人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 第四章《光》单元检测（原卷+解析卷）

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人教版新教材 物理选择性必修第一册 第四章《光》单元测试班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________（考试时间：90分钟 试卷满分：100分）单项选择题（每小题3分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）1．（2020下·江苏南通·高二海安高级中学校考阶段练习）对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是（　　）A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度C．丙图是双缝干涉原理图，若P到、的路程差是半波长的奇数倍，则P处是亮纹D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹【答案】B【详解】A．甲图是小孔衍射的图样， 而“泊松亮斑”中央是亮点，选项A错误；B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度，选项B正确；C．丙图是双缝干涉原理图，若P到、的路程差是半波长的奇数倍，则P处是暗纹；若P到、的路程差是波长的整数倍，则P处是亮纹，选项C错误；D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，因为是等厚干涉，则将出现水平干涉条纹，选项D错误。故选B。2．（2020下·北京丰台·高二统考期末）关于光现象，下列说法正确的是（　　）A．图中一束白光通过三棱镜形成彩色光带是光的干涉现象  B．图中光照射不透明的圆盘，在圆盘的阴影中心出现了一个亮斑是光的折射现象C．图中肥皂膜上出现彩色条纹是光的衍射现象D．图中佩戴特殊眼镜观看立体电影利用了光的偏振现象【答案】D【详解】A．一束白光通过三棱镜形成彩色光带是光的折射，故A错误；B．光照射不透明的圆盘，在圆盘的阴影中心出现了一个亮斑是光的衍射现象，故B错误；C．肥皂膜上出现彩色条纹是光的干涉现象，故C错误；D．佩戴特殊眼镜观看立体电影利用了光的偏振现象，故D正确。故选D。3．（2022·高一课时练习）如图所示是一竖立的肥皂薄膜的截面，一束单色平行光射向薄膜，在薄膜上产生干涉条纹，则下列说法错误的是（　　）A．干涉条纹的产生是光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B．观察干涉条纹时，应在入射光的同一侧，薄膜上的干涉条纹是水平的C．观察干涉条纹时，薄膜上的干涉条纹是水平的，若薄膜在竖直面内转过90度角，则条纹将变成竖直的D．用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距比用黄光照射时小【答案】C【详解】A．由于重力的作用，肥皂薄膜形成了上薄下厚的形状，干涉条纹是光在薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果，故A说法正确；BC．观察干涉条纹时，应在入射光的同一侧，转动薄膜，由于重力的作用，薄膜仍然呈现如图所示的形状，且薄膜干涉是等厚干涉，同一条纹对应的薄膜厚度相同，故条纹是水平的，B说法正确，C说法错误；D．其他条件相同时，干涉条纹间距与光的波长成正比，由于黄光波长较长，故用黄光照射薄膜产生的干涉条纹间距较大，用绿光照射薄膜产生的干涉条纹间距较小，故D说法正确。此题选择错误选项，故选C。4．（2021·高一课时练习）如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB=60°，OM为∠AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面。则下列说法正确的是（　　）A．该玻璃砖的折射率为B．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等D．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率不相等【答案】A【详解】A．依题意作出光路图由几何知识得入射角θ1=60°，折射角θ2=30°，由折射定律得故A正确；B．由可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到MB范围的光线不能发生全反射，故B错误；D．光在不同介质中传播频率不变，故D错误；C．若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中传播速度为由可知，该入射光在空气和在玻璃砖中的波长不同，故C错误。故选A。5．（2020上·山东滨州·高二统考期中）某玻璃三棱镜的截面如图所示，其折射率为，该三棱镜的AB边竖直放置，，，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． B． C． D．【答案】B【详解】三棱镜的折射率则全反射临界角满足可得光照到界面上时的入射角为，将在界面处发生全反射。而光在边上的入射角等于，故光在边恰好发生全反射，其光路图如图所示；界面的反射光的光线在边的折射角根据可知，在边的折射角为故B正确。6．（2020下·湖北荆门·高二荆门市龙泉中学校考期中）光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用，如图所示，一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B，C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3.0×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，则(　　)A．光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/sB．光在该有机玻璃中的折射率为1.8C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为37°D．若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3s【答案】A【详解】AB．根据折射定律得则光在有机玻璃中传播的速度为A正确，B错误；C．根据全反射的定义 临界角大于37°，C错误；D．当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的时间D错误。故选A.7．（2021·北京·高三专题练习）如表所示是某种频率的光常温下从真空向介质入射时几种介质对真空的折射率，由表中数据结合相关知识可以知道（　　）几种介质的折射率A．这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度B．这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距C．