人教版2019选择性必修第一册 新教材同步 第二章 光 达标检测（教师版+学生版）

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第一章 机械振动本章达标检测(满分:100分；时间:90分钟)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.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列选项符合实际应用的是(　　)A.在光导纤维内传送图像是利用光的色散B.光学镜头上的增透膜是利用光的偏振C.观看立体电影时所戴的眼镜是利用光的偏振D.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射答案 C　解析 在光导纤维内传送图像是利用光的全反射,故A错误;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,故B错误;观看立体电影时所戴的眼镜是一对透振方向相互垂直的偏振片,故C正确;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射,故D错误。2.用图示实验装置演示光的偏振现象,光源O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示,下列说法正确的是(　　)A.光源发出的光是纵波B.偏振片Q起到检偏的作用C.光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直D.将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ将消失答案 B　解析 光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上,不能说明光源发出的光是纵波,A错误;光经偏振片P后就成为偏振光,又经与P平行的偏振片Q照到光屏上,所以偏振片Q起到检偏的作用,B正确;光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的,所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行,C错误;将偏振片P以光传播方向为轴转过45°,光束Ⅲ将会减弱,但不会消失,D错误。3.关于双缝干涉实验,下列说法正确的是(　　)A.用复色光投射就看不到条纹 B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹 D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大答案 B　解析 用复色光投射时同样能看到条纹,A错误;在双缝干涉实验中,明暗相间的条纹是两列光在屏上叠加形成的干涉条纹,B正确;由条纹间距公式Δx=ldλ知,把光屏前移或后移,改变了l,从而改变了条纹间距,但还可以看到明暗相间条纹,C错误;因为λ蓝<λ红,由条纹间距公式Δx=ldλ知,蓝光干涉条纹的间距比红光的小,D错误。4.如图所示,一束复色光从空气中射入水中,分成两束单色光a和b,则下列说法正确的是 (　　)A.在水中,a光的频率大于b光的频率B.在水中,a光的速度大于b光的速度C.在水中,a光的波长大于b光的波长D.若光从水中射向空气中,a光的临界角大于b光的临界角答案 A　解析 由图可知,a光的偏折程度大,则a光的折射率大,a光的频率大于b光的频率,A正确;a光的折射率大,由n=cv可知,a光在水中的速度小,B错误;a光在水中的速度小,频率大,由v=λf可知在水中a光的波长小于b光的波长,C错误;若光从水中射向空气中,由sin C=1n可知,a光的临界角小于b光的临界角,D错误。5.(2024湖北宜昌质检)一束激光以入射角i=30°照射液面,其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B,如图所示,如果反射光斑位置向左移动了2 cm,说明液面可能(　　)A.上升了3 cm　　B.上升了6 cmC.下降了2 cm D.下降了3 cm答案 A　解析 如图所示,光斑左移2 cm,则液面上升了h=12×2tan30° cm=3 cm,B、C、D错误,A正确。6.光纤在现代通信中有着巨大作用,如图所示,由透明材料制成的光纤纤芯折射率大于包层折射率,若纤芯的折射率为n1,包层材料的折射率为n2,则当光由纤芯射向包层时,发生全反射的临界角C满足sin C=n2n1。若光纤纤芯的横截面半径为a,并设光垂直于端面沿轴入射,为保证光信号一定能发生全反射,则在铺设光纤时,光纤轴线的转弯半径不能超过(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.n2an1-n2 B.n1an1-n2 C.