單元質(zhì)檢十二光學(xué)電磁波相對論(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共5小題,每小題6分,共30分。選對1個(gè)得2分,選對2個(gè)得4分,全部選對的得6分,選錯(cuò)1個(gè)扣3分,最低得0分)1.虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球來說明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶,光路如圖所示。M、N、P、Q點(diǎn)的顏色分別為()A.紫、紅、紅、紫B.紅、紫、紅、紫C.紅、紫、紫、紅D.紫、紅、紫、紅答案A解析光在水珠中折射時(shí),折射率越大,折射角就越大,故選項(xiàng)A正確。2.在沒有月光的夜間,一個(gè)池面較大的水池底部中央有一盞燈S(可視為點(diǎn)光源),小魚在水中游動(dòng),它向上方水面看去,看到了亮點(diǎn)S1;小鳥在水面上方飛翔,它向下方水面看去,看到了亮點(diǎn)S2。設(shè)水中無雜質(zhì),周圍無光源,水面平靜,下面的說法中正確的是()A.小魚看到S1,是屬于光的反射現(xiàn)象,S1的位置與小魚的位置無關(guān)B.小魚看到S1,是屬于光的折射現(xiàn)象,S1的位置與小魚的位置有關(guān)C.小鳥看到S2,是屬于光的反射現(xiàn)象,S2的位置與小鳥的位置有關(guān)D.小鳥看到S2,是屬于光的折射現(xiàn)象,S2的位置與小鳥的位置無關(guān)答案A解析由題意知,小魚看到的S1是屬于光的反射現(xiàn)象,由光的反射定律知,S1的位置與燈S關(guān)于水面對稱,與小魚的位置無關(guān),則選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;小鳥看到的S2是屬于光的折射現(xiàn)象,由光的折射定律知,S2的位置與小鳥的位置有關(guān),則選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。3.如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),用綠光照射單縫S時(shí),在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣,可以()A.增大S1與S2的間距B.減小雙縫屏到光屏的距離C.將綠光換為紅光D.將綠光換為紫光答案C解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,相鄰亮(暗)條紋間的距離x=ld,要想增大相鄰條紋間距,可以減小雙縫間距d,或者增大雙縫屏到光屏的距離l,或者換用波長更長的光做實(shí)驗(yàn)。綜上可知,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。4.兩束平行的細(xì)激光束,垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上,如圖所示。已知光線1沿直線穿過玻璃,它的入射點(diǎn)是O;光線2的入射點(diǎn)為A,穿過玻璃后兩條光線交于P點(diǎn)。已知玻璃截面的圓半徑為R,OA=R2,OP=3R,光在真空中的傳播速度為c。據(jù)此可知()A.光線2在圓弧面的入射角為45B.玻璃材料的折射率為3C.光線1在玻璃中傳播速度為c2D.光線1在玻璃中傳播時(shí)間為3R2c答案B解析作出光路圖如圖所示,設(shè)光線2沿直線進(jìn)入玻璃,在半圓面上的入射點(diǎn)為B,入射角設(shè)為1,折射角設(shè)為2,由sin1=OAOB=12得1=30,A錯(cuò)誤。因OP=3R,由幾何關(guān)系知BP=R,故折射角2=60,由折射定律得玻璃的折射率n=sin2sin1=sin60sin30=3,B正確。由n=cv解得光線1在玻璃中傳播速度為c3,傳播時(shí)間為t=Rv=3Rc,C、D錯(cuò)誤。5.下列說法中正確的是()A.人耳能聽見的聲波比超聲波更易發(fā)生衍射B.光的色散現(xiàn)象都是由光的干涉引起的C.根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,變化的電場周圍一定可以產(chǎn)生電磁波D.