第5章 光的干涉、衍射和偏振 单元过关检测(四)-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用课件(鲁科版)

单元过关检测(四) (分值：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，只有一项符合题目要求。 1．下列说法错误的是(　　) A．太阳光不显示出偏振性，月光显示出偏振性 B．激光切割金属利用了激光相干性好的特点 C．医学上用“彩超”测量血液的流速，是多普勒效应的应用 D．操场上的喇叭正在播放歌曲，当走到离操场不远的教学楼后面时，你不但会发现听到的歌声变弱，而且还能感受到歌曲高音部分减弱得更明显 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 14 9 15 单元过关检测 解析：太阳光是自然光，不显示出偏振性，月光是反射的太阳光，它显示出偏振性，故A正确，不符合题意； 激光切割金属利用了激光亮度高、能量大的特点，故B错误，符合题意； 彩超测量血液的流速是医生利用仪器向人体内发射频率已知的超声波，超声波被血管中的血流反射后又被仪器接收，测出反射波的频率变化，就能知道血流的速度，故C正确，不符合题意； 高频声波波长较短，发生衍射现象没有低频声波明显，故在教学楼后面听到的歌曲更多是低频声波，高频声波(高音部分)衰减得更明显，故D正确，不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 14 9 15 单元过关检测 2.光热转换是将太阳能转换成其他物质内能的过程，太阳能热水器就是一种光热转换装置，它的主要转换器件是真空玻璃管，这些玻璃管将太阳能转换成水的内能。如图所示，真空玻璃管上采用镀膜技术增加透射光，使尽可能多的太阳能转换成热能，这种镀膜技术的物理依据是(　　) A．光的干涉　　　　　　 B．光的衍射 C．光的偏振 D．光的全反射 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 解析：真空玻璃管上采用镀膜技术，利用的是光从镀膜的前、后表面的反射光的相互叠加，从而增大光的强度，该技术对镀膜的厚度有要求，故该技术运用了光的干涉(薄膜干涉)原理，故A符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 4．如图所示，一束激光照向光屏P，留下光斑S1。保持激光方向不变，在屏前放一块与P平行的玻璃砖，发现光斑移到S2处。若改用相同材料但宽ab更小的玻璃砖，则(　　) A．光斑移到S2右侧 B．光斑移到S1左侧 C．光斑移到S1与S2之间 D．光屏上没有光斑出现 √ 解析：由于光的折射，出射光线向右平移，如题图所示。若改用相同材料但宽ab更小的玻璃砖，光线平移的距离减小，则光斑移到S1与S2之间。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 6．如图所示的是指纹识别原理图，其原理是利用光学棱镜的全反射特性，在指纹谷线(凹部)，入射光在棱镜界面发生全反射，在指纹脊线(凸部)，入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，这样，在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33，透明玻璃的折射率约为1.5。下列说法正确的是(　　) A．指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线 B．指纹模块接收光线较暗的部位是干涉减弱的地方 C．没有手指放入时，若光源正常发光，则指纹模块会接收到全暗图像 D．手指湿润时，指纹识别率低，是因为光在棱镜界面不能发生全反射 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 解析：在指纹凸部(脊线)，入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，指纹模块接收到光线较暗，并不是因为干涉而光线较暗；在指纹凹部(谷线)，入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块接收到光线较亮，因此指纹模块接收光线较暗的部位是指纹脊线，较亮的部位是指纹谷线，A正确，B错误。 没有手指放入时，若光源正常发光，则入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块上会接收到全亮图像，C错误。 因透明玻璃的折射率大于水的折射率，因此手指湿润时，棱镜界面仍然有部分光能发生全反射，也可能有部分光无法发生全反射，使得指纹识别率低，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 7．以下关于光学现象的说法正确的是(　　) A．图甲中潜水员认为水面以上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，这是全反射现象 B．图乙中心的亮斑被称为“泊松亮斑”，圆孔越小衍射越明显 C．图丙是竖直金属环肥皂膜的干涉条纹照片，在白光下是水平的彩色条纹 D．图丁中水里的气泡看上去特别明亮，是因为光的折射 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 解析：题图甲中潜水员认为水面以上所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，这是折射现象，故A错误； 题图乙中心的亮斑被称为“泊松亮斑”，属于圆盘衍射，圆盘的尺寸与入射光波长越接近时衍射越明显，故B错误； 题图丙是竖直金属环肥皂膜的干涉条纹照片，在白光下是水平的彩色条纹，故C正确； 题图丁中水里的气泡看上去特别明亮，是因为光的全反射，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 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，有多项符合题意，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选的得0分。 8．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿暗相间的条纹，相邻两条绿条纹中心间的距离为Δy。下列说法正确的是(　　) A．如果增大单缝到双缝之间的距离，Δy将增大 B．如果增大双缝之间的距离，Δy将增大 C.如果增大双缝到光屏的距离，Δy将增大 D．如果换成红光做实验，实验装置不变，Δy将增大 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 如果增大双缝之间的距离d，Δy将减小，故B错误； 如果增大双缝到光屏的距离l，Δy将增大，故C正确； 如果换成红光做实验，实验装置不变，λ变长，Δy将增大，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 9．