第15章光電磁波和相對(duì)論章末檢測卷滿分100分，考試時(shí)長90分鐘一、單選題（本題共8小題，每題4分，共40分）1．已知μ子低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均壽命是3.0微秒，當(dāng)μ子以高速飛行時(shí)，μ子壽命明顯變長，可以用來解釋這一現(xiàn)象的理論是（）A．相對(duì)論 B．黑體輻射 C．原子核衰變 D．物質(zhì)波【答案】A【詳解】根據(jù)相對(duì)論時(shí)空觀可得，μ子以高速飛行時(shí)，平均壽命故選A。2．如圖所示，a、b、c為三個(gè)完全相同的時(shí)鐘，a放在水平地面上，b、c分別放在以速度vb、vc向同一方向飛行的兩枚火箭上，且，則地面的觀察者認(rèn)為走得最慢的鐘為（）A．a(chǎn) B．b C．c D．無法確定【答案】C【詳解】根據(jù)公式，可知，相對(duì)于觀察者的速度v越大，其上的時(shí)間進(jìn)程越慢，a放在地面上，在地面上的人看來，a鐘沒有變化。b、c兩鐘放在兩個(gè)火箭上，根據(jù)愛因斯坦相對(duì)論可知，b、c變慢，由于vb＜vc，c鐘比b鐘更慢，所以a鐘最快，c鐘最慢。故選C。3．圖甲為LC振蕩電路，通過P點(diǎn)的電流如圖乙，P點(diǎn)電流向左為正，下列說法正確的是（）A．電容器上極板帶正電 B．電容器中的電場能增大C．在時(shí)刻，線圈中的磁場能最大 D．增大電容器兩板間距，振蕩電流的周期將減小【答案】D【詳解】A．根據(jù)圖乙可知，內(nèi)電流逐漸減小，則磁場能逐漸減小，電場能逐漸增大，電容器被充電，且電流為正方向，即電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，可知下極板帶正電，上極板帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；B．內(nèi)電流逐漸增大，則磁場能逐漸增大，電場能逐漸減小，故B錯(cuò)誤；C．在時(shí)刻，電流為0，則線圈中的磁場能最小，故C錯(cuò)誤；D．增大電容器兩板間距，根據(jù)，，可知電容減小，振蕩電流的周期減小，故D正確。故選D。4．如圖用頻率為f的單色光，垂直照射雙縫，在光屏上O是中央亮條紋，P點(diǎn)是O上方第二條亮條紋中心，已知雙縫間距為d，雙縫到光屏的距離為L，光速為c，下列說法正確的是（）A．該單色光的波長B．C．OP之間的距離為D．若換用頻率更大的單色光照射雙縫，O點(diǎn)上方第二條亮條紋中心在P點(diǎn)上方【答案】C【詳解】A．根據(jù)波速、波長關(guān)系，，，故A錯(cuò)誤；B．P點(diǎn)是O點(diǎn)上方第二條亮條紋中心，故B錯(cuò)誤；C．雙縫干涉兩條相鄰亮條紋中心間距，OP之間的距離為，故C正確；D．若換用頻率更大（波長更短）的單色光照射雙縫，O點(diǎn)上方第二條亮條紋中心在P點(diǎn)下方，故D錯(cuò)誤。故選C。5．如圖所示，把一矩形均勻薄玻璃板壓在另一個(gè)矩形平行玻璃板上，一側(cè)用薄片墊起，將紅單色光從上方射入，這時(shí)可以看到明暗相間的條紋，下列關(guān)于這些條紋的說法中正確的是（

）A．條紋與邊平行B．乙圖彎曲條紋表示下方待測板在該處有凹陷C．如果用手用力捏右側(cè)三層，會(huì)發(fā)現(xiàn)條紋保持間距不變，整體向側(cè)移動(dòng)D．看到的條紋越多，說明薄片的厚度越厚【答案】D【詳解】A．設(shè)薄膜厚度為d，薄膜干涉的光程厚度相同處產(chǎn)生的條紋明暗情況相同，因此條紋應(yīng)與AD邊平行，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理可知，表示該出有突起，故B錯(cuò)誤；C．如果用手用力捏右側(cè)三層，根據(jù)，可知條紋間距變大，導(dǎo)致滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動(dòng)，所以條紋向著劈尖移動(dòng)，故C錯(cuò)誤；D．看到的條紋越多，說明相鄰亮條紋間距變小，所以干涉條紋會(huì)變密；說明薄片的厚度越厚，故D正確。故選D。6．透明半圓柱體的橫截面為圓心為O、半徑為R的半圓，如圖所示。