光密介质的密度一定大于光疏介质密度D．这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射【答案】D【详解】A．由表中数据可知玻璃的折射率大于水的折射率，根据可知，光在玻璃中的速度小于在水中的速度，故A错误；B．这种频率的光在水中的波长小于在空气中的波长，则根据可知，这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距小于在空气中观测的条纹间距，故B错误；C．光密介质的折射率较大，而密度不一定较大，例如：酒精的折射率大于水的折射率，但其密度小于水的密度，故C错误；D．水晶的折射率大于水的折射率，根据可知，这种频率的光在水晶中的临界角较小，则光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射，故D正确。故选D。8．（2020上·浙江·高三校联考阶段练习）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，介质折射率，则从圆周上有光线射出的范围是（，）（　　）A． B． C． D．【答案】B【详解】由介质的折射率可求得光线发生全反射的临界角解得由正弦定理得解得或如图所示如图甲如图乙由甲图知，AB左侧光线能射出，由乙图知圆弧上有光线射出，求得所以光线能射出的圆弧对应的圆心角为则从圆周上有光线射出的范围是故B正确，ACD错误。故选B。9．（2020上·山东济南·高三山东师范大学附中校考阶段练习）一半圆形玻璃砖，C点为其球心，直线与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线平行且到直线距离相等的ab两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（　　）A．b光从空气射入玻璃砖后速度变小，波长变长B．真空中a光的波长大于b光C．a光的频率比b光高D．若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角小于b光【答案】B【详解】A．由和可知，b光从空气射入玻璃砖后速度变小，波长变短，故A错误；BC．由题可知，玻璃对于b光的折射率大于对a光的折射率，b光的频率高，由得知，在真空中，a光的波长大于b光的波长，故B正确，C错误；D．由分析可知,a光的折射率小，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角，故D错误。故选B。10．（2020下·新疆乌鲁木齐·高二新疆实验校考期末）如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见光细光束a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是（　　）A．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率B．a光和b光在玻璃中传播时a光的波长大于b光的波长C．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光大D．a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则b光先发生全反射【答案】A【详解】A．两条光线从玻璃射向空气的过程中，两束光的入射角相同，a光偏离原来的方向大，因此a光的折射角较大，根据光的折射定律可知玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，A正确；B．在同种介质中，光的波长越短，折射率越大，因此两束光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长，B错误；C．在双缝干涉实验中，条纹间距可知，波长越短， 纹间间距越小，因此a光的条纹间距比b光小，C错误；D．根据临界角大小由于玻璃对a光的折射率大，因此a光的临界角小，a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则a光先发生全反射，D错误。故选A。多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,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,有选错的得0分)11．（2020上·重庆·高二校联考阶段练习）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。为嵌在三棱镜内部紧贴面的线状单色可见光光源，与三棱镜的面垂直，位于线段的中点。图乙为图甲中面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由直接射向侧面的光线。下列说法正确的是（　　）A．光从面出射的区域占该侧面总面积的B．光从面出射的区域占该侧面总面积的C．若发出的单色光频率变小，面有光出射的区域面积将增大D．若发出的单色光频率变小，面有光出射的区域面积将减小【答案】AC【详解】AB．由全反射临界角与折射率的关系故临界角为，即光线垂直方向射出在面恰好发生全反射，由几何知识可知光从面出射的区域占该侧面总面积的，所以A项正确，B项错误；CD．若发出的单光色频率减小，则折射率随之减小，由可知，其临界角增大，所以面有光出射的区域面积将增大，C项正确，D项错误；故选AC。12．（2022·高一课时练习）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2aD．从玻璃砖BC边射出的位置与O点的距离为a【答案】AD【详解】A．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C1sin C1==< 得C1<60°故能发生全反射。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；B．折射率n==λ0fλf==得=故B错误；CD．光束在AC边发生全反射，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）sin60°=2sin60°=则光程s=ON+NQ+QM=故C错误，D正确。故选AD。13．（2022·高一课时练习）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2C．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°【答案】AC【详解】A．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;B．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；C．由sin C=可得发生全反射的临界角C=45°故C正确；D．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AC。14．