4-第四章　光测评卷2021-2022学年物理选择性必修第一册人教版2019（含解析）

第四章　光

一、选择题(本题共11小题,每小题4分,共44分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~11题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)

1.(2021浙江嘉兴高三上联考)在一个月光明媚的夜晚,姚同学站在湖边看到了水里的月亮A,后来他又潜入水中,往水面上方观察,又看到了月亮B,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.看到A属于光的反射现象,A的位置与同学的位置无关

B.看到A属于光的折射现象,A的位置与同学的位置有关

C.看到B属于光的反射现象,B的位置与同学的位置有关

D.看到B属于光的折射现象,B的位置与同学的位置无关

2.(2021浙江诸暨高三上诊断)同一单色光以不同的入射角射向介质a和介质b的界面,入射光、反射光和折射光的三种情形如图所示,则下列说法正确的是              (　　)

A.光源处在介质a中

B.光在介质b中的波长更长

C.光在介质a中的能量更大

D.光在介质b中的传播速度更小

3.(2021重庆主城区高三上适应考)在双缝干涉实验中,光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10-7 m,如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝,则              (　　)

A.单色光的波长是2×10-7 m;P点出现暗条纹

B.单色光的波长是2×10-7 m;P点出现亮条纹

C.单色光的波长是5×10-7 m;P点出现暗条纹

D.单色光的波长是5×10-7 m;P点出现亮条纹

4.(2021山东滨州高二上期中)某玻璃三棱镜的截面如图所示,AB边沿竖直方向,∠BAC=60°,∠B=45°。已知玻璃的折射率为。当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时,光在AC边上的折射角为(不考虑光在玻璃中的多次反射)              (　　)

A.30°　　　　　B.45°　　　　　C.60°　　　　　D.75°

5.(2021浙江名校新高考研究联盟高三上联考)在圆心为O、半径为R的光学介质圆环内有一点光源P,可以向纸面内各方向发光,已知OP=R,介质的折射率n=,则从圆周上有光线射出的范围长度是(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)              (　　)

A.πR　　　　　　　　　　B.πR

C.πR　　　　　　　　　　D.2πR

6.(2021山东新泰一中高二上期中)下列说法中符合实际的是 (　　)

A.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象

B.根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度

C.利用激光的相干性好可以进行精准的测距

D.光波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象

7.(2021江苏南通海安高级中学高三上段考)一个半径较大的透明玻璃球体,截取其下面的一部分,然后将这一部分放到标准的水平面上,现让单色光竖直射向水平截面,如图所示,在反射光中看到的是              (　　)

A.平行的明暗相间的直干涉条纹

B.环形的明暗相间的干涉条纹

C.环形明暗相间条纹从中心向外越来越密

D.只能看到同颜色的平行反射光

8.(2021重庆西南大学附中高三上月考)现有一三棱柱工件,由透明玻璃材料组成,如图所示,其截面ABC为直角三角形,∠ACB=30°。现有一条光线沿着截面从AC边上的O点以45°的入射角射入工件,折射后到达BC边发生全反射,垂直AB边射出。已知CO=AC=L,下列说法正确的是              (　　)

A.光线在AC边的折射角为30°

B.该透明玻璃的折射率为2

C.该光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为45°

D.光线在BC边的入射角为30°

9.(2021江苏盐城中学高三上段考)如图所示,有一束平行于三棱镜截面ABC(等边三角形)的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则              (　　)

A.该棱镜的折射率为

B.该棱镜的折射率为

C.光从空气进入棱镜,波长变小

D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

10.(2021湖北十一校联盟高三上联考)如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径,在球的左侧有一竖直接收屏在A点与玻璃球相切。自B点发出的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,照射在接收屏上的Q点。另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,下列说法正确的是              (　　)

A.玻璃的折射率为

B.光由B传到M点与由M传到Q点所需时间比为2∶1

C.球心O到BN的距离为R

D.若B点处光源为红光光源,将其替换为绿光光源,则圆弧上恰好发生全反射的点N向左移动

11.(2021浙江A9协作体高三上联考)如图所示,一横截面为等腰三角形的玻璃砖,底角为30°,底边BC长为2a,AP与BC垂直,O为BP中点。一细光束平行于AB边从O点由空气射入玻璃砖。已知玻璃砖对该光束的折射率n=,真空中光速为c。则光束              (　　)

A.在AC边会发生全反射

B.在玻璃砖中的波长为空气中的倍

C.在玻璃砖内传播的光程为2a

D.从玻璃砖BC边射出的位置与O点的距离为a

二、非选择题(本题共6小题,共56分)

12.(2020江苏镇江一中高二下月考)(6分)在用插针法“测定玻璃砖的折射率”的实验中,甲、乙、丙三位同学在白纸上画出的界面aa'、bb'与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa'、bb'为界面画光路图。则:

(1)甲同学测得的折射率与真实值相比　　　　(填“偏大”“偏小”或“相等”)。 

(2)乙同学测得的折射率与真实值相比　　　　(填“偏大”“偏小”或“相等”)。 

(3)丙同学测得的折射率与真实值相比　　　　　　　　　　　　。 

13.(2021山东肥城高二上期中)(6分)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图所示:

(1)此玻璃的折射率计算式为n=　　　　(用图中的θ1、θ2表示); 

(2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度　　　　(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量; 

(3)射出玻璃砖的光线相对入射光线产生了侧移,对同一平行玻璃砖,入射角越大,侧移量　　　　(选填“越大”或“越小”)。 

14.(2021西南名校联盟高三上月考)(10分)在长方体透明均匀介质内有一圆柱形空气泡,圆形半径为R,一束平行于CD边的单色细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后从B点射入介质,如图所示为该装置的截面图,已知A点的入射角为30°,该单色光的偏向角为30°(B点出射光线与A点入射光线的夹角)。

(1)求介质的折射率;

(2)长方体的长边较长,从B点射出的光线打到CD上的E点(未画出),请判断从E点是否有光线射出,并说明理由。

15.(2021河南信阳高中高三上调研)(10分)如图所示,△ABC为在真空中放置的某种直角玻璃棱镜的截面图,∠B=60°,O点为斜边AB的中点,BC边的长度为a。一束光线沿与AB成45°的方向射到O点时,经过棱镜折射后的光线恰好沿垂直于AC边的方向射出棱镜。求:

(1)玻璃棱镜对光线的折射率n;

(2)设光在真空中的传播速度为c,如果光线在O'点以垂直于BC面的方向入射,仍然射到O点,则从棱镜射出的光线在棱镜中传播的最短时间t为多少?

16.(2021重庆八中高三上诊断)(10分)如图所示为半圆柱形玻璃砖的横截面,O为圆心,AB为直径,半径为R,其折射率为。现有一束平行光以i=45°的入射角射向平面的AO部分,若光线到达圆弧面后都能从该表面射出。求:

(1)光射在平面上进入玻璃的折射角;

(2)入射光束在AO上的最大宽度。

17.(2021四川天府名校高三上联考)(14分)一个柱状玻璃砖的横截面如图所示,OABC为矩形,OA=d,AB=2d,OCD为圆。现有一细束单色光在图示平面内从AB中点P以i=45°的入射角射入,折射后经过O点。已知光在真空中的传播速度为c,求:

(1)玻璃砖的折射率;

(2)光束在玻璃砖内的传播时间。

答案全解全析

1.A　A是月光经过湖面反射所成的像,是反射现象,A的位置与人的位置无关,A正确,B错误;B是月光折射至水下射入人的眼睛所成的像,是折射现象,B的位置与人的位置有关,C、D错误。故选A。

2.D　根据第三幅图可知,当入射角大于临界角时,入射光在b介质中发生全反射,故光源处在介质b中,故A错误;在第二幅图中,入射角小于折射角,故介质a的折射率小,由λ=及v=可知,光在介质a中的波长更长,故B错误;能量由频率决定,光波的频率不变,则能量不变,故C错误;因为介质b的折射率大,由v=知,光在介质b中的传播速度更小,故D正确。故选D。

3.C　根据c=λf有λ== m=5×10-7 m,路程差与波长之比为n===1.5,路程差为半个波长的奇数倍,因此,两列波在P点振动减弱,出现暗条纹,故选C。

4.B　玻璃的折射率n=,则光发生全反射的临界角θ满足sin θ==,可得θ=45°。光在BC边上的入射角等于45°,则光在BC边恰好发生全反射,其光路图如图所示,光在AC边的入射角i=30°,根据n=可知,光在AC边的折射角为r=45°,故选B。

5.B　由介质的折射率可求得光线发生全反射的临界角,则sin C==,解得C=37°。设θ为发生全反射时光线与O、P所在直线的夹角,由正弦定理得=,解得θ=53°或θ=127°,如图甲∠OPA=53°,如图乙∠OPM=127°。由甲图知,AB左侧光线能射出,由乙图知圆弧MN上有光线射出,求得∠MON=32°,所以有光线射出的圆弧对应的圆心角为180°+32°=212°,则从圆周上有光线射出的范围长度是l=×2πR=πR,故选B。

6.ABD　用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象,故A正确;光波也有多普勒效应,测量星球上某些元素发出的光波的频率,然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照,就可以算出星球靠近或远离地球的速度,故B正确;激光平行度好,可以用来进行精确的测距,故C错误;干涉、衍射、反射和折射是波所特有的现象,光波和声波均能产生干涉、衍射、反射和折射现象,故D正确。故选A、B、D。

7.BC　由题意可知,玻璃球体下表面与水平面之间形成一个空气薄膜,光线在空气薄膜的上下表面反射后发生干涉现象,干涉条纹是明暗相间的同心圆环,且越往外侧空气薄膜的厚度变化越快,则圆环间距越小,即越来越密。故选B、C。

8.AC　画出光路图,如图所示,由图中几何关系可知光线在AC边的折射角为30°,故A正确;

光线在O点的入射角为45°,折射角为30°,由折射定律有n==,故B错误;由sin C=可得发生全反射的临界角C=45°,故C正确;根据图中几何关系可知,光线在BC边的入射角为60°,故D错误。故选A、C。

