《光》单元测试3

1/9物理选修3-4第十三章《光》单元测试说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答．共100分，考试时间90分钟。第Ⅰ卷（选择题共40分）一、本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确．全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。1．假设在地球表面不存在大气层，那么白昼时间将会（）A．变长B．变短C．不变D．无法确定2．关于日食和月食,以下说法正确的是（）A．在月球的本影区里能看到日全食B．在月球的半影区里能看到日偏食C．在月球进入地球的半影区时,可看到月偏食D．在月球全部进入地球的本影区时,可看到月全食3．对下列自然现象描述正确的是（）A．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中．同样，在沙漠中也能观察到同样的现象B．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影．同样，在海面上也能观察到同样的现象C．在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影D．在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影．在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中4．如图所示，一细束红光与一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一点M．若用1n和2n分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是（）A．1n＜2n，a为蓝光，b为红光2/9B．1n2n，a为蓝光，b为红光C．a光在玻璃中的传播速度比b光大D．a光在玻璃中的传播速度比b光小5．用薄玻璃片制成一个密闭而中空的三棱镜放入水中,当一束白光从其一个侧面斜射入并通过三棱镜时,下述正确的是（）A．各色光都向顶角偏折B．各色光都向底角偏折C．紫光的偏向角比红光小D．紫光的偏向角比红光大6．潜水员在折射率为2的海水下h深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S的区域内．关于圆面积S和深度h的关系，正确的说法是（）A．S与水深h成正比B．S与水深h成反比C．S与水深h的平方成正比D．S与水深h的平方成反比7．用相同玻璃制成的厚度为a的正方体A和半径为r=a的半球体B放在报纸上,半球体的凸面向上．从正上方分别观察A、B中心处报纸上的文字,下面的观察记录,哪一项是正确的（）A．A中的字比B中的高B．B中的字比A中的高C．A、B中的字一样高D．无法比较8．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯．在晚上观察不同颜色的彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是（）A．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小B．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小C．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大D．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大9．一束复色光由空气射到一块平行玻璃砖上,经两次折射后分成两束单色光a、b．已知a光在玻璃中的传播速度比b光大,则下列哪个光路图是正确的（）10．如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的3/9折射率应满足（）A．折射率必须大于2B．折射率必须小于2C．折射率可取大于1的任意值D．无论折射率是多大都不可能第Ⅱ卷（非选择题共60分）二、本题共5小题,每小题4分，共20分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作图．11．公路交通标志牌是由基板和附着在基板上的反光膜组成,反光膜一般由镀在玻璃微珠上的银层组成,夜间能将汽车射来的灯光反射回去,使司机看清交通标志．交通标志牌的结构示意图如下,这种交通标志牌的原理是．．13．一半圆形玻璃砖，玻璃的折射率为3，AB为其直径，长度为D，O为圆心，一束宽度恰等于玻璃砖半径的单色平行光束垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中心光线P通过O点，如图所示．M、N为光束边界光线．则M、N射出玻璃砖后的相交点距O点的距离为．14．在日落很久以后，常能在高空中看到明亮的人造卫星．有一颗在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落2h后仍能在正上方看到它，它的最低高度（地球半径为6．38×610m)为．三、本题共4小题，共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．16．(8分)如右图所示,平面镜MN绕垂直于纸面的4/9轴以角速度ω=3π2rad/s匀速转动,AB为一段圆心在O点的圆弧形屏幕,弦角∠AOB=60°．有一束来自频闪光源的平行光束通过狭缝S射向平面镜MN上的O点,已知光源每秒闪动12次,则屏幕AB上每秒内出现的光斑次数最多是多少?17．（10分）湖边有一高塔，两同学不登塔而估测出了塔高．他们有两只小船、几只浮标和长卷尺．请简述他们的测量原理、步骤和需要测量的物理量，并用所测的物理量表示塔高．18．（10分）光导纤维长l，其折射率为n，光从一个端面进入，从另一端面射出，光在光纤中运动的最长时间是多少？参考答案1．解析本题考查太阳光线在大气层中的折射．由于地球大气层对太阳光线的折射，当人们看到太阳位于地平线上时，太阳的实际位置在地平线以下，因此假设地球表面不存在大气层时，白昼时间将会变短．故正确选项为B。2．解析本题考查日食和月食形成的原因。