高中物理选择性必修一达标检测卷4

第四章达标检测卷(考试时间：60分钟满分：100分)班级：________座号：________姓名：________分数：________一、选择题(1～7题为单选题，8～10题为多选题，每小题6分，共60分)1．对下列光学现象的认识，正确的是()A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象B．雨后天空中出现的彩虹是光的干涉现象C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高【答案】D【解析】阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，A错误；雨后天空中出现的彩虹是光的色散现象，B错误；用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，C错误；某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，D正确．2．a、b两种单色光以相同的入射角从空气中射入介质中时，如图所示，发现b的折射线更靠近法线，由此可判定()A．a比b更容易发生衍射现象B．当光从介质射向空气中，a、b要发生全反射的临界角分别为Ca、Cb，则Ca<CbC．在介质中b的速度较大D．单色光b的频率较低【答案】A【解析】如题图，由eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n可知b的折射率大于a的折射率．所以b的频率较大，a的频率较小，D错误；由于a的频率较小波长较大更容易发生衍射现象，A正确；由n＝eq\f(c,v)可知光在介质中的速度va>vb，C错误；由sinC＝eq\f(1,n)可知临界角Ca>Cb，B错误．3．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光的传导材料，来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”．以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的() 甲 乙 丙 丁A．图甲中，弯曲的水流可以导光B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象【答案】A【解析】图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误．4．如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是()A．红光 B．黄光C．蓝光 D．紫光【答案】D【解析】从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如图所示．当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有sinα＝eq\f(d,\r(h2＋d2))，sinβ＝eq\f(d,\r(H2＋d2))，n＝eq\r(\f(H2＋d2,h2＋d2))，由于紫光在水中的折射率最大，故水面上方的人看水中的紫光灯最浅．故选D．5．如图所示，直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜截面，且∠BAC＝30°，有一束平行光线垂直射向AC面，已知这种介质的折射率n>2，则()A．可能有光线垂直AB边射出B．光线只能从BC边垂直射出C．光线只能从AC边垂直射出D．一定既有光线垂直BC边射出，又有光线垂直AC边射出【答案】D【解析】因为n>2，而sinC＝eq\f(1,n)，所以sinC<eq\f(1,2)，C<30°，射到AB边的入射角i＝30°，发生了全反射，此光线反射到AC边的入射角i＝60°，再次发生全反射而垂直射到BC边上，从BC边射出．同理，射到BC边上的光线，经两次全反射后垂直AC射出．D正确，A、B、C错误．6．下列应用激光的事例中错误的是()A．利用激光进行长距离精确测量B．利用激光进行通信C．利用激光进行室内照明D．利用激光加工坚硬材料【答案】C【解析】激光的单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，故C错误．7．一束白光垂直于三棱镜的一个面入射发生色散，下列说法错误的是()A．棱镜对各色光的折射率不同B．红光比蓝光通过棱镜所用的时间短C．黄光比绿光偏转的角度小D．在棱镜中，速度较大的单色光偏转的角度也较大【答案】D【解析】红光在棱镜中传播速度较大，在棱镜中通过的距离也较短．8．有两种单色光以相同的入射角从空气进入水中，折射角分别为θ1、θ2，它们在水中传播相同的距离所用时间分别为t1、t2，则有()A．若t1>t2，则θ1>θ2B．若t1<t2，则θ1<θ2C．若t1>t2，则θ1<θ2D．若t1<t2，则θ1>θ2【答案】CD【解析】通过相同距离、时间长的速度小，则其折射率大，入射角相同时折射角就小．9．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示．他改变的实验条件可能是()A．减小光源到单缝的距离B．减小双缝之间的距离C．增大双缝到光屏之间的距离D．换用频率更高的单色光源【答案】BC【解析】根据Δx＝eq\f(l,d)λ知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离，增大光的波长(即降低光的频率)或增大双缝到屏的距离，故B、C正确，A、D错误．10．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的，如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是() 甲 乙A．在冰晶中，b光的传播速度较小B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小D．用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更宽【答案】AB【解析】由题图乙可知，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝eq\f(c,n)知b光的传播速度较小，A正确；由a光的折射率小于b光的折射率，可知a光的频率小于b光的频率，所以a光的波长大于b光的波长，根据Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光相邻条纹间距较大，B正确；a光的折射率较小，由临界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，a光的临界角较大，C错误；光的衍射中，波长越长，中央亮条纹越宽，故a光的中央亮条纹更宽，D错误．二、非选择题(本大题4小题，共40分)11．(8分)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，而且总使得液面与直径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________所对应的折射率的值大．(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率的值应为________．【答案】(1)eq\r(3)(2)P4(3)1【解析】(1)根据折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).(2)图中P4对应的入射角大于P3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处所对应的折射率为1.12．(10分)如图所示，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC；在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像______________，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3________________，P4______________________.记下P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45°.则该透光物质的折射率n＝______，并在图中画出正确完整的光路图．【答案】被P2的像挡住挡住P1、P2的像挡住P1、P2、P3的像eq\r(2)【解析】通过作图找出BC面上的反射点和AB面上的出射点，则由几何知识可得各角的大小，如图所示，则n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，其实验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故P1的像让P2的像挡住，P3挡住P1、P2的像，P4应挡住P3以及P1、P2的像．13．(10分)光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中的光速c＝3.0×108m/s)(1)求玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度．(2)当入射角变为45°时，折射角变为多大？(3)当入射角增大或减小时折射率是否发生变化？请说明理由．【答案】(1)eq\r(3)eq\r(3)×108m/s(2)arcsineq\f(\r(6),6)(3)折射率不变，理由见解析【解析】(1)根据题意可得光路图如图所示．由反射定律有θ3＝θ1＝60°，又θ3＋θ2＝90°，所以θ2＝90°－θ1＝30°.n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3×108,\r(3))m/s＝eq\r(3)×108m/s.(2)n＝eq\f(sinθ′1,sinθ′2)，sinθ′2＝eq\f(sin45°,\r(3))＝eq\f(\r(6),6)，θ′2＝arcsineq\f(\r(6),6).(3)介质的折射率取决于介质的光学性质和光的频率，与光的入射角和折射角无关，所以当入射角增大或减小时，折射率不变．14．(12分)如图，在注满水的游泳池的底部有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为eq\f(4,3).(1)求池内的水深；(结果保留1位小数)(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)．【答案】(1)2.6m(2)0.7m【解析】(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i.依题意，水的折射率n＝eq\f(4,3)，光线的折射角θ＝90°.由折射定律有nsini＝sinθ， ①由几何关系有sini＝eq\f(l,\r(l2＋h2))， ②式中，l＝3m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得h＝eq\r(7)m≈2.6m．③(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°.由折射定律有nsini′＝sinθ′， ④式中，i′是光线在水中的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sini′＝eq\f(a,\r(a2＋h2))，⑤x＋l＝a＋h′， ⑥式中h′＝2m．联立③④⑤⑥式得x＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3\r(\f(7,23))－1))m≈0.7m.课后篇巩固提升必备知识基础练1.(青海高二期末)在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为()A.r B.1.5r C.2r D.2.5r解析如图所示,玻璃的折射率为1.5,可得临界角小于45°。在CB面上,由于入射角等于零,所以折射角也是零,因此折射光线不发生偏折。在O点,由于入射角等于60°。所以会发生光的全反射,反射光线恰好垂直射出。因为ON等于r,故OA等于2r,由于∠MOA=∠AMO=30°,所以AM等于2r,故选C。答案C2.如图所示,某同学利用方格坐标纸测量半圆形玻璃砖的折射率,OA是画在纸上的直线,他在直线OA的适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针,按图所示放上玻璃砖,然后插上P3、P4大头针。(1)其中他确定P3大头针位置的方法应是

