2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第四章 光及其应用 单元检测卷3（含解析）

2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册

第四章 光及其应用 单元检测卷3（含解析）

一、单选题（共28分）

1．关于图片中的物理现象，描述不正确的是（　　）

A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，波速方向改变，属于波的反射现象

B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象

C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象

D．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应

2．在观察光的单缝衍射现象时，当狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，通过狭缝观察线状光源的情况是（　　）

A．不再发生衍射现象 B．衍射现象越来越明显

C．衍射条纹亮度逐渐变暗 D．衍射条纹的间距逐渐变大

3．海洋动物园的水下有各种各样的动物、景观，现将其简化为如下模型；如图所示，一个口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发红光小球，则（　　）

A．小球必须位于缸底中心才能从玻璃缸侧面看到小球

B．小球所发出的红光可以从水面任何位置出射

C．小球所发出的红光从水中进入空气后传播速度增大

D．若小球发出的是蓝光，则水面上有光射出的区域增大

4．一个人站在湖边，观察离岸一段距离的水下的一条鱼，这个人看到的鱼的位置和鱼在水下真实的位置相比较，下列说法中正确的是（　　）

A．在鱼真实位置的正上方某处

B．在鱼真实位置下方偏向观察者的某处

C．在鱼真实位置上方偏向观察者的某处

D．所给条件不足，无法确定观察到的鱼的位置

5．障碍物或孔的尺寸不同，光的一些行为有所不同，光的波长不同，发生的一些光行为也不同，下列说法中正确的是（　　）

A．波长越长的光，越容易发生衍射，因此要提高光学仪器的分辨率应尽量使用波长大的光或口径小的透镜

B．波长越短的光，衍射越不明显，越容易沿直线传播，因此遥感卫星应尽可能利用波长短的光

C．小孔成像的原理是光的直线传播，小孔衍射的原理也是光的直线传播

D．小孔衍射不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理

6．如图所示，某种材料制成的扇形透明砖（已知其半径为）放置在水平桌面上，光源（图中未画出）发出一束平行于桌面的光线从的某点垂直射入透明砖，经过三次全反射（每次都是恰好发生全反射）后垂直射出，并再次回到光源。已知，光在真空中传播的速率为，则该过程中，光在材料中传播的时间为（　　）

A． B． C． D．

7．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是（　　）

A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源

B．用红光和绿光分别做双缝干涉实验（λ红>λ绿），绿光干涉图样的条纹间距比红光大

C．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源

D．在光屏上能看到光的干涉图样，但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生

二、多选题（共12分）

8．半径为R的半圆柱形玻璃砖，其横截面如图所示，O为圆心，已知该玻璃砖对频率为f的红光的折射率为n＝，与MN平面成θ＝45°的平行红光束射到玻璃砖的半圆面上，经玻璃砖折射后，部分光束能从MN平面上射出，不考虑多次反射，已知光在真空中的传播速度为c，下列分析判断正确的是（　　）

A．玻璃砖对该红光束全反射的临界角C＝60°

B．该红光束在玻璃砖中的传播速度为v＝

C．该红光束在玻璃砖中的波长为

D．MN平面上能射出光束部分的宽度为R

E．MN平面上能射出光束部分的宽度为R

9．如图所示，a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板，a和b、b和c之间的夹角都为，一细光束由红光和蓝光组成，以入射角从O点射入a板，且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点，由此可知（　　）

A．射到Q点的光在玻璃中的传播速度较小，波长较短

B．若稍微增大入射角，射出c板后的两束单色光与入射光不平行

C．若射出后的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到P点的光形成干涉条纹的间距小

D．若稍微增大入射角，光从b板上表面射入到其下表面时，在该界面上不可能发生全反射

10．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是（　　）

A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大一些

B．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像

C．为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些

D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，有可能在bb′一侧就看不到P1、P2的像

三、实验题（共15分）

11．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，做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）若该同学用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2做出sinθ1－sinθ2的图像如图所示，下列判断不正确的是______。

