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单元质检十二光学电磁波相对论(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共5小题,每小题6分,共30分。选对1个得2分,选对2个得4分,全部选对的得6分,选错1个扣3分,最低得0分)1.虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为()A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红答案A解析光在水珠中折射时,折射率越大,折射角就越大,故选项A正确。2.在没有月光的夜间,一个池面较大的水池底部中央有一盏灯S(可视为点光源),小鱼在水中游动,它向上方水面看去,看到了亮点S1;小鸟在水面上方飞翔,它向下方水面看去,看到了亮点S2。设水中无杂质,周围无光源,水面平静,下面的说法中正确的是()A.小鱼看到S1,是属于光的反射现象,S1的位置与小鱼的位置无关B.小鱼看到S1,是属于光的折射现象,S1的位置与小鱼的位置有关C.小鸟看到S2,是属于光的反射现象,S2的位置与小鸟的位置有关D.小鸟看到S2,是属于光的折射现象,S2的位置与小鸟的位置无关答案A解析由题意知,小鱼看到的S1是属于光的反射现象,由光的反射定律知,S1的位置与灯S关于水面对称,与小鱼的位置无关,则选项A正确,B错误;小鸟看到的S2是属于光的折射现象,由光的折射定律知,S2的位置与小鸟的位置有关,则选项C、D错误。3.如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以()A.增大S1与S2的间距B.减小双缝屏到光屏的距离C.将绿光换为红光D.将绿光换为紫光答案C解析在双缝干涉实验中,相邻亮(暗)条纹间的距离x=ld,要想增大相邻条纹间距,可以减小双缝间距d,或者增大双缝屏到光屏的距离l,或者换用波长更长的光做实验。综上可知,C正确,A、B、D错误。4.两束平行的细激光束,垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上,如图所示。已知光线1沿直线穿过玻璃,它的入射点是O;光线2的入射点为A,穿过玻璃后两条光线交于P点。已知玻璃截面的圆半径为R,OA=R2,OP=3R,光在真空中的传播速度为c。据此可知()A.光线2在圆弧面的入射角为45B.玻璃材料的折射率为3C.光线1在玻璃中传播速度为c2D.光线1在玻璃中传播时间为3R2c答案B解析作出光路图如图所示,设光线2沿直线进入玻璃,在半圆面上的入射点为B,入射角设为1,折射角设为2,由sin1=OAOB=12得1=30,A错误。因OP=3R,由几何关系知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正确。由n=cv解得光线1在玻璃中传播速度为c3,传播时间为t=Rv=3Rc,C、D错误。5.下列说法中正确的是()A.人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射B.光的色散现象都是由光的干涉引起的C.根据麦克斯韦的电磁场理论,变化的电场周围一定可以产生电磁波D.光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大E.学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是多普勒效应F.离开地球的高速火箭里的人认为地球上人的寿命变长了答案ADF解析超声波的频率大,波长较小,所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射,选项A说法正确;光的色散现象都是由光的折射引起的,选项B说法错误;根据麦克斯韦的电磁场理论,周期性变化的电场周围才可以产生电磁波,选项C说法错误;光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大,这样才能使得光在光导纤维的内芯发生全反射,选项D说法正确;学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波的干涉现象,选项E说法错误;根据爱因斯坦的相对论原理中的“时钟变慢”原理,离开地球的高速火箭里的人认为地球上人的寿命变长了,选项F说法正确。二、非选择题(本题共7小题,共70分)6.(8分)宇航员在地面上将两只钟校准到零时刻(如甲图所示),其中一只留在地面上,另一只被宇航员带上高速运行的飞船。从零时刻开始计时,宇航员随身携带的手表转过了半个小时,宇航员观察飞船内钟的分针指示可能是图,宇航员观察地面上钟的分针指示可能为图。答案乙丙解析宇航员相对飞船内钟静止,观察飞船内钟的分针指示可能是乙图;地面相对宇航员是高速运动的。根据运动的时钟变慢,宇航员观察地面上钟的分针指示可能为丙图。7.(8分)用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率。将半圆玻璃砖平放在白纸上,在白纸上先画出玻璃砖的轮廓,并确定其圆心O的位置。