从图甲可以看出,在月球的本影区①里,太阳的光线不能到达,故在①区里可以看到日全食;在月球的半影区②里,有部分太阳光线到达,故在半影区②里可以看到日偏食,A、B项是正确的．在月球的半影区③里,只有太阳边缘的光线能射到,故在③区里能看到日环食．由图乙可以看到,当月球进入地球的半影区a、c时,由于仍有部分光线射到整个月球,整个月球仍是5/9亮的,故在地球上不会看到月食,只有当月球一部分进入地球的本影区b时,才可看到月偏食．在月球全部进入地球的本影区时,才可看到月全食,C错D对答案ABD。3．解析本题考查两种不同的全反射现象。夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生全反射．人们逆着光线看去，就会看到远处景物悬在空中．夏天沙漠里接近沙面的空气温度高，因而密度比上层的小，折射率也小，远处景物射向地面的光线进入折射率小的下层热空气层时被折射，入射角不断增大，也能发生全反射．人们逆着反射的光线看去,就会看到远处景物的倒影．故C正确。4．解析本题考查光的折射．由光路图可知,a光线经三棱镜折射后的偏折角大,因此a光的折射率较大,所以a光为蓝光,b光为红光,1n2n,A正确．根据v=nc,a光的折射率比b光大,所以a光在玻璃中的传播速度比b光小,故D正确。5．解析光在两介质中传播发生折射时,如果从光密介质传到光疏介质,入射角小于折射角;如果从光疏介质传到光密介质,入射角大于折射角．所以可判断出在水中光通过中空三棱镜后,各色光都向顶角偏折,并且紫光的偏向角最大,所以A、D正确。6．解析本题考查光的全反射．由题意可知最大入射角为90°，此时折射角等于临界角，sinC=221n则∠C=45°如图所示，可知R=h所以S=π2R=π2h．由上式可知正确选项为C。7．解析本题考查折射成像．光路图如图所示．图甲中的字P发出的光线PD垂直界面射出,方向不变;光线PC射出时,偏离了原来的方向,两条折射光线反向延长线的交点P,就是人眼看到的字的位置．所以A中看到的字比实际位置高．B中的字P发出的光线都沿半径方向,即沿法线方向射出,传播方向不变,故在6/9B中看到的字位置不变．A对8．解析本题考查视深及光的全反射。设彩灯深度为h，色光折射率为n，则视深为h=nh,由于红光折射率最小，所以红灯看起来较深．恰好发生全反射时的光路如图所示，由sinC=n1知，红光的临界角C最大，则红灯照亮的水面半径R=htanC最大，所以红灯照亮的水面面积S=π2R也最大。故正确选项为D。9．解析本题考查介质对不同色光的折射率不同、不同色光在同种介质中的传播速度不同及偏折角不同。因为a光在玻璃中的传播速度比b光大,由n=vc知,a光的折射率比b光小,故a光比b光的折射角大;光线通过平行玻璃砖时,只发生侧移,但传播方向不变,即a、b两束单色光都与入射的复色光平行,故B正确10．解析本题考查光的折射及全反射．光路图如图所示，从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，1和2都必须小于临界角C，即1＜C,2＜C,而1+2=90°，故C＞45°，则折射率n=1/sinC＜2．故正确选项为B。11．解析本题考查光的反射的应用光线透过保护层折射进入玻璃珠,进入玻璃珠的光线在镀银的反光层上反射后,再从玻璃珠折射出来,出射光线便沿原来的入射方向返回,光路图如右图所示．可见,这种交通标志牌的原理是光的反射。12．解析假定光线MN射到ab界面上时恰好发生了全反射，则MN上方的光线一定在界面ab上发生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的．由sinC=1/n得∠C=30°由几何关系知θ=30°，所以弧Nb的长度：7/9s=30°/360°×2πR=πR/6所以黄亮部分的弧长是πR/6。13．解析本题考查光的折射．光路如图所示．由几何关系知,边界光线在圆形界面上的入射角2=arcsin24DD=arcsin21=30°，由折射定律n=21sinsin得sin1=nsin2=23则折射角1=60°则OO=2×4Dcot2=32D．14．解析本题考查光的直线传播．若在地球北极上俯视，将看到地球做逆时针方向转动．如图所示，把人造地球卫星画在地球背光一侧上方，使它恰好被掠过地球表面的阳光照亮．从图可见，α角即为日落后地球转过的角度，h为最低高度α=242×360°=30°h=R(cos1-1)=6．38×610×(30cos1-1)m=9．9×510m．15．解析（1）从3P和4P一侧观察，3P、4P和1P、2P的像应在一条直线上．（2）连接1P、2P作为入射光线，延长至玻璃界面为入射点M；连接3P、4P作为出射光线，反向延长至玻璃界面为出射点N；连接M、N即为玻璃内传播的光线。8/9（3）连接O、N所作的直线是过出射点N点的界面法线，则入射角α和折射角β如图所示．由折射定律得：n=sinsin。16．解析本题考查光的反射。（1）平面镜转过θ角时,反射光线转过2θ角,故反射光线转过60°所用的时间:t=23π=3π223πs=0．25s．（2）在0．25s的时间内屏幕AB上出现的光斑次数:n=ft=12×0．25个=3个。（3）若第一个光斑恰好出现在A点,则在0．25s的时间里,屏幕AB上最多可出现4个光斑,这也是屏幕AB上每秒内出现的最多光斑数。答案4个17．解析本题考查学生利用所学知识解决实际问题的能力．根据平面镜成像原理，甲同学划到湖内适当位置，立于船内目观湖内塔的倒影，并通知乙同学在塔影顶端水面位置放置一浮标．两同学协作测出甲同学的眼睛到水面的距离1h、甲同学到浮标的距离1s、浮标到塔底的距离2s．设塔高为2h（光路图如图），由几何关系得：2h/1h=2s/1s，2h=1h2s/1s．故塔高为：1h2s/1s．18．解析光在光导纤维内是以全反射的方式传播的，每次的入射角都大于或等于临界角，但等于临界角时路程最大，时间最长，如图所示。由几何关系知：sinC=nsl1Δs=nΔl设光经N次全反射从另一个端面射出，则总路程为s．s=(N+1)Δs=(N+1)nΔl=n(N+1)Δl=nl光在玻璃中的传播速度v=nc光在玻璃中传播的时间t=vs=cln2．9/919．解析本题考查光的折射。（1）光路如图所示。（2）以1、2表示入射角、折射角，由折射定律得sin1=nsin2Δ1、Δ2、Δ3表示每一次偏转的角度．由反射定律、折射定律和几何关系可知sin1=RdΔ1=1-2Δ2=π-22Δ3=1-2由以上各式解得Δ1=arcsinRd-arcsinnR