A．他做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象

B．玻璃的折射率为0.67

C．玻璃的折射率为1.5

D．玻璃临界角的正弦值为0.67

12．图甲为双缝干涉实验的装置示意图，现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。

（1）图甲装置示意图中有三个光学元件的名称空缺，关于它们的说法正确的是___________；

A．①是双缝，②是单缝，③是滤光片

B．①是单缝，②是滤光片，③是双缝

C．①是滤光片，②是单缝，③是双缝

（2）图乙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，双缝间距为d，则所测单色光波长的计算式为λ=___________（用题中所给的字母表示）。

四、解答题（共45分）

13．如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的三棱镜的直角边长为a，一平行光束平行于斜AB射向直角边AC，结果只有一部分光可以从直角边BC射出，已知棱镜对该光的折射率为，，不考虑光在三棱镜中的多次反射。

（1）请分析说明从BC边射出的光线的出射方向；

（2）照射到AC边上多大范围内的入射光束能从BC边射出。

14．一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形，容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示，容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率以及光在液体中传播的时间。

15．什么是平行光束?什么是同心光束?什么是发散光束?什么是会聚光束?

16．在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，用一种单色光黄光做此实验，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。

参考答案

1．A

【解析】

【详解】

A．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，A错误；

B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，B正确；

C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，C正确；

D．丙图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，D正确。

故选A。

2．C

【解析】

【详解】

AB．当孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近甚至比波长更小时即能发生明显的衍射；狭缝宽度从0.1mm逐渐增加到0.5mm的过程中，衍射现象会逐渐不明显，最后看不到明显的衍射现象了，但衍射现象还存在，故AB错误；

C．狭缝的宽度逐渐变大时，衍射现象越来越不明显，衍射条纹亮度逐渐变暗，故C正确；

D．当发生衍射时，随着狭缝的宽度逐渐变大，衍射条纹的间距逐渐变小，D错误。

故选C。

3．C

【解析】

【详解】

A．放置在缸底任何位置的小球，发出的光一定会有一部分沿水平方向射向侧面，即垂直射向侧面时，传播方向不变，人可以从侧面看见小球，故A错误；

B．当小球所发出的光射向水面，入射角较大时会发生全反射，所以不能从水面的任何位置射出，故B错误；

C．当光从水中进入空气后，由知，n变小，传播速度变大，故C正确；

D．换成蓝光，频率增大，折射率增大，蓝光发生全反射的临界角减小，则有光射出的圆形区域的半径减小，故D错误。

故选C。

4．C

【解析】

【详解】

如图所示画出光路图

所以这个人看到的鱼的位置在鱼真实位置上方偏向观察者的某处，故C正确，ABD错误。

故选C。

5．D

【解析】

【详解】

A．提高光学仪器的分辨本领应减小衍射影响，所以要利用波长短的光或口径大的透镜，故A错误；

B．遥感卫星要克服大气层对光的遮挡作用，因此应使用波长长的红外线，故B错误；

C．D．小孔衍射是一种衍射现象，不遵守光的直线传播规律，也不遵守光路可逆原理，故C错误，D正确。

故选D。

6．A

【解析】

【详解】

光路如图所示

由图中几何关系可知

由临界角公式有

解得

光在介质中传播的路程

光在介质中传播的时间

BCD错误；A正确。

故选A。

7．C

【解析】

【详解】

A．单缝的作用是获得线光源，而不是获得频率保持不变的相干光源，故A错误。

B．用红光和绿光分别做双缝干涉实验（λ红>λ绿），根据

可知，绿光干涉图样的条纹间距比红光小，选项B错误；

C．两个双缝到单缝的距离相等，可获得两个振动情况相同的相干光源，故C正确。

D．在双缝与光屏之间的空间两光相遇处都会发生干涉。故D错误。

故选C。

8．BCD

【解析】

【详解】

A．根据

sinC＝

可得

C＝45°

选项A错误；

B．根据

n＝

得

v＝＝

选项B正确；

C．该红光束在玻璃砖中的波长

λ＝＝

选项C正确；

DE．此题中有两条特殊光线，如图所示，一条是直接射向圆心的光线Ⅰ，另一条是与半圆形截面相切入射的光线Ⅱ。光线Ⅰ左侧的光线折射后在MN上的入射角大于45°，发生全反射，从半圆面射出。对于光线Ⅱ，根据折射定律得