用紅色激光垂直直徑MN方向照射半圓柱體，入射點(diǎn)從O點(diǎn)右移至右側(cè)半徑中點(diǎn)A時(shí)，從上方弧面B點(diǎn)出射的光線恰好消失；入射激光繞A點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)至角（未知）時(shí)，從上方弧面出射的光線恰好與在A點(diǎn)的入射光線平行。已知真空中的光速為c，半圓柱體周圍可視為真空，則（）A．該半圓柱體的折射率為B．從A點(diǎn)垂直入射的光線在半圓柱體內(nèi)的傳播時(shí)間為C．從A點(diǎn)以角入射時(shí)，上方弧面的出射光線一定過O點(diǎn)正上方的P點(diǎn)D．從A點(diǎn)以角入射時(shí)，在柱體內(nèi)的折射角（未畫出）的正弦值為【答案】C【詳解】A．光線從弧面上方恰好消失，則恰好為全反射的臨界角C，由幾何關(guān)系易知，可得折射率，A錯(cuò)誤；B．從A點(diǎn)垂直入射時(shí)，在B點(diǎn)恰好全反射,根據(jù)幾何關(guān)系，剛好到達(dá)直徑左端點(diǎn)M，光線在半圓柱體內(nèi)傳播的路程傳播速度傳播時(shí)間，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)從弧面上方出射的光線與在A點(diǎn)的入射光線平行，由光路可逆易知，兩光線與法線的夾角相等均為，法線也平行，故出射點(diǎn)只能在圓心O點(diǎn)正上方的P點(diǎn)，C正確；D．由C選項(xiàng)分析可得，D錯(cuò)誤。故選C。7．某同學(xué)在觀看太空水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)后，找到一塊橫截面為環(huán)形的玻璃磚模擬光的傳播，如圖所示，玻璃磚的內(nèi)徑為R、外徑為2R。一束單色光在截面上的A點(diǎn)以i=45°的入射角射入玻璃磚，經(jīng)一次折射后，恰好與玻璃磚內(nèi)壁相切，則玻璃磚對(duì)該單色光的折射率為（） B． C． D．2【答案】B【詳解】根據(jù)題意，作出光路圖如圖所示令折射角為，根據(jù)幾何關(guān)系有則玻璃磚對(duì)該單色光的折射率為，，解得故選B。8．關(guān)于五幅圖像，下列說法正確的是（）A．甲是光的衍射圖樣，乙是光的干涉圖樣B．丙是利用薄膜干涉來檢測工件的平整度，通過條紋可推斷處有凸起C．圖丁為光照射到不透明圓盤后得到的衍射圖樣，中間的亮斑稱為泊松亮斑D．圖戊為多譜勒效應(yīng)，但觀察者接收到的聲音頻率與救護(hù)車發(fā)出的聲音頻率是一樣的【答案】C【詳解】A．甲是光的干涉圖樣，乙是光的衍射圖樣，故A錯(cuò)誤；B．丙為薄膜干涉檢驗(yàn)工件平整度，通過條紋可推斷出為凹坑，故B錯(cuò)誤C．泊松亮斑是光照射到不透明圓盤后發(fā)生衍射現(xiàn)象，故C正確；D．觀察者與聲源之間相互遠(yuǎn)離，接收到的聲音頻率大于救護(hù)車發(fā)出的聲音頻率，故D錯(cuò)誤。故選C。二、多選題（本題共4小題，每題4分，共16分，漏選得2分，錯(cuò)選得0分，全部選對(duì)得4分）9．關(guān)于電磁場及電磁波，下列說法正確的是（）A．麥克斯韋提出電磁場理論，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在B．變化的電場能夠產(chǎn)生磁場，變化的磁場能夠產(chǎn)生電場C．不同電磁波具有不同的波長，電磁波中無線電波可用于通信D．紅外線的顯著作用是熱效應(yīng)，溫度較低的物體不能輻射紅外線【答案】ABC【詳解】A．麥克斯韋提出電磁場理論，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故A錯(cuò)誤；B．變化的電場能夠產(chǎn)生磁場，變化的磁場能夠產(chǎn)生電場，故B正確；C．不同電磁波具有不同的波長，電磁波中無線電波可用于通信，故C正確；D．紅外線的顯著作用是熱效應(yīng)，溫度低的物體也能輻射紅外線，故D錯(cuò)誤。故選BC。10．如圖所示，一束白光通過三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中a、b、c三種單色光，讓這三種單色光分別垂直投射到一條直光纖的某一端面上，則下列說法中不正確的是（）A．光束從空氣進(jìn)入玻璃的過程中各單色光的頻率變小B．單色光c的頻率比單色光a的頻率大C．單色光a穿過光纖的時(shí)間最短D．在真空中，a光的波長比b光的波長短【答案】AD【詳解】A．