,C錯(cuò)。介質(zhì)球?qū)馐虻恼凵渎蚀?故光束Ⅱ的頻率大,波長(zhǎng)短,而干涉條紋間距與波長(zhǎng)成正比,則光束Ⅱ11.解析:(1)該讀數(shù)為21mm+0.2×0.01mm=21.002mm。(2)已知條紋PP'間還有3條亮條紋,則相鄰兩亮條紋的間距為Δx=21.002-0.8224mm=5.045mm,由干涉條紋的間距公式Δx=ldλ,解得λ≈6.73×10-4答案:(1)21.002(21.001~21.003均可)(2)6.73×10-412.解析:(1)入射角適當(dāng)即可,不能太小,入射角太小,會(huì)導(dǎo)致折射角太小,測(cè)量的誤差會(huì)變大,故A錯(cuò)誤;激光的平行度好,比用插針法測(cè)量更有利于減小誤差,故B正確;相同的材料在各點(diǎn)的折射效果都一樣,故C錯(cuò)誤。(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可得,入射角的正弦值為sini=y折射角的正弦值為sinr=x折射率n=sinisin可知y?x圖像斜率大小等于折射率,即n=3824≈1.58(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知,若描畫的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測(cè)量結(jié)果不變。答案:(1)B(2)1.58(1.56~1.60均可)(3)不變13.解析:(1)細(xì)光束在AB界面,一部分反射,另一部分折射,設(shè)折射角為β,光路圖如圖所示,由幾何關(guān)系得:L1=Rtanθ=根據(jù)題意兩光斑間的距離為(3+1)R所以L2=R由幾何關(guān)系知β=45°根據(jù)折射定律,折射率n=sinβsinθ=sin45°(2)若光屏CD上恰好只剩一個(gè)光斑,則說(shuō)明該光束恰好在AB面發(fā)生全反射由sinC=1n,得臨界角為C即當(dāng)θ≥45°時(shí),光屏上恰好只剩下一個(gè)光斑。答案:(1)2(2)θ≥45°14.解析:(1)根據(jù)題意,可畫出光路圖如圖所示,設(shè)光線在底邊AB上的D處發(fā)生全反射的臨界角為C,則有sinC=1n,又α=解得α=C=45°,故三角形DOE為直角三角形,有sinβ=OD其中OD=d根據(jù)折射定律有n=sinθsinβ,解得(2)根據(jù)勾股定理有DE=R設(shè)光線在球冠中的傳播速度大