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课时训练

第四章　单元检测卷

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。

1．对于自然光和偏振光，以下认识正确的是 （　　）

A．从太阳、蜡烛等普通光源直接发出的光是自然光

B．自然光通过一个偏振片后成为偏振光，偏振光再通过一个偏振片后又还原为自然光

C．电灯发出的光透过偏振片，旋转偏振片时看到透射光的亮度无变化，说明透射光不是偏振光

D．自然光只有在通过偏振片后才能成为偏振光

【答案】　A

【解析】　太阳、蜡烛等普通光源发出的光为自然光，包括在垂直光的传播方向上沿一切方向振动的光，故选项A正确；自然光通过偏振片时，只有与偏振片透振方向一致的光才能通过，沿其他方向振动的光被偏振片吸收，所以通过偏振片后的透射光是偏振光，不论通过几个偏振片，所以选项B是错误的；由于自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射亮度不变，即旋转偏振片时亮度不变是因为入射光是自然光，而不是因为透射光不是偏振光，所以选项C是错误的；偏振现象是很普遍的，而不是只有通过偏振片后才能成为偏振光，平常见到的绝大多数光都是偏振光，故选项D是错误的．

2．劣质的玻璃中往往含有空气泡，这些空气泡看上去比较亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是 （　　）

A．空气泡对光线有会聚作用，因而较亮

B．空气泡对光线有发散作用，因而较亮

C．从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮

D．从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮

【答案】　D

【解析】　要注意发生全反射的条件是：光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角．一部分从玻璃到达空气泡的界面处的光满足了发生全反射的条件，因而发生全反射，这也就是气泡看上去比较亮的原因．

3．以下说法正确的是 （　　）

A．真空中蓝光的波长比红光的波长长

B．天空中的彩虹是由光的干涉形成的

C．光纤通信利用了光的全反射原理

D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变

【答案】　C

【解析】　红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由λ＝，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误．天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误．光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确．机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v＝λf知，波长也不同，选项D错误．

4．

在杨氏双缝干涉实验中，如果不用激光光源而用一般的单色光源，为了完成实验可在双缝前边加一单缝获得线光源，如右图所示，在用单色光做双缝干涉实验时，若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动，则              （　　）

A．不再产生干涉条纹

B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变

C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移

D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移

【答案】　D

【解析】　本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移．

5．一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃的另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离．在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是              （　　）

A．红光以30°的入射角入射

B．红光以45°的入射角入射

C．紫光以30°的入射角入射

D．紫光以45°的入射角入射

【答案】　D

【解析】　因为同种介质对紫光的折射率较大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A、B项错误；设入射角为i，折射率为n，平板玻璃厚度为d，侧移距离为Δx，则Δx＝dsin i（1－），可见对于同一种色光，入射角越大，侧移距离越大，D项正确．

6．如下图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率较玻璃低的介质包覆．若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为θ，则下列有关此光线传播方式的叙述正确的是              （　　）

A．不论θ为何值，光线都不会发生全反射

B．不论θ为何值，光线都会发生全反射

C．θ够小时，光线才会发生全反射

D．θ够大时，光线才会发生全反射

【答案】　C

【解析】　发生全反射的条件之一是入射角i要大于等于临界角C，即光线传播到光纤侧面时的入射角i应满足i＝90°－θ≥C，θ≤90°－C，故选C项．

7．

如右图所示，有一束光投射到放在空气中的平行玻璃砖的表面Ⅰ上，下列说法中正确的是 （　　）

A．如果在界面Ⅰ上入射角大于临界角，光将不会进入玻璃砖

B．光从界面Ⅱ射出时出射光线可能与最初的入射光线不平行

C．光进入界面Ⅰ后可能不从界面Ⅱ射出

D．不论光从什么角度入射，都能从界面Ⅱ射出

【答案】　D

【解析】　发生全反射的必要条件有两个，即光从光密介质射入光疏介质和入射角不小于临界角，本题中光从空气射入界面Ⅰ上时，光是从光疏介质射入光密介质，所以即使入射角大于临界角，光也不会发生全反射现象，光会进入玻璃砖，选项A错误；因为玻璃的上、下两个界面平行，光从界面Ⅱ射出时出射光线肯定会与最初的入射光线平行，选项B错误；光进入界面Ⅰ后，从玻璃射向界面Ⅱ时的入射角肯定小于临界角，光肯定会从界面Ⅱ射出，选项C错误；不论光从什么角度入射，都能从界面Ⅱ射出，选项D正确．

8．在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可以见到一个圆形透光平面，如果圆形透光平面的半径匀速增大，那么光源              （　　）

A．加速上升

B．加速下沉

C．匀速上升

D．匀速下沉

【答案】　D

【解析】　

如右图所示，在水面上看到透光平面半径为R．设光从水射入空气发生全反射sin C＝，由几何知识得sin C＝，由以上两式得＝，得R＝．透光平面半径与h成正比，R均匀增大，h也均匀增大，故D选项正确．

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9．下列有关光现象的解释正确的是 （　　）

A．光在同一介质中沿直线传播

B．海市蜃楼是全反射的结果

C．任何两束光都可以发生干涉

D．为了司机在夜间安全行驶，汽车前窗玻璃常采用偏振玻璃

【答案】　BD

【解析】　光在同一种均匀介质中才会沿直线传播，选项A错误；海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的，所以选项B正确；只有相干波才可以发生干涉，选项C错误；汽车前窗玻璃采用偏振玻璃，在夜间行驶时可以减弱对面车辆照射过来的光强，选项D正确．