光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，光速和波長都會(huì)發(fā)生變化，但頻率保持不變，故A錯(cuò)誤，符合題意；B．由圖可知，c光的偏折最大，所以c光的折射率最大，則c光的頻率最大，故B正確，不符合題意；C．光的頻率越大，在介質(zhì)中的傳播的速度越小，傳播時(shí)間越長，所以a光穿過光纖的時(shí)間最短，故C正確，不符合題意；D．由圖可知，a光的偏折小于b光的偏折，所以a光的頻率小于b光的頻率，則a光的波長大于b光的波長，故D錯(cuò)誤，符合題意。故選ACD。11．如圖1所示，等腰為一棱鏡的橫截面，；一平行于邊的細(xì)光束從邊射入棱鏡，在邊經(jīng)過一次反射后從邊射出，出射光分成了不同顏色的甲、乙兩束光。圖2是這兩束光分別通過相同的雙縫和單縫裝置后形成的圖樣，下列說法正確的是（）A．甲光的波長比乙光的長 B．甲光在棱鏡中的傳播速度比乙光的小C．圖2中是乙光的干涉圖樣 D．圖2中是甲光的衍射圖樣【答案】AD【詳解】A．由折射定律可得，乙光的折射角小，折射率大，所以乙光的頻率大，波長小，故A正確；B．由折射率得，甲光在棱鏡中的傳播速度比乙光的大，故B錯(cuò)誤；C．干涉條紋間距與波長成正比，乙光的波長小，故是甲光的干涉圖樣，故C錯(cuò)誤；D．衍射圖樣中央亮條紋寬度與波長成正比，故圖2中是甲光的衍射圖樣，故D正確。故選AD。12．某公園的水池底部有一排等間距的光源（視為點(diǎn)光源），如圖所示，每個(gè)光源可以依次發(fā)出紅、黃、藍(lán)三種顏色的光。水池底部水平，水深為h，紅、黃、藍(lán)三種顏色的光在水中的折射率分別為、、，下列說法正確的是（）A．藍(lán)光在水中的傳播速度最大B．紅光在水中的波長最長C．單個(gè)光源發(fā)出的黃光照亮的水面面積為D．相鄰光源的距離只要大于就可以使所有的光色在水面不交疊【答案】BC【詳解】A．根據(jù)，紅光的折射率最小，故紅光在水中的傳播速度最大，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)紅光的頻率最小，故紅光在水中的波長最長，故B正確；C．黃光的臨界角為，單個(gè)光源發(fā)出的黃光照亮的水面面積為，故C正確；D．紅光的臨界角最大，故單個(gè)光源發(fā)出的紅光照亮的水面面積最大，故相鄰光源的距離只要大于，就可以使所有的光色在水面不交疊，故D錯(cuò)誤。故選BC。三、實(shí)驗(yàn)題（每空2分，共16分）13．如圖甲所示，張同學(xué)用“插針法”測定一半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過圓心О，在玻璃磚（圖中實(shí)線部分）另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，連接О和P3。圖中MN為分界面，虛線為法線；B、C分別是入射光線，折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)。（1）張同學(xué)在圖甲中用刻度尺測得，，則玻璃磚的射率（結(jié)果保留兩位小數(shù)）；若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)由于視角的原因，在插大頭針P3時(shí)插的位置稍微偏左，則測得玻璃磚的折射率將（填“偏大”、“偏小”或“不變”）。（2）如圖乙所示，同班的李同學(xué)將圓心為О、半徑為R的另一塊半圓形透明介質(zhì)置于水平桌面上，光線從Р點(diǎn)垂直分界面入射后，恰好在透明介質(zhì)的圓形弧面發(fā)生全反射。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，則透明介質(zhì)的折射率為。已知真空中的光速為c，李同學(xué)通過分析認(rèn)定光在該透明介質(zhì)中傳播的速度為?！敬鸢浮?.60偏大2/2.00【詳解】（1）[1]設(shè)圓的半徑為R，根據(jù)幾何知識(shí)得，入射角的正弦折射角的正弦，其中根據(jù)折射定律得，玻璃磚的折射率[2]若實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)由于視角的原因，在插大頭針P3時(shí)插的位置稍微偏左，則測得的CD偏小，則玻璃磚的折射率偏大。