教科版物理选修3-4第五、六章光的波动性和相对论单元测试题

第五、六章 光的波动性和相对论测试题 (90分钟100分)一、选择题(本大题共8小题,每小题6分,共48分)1.下列说法正确的是()A.麦克斯韦预言了电磁波,且首次用实验证实了电磁波的存在B.红外线是一种频率比紫外线还高的电磁波C.在干燥环境下,用塑料梳子梳理头发后,来回抖动梳子能产生电磁波D.“和谐号”动车组高速行驶时,在地面上测得的其车厢长度明显变短【解析】选C。麦克斯韦建立了电磁场理论,预言了电磁波的存在,赫兹用实验证实电磁波存在,故A错误;红外线是一种频率比紫外线还低的电磁波,故B错误;在干燥的环境中,用塑料梳子梳理头发后,摩擦起电,来回抖动梳子,形成变化的电流,产生变化的磁场,从而产生电磁波,故C正确;动车组虽高速行驶,但速度远达不到光速,则不会出现车厢长度明显变短的现象,故D错误。2.如图所示,长方形玻璃abcd的折射率为n=1.55,在靠近ab面的一侧固定一枚大头针P,用眼睛在另外三个侧面分别观察大头针P的像,下列说法中正确的是()A.在ad面一侧偏下的位置可以看到P的像B.在bc面一侧偏上的位置看不到P的像C.在cd面一侧偏右的位置可以看到P的像D.在以上的三个位置都可以看到P的像【解析】选C。作出从ad面一侧射出的光线如图,当入射角i1接近90时,折射角r最大,r的最大值满足sinr=sin90n=11.5522,所以r45,设临界角为C,则sinC=1n=11.5522,所以C45,故光线射到ad面上将发生全反射,因此在ad面一侧偏下的位置不能看到P的像,A错误;同理,在bc面一侧偏上的位置也不能看到P的像,B错误;作出从cd面一侧射出的光线如图,则知在cd面一侧偏右的位置可以看到P的像,C正确、D错误。故选C。3.如图所示,让灯光通过偏振片P,在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q,转动Q观察通过两块偏振片的透射光;当透射的光线最强时,记录P、Q放置的位置关系,如果在这一位置处将P转动90,在Q的另一侧观察到的现象是()A.射出光线的强度保持不变B.有光线射出,强度变弱C.有光线射出,强度变强D.无光线射出【解析】选D。当P、Q的透光方向相同时,透过的光线最强,当P、Q的透光方向垂直时,光线不能透过两个偏振片。透射光最强时,P、Q的透光方向相同,P转动90,P、Q的透光方向垂直,无光线透过偏振片Q,D正确。4.(多选)一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后,出射光分成a、b两束,如图所示,则a、b两束光()A.垂直穿过同一块平板玻璃,a光所用的时间比b光长B.从同种介质射入真空发生全反射时,a光临界角比b光的小C.分别通过同一双缝干涉装置,b光形成的相邻亮条纹间距小D.若照射同一金属都能发生光电效应,b光照射时逸出的光电子最大初动能大【解题指南】解答本题时应从以下四点进行分析:(1)根据折射率的大小判断光的速度大小。(2)根据公式sinC=1n分析临界角的大小。(3)理解频率、波长与相邻亮条纹间距的关系。(4)根据公式E=h分析光电子初动能的大小。【解析】选A、B。由光路图可知,a光折射率更大一些,所以在介质中的速度更小一些,A对;又因为sinC=1n,B对;折射率越大说明频率越大,波长越小,故b光波长大,相邻亮条纹间距大,C错;由E=h可知,频率越大能量越大,对应的光电子初动能越大,D错。5.如图所示的4幅明暗相间的条纹,分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)。则在下面的四幅图中从左到右排列,亮条纹的颜色依次是()A.红紫蓝黄B.红黄蓝紫C.蓝紫红黄D.蓝黄红紫【解析】选A。双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故第一幅和第三幅图是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距x=可知波长越大,x越大,第一幅图是红光双缝干涉图样,第三幅图是蓝光双缝干涉图样;单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,而黄光的波长比紫光的波长长,故第二幅图为紫光的单缝衍射图样,第四幅图为黄光单缝衍射图样。故选A。【补偿训练】(多选)如图甲、乙所示是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样,图中阴影部分表示亮条纹,下列判断正确的是()A.甲为单缝衍射的图样B.乙为双缝干涉的图样C.甲为双缝干涉的图样D.乙为单缝衍射的图样【解析】选A、B。甲图中央条纹最宽,两侧条纹间距对称且逐渐变小,是单缝衍射的特点,A正确;乙图条纹宽度几乎不变,是双缝干涉图样,B正确。6.在狭义相对论中,下列说法正确的有()A.一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速B.质量、长度的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态无关C.时间的测量结果与物体相对观察者的运动状态无关D.在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,在其他一切惯性系中观测也是同时发生的【解析】选A。由狭义相对论原理知:一切运动物体相对于观察者的速度都不能大于真空中的光速,A正确;质量、长度和时间的测量结果都与物体相对观察者的相对运动状态有关,在某一惯性系中发生于同一时刻、不同地点的两个事件,在其他惯性系中观测可能是不同时发生的,故B、C、D错误。