n＝

解得

β＝45°

设折射光线到达MN上A点，则

OA＝R

光线Ⅰ和光线Ⅱ之间的光线在OA间折射出来，即MN平面上能射出光束部分的宽度为R，选项D正确，E错误。

故选BCD。

9．CD

【解析】

【详解】

A．根据红光和蓝光的折射率特点，P点出射的应该是蓝光，Q点出射的应该是红光，由可知，红光在玻璃中的折射率小，因而其在玻璃中的传播速度较大，波长较长，A错误；

B．根据光的折射规律，画出光线经过两平行玻璃砖折射后的光路图

由几何关系可知在平行玻璃板上下两侧的入射光线和出射光线应该是平行的，即使平行玻璃板增加到三块，这个规律仍然存在，故射出板后的两束单色光仍与入射光平行，B错误；

C．由可知，蓝光形成干涉条纹的间距小，故C正确；

D．光从空气射入平行玻璃板时入射角大于折射角，入射角达不到90°，则玻璃中的折射角就小于全反射临界角，根据光路可逆性，光从b板上表面射入到其下表面时，其入射角也一定小于全反射临界角，故在该界面上不可能发生全反射，D正确。

故选CD。

10．AC

【解析】

【详解】

A．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针之间的距离太小，引起的误差会较大，所以为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大一些，故A正确；

B．根据光路可逆可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射反射，则即使P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖仍可以看到P1、P2的像，故B错误；

C．为减小测量误差，入射角应当要尽量大一些，这样折射角也会大一些，折射现象更明显，故C正确；

D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，由光路可逆性，在bb′一侧一定能看到P1、P2的像，故D错误。

故选AC。

11．          大     B

【解析】

【详解】

（1）[1]据题意可知入射角为90°－θ1，折射角为90°－θ2，则玻璃的折射率为

（2）[2]玻璃砖越宽，光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定，测量结果越准确。故应选用宽度大的玻璃砖来测量。

（3）[3]A．由sinθ1－sinθ2图像可知

故光是从空气射入玻璃的，入射角为θ1，故A正确，不符合题意；

BC．由折射率的定义知n=1.5，B错误，符合题意，C正确，不符合题意；

D．由临界角定义知临界角的正弦值

故D正确，不符合题意。

故选B。

12．     C    

【解析】

【详解】

（1）[1]为获取单色线光源，光源后面要有滤光片、单缝、双缝，则①是滤光片，②是单缝，③是双缝，故选C；

（2）[2]相邻两亮条纹间距为，由干涉条纹与波长间的关系可知

得

13．（1）与BC法线成方向；（2）

【解析】

【详解】

（1）光路图如下

由题意知，入射角，根据折射定律可得

解得

根据几何关系可得

根据反射定律和几何关系可得

根据折射定律可得

解得

因此从BC边射出的光线的出射方向为与BC法线成方向；

（2）当AE取最大时，即E点与B点重合，AE=AB，此时AC边上AD范围内的光线都能从BC边射出，由上面的分析可知，在E点与B点重合时，根据几何关系

根据正弦定理可得

由于直角边边长为a，则AB=，代入解得

14．（1）1.55；（2）

【解析】

【详解】

设从光源发出直射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1，在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接CD，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点，光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示：

设液体的折射率为n，由折射定律

依题意

联立解得

由几何关系

联立解得

n≈1.55

根据几何关系，由反光壁反射到射出液面的那束光在液体中的传播距离为

又

联立解得

15．见解析

【解析】

【详解】

由平行光线组成的一束光线叫平行光束；

点光源发出的是球面波，这所有的球面波对应的光束圆心在同一点，这样的光束叫同心光束；

从光源发出的光线向四周发出，其反向延长线交于一点，这样的光束叫发散光束；

延长后可以相交的光线叫会聚光束。

16．，16条

【解析】

【详解】

由题意可知，相邻黄色条纹间距为

双缝到光屏的距离为

设黄光波长为，根据

可求得

而红光波长为

可得

所以暗条纹数为

故黄光的波长为，如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有16条暗条纹。