10．

双缝干涉实验装置如右图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为l，调整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹．关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是              （　　）

A．若仅将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰

B．若仅将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹

C．若仅将双缝间距离减小，像屏上的两个相邻亮条纹间的距离变小

D．若仅将双缝间距离减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离变大

【答案】　BD

【解析】　双缝到像屏的距离不影响干涉条纹的清晰程度，A错，B对；仅将双缝间距减小，像屏上的两个相邻亮条纹或暗条纹间的距离变大，C错，D对．

11．

如右图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中正确的是              （　　）

A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率

B．a光在三棱镜中传播的速度较大

C．让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距

D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显

【答案】　ACD

【解析】　由a、b经棱镜后的偏折情况可知a的折射率大于b的折射率，故A正确；由n＝知，a光在棱镜中的传播速度小，故B错误；a的折射率大，频率大．由v＝λf可知a的波长小，由Δx＝λ知，a光的条纹间距小，故C正确；b光的波长大，衍射现象更明显，故D正确．

12．

一束复合光射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分开为a、b两束不同颜色的单色光，下列判断中正确的是 （　　）

A．光束a的频率比光束b大

B．在玻璃中传播，光束a的波长比光束b大

C．玻璃对光束a的折射率比玻璃对光束b的折射率小

D．若光束从玻璃中射向空气，则光束a的临界角比光束b的临界角小

【答案】　BC

【解析】　由题图可知a光在玻璃砖中的偏折程度较小，所以玻璃砖对a光的折射率小，C正确；折射率小，频率低，所以a光的频率小于b光的频率，A错误；因为a光的频率小，根据c＝λf知，则a光的波长长，B正确；根据sin C＝知，折射率小的临界角大，所以光束a的临界角比光束b的临界角大，D错误．

三、非选择题：本题共6小题，共60分。

13．（6分）如下图所示，某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以O为圆心画圆，该圆交入射光线于A点，交OO'连线延长线于C点．分别过A点、C点作法线NN'的垂线AB、CD交NN'于B点、D点，请用刻度尺测量并计算得到此种玻璃的折射率n＝　　　　．（结果保留两位有效数字） 

【答案】　1．5

【解析】　由折射定律有n＝＝＝，测得AB＝1．13 cm、CD＝0．73 cm，代入数据解得n≈1．5．

14．（8分）某次实验时，某同学调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，如右图所示，此时测量头的读数为　　　　mm．转动手轮，使分划板向一侧移动到另一条亮条纹的中心位置，再次从测量头上读数．若实验测得第1条到第4条亮条纹中心间的距离为a＝0．960 mm，已知双缝间距为d＝1．5 mm，双缝到屏的距离为l＝1．00 m，则对应的光波波长λ应为　　　　． 

【答案】　1．180（1．179～1．181均正确）　4．8×10－4 mm

【解析】　测量头的示数为1．180（1．179～1．181 mm均正确）．相邻两条亮（暗）条纹间的距离Δx＝＝ mm＝0．320 mm，由公式Δx＝λ得λ＝Δx＝4．8×10－4 mm．

15．（7分）在真空中，黄光波长为6×10－7 m，紫光波长为4×10－7 m．现有一束频率为5×1014 Hz的单色光，它在n＝1．5的玻璃中的波长是多少？它在玻璃中是什么颜色？

【答案】　4×10－7 m　黄色

【解析】　先根据λ0＝计算出单色光在真空中的波长λ0，再根据光进入另一介质时频率不变，由n＝＝，求出光在玻璃中的波长λ．

λ0＝＝ m＝6×10－7 m，又由n＝得λ＝＝ m＝4×10－7 m．由于光的颜色是由光的频率决定的，而在玻璃中光的频率未变化，故光的颜色依然是黄色．

16．

（9分）如右图所示，某三棱镜的截面是一直角三角形，棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑，入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，经AB和AC折射后射出．为了使上述入射光线能从AC面射出，求折射率n的取值范围．

【答案】　1＜n＜

【解析】　

设第一次发生折射时入射角和折射角分别为α和β，第二次发生折射时的入射角为γ

则sin α＝nsin β

要在AC面上不发生全反射，要求sin γ＜

同时由题可知：β＋γ＝90°，α＝60°

因此有：n＜．

又n本身大于1，

故n的取值范围：1＜n＜

17．

（14分）一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全挡住从圆形发光面发出的光线（不考虑反射），求平板玻璃的折射率．

【答案】　

【解析】　如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A'点折射，根据折射定律有

nsin θ＝sin α①

式中，n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角．

现假设A'恰好在纸片边缘，由题意，在A'点刚好发生全反射，故

α＝②

设AA'线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有

sin θ＝③

由题意，纸片的半径应为

R＝L＋r④

联立以上各式可得n＝．

18．（16分）如右图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m．距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°（取sin 53°＝0．8）．已知水的折射率为．

（1）求桅杆到P点的水平距离；

（2）船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．

【答案】　（1）7 m　（2）5．5 m

【解析】　（1）设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ．由几何关系有

＝tan 53°①

＝tan θ②

由折射定律有

sin 53°＝nsin θ③

设桅杆到P点的水平距离为x，则

x＝x1＋x2④

联立①②③④式并代入题给数据得

x＝7 m．⑤

（2）设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i'，由折射定律有

sin i'＝nsin 45°⑥

设船向左行驶的距离为x'，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x'1，到P点的水平距离为x'2，则

x'1＋x'2＝x'＋x⑦

＝tan i'⑧

＝tan 45°⑨

联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得

x'＝（6－3） m≈5．5 m．⑩