夏季常出现如图甲所示的日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙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，比较a、b两种单色光，下列说法正确的是(　　) A．a光的频率比b光的大 B．在冰晶中，b光的波长比a光的长 C．在同种条件下，a光比b光的衍射现象更明显 D．a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的大 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．(6分)某同学在做“插针法测玻璃砖的折射率”的实验中，用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路，O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度h＝15.0 mm，A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离s＝5.0 mm。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (1)玻璃砖的折射率为________。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (2)用另一块材料相同，但上、下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失，则此玻璃砖上下表面的夹角为________。 15° 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 12．(9分)在实验室用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (1)为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δy，而是先测量n个条纹的间距再求出Δy。下列实验采用了类似方法的有________。 A．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量 B．“用单摆测重力加速度”实验中单摆周期的测量 C．“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中弹簧形变量的测量 B 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 解析：先测量n个条纹的间距再求出Δy，采用的是放大测量取平均值。“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量，属于等效替代法，故A错误； “用单摆测重力加速度”实验中单摆周期的测量，属于放大测量取平均值，故B正确； “探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中弹簧形变量的测量，属于多次测量取平均值，故C错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为L，如图乙所示，测得第1条亮条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为y，则单色光的波长λ＝________。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (3)下列关于实验过程中的若干现象的表述正确的有________。 A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 B．将光源向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 C．实验装置中，器材B的作用是使射向单缝的光更集中 D．去掉滤光片后，干涉现象消失 AC 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 将光源向双缝移动一小段距离后，不影响L与d，故干涉条纹间距不变，故B错误； 器材B为凸透镜，具有会聚光线的作用，使光线更集中，故C正确； 去掉滤光片后，得到的是白光的干涉条纹，即彩色干涉条纹，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 13.(12分)如图所示，在双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P到S1、S2的距离之差为2.1 μm，现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验。 (1)若A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m，则P点是亮条纹还是暗条纹？ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 解析：由于光从一种介质进入另一种介质中频率不变， 故λA＝nλ1＝6×10－7m 根据PS2－PS1＝kλA 求得k＝3.5，故P点出现暗条纹。 答案：暗条纹　 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (2)若B光在某介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，则P点是亮条纹还是暗条纹？(sin 37°＝0.6) 答案：亮条纹 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 14 9 15 单元过关检测 (1)玻璃砖的折射率； 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 14 9 15 单元过关检测 (2)光在玻璃砖中的传播时间。 答案：5.93×10－9 s 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 14 9 15 单元过关检测 15.(14分)如图所示，半径为R的半圆形玻璃砖直立在竖直面内，O为圆心，平面MN与地面垂直，P是圆弧面上的一点，MP弧所对的圆心角为60°，一束单色光竖直向下从P点射入玻璃砖，折射光线刚好射到N点。 (1)求玻璃砖对光的折射率n。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 (2)若光线沿PO射入玻璃砖，从MN边射出后照射在地面上的位置Q，Q离N点的距离为多少？ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 12 13 9 15 14 单元过关检测 3．