光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大E.學(xué)生圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音是多普勒效應(yīng)F.離開地球的高速火箭里的人認(rèn)為地球上人的壽命變長了答案ADF解析超聲波的頻率大,波長較小,所以人耳能聽見的聲波比超聲波更易發(fā)生衍射,選項(xiàng)A說法正確;光的色散現(xiàn)象都是由光的折射引起的,選項(xiàng)B說法錯(cuò)誤;根據(jù)麥克斯韋的電磁場理論,周期性變化的電場周圍才可以產(chǎn)生電磁波,選項(xiàng)C說法錯(cuò)誤;光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大,這樣才能使得光在光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯發(fā)生全反射,選項(xiàng)D說法正確;學(xué)生圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽到忽強(qiáng)忽弱的聲音是聲波的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)E說法錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦的相對論原理中的“時(shí)鐘變慢”原理,離開地球的高速火箭里的人認(rèn)為地球上人的壽命變長了,選項(xiàng)F說法正確。二、非選擇題(本題共7小題,共70分)6.(8分)宇航員在地面上將兩只鐘校準(zhǔn)到零時(shí)刻(如甲圖所示),其中一只留在地面上,另一只被宇航員帶上高速運(yùn)行的飛船。從零時(shí)刻開始計(jì)時(shí),宇航員隨身攜帶的手表轉(zhuǎn)過了半個(gè)小時(shí),宇航員觀察飛船內(nèi)鐘的分針指示可能是圖,宇航員觀察地面上鐘的分針指示可能為圖。答案乙丙解析宇航員相對飛船內(nèi)鐘靜止,觀察飛船內(nèi)鐘的分針指示可能是乙圖;地面相對宇航員是高速運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢,宇航員觀察地面上鐘的分針指示可能為丙圖。7.(8分)用插針法測量半圓形玻璃磚的折射率。將半圓玻璃磚平放在白紙上,在白紙上先畫出玻璃磚的輪廓,并確定其圓心O的位置。再畫出一條通過圓心O的直線,將兩枚大頭針P1、P2豎直插這條直線上,如圖所示。(1)為了確定入射光線P1P2的折射光線方向,至少需要在玻璃磚另一側(cè)插入枚大頭針;(2)若測得入射光線與ON的夾角為,折射光線與OM的夾角為,則該玻璃磚的折射率為。答案(1)1(2)coscos解析(1)作出光路圖如圖,由圖可知只需要一根大頭針就可以確定出折射光線;(2)由圖可知,入射角i=90-,折射角r=90-,根據(jù)折射定律得:n=sinisinr=sin(90-)sin(90-)=coscos。8.(8分)在“用雙縫干涉測光的波長”實(shí)驗(yàn)中(實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲):(1)下列說法哪一個(gè)是錯(cuò)誤的()A.調(diào)節(jié)光源高度使光束沿遮光筒軸線照在屏中心時(shí),應(yīng)放上單縫和雙縫B.測量某條干涉亮紋位置時(shí),應(yīng)使測微目鏡分劃板中心刻線與該亮紋的中心對齊C.為了減少測量誤差,可用測微目鏡測出n條亮紋間的距離a,求出相鄰兩條亮紋間距x=an-1(2)測量某亮紋位置時(shí),手輪上的示數(shù)如圖乙所示,其示數(shù)為 mm。答案(1)A(2)1.970解析(1)擺放各光具時(shí)應(yīng)保證光線沿直線通過各光具的中心(軸線),所以擺放時(shí)并不放單縫和雙縫,A錯(cuò)誤。測量亮紋位置時(shí),為了準(zhǔn)確,應(yīng)該將目鏡分劃板的中心刻線與亮紋中心對齊,B正確。相鄰兩條亮紋間距為x,則n條亮紋間距為a=(n-1)x,即x=an-1,C正確。(2)1.5mm+47.00.01mm=1.970mm。9.