。

(2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)。请算出玻璃砖的折射率n=。

解析(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像,就可以确定P3在折射光线上。(2)如图所示,光从玻璃射入空气的入射角为θ1=∠BOC,折射角为θ2=∠DOE,根据光路可逆性和折射定律可得玻璃的折射率为n=sinθ2sinθ1,设半圆玻璃砖的半径为R,由几何知识可得sinθ1=BCR,sinθ2=DER,答案(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像(2)1.53.如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。(1)求介质的折射率;(2)折射光线中恰好射到M点的光线(选填“能”或“不能”)发生全反射。

解析(1)依题意画出光路图,如图甲所示。由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°,根据折射定律得n=sinisinr,代入数据解得(2)如图乙所示,可知θ=30°,所以不能发生全反射。答案(1)3(2)不能4.(河北邢台第二中学高二期末)如图所示为一半径为R的透明半球体过球心O的横截面,面上P点到直径MN间的垂直距离为d=22R。一细光束沿PO方向从P点入射,经过面MON恰好发生全反射。若此光束沿平行MN方向从P点入射,从圆上Q点出射,光在真空中的传播速度为c(1)透明半球体的折射率n;(2)沿MN方向从P点入射的光在透明半球体中的传播时间t。解析(1)设透明半球体的临界角为C,光路如图所示,则由几何关系有sin(90°-C)=d又有sinC=1解得C=45°n=2(2)由题意得光在P点的入射角i=45°设对应的折射角为r,则sini解得r=30°光在透明半球体中的传播距离L=2Rcosr光在透明半球体中的传播时间t=L光在透明半球体中的传播速度v=c联立解得t=6答案(1)2(2)6关键能力提升练5.半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO'的截面如图所示。位于截面所在的平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。解析当光线在O点的入射角为i0时,设折射角为r0,由折射定律得sini0设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得sinr0=RdA若折射光线恰好发生全反射,则在B点的入射角恰好为临界角C,设B点与左端面的距离为dB,由折射定律得sinC=1n③由几何关系得sinC=dBd设A、B两点间的距离为d,可得d=dB-dA⑤联立①②③④⑤式得d=1n2-1−答案1n2-6.横截面为矩形的玻璃棒被弯成如图所示的形状,一束平行光垂直地射入水平表面A上,要使通过表面A射入的光全部从表面B射出,比值Rd最小是多少?(玻璃的折射率n=1.解析如图所示的光路中,从玻璃棒的A端面入射的光线,可分为左、中、右,其中最右边的一条光线,最难发生全反射,设其入射角为∠1,只有当∠1≥arcsin1n时,才发生全反射,根据几何关系知sin∠1=R依题意有RR+d≥1n。将n=1.5答案27.(山东高二期末)如图所示,半径为R的半球形玻璃砖放置在水平面上,折射率为n=53,圆心为O点,半球形的最高点为Q点。在玻璃砖内紧贴底面的P点放置一点光源,P点距O点的距离为22R。已知sin37°=35,cos37°(1)P点发出的光经过Q点折射射出,求出射角的正弦值sinθ;(2)P点沿垂直底面方向发出的