高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光综合与测试单元测试练习

第四章 光 单元测试卷

学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题(共32分)

1、(4分)如图所示，为两束不同频率的单色光光束，分别从图示位置平行地由空气射向平静的湖面，湖底面水平且铺有反射材料，两束光经两次折射和一次反射后，一起从湖面O处射出。下列说法正确的是(   )
 

A.a光在水中的传播速度比b光小

B.两束光从O处射出时方向一定不同

C.改变两束光的入射角，则两束光均有可能在O点的左侧发生全反射

D.用相同的双缝干涉装置进行实验时，a光的干涉条纹间距较大

2、(4分)如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏N上光的亮度变化情况，下列说法正确的是(   )
 

A.光屏N上光的亮度保持不变

B.光屏N上只有一条亮线随偏振片转动而转动

C.光屏N上有两条与偏振片透振方向对应的亮线

D.光屏上光的亮度会时亮时暗

3、(4分)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则(   )
 

A.玻璃砖的折射率为1.5 B.之间的距离为

C.光在玻璃砖内的传播速度为 D.光从玻璃到空气的临界角为30°

4、(4分)双缝干涉实验装置的截面图如图所示.光源S到、的距离相等，O点为、连线中垂线与光屏的交点.光源S发出的波长为的光，经出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经出射后直接传播到O点，由到O点与由到O点，光传播的时间差为.玻璃片厚度为，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射.以下判断正确的是(   )

A. B. C. D.

5、(4分)如图所示，一底面半径为R的半圆柱形玻璃砖平放在水平面上，O为横截面的圆心，面涂有反光材料，为一个与玻璃砖相切于B点的屏，一束极细的单色光以平行于的方向照射到玻璃砖上的D点，与的夹角.已知光在真空中的传播速度为c，玻璃砖对该单色光的折射率为.下列说法正确(   )

A.光线在面反射后经过E点射出玻璃砖

B.光线在屏上的光斑离B点的距离为

C.光线在玻璃砖内传播的时间为

D.若去掉面的反光材料也不会有光线从面射出

6、(4分)如图所示，和都是厚度均匀的平行玻璃板，和和之间的夹角都为，一细光束由红光和蓝光组成，以入射角从点射入板，且射出板后的两束单色光射在地面上两点，由此可知(   )

A.射出板后的两束单色光与入射光不再平行

B.射到点的光在玻璃中的折射率较大

C.射到点的光在玻璃中的传播速度较大，波长较长

D.若射到两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到点的光形成干涉条纹的间距较小

7、(4分)“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验装置如图甲所示，某同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现分划板的中心刻线与亮条纹未对齐，如图乙所示.下列操作中可使中心刻线与亮条纹对齐的是(   )

A.仅转动透镜     B.仅转动双缝     C.仅转动手轮     D.仅转动测量头

8、(4分)在双缝干涉实验中，用波长为720nm红光照射双缝，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样，测得第1条到第5条亮条纹中心间的距离为12.0 mm，则双缝的间距为(   )

A. B.  C. D.

二、多选题(共16分)

9、(4分)如图所示，一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为两束单色光．设玻璃对的折射率分别为和，在玻璃中的传播速度分别为和，则(   )
 

A.  B.  C.  D.

10、(4分)三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径，如图所示，光线b正好过半圆柱体玻璃砖的圆心O，光线从光线b的两侧对称入射，光线从玻璃砖下表面进入空气后分别与光线b交于两点，则下列说法正确的是(   )
 

A.玻璃砖对三种光的折射率关系为

B.在相同条件下进行双缝干涉实验，a的干涉条纹间距比c的窄

C.光线分别从某种介质射入空气中，c发生全反射时临界角较小

D.光线c穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间比a短

11、(4分)白光是由多种单色光构成的复合光，点光源S发出的一束白光由空气斜射到横截面为矩形的玻璃砖上的O点，和d三点位于同一直线上，θ为入射角，如图所示，下列说法正确的是(   )
 

A.当θ增大时，光不可能在界面上发生全反射

B.当θ增大时，光可能射到界面上，并不会在界面上发生全反射

C.射到界面上的光，一定不能在界面上发生全反射

D.从界面射出的各种色光一定互相平行

12、(4分)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则(   )

A．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率

B．在真空中，a光的波长小于b光的波长

C．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度

D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失

三、填空题(共16分)