(10分)如圖所示,透明柱狀玻璃磚橫截面為扇形AOB,圓心角AOB=60,一單色平行光束平行于扇形AOB的角平分線OM均勻射向OA面,經(jīng)OA面折射的光線恰好平行于面OB。(1)求柱狀玻璃磚的折射率;(2)若經(jīng)過OA面上某點(diǎn)P(P未畫出)的光線在AMB扇面上恰好發(fā)生全反射,求OP與PA的比值。答案(1)3(2)21解析(1)如圖所示,作出光路圖,由幾何關(guān)系分析可知1=60,2=30,根據(jù)折射定律可得n=sin1sin2=3。(2)如圖所示,從P點(diǎn)射入的光線經(jīng)折射后在N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,有sin3=33由幾何關(guān)系可得PQ=NR=33OAOP=PQsinAOB=23OA可得OPPA=21。10.(12分)(2019四川眉山中學(xué)月考)如圖所示為一橫截面是直角三角形ABC的透明介質(zhì),其中B=90,C=30,D、E點(diǎn)是斜邊的三等分點(diǎn),AC=3l,在底邊BA的延長線上有一復(fù)色點(diǎn)光源S,光源S與A的距離為l。光源S發(fā)出兩束色光a、b分別照射到斜邊上的E、D點(diǎn),經(jīng)過斜邊折射后進(jìn)入透明介質(zhì)中的光線均平行于底邊AB,然后在BC邊第一次射出透明介質(zhì)。已知光在真空中的速度為c。求:(1)透明介質(zhì)對a光的折射率;(2)b光第一次在透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間。答案(1)3(2)t=57l14c解析(1)由幾何關(guān)系易得:ia=60,ra=30由折射率的定義式得na=siniasinra=3(2)設(shè)SDA=,則DSA=60-由正弦定理有:1sin=21sin(60-)解得cos=5147由三角函數(shù)知識(shí)得sinib=cos=5147由幾何關(guān)系得rb=30由折射率的定義式知nb=sinibsinrb=577b光在透明介質(zhì)中的速度v=vnnb光第一次在透明介質(zhì)中傳播的距離為:s=12b光第一次在透明介質(zhì)中傳播的時(shí)間為t=sv=57l14c。11.(12分)(2018山東日照期中)如圖所示,長方形玻璃磚ABCD的長AB為10 cm、寬AD為8 cm,一細(xì)束光線從AD的中點(diǎn)以某一角度入射,恰好在AB的中點(diǎn)處發(fā)生全反射。求玻璃磚的折射率和光線在AD面的入射角大小(結(jié)果可保留根號(hào)和反三角函數(shù))。答案(1)415(2)arcsin 0.8解析如圖,設(shè)在AD的中點(diǎn)E入射,在AB的中點(diǎn)F發(fā)生全反射,此時(shí)全反射的臨界角為C。由幾何關(guān)系可知sinC=AFEF=5AE2+AF2=541可得玻璃磚的折射率n=1sinC=415設(shè)光線在玻璃磚的AD的中點(diǎn)入射時(shí),入射角為i,折射角為r根據(jù)幾何關(guān)系,可知折射角sinr=AFEF=4AE2+AF2=441由折射定律,n=sinisinr=415代入數(shù)據(jù)可得:sini=0.8,所以入射角大小為arcsin0.8。12.(12分)(2018安徽江淮十校聯(lián)考)如圖所示,ABCD是某種透明材料的截面,AB面為平面,CD面是半徑為R的圓弧面,O1O2為對稱軸;一束單色光從O1點(diǎn)斜射到AB面上折射后照射到圓弧面上E點(diǎn),剛好發(fā)生全反射,O1O2E=30,DO2CO2,透明材料對單色光的折射率為233,光在真空中傳播速度為c,求:(1)單色光在AB面上入射角的正弦值;(結(jié)果可以用根號(hào)表示)(2)光在透明材料中傳播的時(shí)間(不考慮光在BC面的反射)。(結(jié)果可以用根號(hào)表示)答案(1)sin =33(2)t=(2+1)R3c解析(1)光在圓弧面上剛好發(fā)生全反射,則sinC=1n=32得C=60由幾何關(guān)系可知:r+=C,因此r=30,由折射率公式:n=sinsinrsin=33(2)由幾何關(guān)系可知:O1E=R光在E點(diǎn)的反射光線EF平行于AB,則:EF=Rsin45-Rsin30=(2-1)2R光在材料中的傳播速度v=cn=32c則光在材料中的傳播時(shí)間:t=O1E+EFv=(2+1)R3c