7.如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为a、b,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则()A.anbB.ab,nanbC.ab,nab,nanb【解析】选B。由题图可知,b光偏折大,折射率大,频率大,波长小,故选B。8.火箭以35c的速度飞离地球,在火箭上向地球发射一束高能粒子,粒子相对地球的速度为45c,其运动方向与火箭的运动方向相反。则粒子相对火箭的速度大小为()A.75cB.15cC.3537cD.513c【解析】选C。由u=v+u1+vuc2得-45c=35c+u1+3u5c,解得u=-3537c,负号说明与v方向相反。二、实验题(本大题共2小题,共15分)9.(6分)在双缝干涉实验中,要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽,可采取以下措施:(1)_ _。(2)_ 。(3)_ 。为测量红光的波长,现测得屏上6条亮条纹间的距离为7.5mm,已知双缝间的距离为0.5mm,双缝到屏幕的距离为1m,则此红光波长为_。【解析】在双缝干涉实验中,根据公式y=可知,要使屏上单色光的干涉条纹之间的距离变宽,可以采取的措施是(1)使用波长较长的单色光。(2)增加双缝到光屏间的距离或选用较长的遮光筒。(3)减小双缝之间的距离。根据测量值,计算相邻条纹间的距离:y=an-1=7.55mm=1.5mm再代入公式求得该红光的波长为=y=7.510-7m。答案:(1)使用波长较长的单色光(2)增加双缝到光屏间的距离或选用较长的遮光筒(3)减小双缝之间的距离7.510-7m10.(9分)利用双缝干涉测定单色光波长,某同学在做该实验时,第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲),游标卡尺的示数如图丙所示,第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙),游标卡尺的示数如图丁所示,已知双缝间距为0.5mm,从双缝到屏的距离为1m,则图丙中游标卡尺的示数为_mm,图丁游标卡尺的示数为_mm。在实验中,所测单色光的波长为_m。在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片,那么在光屏上将_(选填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹。【解析】根据游标卡尺的原理,可读出图丙的示数为11.4mm,图丁的示数是16.8mm。y=16.8-11.44mm=1.35mm。又根据y=,则=6.7510-7m。当在双缝上各有一个红色和绿色滤光片时,不满足干涉条件,故不能看到明暗相间的条纹。答案:11.416.86.7510-7不能三、计算题(本大题共4小题,共37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)11.(8分)如图为某双缝干涉的实验装置,当用波长为0.4m的紫光做实验时,由于像屏大小有限,屏上除中央亮条纹外,两侧只看到各有3条亮条纹,若换用波长为0.6m的橙光做实验,那么该像屏上除中央条纹外,两侧各有几条亮条纹?【解析】设用波长为0.4m的光入射,条纹宽度为x1,则x1=1,屏上两侧各有3条亮纹,则屏上第三条亮纹到中心距离为3x1。(2分)用0.6m的光入射,设条纹宽度为x2,则x2=2,设此时屏上有x条亮纹,则有xx2=3x1(2分)所以x2=31(2分)代入数据解得x=2,所以两侧各有2条亮纹。(2分)答案:2条12.(9分)如图所示,在真空中波长为600nm的激光束从A点射入圆形玻璃介质。(1)试证明:无论入射角多大,该激光束都能从玻璃中射出。(2)若该激光束经折射从B点射出,射出玻璃与射入玻璃的光线夹角为30,AB弧所对的圆心角为120,求该激光束在玻璃中的波长。【解析】(1)证明:设从A点入射的入射角为1,折射角为2,根据对称性,出射时的入射角也为2,sin1sin2=n,(2分)sin2=1nsin11n,所以2C,(2分)即无论入射角多大,该激光束都能从玻璃中射出。(2)由几何关系得:激光进入玻璃时,入射角1=45,折射角2=30。(1分)根据折射定律:sin1sin2=n,得n=2。(2分)激光在玻璃中的波长=0n=3002nm。(2分)答案:(1)见解析(2)3002nm13.(10分)设想地球上有一观察者测得一宇宙飞船以0.60c的速率向东飞行,5.0s后该飞船将与一个以0.80c的速率向西飞行的彗星相碰撞,试问:(1)飞船中的人测得彗星将以多大的速率向飞船运动?(2)从飞船中的时钟来看,还有多少时间允许它离开航线以避免与彗星碰撞?【解析】(1)这是一个相对论速度变换问题。取地球为S系,飞船为S系,向西为正向,则S系相对S系的速度v=0.60c,彗星相对S系的速度ux=0.80c,(2分)由速度变换可得ux=ux+v1+vuxc2=0.946c即彗星以0.946c的速率向飞船靠近。(3分)(2)由时间间隔的相对性有t=t1-(vc)2=5.0s(3分)解得t=4.0s(2分)答案:(1)0.946c(2)4.0s14.(10分)用氦氖激光器发出的红光进行双缝干涉实验,已知使用的双缝间距离d=0.1mm,双缝到屏的距离L=6.0m,测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm。(1)氦氖激光器发出的红光的波长是多少?(2)如