人教版高中物理选修3-4第十三章光过关检测

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物理人教3-4第十三章光过关检测
(时间：45分钟满分：100分)
一、选择题(每小题6分，共48分。

在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确)
1．下列有关光现象的应用技术中，正确的说法是()
A．无影灯是利用光的衍射现象
B．增透膜是利用光的干涉现象
C．分光镜是利用光的色散现象
D．光导纤维是利用光的全反射现象
2．下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样，则()
A．甲为紫光的干涉图样B．乙为紫光的干涉图样
C．丙为红光的干涉图样D．丁为红光的干涉图样
3．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。

下列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
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
4．劣质的玻璃中往往含有空气泡，这些空气泡看上去比较亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是()
A．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮
B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮
C．从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
D．从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮
5．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。

设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是()
A ．紫光、黄光、蓝光和红光
B ．紫光、蓝光、黄光和红光
C ．红光、蓝光、黄光和紫光
D ．红光、黄光、蓝光和紫光
6．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如下图所示。

下列说法正确的是( )
A ．单色光1的波长小于单色光2的波长
B ．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C ．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D ．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 7．在双缝干涉实验中，某同学用黄光作为入射光。

为了增大干涉条纹的间距，该同学可以采用的方法有( )
A ．改用红光作为入射光
B ．改用蓝光作为入射光
C ．增大双缝到屏的距离
D ．增大双缝之间的距离 8．如图所示，空气中有一折射率为2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 ．16R π
B ．1
4R π
C ．13R π
D ．5
12
R π
二、填空题(每小题10分，共20分，把答案填在相应的横线上)
9．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，装置如图所示。

双缝间的距离d ＝3 mm 。

(1)若测定红光的波长，应选用______色的滤光片。

实验时需要测定的物理量有______和______。

(2)若测得双缝与屏之间距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如图(a)所示，观察到第5条亮纹的位置如图(b)所示。

则可求出红光的波长λ＝______m。

(保留一位有效数字)
10．如图1所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的________面不能用手直接接触。

在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图2所示。

计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。

图1
图2
三、计算题(每小题16分，共32分)
11．一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1＝0.6 m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端s1＝0.8 m处有一浮标，示意如图。

一潜水员在浮标前方s2＝3.0 m处下潜到深度为h2＝4.0 m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到航尾端Q；继续下潜Δh＝4.0 m，恰好能看见Q。

求：
(1)水的折射率n；
(2)赛艇的长度l。

(可用根式表示)
12．(1)如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×10－7m，屏上P点距双缝S1和S2的距离差为7.95×10－7m。

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”)。

图甲
(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，经下表面反射后，从上
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。

图乙
参考答案
1. 答案：BCD 解析：根据光的直线传播规律和光的波动理论，无影灯是应用光的直线传播原理，所以选项A 错误；增透膜是利用薄膜干涉的原理，所以选项B 正确；分光镜是利用光的折射而产生色散的原理，所以选项C 正确；选项D 是利用光的全反射原理，所以，综上所述，本题的正确选项为B 、C 、D 。

2. 答案：B 解析：紫光的波长较红光短，条纹间距窄，所以B 项正确，A 项错误；丙、丁均为衍射图样，所以C 、D 两项错误。

3. 答案：D 解析：激光是横波，选项A 错误；激光在不同介质中的波速不同，由=
v
f
λ可以判断选项B 错误；发生干涉现象的条件是两束光必须为频率相同的相干光源，选项C 错误；利用激光平行度好的特点，可以通过光的反射测量激光往返所用时间，达到测量月球到地球距离的目的，选项D 正确。

4. 答案：D 解析：要注意发生全反射的条件是：光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。

一部分从玻璃到达空气泡的界面处的光满足了发生全反射的条件，因而发生全反射，这也就是气泡看上去比较亮的原因。

5. 答案：B 解析：作出a 、b 、c 、d 四条光线第一次折射时的法线，可知其折射率大小关系为n a ＞n b ＞n c ＞n d ，则它们可能依次是紫光、蓝光、黄光和红光，所以本题只有选项B 正确。

6. 答案：AD 解析：根据题图知，光1的折射率较大，与光2相比，其波长较小，在玻璃中传播速度较小，临界角较小，通过玻璃的时间较大，选项A 、D 正确。

7. 答案：AC 解析：根据条纹间距l
x d
λ∆=
⋅可知：要增大干涉条纹的间距，可增大λ，λ红＞λ黄，选项A 正确；λ黄＞λ蓝，选项B 错误；增大到屏的距离l ，Δx 增大，选项C 正确；增大双缝间距d ，Δx 减小，选项D 错误。

8. 答案：B 解析：假设平行光束恰好能透出圆弧的临界点分别为D 、E ，光路图如图所示，由折射率公式可求得光从OA 边射入玻璃时的折射角为30°，由临界角定义式可求得D 处发生全反射的临界角为C ＝45°，则圆弧DE 对应的圆心角为45°，所以有光透出的弧长为
1
4
R π，选项B 正确。

9. 答案：(1)红 双缝到屏的距离l n 条亮(或暗)纹间距离a
(2)7×10－
7
解析：(1)测红光波长应选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光。

据l
x d
λ∆=
知，需测双缝到屏的距离l 和n 条亮(或暗)纹间距离a ，从而计算出条纹间距离Δx ，最后算出λ。

(2)根据题图(a)(b)可求出两相邻亮条纹间距0.650
mm 51
x ∆=
-≈0.163 mm ，所以7
710 m
xd l
λ-∆=
≈⨯。

10. 答案：光学 d e
解析：光学面若被手接触污染，会影响观察效果，增加实验误差；分别连接cd 和ce 并
延长到界面，与界面分别交于f 、g 两点，由sin sin i
n r
=
不难得出用d 点得到的折射率值较小，过c 点的出射光线应平行于ab ，利用直尺比对并仔细观察，可知ec ∥ab ，故用e 点得到的折射率值误差较小。

11. 答案：(1)
4
3
(2)(124 3.87-)m 解析：(1)作出从P 点发出的一条光线经浮标处折射进入水中，到达深度h 2处的光路图。

入射角的正弦值112
22
2
1
1
0.8sin =0.80.60.8
s h s
θ=
=
++，折射角的正弦值
2222
22
22 3.0sin =0.63.0 4.0s h s θ=
=
++，由折射定律可得水的折射率12sin 4
sin 3
n θθ=
=。

(2)作出尾端Q 发出的一条光线经水面折射到深度为(h 2＋Δh )处的光路图。

根据题意可知，这条光线的折射角等于临界角C ，13
sin 4C n =
=。

再由几何知识可知1222122sin ()()
s s l
C s s l h h ++=
++++∆，代入数据解得1(24 3.8)m 7l =-。

12.答案：(1)暗条纹变宽
(2)
22
sin
2sin
n i d l
i
-
=
解析：(1)
7
7
7.9510m
=1.5
5.3010m
-
-
⨯
⨯
，光程差是半波长的奇数倍，所以P点是暗条纹处。

由
l
x
d
λ
∆=⋅可知，λ变大，Δx变大，条纹间距变宽。

(2)设折射角为r，折射定律sin
=
sin
i
n
r
；由几何关系l＝2d tan r
解得
22
sin
2sin
n i d l
i
-
=。