9.AC　由几何知识得,光线在AB边上的入射角i=60°,折射角r=30°,则折射率为n===,故A正确,B错误;光从空气进入棱镜时,频率不变,波速变小,由波速公式v=λf得,波长变小,故C正确;光线在F点的入射角与在E点的折射角相等,根据光路可逆原理,可知光在F点不可能发生全反射,而且从F点出射的光束与BC边的夹角为θ,所以从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行,故D错误。故选A、C。

10.ACD　已知∠ABM=30°,由几何关系知光线BM在M点的入射角α=30°,折射角β=60°,则玻璃的折射率为n==,故A正确;光在玻璃中的传播速度v=,光由B传到M的时间t1====,光由M传到Q的时间t2===,则=6,故B错误;由题意知临界角C=∠ONB,sin C==,则球心O到BN的距离d=R sin C=R,故C正确;若B点处光源为红光光源,将其替换为绿光光源,波长变小,折射率变大,临界角变小,则圆弧上恰好发生全反射的点N向左移动,故D正确。故选A、C、D。

11.AD　画出光路如图,由折射定律有n=,解得∠2=30°,由几何关系可得∠3=60°。设光在玻璃砖内发生全反射的临界角为C1,sin C1==<,得C1<60°,故能发生全发射。由反射定律,可知∠4=∠3,根据几何知识,可得反射光线平行于BC,根据对称性,可知光束在AC边发生全反射,故A正确;折射率n====,得=,故B错误;光束在AC边发生全发射,在BC边上的M点出射,且M点与O点关于P点对称,故MO=a;在三角形OBN中,∠BNO=30°,则ON=OB=;由几何知识NQ=2NA sin 60°=2(BA-BN)sin 60°=2 sin 60°=,则光程s=ON+NQ+QM=,故C错误,D正确。故选A、D。

12.答案　(1)偏小　(2)相等　(3)可能偏大,可能偏小,可能相等

解析　(1)甲同学测量的光路图如图(a)所示,真实值n=,测量值n'=,因r'>r,故n'<n,所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。

(2)乙同学用题图②测折射率时,只要操作正确,测量的结果与玻璃砖的形状无关,故乙同学测得的折射率与真实值相等。

(3)丙同学的测量可能出现三种情况,光路图如图(b)所示,当出射点在c点时,测量值与真实值相同(同乙同学);当出射点在c点左侧时,测量值小于真实值;当出射点在c点右侧时(如图),真实值n=,测量值n'=,因r'<r,故n'>n,即测量值大于真实值。故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大,可能偏小,可能相等。

(a)

(b)

13.答案　(1)(3分)　(2)大(2分)　(3)越大(2分)

解析　(1)由折射率的公式可得n==;

(2)玻璃砖宽度越大,侧移量越大,为减小误差,应该选用宽度大一些的玻璃砖;

(3)入射角越大,折射角也越大,故侧移量越大。

14.答案　(1)　(2)没有光线射出,理由见解析

解析　(1)设光线在A点的入射角为i,折射角为γ,则第二次折射的折射角为i,如图所示,已知单色光的偏向角为30°,由几何关系得2r=i+60°              (2分)

又i=30°

解得γ=45° (1分)

由折射定律有n= (2分)

代入数据解得n= (1分)

(2)由几何关系可知光线在E点的入射角为60°

由临界角公式sin C= (2分)

又n=,可得临界角C=45° (1分)

可知此时的入射角大于临界角,会发生全反射,故没有光线射出。 (1分)

15.答案　(1)　(2)a

解析　(1)根据题意作出光路图,如图所示,OP为折射光线,由几何关系可知,光线在O点的入射角i=45°,折射角r=30°,根据折射定律有n=,代入数据解得n=              (3分)

(2)设光线在棱镜中发生全反射的临界角为C,有sin C=,代入数据解得C=45° (2分)

由题意,从O'入射到O点的光线,入射角为α=60°>θC,所以光线在O点发生全反射,反射光线为图中OQ,根据几何关系知,反射光线与AB边的夹角β=30°,光线在棱镜中传播的最短路程

s=O'O+OQ=a sin 60°+=a (2分)

传播时间t= (1分)

传播速度v= (1分)

联立各式代入数据解得t=a (1分)

16.答案　(1)30°　(2)

解析　(1)设光射在平面上进入玻璃的折射角为γ,如图所示

则=n (2分)

解得γ=30° (1分)

(2)设玻璃砖的临界角为C,则sin C= (2分)

解得C=45° (1分)

要使光线在圆弧面射出,在圆弧处的入射角需小于临界角

设射在AO面上的最大宽度为ON,由几何关系知= (2分)

解得ON= (2分)

17.答案　(1)　(2)

解析　(1)作出光路图如图所示

由题知PA=d,OP==2d (2分)

故sin r==,则r=30° (2分)

故折射率n== (2分)

(2)光束射到界面上的O点时入射角θ=60°

根据sin C= (2分)

可得C=45°,θ>C (1分)

故光束在O点发生全反射,则光束沿半径在CD弧射出 (1分)

光束在该玻璃砖内的传播速度v= (2分)

光束在该玻璃砖内的传播时间t== (2分)