一圆柱形透明介质放在水平地面上，其横截面如图所示，O点为圆心，直径BC竖直，右侧半圆面镀银。一光线从A点水平向右射入介质，光线在A点的入射角θ＝60°，在镀银处发生一次反射后射出介质，且射出时光线水平向左，则该介质的折射率为(　　) A． eq \r(2) B． eq \r(3) C．2 eq \r(3) D．2 eq \r(2) 解析：由于只发生一次反射，根据对称性可知光路图如图所示，由几何关系可得α＝ eq \f(1,2) θ＝30°，由折射率公式可知n＝ eq \f(sin θ,sin α) ＝ eq \r(3) ，故B符合题意。 5.内径为 eq \r(2) r、外径为2r的透明介质半球壳的折射率n＝2，如图所示为其截面示意图。现将点光源放在P处，P点在O点正上方内壳上，光射向外壳经过折射后射出球壳(不考虑光的反射)，已知光在真空中的传播速度为c，则介质球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长为(　　) A． eq \f(πr,3) B． eq \f(\r(2)πr,3) C． eq \f(πr,6) D． eq \f(\r(2)πr,6) 解析：光从介质中射向真空，发生全反射的临界角C满足sin C＝ eq \f(1,n) ，解得C＝30°，光源放于P点处，假设其射出的光线在Q点恰好发生全反射，如图所示，则在三角形OPQ中，根据正弦定理有 eq \f(2r,sin ∠OPQ) ＝ eq \f(\r(2)r,sin 30°) ，解得∠OPQ＝135°， 则∠POQ＝15°， 根据对称性可知若点光源放于P点处，则介质球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长l＝ eq \f(2×15°,360°) ×2π×2r＝ eq \f(πr,3) 。 解析：由Δy＝ eq \f(l,d) λ知，Δy与单缝到双缝之间的距离无关，故A错误； 解析：由光路图可知，b光偏离原光路的程度更大，故b光的折射率更大，即na＜nb，则a光的频率比b光的小，根据v＝ eq \f(c,n) ，λ＝ eq \f(v,f) 可知，在冰晶中，有va＞vb，fa＜fb，则有λa＞λb，故A、B错误； 由于b光的频率更高，波长更短，在同种条件下，a光比b光的衍射现象更明显，故C正确； 由sin C＝ eq \f(1,n) ，可知Ca＞Cb，即a光的临界角比b光的大，故D正确。 10．如图所示，ABC是某三棱镜的横截面，∠B＝30°，∠C＝90°，直角边AC＝2L，一平行于BC的单色光从斜边上的D点射入棱镜，经棱镜两次折射后，从AC边的中点E射出，出射光线与AC边的夹角θ＝30°。已知该单色光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是(　　) A．D点到A点的距离为L B．单色光在D点的折射角γ＝30° C．三棱镜对该单色光的折射率为 eq \r(2) D．该单色光从D点传播到E点的时间为 eq \f(\r(3)L,c) 解析：作出光路图如图所示，入射光平行于BC边，因此入射角i＝60°，在AC边上，折射角β＝90°－θ＝60°，由几何关系知，在棱镜内两折射角的角度关系为γ＋α＝180°－(180°－∠A)＝∠A＝60°，根据折射定律有n＝ eq \f(sin i,sin γ) ＝ eq \f(sin β,sin α) ，联立解得γ＝α＝30°，n＝ eq \r(3) ，由几何关系可知，三角形ADE是等边三角形，则AD＝AE＝L，故A、B正确，C错误； 光在三棱镜中的传播速度v＝ eq \f(c,n) ，解得v＝ eq \f(c,\r(3)) ，根据几何关系有DE＝L，该单色光从D点传播到E点的时间tDE＝ eq \f(DE,v) ＝ eq \f(\r(3)L,c) ，故D正确。 解析：设入射角为α，折射角为β，根据数学关系可得 sin α＝ eq \f(AM,AO) ＝ eq \f(10.0,\r(10.02＋20.02)) ＝ eq \f(\r(5),5) sin β＝ eq \f(s,\r(s2＋h2)) ＝ eq \f(5.0,\r(15.02＋5.02)) ＝ eq \f(\r(10),10) 根据折射定律，玻璃砖的折射率n＝ eq \f(sin α,sin β) ＝ eq \r(2) 。 eq \r(2) 　 解析：当入射角为45°，设折射角为γ，根据折射定律n＝ eq \f(sin 45°,sin γ) 可得γ＝30° 设此玻璃砖上、下表面的夹角为θ，光路图如图所示。 此时出射光线恰好消失，说明发生全发射，有sin C＝ eq \f(1,n) 根据几何关系有C＝θ＋30° 玻璃砖上、下表面的夹角θ＝15°。 解析：第1条亮条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为y，则相邻亮条纹间距Δy＝ eq \f(y,4) ，结合Δy＝ eq \f(L,d) λ，可得λ＝ eq \f(yd,4L) 。 eq \f(yd,4L) 解析：由Δy＝ eq \f(L,d) λ知，将滤光片由蓝色的换成红色的，光的波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确； 解析：对B光由临界角为37°可知n1＝ eq \f(sin 90°,sin 37°) ＝ eq \f(5,3) 故λB＝n1λ2＝5.25×10－7m 根据PS2－PS1＝k1λB 求得k1＝4 故P点出现亮条纹。 14．(13分)如图所示，截面为矩形的玻璃砖ABCD的AD边长为L＝1 m，一束单色光从AB 边以入射角θ射入玻璃砖，光线恰好在AD边上发生全反射。已知sin θ＝ eq \f(\r(7),3) ，光在真空的传播速度c＝3×108 m/s。求： 解析：令临界角为C，则AB边的折射角为90°－C，则有n＝ eq \f(sin θ,sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(90°－C))) ，n＝ eq \f(1,sin C) 解得n＝ eq \f(4,3) 。 答案： eq \f(4,3) 　 解析：令光在玻璃砖中的传播速度为v，则有n＝ eq \f(c,v) ，光在玻璃砖中的传播时间t＝ eq \f(\f(L,sin C),v) 解得t＝ eq \f(16,27) ×10－8 s≈5.93×10－9 s。 解析：由题可知光路如图甲所示，由于MN弧所对的圆心角为60°，入射光线竖直向下，即与MN平行，则入射角i＝60°，根据几何关系知光在P点的折射角r＝30°，则玻璃砖对光的折射率n＝ eq \f(sin i,sin r) ＝ eq \r(3) 。 答案： eq \r(3) 解析：若光线沿PO射入玻璃砖，光路如图乙所示，由几何关系，光线在MN面的入射角α＝30°，设折射角为θ，由n＝ eq \f(sin θ,sin α) ，解得θ＝60°，由几何关系知NQ＝ eq \f(R,tan θ) ＝ eq \f(\r(3),3) R。 答案： eq \f(\r(3),3) R $