(n1-1)an1-n2 D.(n2-1)an1-n2答案 A　解析 光线的临界态是光垂直端面从纤芯的轴线上入射时,在上表面发生全反射,光路如图所示,则sin C=RR+a,又sin C=n2n1,解得R=n2an1-n2,故A正确。7.如图所示,半径为12 cm的半圆形透明柱体与屏幕MN接触于B点,MN垂直于直径AB,一单色光a以入射角53°射向圆心O,反射光线b与折射光线c恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则下列说法正确的是(　　)A.柱体的折射率为54B.两个光斑之间的距离为20 cmC.增大光束a的入射角,可以在O点发生全反射D.光在柱体中的传播速度v=2.25×108 m/s答案 D　解析 由b、c两束光线垂直,可得折射角为37°,折射率n=sin53°sin37°=43,A错误;两个光斑之间的距离为Rtan 53°+Rtan 37°=25 cm,B错误;光由光疏介质进入光密介质,不会发生全反射,C错误;光在柱体中的传播速度v=cn=2.25×108 m/s,D正确。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.(2022山东卷)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点处一定是暗条纹答案 ACD　解析 根据干涉和衍射原理可知,选项A、D正确。遮住一条缝后是衍射现象,当缝宽度增大时,亮条纹宽度变小,选项B错误。根据Δx=ldλ可知,l增大,Δx增大,选项C正确。9.如图所示,一玻璃球体半径为R,O为球心,AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(　　)A.此玻璃的折射率为3B.光线从B到D需用时间3R3cC.该玻璃球的临界角应小于45°D.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象答案 AC　解析 如图所示,由几何知识知光从玻璃球射向空气的入射角i=∠ABD=30°,折射角r=2∠ABD=60°,则此玻璃的折射率为n=sinrsini=3,故A正确;由几何关系得,BD长度s=2Rcos 30°=3R,光在玻璃球内传播的速度v=cn,所以光线从B到D需用的时间为t=sv=3Rc,故B错误;由临界角公式可知sin C=1n=33<22,则临界角C<45°,故C正确;光线沿BM入射,入射角等于45°,所以若增大∠ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在DM段发生全反射现象,故D错误。10.如图所示,等边三角形AOB为透明柱状介质的横截面。一束单色光PQ平行于角平分线OM射向OA,在界面OA发生折射,折射光线平行于OB且恰好射到M点(不考虑反射光线)。则(　　)A.透明柱状介质对单色光PQ的折射率为3B.增大入射光PQ的频率,光在该介质中的传播速度不变C.保持入射点Q不变,减小入射角,一直有光线从AMB面射出D.保持入射光PQ的方向不变,增大入射光的频率,出射点将在M点下方答案 AD　解析 作出光路图如图所示,由几何知识可知,入射角为i=60°,折射角为r=30°,根据折射定律得n=sinisinr=sin60°sin30°=3,A正确;增大入射光PQ的频率,折射率增大,由v=cn知光在该介质中的传播速度减小,B错误;保持入射点Q不变,减小入射角,折射角随之减小,则折射光线射到AMB面上的入射角增大,当该入射角大于等于临界角时,将发生全反射,光线不能射出AMB面,C错误;保持入射光PQ的方向不变,增大入射光的频率,折射率增大,由n=sin θ1sin θ2知折射角减小,出射点将在M点下方,D正确。三、非选择题(本题共5小题,共54分。)11.(6分)在完成用双缝干涉测量光的波长实验时:(1)实验需测量的相邻条纹间距Δx指的是图中的　　　　。 (2)实验中,目镜中心刻线对齐第n条亮条纹中心和第(n+10)条亮条纹中心时,游标卡尺的示数分别如图甲和图乙所示,图甲中游标卡尺的读数为　　　　　　 mm。已知双缝间距d=0.4 mm,双缝到屏的距离l=1.0 m,所测单色光的波长为　　　　 nm。 答案 (1)C (2)8.70　630解析 (1)实验需测量的相邻条纹间距Δx指的是相邻亮条纹中心间的距离,即图中的C。(2)图甲中游标卡尺的读数为8 mm+35×0.02 mm=8.70 mm图乙中游标卡尺的读数为24 mm+23×0.02 mm=24.46 mm相邻条纹的间距为Δx=24.46-8.7010 mm=1.576 mm根据公式Δx=ldλ解得λ=630 nm。12.(9分)某同学在做测量玻璃的折射率实验时已经画好了部分图,如图甲所示。(1)作出光线在玻璃砖中和出射后光线的光路图,并标出玻璃砖中光线的折射角θ2。