高中第四章 光综合与测试习题

第四章　光

本章达标检测

(满分:100分;时间:75分钟)

一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分。在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一项符合题目要求,第7~9小题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选不全的得3分,选错或不答的得0分)

1.(2021江苏南京金陵中学高三上期中)唐代储光羲的《钓鱼湾》诗句“潭清疑水浅,荷动知鱼散”中“疑水浅”是由于发生了              (　　)

A.光的反射　　　　　　　　　　B.光的折射

C.光的干涉　　　　　　　　　　D.光的衍射

2.(2020河南南阳高二下联考)一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖,经折射分成两束单色光a、b。已知a光的频率小于b光的频率,下列光路图正确的是              (　　)

3.(2020浙江杭州高级中学高三下模拟)下列说法不正确的是 (　　)

A.戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理

B.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的折射现象

C.激光全息照相时利用了激光相干性好的特性

D.激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性

4.(2020江苏南通高二下期末)2020年5月,我国第一台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功。如图所示,两平行细激光束a、b射向空气中足够大的长方体透明材料的下表面,发现该材料的上表面只有一处有光线射出,则              (　　)

A.材料对激光a的折射率大于对激光b的折射率

B.激光a的频率小于激光b的频率

C.两束激光在材料的上表面发生了干涉

D.有一束激光在材料的上表面发生了全反射

5.(2021河北衡水中学高三上月考)1834年英国物理学家洛埃德设计了洛埃德镜实验,如图所示。水平放置的平面镜MN左上方有一点光源S,仅发出单一频率的光,平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏,平面镜所在水平线与光屏的交点为P,则              (　　)

A.光屏上可以看到干涉条纹

B.光屏上可以看到衍射条纹

C.光屏上P处呈现亮条纹

D.光屏上P处呈现暗条纹

6.(2020天津重点中学联考)如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,发生折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是              (　　)

A.在冰晶中,b光的传播速度较大

B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大

C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小

D.用同一装置做单缝衍射实验,b光的中央亮条纹更宽

7.(2021辽宁高三上新高考调研)如图所示,一束光从玻璃射入水中,形成两束折射光a、b和一束反射光c,则              (　　)

A.同一介质对a光的折射率大于对b光的折射率

B.a光在水中的传播速度大于b光在水中的传播速度

C.保持入射点不变,逆时针方向旋转入射光,则反射光的角速度小于入射光的角速度

D.保持入射点不变,顺时针方向旋转入射光,则b光先消失

8.(2020浙江杭州二中高三上月考)如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则              (　　)

A.此玻璃的折射率为

B.光从B到D需用时

C.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象

D.若减小∠ABD,从AD段射出的光线均平行于AB

9.(2020陕西西安西北工业大学附中高二下月考)在透明的均匀介质内有一球状空气泡,O为球心,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C、D两点射向介质,细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=,下列说法中正确的是              (　　)

A.在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小

B.a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为30°

C.当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光的波长,a光不能发生衍射现象

D.若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中,在不断增大入射角时,a的折射光会先消失

二、非选择题(本题共5小题,共46分)

10.(2021浙江湖州中学高三上期中)(4分)某同学在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中,实验装置俯视图如图甲所示。

(1)该同学经过初步调试后,看到了比较模糊的条纹,为了在屏上得到清晰的条纹,以下操作正确的是　　　　(填选项前的字母)。(说明:图左侧为前方) 

A.旋转测量头　　　　　　　　　　  B.上下拨动金属拨杆

C.左右拨动金属拨杆　　　　　　　　　　 D.前后拨动金属拨杆

(2)该同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时,发现里面的亮条纹与分划板中心刻线不平行,如图乙所示,若要使两者对齐,该同学应　　　　(填选项前的字母)。 

乙

A.仅左右转动透镜　　　　　　　　　　 B.仅旋转单缝

C.仅旋转双缝　　　　　　　　　　  D.仅旋转测量头

11.(2020北京人大附中高二下期末)(8分)如图甲所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'(aa'∥bb'),O为直线MO与aa'的交点,在直线MO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。

(1)该同学接下来要完成的必要步骤有　　　; 