再画出一条通过圆心O的直线,将两枚大头针P1、P2竖直插这条直线上,如图所示。(1)为了确定入射光线P1P2的折射光线方向,至少需要在玻璃砖另一侧插入枚大头针;(2)若测得入射光线与ON的夹角为,折射光线与OM的夹角为,则该玻璃砖的折射率为。答案(1)1(2)coscos解析(1)作出光路图如图,由图可知只需要一根大头针就可以确定出折射光线;(2)由图可知,入射角i=90-,折射角r=90-,根据折射定律得:n=sinisinr=sin(90-)sin(90-)=coscos。8.(8分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图甲):(1)下列说法哪一个是错误的()A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距x=an-1(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图乙所示,其示数为 mm。答案(1)A(2)1.970解析(1)摆放各光具时应保证光线沿直线通过各光具的中心(轴线),所以摆放时并不放单缝和双缝,A错误。测量亮纹位置时,为了准确,应该将目镜分划板的中心刻线与亮纹中心对齐,B正确。相邻两条亮纹间距为x,则n条亮纹间距为a=(n-1)x,即x=an-1,C正确。(2)1.5mm+47.00.01mm=1.970mm。9.(10分)如图所示,透明柱状玻璃砖横截面为扇形AOB,圆心角AOB=60,一单色平行光束平行于扇形AOB的角平分线OM均匀射向OA面,经OA面折射的光线恰好平行于面OB。(1)求柱状玻璃砖的折射率;(2)若经过OA面上某点P(P未画出)的光线在AMB扇面上恰好发生全反射,求OP与PA的比值。答案(1)3(2)21解析(1)如图所示,作出光路图,由几何关系分析可知1=60,2=30,根据折射定律可得n=sin1sin2=3。(2)如图所示,从P点射入的光线经折射后在N点恰好发生全反射,有sin3=33由几何关系可得PQ=NR=33OAOP=PQsinAOB=23OA可得OPPA=21。10.(12分)(2019四川眉山中学月考)如图所示为一横截面是直角三角形ABC的透明介质,其中B=90,C=30,D、E点是斜边的三等分点,AC=3l,在底边BA的延长线上有一复色点光源S,光源S与A的距离为l。光源S发出两束色光a、b分别照射到斜边上的E、D点,经过斜边折射后进入透明介质中的光线均平行于底边AB,然后在BC边第一次射出透明介质。已知光在真空中的速度为c。求:(1)透明介质对a光的折射率;(2)b光第一次在透明介质中传播的时间。答案(1)3(2)t=57l14c解析(1)由几何关系易得:ia=60,ra=30由折射率的定义式得na=siniasinra=3(2)设SDA=,则DSA=60-由正弦定理有:1sin=21sin(60-)解得cos=5147由三角函数知识得sinib=cos=5147由几何关系得rb=30由折射率的定义式知nb=sinibsinrb=577b光在透明介质中的速度v=vnnb光第一次在透明介质中传播的距离为:s=12b光第一次在透明介质中传播的时间为t=sv=57l14c。11.(12分)(2018山东日照期中)如图所示,长方形玻璃砖ABCD的长AB为10 cm、宽AD为8 cm,一细束光线从AD的中点以某一角度入射,恰好在AB的中点处发生全反射。求玻璃砖的折射率和光线在AD面的入射角大小(结果可保留根号和反三角函数)。答案(1)415(2)arcsin 0.8解析如图,设在AD的中点E入射,在AB的中点F发生全反射,此时全反射的临界角为C。由几何关系可知sinC=AFEF=5AE2+AF2=541可得玻璃砖的折射率n=1sinC=415设光线在玻璃砖的AD的中点入射时,入射角为i,折射角为r根据几何关系,可知折射角sinr=AFEF=4AE2+AF2=441由折射定律,n=sinisinr=415代入数据可得:sini=0.8,所以入射角大小为arcsin0.8。12.(12分)(2018安徽江淮十校联考)如图所示,ABCD是某种透明材料的截面,AB面为平面,CD面是半径为R的圆弧面,O1O2为对称轴;一束单色光从O1点斜射到AB面上折射后照射到圆弧面上E点,刚好发生全反射,O1O2E=30,DO2CO2,透明材料对单色光的折射率为233,光在真空中传播速度为c,求:(1)单色光在AB面上入射角的正弦值;(结果可以用根号表示)(2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在BC面的反射)。(结果可以用根号表示)答案(1)sin =33(2)t=(2+1)R3c解析(1)光在圆弧面上刚好发生全反射,则sinC=1n=32得C=60由几何关系可知:r+=C,因此r=30,由折射率公式:n=sinsinrsin=33(2)由几何关系可知:O1E=R光在E点的反射光线EF平行于AB,则:EF=Rsin45-Rsin30=(2-1)2R光在材料中的传播速度v=cn=32c则光在材料中的传播时间:t=O1E+EFv=(2+1)R3c9
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