2023版新教材高中物理第四章光及其应用核心素养提升教科版选择性必修第一册 试卷

这是一份2023版新教材高中物理第四章光及其应用核心素养提升教科版选择性必修第一册，共6页。

第四章 核心素养提升　提能力1.现在很多公路上所画的行车线和交通指示标志都使用了能将光“逆向反射”的反光膜，从而使得在夜间行车没有路灯的情况下，能看清道路和交通标志，如图甲所示．这种反光膜的结构如图乙所示，它是由透明保护层1、单层排列的玻璃微珠2、反射层3、胶合层4等组成．当有光照射到这些玻璃微珠上时，经折射后射到其后面的反射面上，然后沿原入射方向被反向射回．若玻璃微珠是半径为R的小球，为保证一束平行光照射到这样的交通标志上能有足够强度的光被“反向射回”，要求入射光与“反向射回”的光之间的距离应小于 eq \r(3)R，则制作玻璃微球材料的折射率应满足什么条件？2.测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法．如图所示，ABDEC为某种宝石的截面图，∠ACE＝∠BDE＝∠CED＝90°，现使一束红光以入射角i＝60°射到AC边上某点，在CE边中点M发生全反射，并从ED边上N点折射出去，其中CE＝4 eq \r(3) mm，EN＝2 mm，真空中光速c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)A．该宝石的折射率n＝ eq \f(2\r(3),3)B．红光从入射到从N点射出经历的时间为 eq \f(8\r(3),3)×10－11 sC．调整红光的入射角i，可使光线在ED边上发生全反射D．换成蓝光进行鉴定，光线有可能在ED边上发生全反射3.微棱镜增亮膜能有效提升LCD(液晶显示屏)亮度．其工作原理截面图如图甲所示，从面光源发出的光线通过棱镜膜后，部分会定向出射到LCD上，部分会经过全反射返回到光源进行再利用．如图乙所示，等腰直角三角形ABC为一微棱镜的横截面，∠A＝90°，AB＝AC＝4a，紧贴BC边上的P点放一点光源，BP＝ eq \f(1,4)BC.已知微棱镜材料的折射率n＝ eq \f(5,3)，sin 37°＝0.6，只研究从P点发出的照射到AB边上的光线．(1)某一光线从AB边出射时，方向恰好垂直于BC边，求该光线在微棱镜内的入射角的正弦值；(2)某一部分光线可以依次在AB、AC两界面均发生全反射，再返回到BC边，求该部分光线在AB边上的照射区域长度．4.如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81 cm，该大灯结构的简化图如图乙所示．现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射入透镜，已知透镜直径远小于大灯离地面高度，lAC＝ eq \f(1,4)lAB，半球透镜的折射率为 eq \r(2)，tan 15°≈0.27，求这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离．5.用玻璃三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在三棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住．接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3本身和P1、P2的像，在白纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示．(1)在图上画出所需的光路；(2)为了测出玻璃三棱镜的折射率，将需要测量的量在图上标出；(3)计算折射率的公式是n＝________．6．劳埃德曾提出一种更简单的观察干涉的装置．如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹．单缝S通过平面镜成的像是S′.(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致，如果将S视为其中的一个缝，则________相当于另一个缝．(2)实验中已知单缝S到平面镜的竖直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝________m(结果保留1位有效数字).(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻亮条纹之间的距离________．A．将平面镜稍向上移动一些B．将平面镜稍向右移动一些C．将光屏稍向右移动一些D．将光源由红色光改为绿色光(4)实验表明，光从光疏介质射向光密介质在界面发生反射，在入射角接近90°时，反射光与入射光相比，相位有π的变化，称为“半波损失”，如果把光屏向左移动到和平面镜接触，接触点P处是________(填“亮条纹”或“暗条纹”).核心素养提升1．答案：n≥ eq \r(3)解析：依题意画出光路，如图所示．入射光与“反向射回”的光之间的距离等于 eq \r(3)R时，由几何关系可知AC＝ eq \f(\r(3)R,2)，i＝θ＝2r.又因sin θ＝ eq \f(AC,R)＝ eq \f(\r(3),2).所以i＝60°，r＝30°.