（2）[3]光線從Р點(diǎn)垂直分界面入射后，恰好在透明介質(zhì)的圓形弧面發(fā)生全反射，則根據(jù)[4]李同學(xué)通過分析認(rèn)定光在該透明介質(zhì)中傳播的速度為v，則，解得14．在實(shí)驗(yàn)室用雙縫干涉測光的波長，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示（1）雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的（填圖中的字母）。（2）①圖是實(shí)驗(yàn)得到的紅光雙縫干涉圖樣照片，根據(jù)該圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距（填“相等”或“不相等”）。（3）在某次測量中，觀察分劃板中心線與乙圖亮條紋中心對(duì)齊時(shí)的情形，如圖②所示。然后轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭手輪，當(dāng)分劃板中心線與亮條紋中心對(duì)齊時(shí)，目鏡中觀察到的圖應(yīng)為③圖中的。（4）已知單縫與光屏間距，雙縫與光屏的間距，單縫與雙縫間距為，雙縫間距，圖①中分劃板中心線與亮條紋中心對(duì)齊時(shí)手輪讀數(shù)為，與亮條紋中心對(duì)齊時(shí)手輪讀數(shù)為，則實(shí)驗(yàn)測得該光的波長的表達(dá)式為?！敬鸢浮緿FC相等A【詳解】（1）[1]雙縫干涉測光的波長的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)備依次擺放的位置從左到右依次是光源、濾光片、單縫、雙縫、濾光筒、光屏，雙縫、光屏、單縫，依次是圖中的D、F、C；（2）[2]①圖可判斷雙縫干涉的亮條紋間距相等；（3）[3]轉(zhuǎn)動(dòng)測量頭手輪，當(dāng)分劃板中心線與亮條紋中心對(duì)齊時(shí)，目鏡中觀察到的圖應(yīng)為③圖中的A；（4）[4]由，得三、解答題(本題共3小題，共44分）15．（8分）如圖所示，一直角棱鏡ABC，∠A=90°，AC=l。某種單色光從AB邊界面垂直入射，在棱鏡中傳播速度為kc（0<k<1，c為真空中的光速），該光第一次到達(dá)BC邊恰好發(fā)生全反射。求：（1）該棱鏡對(duì)該單色光的折射率；（2）BC邊的長度?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）根據(jù)，代入數(shù)據(jù)可得（2）設(shè)BC邊的長度為L，由題意可畫出光路圖如下解得16．（12分）如圖所示，MN為豎直放置的光屏，光屏的左側(cè)有半徑為R的透明半圓柱體，PQ為其直徑，O為圓心，軸線OA垂直于光屏，O至光屏的距離位于軸線上O點(diǎn)左側(cè)處的點(diǎn)光源S發(fā)出一束與OA夾角θ=60°的光線在紙面內(nèi)射向透明半圓柱體，經(jīng)半圓柱體折射后從C點(diǎn)射出。已知∠QOC=30°，光在真空中傳播的速度為c。求：（1）該透明半圓柱體的折射率。（2）該光線從S傳播到達(dá)光屏所用的時(shí)間?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）光從光源S射出經(jīng)半圓柱體到達(dá)光屏的光路如圖所示光由空氣射向半圓柱體，由折射定律，有在△OBC中，由正弦定理有而，解得β=30°由幾何關(guān)系得α=30°，故（2）光由半圓柱體射向空氣，由折射定律，有，可得，γ=60°且即出射光線與軸線OA平行，與光屏垂直；光從光源S出發(fā)經(jīng)透明半圓柱體到達(dá)光屏所用的時(shí)間根據(jù)幾何知識(shí)可得，，光在半圓柱體內(nèi)的傳播速度，解得17．（16分）一種反射式光纖位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)微小位移測量，其部分原理簡化如圖所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為，折射率為n（）。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內(nèi)多次全反射后從下端面射向被測物體，經(jīng)被測物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離