A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像

B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像

C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3

D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像

(2)图甲是他在操作过程中的一个状态,请你指出第四枚大头针P4应在图甲中的位置　　　(填“A”“B”或“C”); 

甲

(3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角θ1和折射角θ2,并写出计算玻璃折射率n的表达式n=　　　　; 

(4)如图乙所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽,若其他操作正确,则折射率的测量值　　　　准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。 

乙

12.(2020黑龙江齐齐哈尔高二下期末)(10分)如图,MN下方足够大的空间有一长方体玻璃,其折射率n=,玻璃的上边界MN是屏幕,玻璃中有一个正三棱柱的真空区域,三棱柱轴线与纸面垂直。图中竖直截面正三角形的边长为10 cm,顶点C紧靠屏幕,距离可忽略,底边AB与屏幕平行。一束激光在竖直截面内垂直于AB边射向AC边的中点O,结果在屏幕MN上出现了两个光斑,分布在C点的两侧。光在真空中的传播速度c=3×108 m/s。求:

(1)光在玻璃中的传播速度;(结果可以用根号表示)

(2)射到C点左侧的光斑离C点的距离。

13.[2021新高考八省(市)1月联考,河北卷,16](12分)如图,一潜水员在距海岸A点45 m的B点竖直下潜,B点和灯塔之间停着一条长4 m的皮划艇。皮划艇右端距B点4 m,灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为α和β,水的折射率为,皮划艇高度可忽略。

(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上,求潜水员下潜的深度;

(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围。

14.(2020四川南充高中高三下月考)(12分)如图所示,一个截面为矩形的水池,池底有一垂直于池边的线形发光体,长度为L。当池中未装水时,一高为h的人站在距池边h的A点,只能看到发光体的一个端点。当将水池加满水时,人需移到距池边2h的B点,才只能看到发光体的一个端点。已知光在真空中传播的速度为c,发光体的一端紧靠人站一方的池边,人站的位置与发光体在同一竖直面内,不计人眼到头顶的距离,求:

(1)水池中水的折射率;

(2)当水池加满水时,站在B点的人看到的发光体端点发出的光传到人眼的时间。

答案全解全析

1.B　人看到的水底是光从水中斜射入空气中时发生折射形成的虚像,属于光的折射,像的位置比实际物体的位置要浅,所以看上去水底浅,故B正确,A、C、D错误。故选B。

2.D　光线经平行玻璃砖两次折射后,根据折射定律可得出射光线与入射光线平行,由于a光的频率小于b光的频率,则玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率,当从空气射入的入射角相同时,由折射定律分析得知a光的折射角大于b光的折射角,在玻璃砖内部,a光在b光右侧,故选D。

3.B　戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体感,是利用光的偏振现象,故A正确;雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的薄膜干涉现象,故B错误;激光全息照相利用了激光相干性好的特点,故C正确;用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点,故D正确。本题要求选不正确的,故选B。

4.B　因材料的上表面只有一束光线射出,通过材料后激光a的侧移量小于激光b的侧移量,可知材料对激光a的折射率小于对激光b的折射率,激光a的频率小于激光b的频率,故A错误,B正确;两束激光的频率不同,则不可能在材料的上表面发生干涉,故C错误;两束激光在材料的上表面的入射角等于在下表面的折射角,根据光路可逆知,两束激光在材料的上表面都不会发生全反射,故D错误。故选B。

5.A　光源S直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光发生干涉,光屏上呈现干涉条纹,故A正确,B错误;因反射光线不能照射到P点,故P点不会有干涉条纹,故C、D错误。故选A。

6.B　由题图乙可知,太阳光射入冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=知,在冰晶中a光的传播速度较大,A错误;由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,可知a光的波长大于b光的波长,根据Δx=λ可知,B正确;同种玻璃对a光的折射率较小,由临界角公式sin C=可知,a光发生全反射的临界角较大,C错误;用同一装置做单缝衍射实验,由于a光的波长较长,故a光的中央亮条纹更宽,D错误。

