2023版新教材高中物理第四章光及其应用素养检测教科版选择性必修第一册

这是一份2023版新教材高中物理第四章光及其应用素养检测教科版选择性必修第一册，共11页。
第四章素养检测考试时间：75分钟，满分：100分一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．对如图所示的图样、示意图或实验装置图，下列判断正确的是(　　)　A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”B．乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度，它是光在被检测玻璃板的上下表面反射后叠加的结果C．丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上出现竖直干涉条纹2.有一种魔术道具称为“穿墙而过”．其结构是两片塑料偏振片卷起来，放进空心的透明圆筒内，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示．当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示，则(　　)A．该魔术说明光是横波B．该魔术对观众的观察角度有要求C．只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术D．该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求3.某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC射出，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为(　　)A．1.2　　　　　B．1.4　　　　　C．1.6　　　　　D．1.84.如图所示，一束复色光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法不正确的是(　　)A．玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象B．a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度大C．a光的频率比b光的频率大D．若保持复色光的方向不变仅将入射点上移，则a光最先消失5．如图甲所示，在盛有水的盆里倾斜放置一平面镜，调整镜子的角度，让一束太阳光照射到镜面上，并反射到天花板上，会观察到彩色的光带，示意图如图乙所示．以下说法正确的是 (　　)A.彩色的光带最左边是紫色 B．彩色的光带是光的反射产生的C．彩色的光带最左边是红色 D．彩色的光带是光的全反射产生的6．我国某企业正在全力研发“浸没式光刻”光刻机．原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示．若浸没液体的折射率为1.5，当不加液体时光刻胶的曝光波长为199 nm，则加上液体后，该曝光光波(　　)A.在液体中的传播频率变为原来的 eq \f(2,3)B．在液体中的传播速度变为原来的1.5倍C．在液体中的曝光波长约为133 nmD．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的 eq \f(2,3)7．如图所示为一半径是R的固定半圆柱形玻璃砖的横截面，O点为圆心，OO′为水平直径MN的垂线，足够大的光屏PQ水平且与MN间竖直距离为R，OO′延长线垂直PQ线，一束包含各种频率的复色光沿半径方向与OO′成θ＝30°角射向O点，已知复色光包含折射率从n1＝ eq \r(2)到n2＝ eq \r(3)的光束，因而光屏PQ上出现了彩色光带，下列说法中不正确的是 (　　)A.P、L两点间的距离为RB．折射率为n2的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角为60°C．彩色光带的宽度为( eq \r(3)－1)RD．当复色光入射角θ逐渐增大，光屏PQ上的彩色光带将变成一个光点，θ角至少为60°时会出现这种现象二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8.某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样．下列描述正确的是(　　)A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹9.关于如图所示的四幅图，以下说法正确的是(　　)A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度B．图乙是一束单色光进入足够长的平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出C．图丙中的M、N是偏振片，P是光屏．当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光度将明、暗交替变化，此现象表明光波是横波D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的10.我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示．这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，如图2所示．为了理解光晕现象，我们将问题简化为两维，如图3所示，θi表示冰晶上的入射角，θ2表示经过第一个界面的折射角，θ0表示光线离开晶体的折射角，θD表示入射光线和出射光线之间的偏转角．假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其他的反射、折射．若仔细观察光晕圈，能看到内外有不同颜色，分别为红色和蓝色．则以下说法中正确的是(　　)A．入射角θi越大，则偏转角θD越小B．入射角θi越大，则出射角θ0越小C．光晕圈内侧为红色，外侧为蓝色D．光晕圈内侧为蓝色，外侧为红色三、非选择题(本题共5小题，共54分)11．(6分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中，使用的双缝间距d＝0.20 mm.双缝到光屏的距离L＝600 mm，观察到的干涉条纹如图甲所示．(1)在测量头上的是一个螺旋测微器(又叫“千分尺”)，分划板上的中心刻线处于x1、x2位置时，对应的示数如图乙所示，则x1＝________ mm，x2＝________ mm；(2)相邻亮条纹的间距Δx＝________ mm；(3)计算单色光的波长的公式λ＝________；(用L、d、x1、x2表示)(4)代入数据计算单色光的波长λ＝________ m．(结果保留两位有效数字)12．(10分)在“测定玻璃的折射率”实验中：(1)为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是________．A．选择的入射角应尽量小些B．大头针应垂直地插在纸面上C．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离尽量小些(2)小红同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，她以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点，如图甲所示，她测得AB＝6 cm，CD ＝4 cm，则可求出玻璃的折射率n＝________．