(2)经过多次测量作出sin θ1-sin θ2的图像如图乙所示,玻璃砖的折射率为　　　　(保留3位有效数字)。 (3)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则测出来的折射率　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (4)该同学突发奇想,用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行放置的,插针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图中右边的插针应该是　　　　。(选填选项前的字母) A.P3、P6 B.P3、P8C.P5、P6 D.P7、P8答案 (1)见解析图 (2)1.49 (3)偏小 (4)C解析 (1)光路及折射角如图所示。(2)根据n=sin θ1sin θ2可知,图像sin θ1-sin θ2的斜率等于折射率,由图像可知玻璃砖的折射率为n=10.67=1.49。(3)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画的偏左了一些,则P4、P3的连线与bb'的交点偏右,测得的折射角θ2偏大,则根据n=sin θ1sin θ2可知,测出来的折射率偏小。(4)根据折射定律画出的光路图如图所示根据光路图可知,经过P1、P2的光线经两块玻璃砖间的空隙处向下偏转,然后射入右侧玻璃砖后平行射出,所以在图中右边的插针应该是P5、P6,故选C。13.(10分)一块环形玻璃砖俯视图如图所示,其内圆半径为R,外圆半径为2R,光线a沿半径方向射入玻璃砖,光线b与光线a平行,两束光线之间的距离x=3R,光线b经折射后恰好与内圆相切,光在真空中的传播速度为c,不考虑光线反射,求:(1)光在该玻璃中的折射率n;(2)光线a、b在该玻璃砖(包括内圆)中传播的时间差Δt。答案 (1)3 (2)(4-23)Rc解析 (1)如图所示,根据几何关系得sin i=x2R,sin r=R2R根据折射率公式n=sinisinr代入数据解得n=3。(2)光线在该玻璃砖中传播的速度为v=cn=3c3光线b在该玻璃砖中传播的时间为tb=2·2Rcosrv=6Rc光线a在该玻璃砖中传播的时间为ta=2·Rv+2Rc=(2+23)Rc光线a、b在该玻璃砖中传播的时间差Δt=tb-ta=(4-23)Rc。14.(13分)如图所示,在一个足够大的水池中有一名潜水员在水面下E处潜泳,E离水面的距离为hDE=1 m,与岸边的水平距离为sDF=1.95 m,潜水员在E处恰好看不到离岸边sAB=4 m、高出岸边hPA=3 m的标志物P,岸边离水面的高度hBF=0.9 m(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,7≈2.6)。(1)求水的折射率;(2)若此时潜水员打开自身携带的一个点光源,同时竖直下潜,若要使水面上能出现一个最大的完整的圆形透光区域,则潜水员再下潜多大距离?(不考虑光的多次反射,结果保留3位有效数字)答案 (1)43 (2)0.69 m解析 (1)设光线PB射到水面上的点为O,光路图如图所示,设入射角为α,折射角为θ由几何关系得tan α=sABhPA=43得α=53°,sin α=45tan θ=sDOhDE=sDF-sOFhDE=sDF-hBFtanαhDE=34得θ=37°,sin θ=35由折射定律得n=sinαsinθ解得n=43。(2)设潜水员离水面深度为h,光在水面发生全反射的临界角为C,则sin C=1n=34则tan C=37h=sDFtanC=1.69 m则潜水员再下潜的距离Δh=h-hDE=1.69 m-1 m=0.69 m。15.(16分)某透明均匀介质的截面图如图所示,直角三角形的直角边BC与半圆形直径重合,∠ACB=30°,半圆形的半径为R,一束光线从E点射入介质,其延长线过半圆形的圆心O,且E、O两点间距离为R,已知光线在E点的折射角θ2=30°。(1)介质折射率为多少?(2)与射入介质前相比,光线射出介质后的偏转角是多少?(3)已知光速为c,求光在介质中传播的时间。答案 (1)3　(2)0°　(3)3Rc解析 (1)由题意可得OE=OC=R则△OEC为等腰三角形,即∠OEC=∠ACB=30°所以入射角θ1=60°,θ2=30°由折射定律得n=sin60°sin30°=3。(2)由几何关系可得∠OED=30°折射光平行于AB的方向,如图所示由题意可得OE=OD=R则△OED为等腰三角形,可得∠OED=∠ODE=30°由折射定律n=sin θ3sin30°=3得θ3=60°偏转角度为(60°-30°)-(60°-30°)=0°。(3)由公式n=cv得v=cn又d=Rcos 30°×2=3R所以t=dv=3Rc。