7.BD　由图可知,发生折射时,b光比a光偏折程度大,所以同一介质对b光的折射率比对a光的大,故A错误;由图可知,发生折射时介质对b光的折射率比对a光的大,根据v=,可知b光在水中的传播速度比a光的小,即a光在水中的传播速度大于b光在水中的传播速度,故B正确;保持入射点不变,逆时针方向旋转入射光,因反射角等于入射角,则反射光的角速度等于入射光的角速度,故C错误;保持入射点不变,顺时针方向旋转入射光,入射角增大,则a、b光的折射角均增大,由于介质对b光的折射率大,所以其发生全反射的临界角小,所以b光首先消失,故D正确;故选B、D。

8.AB　如图,由几何知识可得,入射角i=∠ABD=30°,折射角r=2∠ABD=60°,则此玻璃的折射率为n===,故A正确;BD长度s=2R cos 30°=R,光在玻璃球内的传播速度v=,故光从B传到D所用的时间为t==,B正确;由sin C==<,得临界角C<45°,所以若增大∠ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在DM段发生全反射现象,故C错误;要使出射光线平行于AB,入射角必为30°,若减小∠ABD,入射角减小,则从AD段射出的光线与AB不平行,故D错误。

9.AB　在A点可见a光的折射角大于b光的折射角,所以介质对a光的折射率大于对b光的折射率,由v=得知,在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小,故A正确;细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=,可知在A点a光的折射角是45°,由几何关系可知△AOC是等腰直角三角形,可知,在C点a光的入射角是45°,根据光路可逆可知,在C点a光的折射角是30°,如图所示,由几何关系可知a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为θ=30°,故B正确;当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光的波长,a光能发生明显的衍射现象,故C错误;光从空气射向水中不可能发生全反射,a光的折射光不会消失,故D错误。

10.答案　(1)C(2分)　(2)D(2分)

解析　(1)为了在屏上得到清晰的条纹,可左右拨动金属拨杆,调节单缝和双缝平行,故C正确,A、B、D错误。故选C。(2)单缝与双缝相互平行,发现干涉图样里面的亮条纹与分划板中心刻线不平行,若要使两者平行,该同学应旋转测量头,故A、B、C错误,D正确。故选D。

11.答案　(1)BD(2分)　(2)B(2分)

(3)见解析图(1分)　(1分)　(4)小于(2分)

解析　(1)应该使P3挡住P1的像和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,只有这样P1、P2、P3、P4才在同一条光路上,因此B、D正确,A、C错误。

(2)由于aa'和bb'两个界面平行,因此出射光线与入射光线也应平行,因此P4的位置在B点;

(3)光路图及入射角θ1和折射角θ2如图所示,玻璃的折射率n=;

(4)由下图可知,当aa'和bb'的间距画得过宽时,折射角θ2偏大,因此折射率的测量值小于准确值。

12.答案　(1)×108 m/s　(2)5 cm

解析　(1)光在玻璃中的传播速度

v== m/s=×108 m/s(3分)

(2)如图所示,在AC边,光的入射角

i=60° (1分)

由光的折射定律n=,可知= (2分)

解得r=30° (1分)

由几何关系可知△ODC为等边三角形,则DC=OC=5 cm(2分)

即射到C点左侧的光斑离C点的距离为5 cm。 (1分)

13.答案　(1)15 m　(2) m≤h≤ m

解析　(1)设潜水员下潜到M点时,由M点发出的光线恰好在A点发生全反射,临界角为C,

则有sin C== (2分)

tan C= (2分)

hBM==15 m(2分)

(2)由折射定律,灯塔发出的光恰好照到皮划艇右沿外侧并射入水中时,

=n (1分)

h1= (1分)

可得h1= m(1分)

同理,灯塔发出的光恰好照到皮划艇左沿外侧并射入水中时

=n (1分)

h2= (1分)

可得h2= m(1分)

则潜水员看不到灯塔指示灯的深度范围为 m≤h≤ m

14.答案　(1)　(2)

解析　(1)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在池中的光线与竖直方向的夹角为r,在空气中的光线与竖直方向的夹角为i,水池中水的折射率为n。

由折射定律得n= (2分)

由题意和几何关系得sin r= (1分)

 sin i= (1分)

联立以上各式得n= (1分)

(2)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在水中传播的速度为v,在水中和空气中传播经历的时间分别为t1、t2,总时间为t。

t1= (2分)

v= (1分)

t2= (2分)

t=t1+t2 (1分)

联立以上各式得t= (1分)