（2021·高一课时练习）一束由红光和紫光组成的复合光，斜射到两面平行的玻璃砖的AB面上，如图所示，红光和紫光从BD面（足够大）上射出，已知玻璃对红光的折射率小于对紫光的折射率。关于从BD面射出的光的说法正确的是（　　）A．红光比紫光更靠近D端B．紫光比红光更靠近D端C．逐渐减小入射角θ，红光最先在BD面发生全反射D．逐渐减小入射角θ，紫光最先在BD面发生全反射【答案】BD【详解】AB．当光从空气射入玻璃时，玻璃对紫光的折射率大于对红光的，由折射定律得，紫光偏折程度较大，所以紫光比红光更靠近D端，A错误，B正确；CD．根据可知紫光的临界角小于红光的临界角，逐渐减小入射角θ，折射角也减小，而在BD上的入射角增大，显然先达到紫光的临界角，C错误，D正确。故选BD。非选择题(本题共5小题,共54分)15．（6分）（2020上·辽宁葫芦岛·高二校考阶段练习）用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心，使入射光线跟玻璃砖平面垂直，如图所示四个图中P1、P2、P3、P4是四个学生实验插针的结果。（1）如图所示四个图中肯定把针插错了位置的是 。（2）这四个图中可以比较准确地测定折射率的是 。（3）另有一名同学也用上述装置，将大头针p1、p2插好后，保持半圆玻璃砖直径与两针连线方向垂直，平移玻璃砖，直到在另一侧恰好无法看到两大头针的像，为了测出折射率，除了玻璃砖的半径R以外，还需要测量的物理量及符号是 ，折射率n= 。【答案】 A D 入射角i和折射角 【详解】(1)［1］肯定把针插错了位置的是图是A，因为此光线通过玻璃砖后，会发生折射，光线方向会发生改变。(2)［2］要比较准确地测定折射率，折射角不能太大，也不能太小．所以比较准确地测定折射率的是D。(3)［3］光路如图所示为了计算折射率，应该测量的量有入射角i和折射角，计算折射率的公式是16．（8分）（2020上·重庆·高二校联考阶段练习）如图所示：某同学对实验装置进行调节并观察实验现象：(1)图甲、图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是 （填A或B）。(2)下述现象中能够观察到的是：( ) A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄D．去掉滤光片后，干涉现象消失(3)已知双缝之间距离为d，测的双缝到屏的距离为L，相邻条纹中心间距为，由计算公式 ，可求得波长。如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550mm，求得这种色光的波长为 m。（已知双缝间距，双缝到屏的距离L = 700mm，计算结果保留一位小数）【答案】 A AC 【详解】(1)[1]双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮、两边暗，且不等间距；根据此特点知甲图是干涉条纹，故选A；(2)[2]A．根据双缝干涉条纹的间距公式知，将滤光片由蓝色的换成红色的，频率减小，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故A正确；B．根据双缝干涉条纹的间距公式，将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距不变，故B错误；C．根据双缝干涉条纹的间距公式，换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄，故C正确；D．去掉滤光片后，通过单缝与双缝的光成为白色光，白色光通过双缝后，仍然能发生干涉现象。故D错误。(3)[3]已知双缝之间距离为d，测的双缝到屏的距离为L，相邻条纹中心间距为，根据可得计算公式 [4]已知第1条亮纹中心到第6条亮纹中心间距，可得由得代入得17．（12分）（2022·高一课时练习）半径为R的半圆柱体玻璃砖，截面如图所示，O为圆心，已知玻璃的折射率为。一束光以与MN边成45°角的方向射向半圆柱体玻璃砖，求能从MN射出的光束的宽度。【答案】R【详解】玻璃的折射率为，故光由玻璃射向空气时发生全反射的临界角C=45°。如图所示，进入玻璃中的光线①沿半径方向直达圆心O，且入射角等于临界角，恰好在O点发生全反射。光线①左侧的光线(如光线②)发生折射后，射在MN上发生全反射，不能从MN面射出。光线①右侧的光线发生折射后，射到MN上的入射角均小于临界角，能从MN面上射出。最右边射向玻璃砖的光线③与玻璃砖相切，入射角i=90°，由折射定律知sin r==则r=45°故光线③射入玻璃砖后将垂直MN从MN面上的E点射出。所以在MN面上射出的光束宽度d=OE=R sin r=R18．（14分）（2017·安徽合肥·高三合肥一中阶段练习）在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面相接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示，有一半径为r=0.1m的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的桌面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合，已知玻璃的折射率为n=1.73．则（1）通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面B点全反射；（2）光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？（结果保留三位有效数字）。【答案】（1）能；（2）【详解】（1）由可得入射角等于临界角，所以光线1能在圆锥的侧面B点发生全反射。（2）当半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，经过第一次折射时，由于入射角等于零，所以折射角也是零，因此折射光线不发生偏折，当第二次折射时，由于入射角等于60°，而玻璃的折射率为1.73，可得入射角与临界角相等，所以会发生光的全反射，反射光线却恰好垂直射出，作图如下根据几何关系可知所以，总时间20．（14分）（2021·高二课时练习）1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，为单色光源，为一平面镜。发出的光直接照在光屏上，同时发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为和，光的波长为。写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离的表达式。【答案】【详解】从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看做双缝干涉，所以SS′之间的距离为d，而光源S到光屏的距离看以看做双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式，因为d=2a所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离介质折射率介质折射率金刚石2.42岩盐1.55二硫化碳1.63酒精1.36玻璃1.5~1.8水1.33水晶1.55空气1.00028