(3)小明在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖的宽度稍大些，如图乙所示，则他测得的折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”).(4)小明又设想用下面的方法测量液体的折射率：取一个半径为r的圆形软木塞，在它的圆心处垂直插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，如图丙所示．调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针．利用测得的数据可求出液体的折射率n′＝________．13．(10分)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面射入介质，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点的光线能否发生全反射．14.(12分)如图所示，ABC为一块立在水平地面上的玻璃砖，△ABC为一直角三角形，∠ABC＝90°，∠BAC＝60°，AB边长度l＝10 cm，AC垂直于地面放置．现在有一束单色光垂直于AC边从P点射入玻璃砖，已知PA＝ eq \f(l,4)，玻璃的折射率n＝ eq \f(5,4)，求：(1)该束光从BC面射出玻璃砖时折射角的正弦值；(2)该束光从AC面射出玻璃砖的位置距C点的距离．15．(16分)如图，一潜水员在距海岸A点45 m的B点竖直下潜，B点和灯塔之间停着一条长4 m的皮划艇．皮划艇右端距B点4 m，灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为α和β(sin α＝ eq \f(4,5)，sin β＝ eq \f(16,37))，水的折射率为 eq \f(4,3)，皮划艇高度可忽略．(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围．第四章素养检测1．答案：C解析：甲图是小孔衍射的图样，而“泊松亮斑”是圆板衍射，A错误；入射光经薄膜上表面反射后得到第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得到第二束光，并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光，B错误；丙图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是半波长的偶数倍，则P处是亮纹，C正确；丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上出现水平干涉条纹，D错误．2．答案：A解析：光的偏振现象说明光是横波，故A正确；任何角度的光都会发生偏振现象，故不同角度的观众看到的现象相同，故对观察角度无要求，故B错误；偏振片的特点为当偏振片偏振方向与偏振光的方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片偏振方向与偏振光的方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，且部分重合，自然光通过两片偏振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一道墙，一片偏振片无法完成实验，故C、D错误．3．答案：A解析：画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示．发生全反射的条件为sin θ＝ eq \f(1,n)，由几何关系知sin θ＝ eq \f(5,6)，联立解得n＝1.2，选项A正确．4．答案：B解析：玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象，A正确；由题图知，两种光射向气泡时，玻璃对a光的偏折程度较大，因此玻璃对a光的折射率较大，则a光的频率比b光的频率大，再根据v＝ eq \f(c,n)可知，a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小，故C正确，B错误；因玻璃对a光的折射率较大，由sin C＝ eq \f(1,n)知，a光的全反射临界角较小，若保持复色光的方向不变仅将入射点上移，则a光最先达到全反射的条件，从而a光最先消失，D正确．5．答案：A解析：红光的折射率较小，紫光的折射率最大，红光的偏折程度小于紫光，经第一次水面折射、反射和第二次水面折射后，彩色的光带最左边是紫色，故A项正确，C项错误；彩色的光带是光的折射现象产生的，故B、D项错误．6．答案：C解析：频率由光源决定，光由空气进入该液体中传播时，光波频率不变，故A错误；光在液体中的传播速度为v＝ eq \f(c,n)，解得v＝ eq \f(2,3)c，故B错误；加上液体时光刻胶的曝光波长为λ＝ eq \f(v,f)，不加液体时，有c＝λ0f联立代入数据可得λ≈133 nm，故C正确；由上分析可知，在液体中曝光光波的传播速度变为原来的 eq \f(2,3)，而传播距离不变，所以在液体中所需的时间变为原来的 eq \f(3,2)，故D错误．7．答案：D解析：折射率为n1＝ eq \r(2)的光射到L点，则n1＝ eq \f(sin β1,sin 30°)，解得β1＝45°，P、L两点间的距离PL＝R tan 45°＝R，选项A正确；根据n2＝ eq \f(sin β2,sin 30°)，可得折射率为n2的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角β2＝ 60°，选项B正确；彩色光带的宽度KL＝R tan 60°－R tan 45°＝( eq \r(3)－1)R，选项C正确；当复色光入射角θ逐渐增大，折射角β1和β2都将变大，光屏PQ上的彩色光带将变长，两种光的临界角分别满足sin C1＝ eq \f(1,\r(2))，sin C2＝ eq \f(1,\r(3))，即C1＝45°，C2C，将发生全反射，然后反射到BC面上E点，入射角为α＝30°，设折射角为β，由n＝ eq \f(sin β,sin α)，可得sin β＝ eq \f(5,8).(2)由几何知识可以得到AD＝ eq \f(l,2)＝5 cm即BD＝PF＝ eq \f(l,2)＝5 cm所以CF＝AC－PA－PF＝2l－ eq \f(l,4)－ eq \f(l,2)＝ eq \f(5l,4)＝12.5 cm.15．答案：(1)15 eq \r(7) m　(2) eq \f(16,3)～ eq \f(70,3) m解析：(1)设潜水员下潜深度为h，水的折射率为 eq \f(4,3)，海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，得sin θ＝ eq \f(1,n)，由几何关系可得sin θ＝ eq \f(AB,\r(AB2＋h2))，解得h＝15 eq \r(7) m.(2)设入射角为α的光线的折射角为α′，入射角为β的光线的折射角为β′，则 eq \f(sin α,sin α′)＝ eq \f(4,3)， eq \f(sin β,sin β′)＝ eq \f(4,3).根据几何关系可知sin α′＝ eq \f(4,\r(h eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) ＋42))，sin β′＝ eq \f(4＋4,\r(h eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) ＋（4＋4）2))，解得h1＝ eq \f(16,3) m，h2＝ eq \f(70,3) m.故潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围是 eq \f(16,3)～ eq \f(70,3) m.