13、(4分)如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为m，屏上P点距双缝和的路程差为m，则在这里出现的应是___________（选填“明条纹”或“暗条纹”）。现改用波长为m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将___________（选填“变宽”、“变窄”或“不变”）。
 

14、(4分)如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________（填增大、减小）．

15、(4分)在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距相比，________（选填“>”、“=”或“<”）。若实验中红光的波长为630 nm，双缝与屏幕的距离为1.00 m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm，则双缝之间的距离为________mm。

16、(4分)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置示意图。增大④和⑤之间的距离，相邻条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。只将绿色滤光片改成红色滤光片，测得的条纹间距将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。

四、计算题(共24分)

17、(12分)【选修3–4】

（1）如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，2 s时第一次到达B点，已知振子经过两点时的速度大小相等，2 s内经过的路程为0.6 m，则该简谐运动的周期为_______s，振幅为__________m。

（2）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ。当时，A右侧恰好无光线射出；当时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求：

（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率；

（ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d。

18、(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。

五、实验题(共12分)

19、(12分)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
 

（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_____、A。
（2）本实验所用的滤光片应选用__________色滤光片，实验时需要测量的物理量是________和________。
（3）本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮（暗）条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意________和_________。

参考答案

1、答案：A

解析：本题考查光的折射、反射和干涉。作出光路图如图所示，由光路图可知a光在水中的折射率较大，则a光在水中的传播速度比b光小，A正确；两束光由水面射向空气时入射角均不能达到临界角，不可能发生全反射，且从O处射出方向一定相同，B、C错误；由可知，用相同的双缝干涉装置进行实验时，a光的波长小，干涉条纹间距较小，D错误。
 

2、答案：D

解析：太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有光线到达，则光屏N上光的亮度为从亮到暗、再由暗到亮，所以光屏N上光的亮度会时亮时暗，AB错误，D正确；由于不可能出现光的衍射现象，所以光屏上不可能有两条与偏振片透振方向对应的亮线，故C错误。

3、答案：C

解析：光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射，则，当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行，作出光路图如图所示，出射光线刚好经过玻璃砖圆形表面的最高点Q，设在P点的折射角和在Q点的入射角为，则，由几何关系可知，，联立解得，A错误；之间的距离为，B错误；光在玻璃砖内的传播速度，C正确；光从玻璃到空气的临界角C满足，D错误。
 

4、答案：A

解析：本题通过双缝干涉实验装置考查光的传播.由几何知识知，设，光从传播到O点的时间，由得，光在玻璃片中的传播速度，光垂直玻璃片入射，光的传播方向不变，则光从传播到O点的时间，所以，A正确，B、C、D错误.

5、答案：A

解析：根据题意，作出光路图如图所示：

A、假设光线恰好从E点射出玻璃砖，有，因此，由几何关系得：，故，则计算出的n与题中的一致，故假设正确，则光线在面反射后恰好经过D点射出玻璃砖，故A正确；

B、光在E点折射时，入射角，根据折射定律得，故折射角，故光斑到B的距离为，故B错误；

C、由得，，传播路程为，由几何关系得：，，则时间为，故C错误；

D、发生全反射时的临界角，由几何关系得，光线到达面时入射角为30°，，故光在面不发生全反射，因此有光线从面射出，故D错误。

故选：A。

6、答案：D

解析：A、光线经过平行玻璃板时出射光线和入射光线平行，则最终从c板射出的两束单色光与入射光仍然平行故A错误。

B、射到Q点的光偏折程度没有射到P点的光偏折程度厉害，知射到Q点的光在玻璃中的折射率较小故B错误；

C、射到P点的光折射率较大，根据知，在玻璃中传播的速度较小，折射率大，则频率大，波长小故C错误。

D、根据知，条纹间距较小的光波长小，则频率大，折射率大，偏折厉害，为射到P点的光，即蓝光。故D正确。

故选D

7、答案：D

解析：发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应旋转测量头，故ABC错误，D正确。

故选：D。

8、答案：C

解析：第1条到第5条亮条纹中心间的距离为12.0mm，则相邻条纹间距根据得，，故C正确，ABD错误。

故选：C。

9、答案：AD

解析：A、B由图看出，两束光的入射角i相同，玻璃对单色光a的折射角小于b的折射角，根据折射定律得知，玻璃对光的折射率大于玻璃对的折射率，即。故A正确，B错误。C、D由分析得到a光在玻璃中的传播速度小于b在玻璃中的传播速度，即有。故C错误，D正确，故选AD。