根据折射定律可知，玻璃材料的折射率为n＝ eq \f(sin i,sin r)＝ eq \r(3)，即玻璃材料的所射率应满足n≥ eq \r(3).2．答案：B解析：作出光路图如图所示，设光线在AC边的折射角为r.由几何关系可知∠EMN＝r，故tan r＝ eq \f(EN,EM)＝ eq \f(2 mm,2\r(3) mm)＝ eq \f(\r(3),3)，所以r＝30°，该宝石的折射率n＝ eq \f(sin i,sin r)＝ eq \r(3)，故A错误；根据光的传播规律可得，红光在该宝石中的传播速度v＝ eq \f(c,n)＝ eq \r(3)×108 m/s，由几何关系可知，红光在该宝石中通过的路程s＝PM＋MN＝4 mm＋4 mm＝8×10－3 m，可得红光在该宝石中传播的时间t＝ eq \f(s,v)＝ eq \f(8×10－3,\r(3)×108) s＝ eq \f(8\r(3),3)×10－11 s，故B正确；根据以上分析可知，在P点的折射角等于在ED边上的入射角，根据光路可逆性原理可知，一定不会在ED边上发生全反射，且在ED边的折射角等于入射角i，故C、D错误．3．答案：(1) eq \f(3\r(2),10)　(2) eq \f(7,12)a解析：(1)由题意知，出射角i＝45°，由折射定律得n＝ eq \f(sin i,sin r)，解得sin r＝ eq \f(sin i,n)＝ eq \f(3\r(2),10).(2)根据sin C＝ eq \f(1,n)可得，发生全反射的临界角C＝arcsin  eq \f(1,n)＝37°.设光线刚好在AB边上M点发生全反射，光路如图中粗实线所示，入射角α＝37°，由几何关系知，反射到AC边的入射角α′＝53°>C，光线能够在AC边发生全反射，过P点作AB的垂线与AB交于Q点，由几何关系知PQ＝a，QM＝a tan 37°＝ eq \f(3,4)a.设光线刚好在AC边上发生全反射，光路如图中细实线所示，在AC边的入射角β′＝37°，由几何关系知，在AB边的入射角β＝53°>C，光线能够在AB边发生全反射，设反射点为N，在△PNQ中，由几何关系知QN＝atan 53°＝ eq \f(4,3)a.综上所述，符合要求的区域长度MN＝ eq \f(4,3)a－ eq \f(3,4)a＝ eq \f(7,12)a.4．答案：300 cm解析：如图所示，设光线从C点水平射向半球透镜时的入射角为α，经半球透镜折射后的出射光线与水平面成β角，依题意有sin α＝ eq \f(\f(1,4)lAB,\f(1,2)lAB)＝ eq \f(1,2)，根据折射定律有n＝ eq \f(sin （α＋β）,sin α)，设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x，根据几何关系有tan β＝ eq \f(h,x)，联立得x＝300 cm.5．答案：见解析解析：(1)如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线，交AB面于O′.连接OO′，则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线．(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2，并画出虚线部分．方法1：用量角器量出θ1和θ2.方法2：用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度．方法3：以入射点O为圆心，以适当长R为半径画圆，交入射光线于I，交折射光线(或折射光线的延长线)于J，过I、J两点分别向法线NN′作垂线交法线于I′、J′两点．用直尺量出II′和JJ′的长度．(3)方法1：n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2).方法2：因为sin θ1＝ eq \f(EF,OE)，sin θ2＝ eq \f(GH,OG)，则n＝ eq \f(\f(EF,OE),\f(GH,OG))＝ eq \f(EF·OG,OE·GH).方法3：因为sin θ1＝ eq \f(II′,R)，sin θ2＝ eq \f(JJ′,R)，则n＝ eq \f(II′,JJ′).6．答案：(1)S′　(2)6×10－7　(3)AC　(4)暗条纹解析：(1)如果S被视为其中的一个缝，则S′相当于另一个缝．(2)第3个亮条纹中心到第12个亮条纹中心的间距为22.78 mm，则相邻亮条纹间距为Δx＝ eq \f(22.78×10－3,12－3) m≈2.53×10－3 m，等效双缝间的距离为d＝2h＝0.30 mm＝3.0×10－4 m，根据双缝干涉条纹间距得Δx＝ eq \f(D,d)λ，可得λ＝ eq \f(dΔx,D)＝ eq \f(3.0×10－4×2.53×10－3,1.2) m≈6×10－7 m.(3)根据双缝干涉条纹间距Δx＝ eq \f(D,d)λ可知，增大D、减小d、增大波长λ能够增大光屏上相邻亮条纹之间的距离，A、C正确，B、D错误．(4)如果把光屏移动到和平面镜接触，入射角接近90°时有半波损失，根据干涉规律可知，接触点P处是暗条纹情境1“逆向反射”的反光膜——模型建构、科学思维情境2宝石鉴定——模型建构、科学思维情境3微棱镜增亮膜——综合素养情境4汽车大灯——模型建构、科学思维情境5实验创新——实验探究、科学思维