10、答案：BD

解析：本题考查光的折射现象和光的传播。由题图可知，a光和c光在玻璃砖上表面的入射角相同，但c光折射角较大，根据折射定律可知玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率，但由于b光没有发生折射，故无法比较b光折射率的大小，故A错误；由于a光比c光的折射率大，a光波长较短，由，可知在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距比c光的窄，故B正确；根据临界角公式，可知a光发生全反射时的临界角较小，故C错误；根据公式可知，由于，则在玻璃砖中a光比c光的传播速度慢，且a光的传播距离较大，故a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长，故D正确。

11、答案：ACD

解析：白光由空气斜射到玻璃砖的面上，由光疏介质射向光密介质，不可能在界面上发生全反射，故A正确；当θ增大时，折射角增大，光可能射到界面上，若在界面上入射角大于临界角，可能发生全反射，故B错误；由于光在面的入射角等于面的折射角，根据光路的可逆性知，光在面的出射角等于面的入射角，光线不可能在面上发生全反射，而且，从界面射出的各种色光一定互相平行，故C、D正确。

12、答案：BCD

解析：AC、光线a的偏折程度大，根据折射定律公式是入射角，r是折射角，可知a光的折射率大；再根据公式，知a光在玻璃中的传播速度小，故A错误，C正确；B、a光的折射率大，说明a光的频率高，根据光在真空中的波长较短，故B正确；D、若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a的折射角先达到90°，故a光先发生全反射，折射光线先消失，故D正确；E、光线a在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式，分别用光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故E错误；故选：BCD。

13、答案：暗条纹；变宽

解析：P点距离两缝的距离之差是波长的1.5倍，是半波长的奇数倍，所以出现暗条纹。由于条纹间距（d为两条狭缝间的距离，l为挡板与屏间距离）波长变长，条纹间距变宽。

14、答案：长；增大

解析：依据双缝干涉相邻条纹间距规律，可知要使干涉条纹的间距变大，在其它条件不变的情况下要么改用波长更长的单色光即增大λ，要么增大双缝与屏之间的距离L，要么減小双缝之间的距离d。

故答案为：长；增大

15、答案：>；0.3

解析：双缝干涉条纹间距，红光波长较长，所以红光的双缝干涉条纹间距较大，即.相邻条纹间距，根据可得，。

16、答案：增大；增大

解析：光屏上相邻两条亮纹之间的距离，④和⑤之间的距离等于l，增大④和⑤之间的距离，可增大相邻两条亮纹之间的距离；将绿色滤光片改成红色滤光片，增大了入射光的波长，相邻两条亮条纹之间的距离增大。

17、答案：（1）4；0.3

（2）见解析

解析：（1）本题考查简谐运动。根据简谐运动对称性可知，振子零时刻向右经过A点，2 s后第一次到达B点，已知振子经过两点时的速度大小相等，则两点关于平衡位置对称，而振动经过了半个周期的运动，则周期为。从A到B经过了半个周期的振动，路程为，而一个完整的周期路程为1.2 m，为4个振幅的路程，有，解得振幅。

（2）本题考查光的折射率。
（i）光从半圆柱体A射入，满足从光密介质到光疏介质，当时发生全反射，有
解得
（ii）当入射角，经两次折射从半圆柱体B的半径射出，设折射角为r，光路如图

由折射定律有
根据几何关系有
联立解得

18、答案：（1）

（2）

解析：本题考查折射率的计算。
（1）作出光路图如图所示，设水池加满水时，站在B点的人看到的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夹角为i，水池中水的折射率为n。
由折射定律得，
由题意和几何关系得，，
联立以上各式得。

（2）设水池加满水时，站在B点的人看到的端点发出的光在水中传播的速率为v，在水中和空气中传播的时间分别为，总时间为t，则
，，
联立以上各式得。

19、答案：（1）

（2）红；双缝到屏的距离；n条亮（暗）条纹的距离

（3）单缝和双缝间距为5~10 cm；使单缝与双缝相互平行

解析：本题考查光的双缝干涉实验。
（1）滤光片E是从白光中选出红光，单缝D是获取线光源，双缝B是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏A上，所以排列顺序为。
（2）红色滤光片能透过红光而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片。根据实验原理，实验时需要测量的物理量有双缝到毛玻璃屏的距离和n条亮（暗）条纹的距离。
（3）在操作步骤②时应注意的事项有放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝相互平行，且单缝、双缝的距离为5~10 cm。