第四章光及其应用单元测试卷（含答案解析）-教科版（2019）高中物理高二上选必 1

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第四章　光及其应用注意事项1.本试卷满分100分,考试用时90分钟。2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项符合题目要求)1.某束光射在半圆形玻璃砖上,并能通过玻璃砖的圆心O,下列光路图可能正确的是(　　)A　　　　B　　　　C　　　　D2.下列关于光的干涉、衍射、偏振以及激光的说法,不正确的是(　　)A.3D电影利用了光的偏振现象B.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的干涉现象C.日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰D.激光全息照相利用了激光相干性好的特性3.小红利用如图1所示的装置,观察红光的干涉、衍射现象,其中P是光学元件,且P到光屏的距离恒定,实验中调节双缝间距或单缝宽度,在光屏上得到了如图2所示的甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是(　　)　　A.甲对应的P是双缝,双缝间距较大B.乙对应的P是双缝,双缝间距较大C.丙对应的P是单缝,缝的宽度较大D.丁对应的P是单缝,缝的宽度较小4.利用光的干涉原理可以检测甲烷、二氧化碳、瓦斯等气体的浓度,具有精度高、操作简便的特点。如图为一甲烷检测仪的工作原理图,其中P点为双缝中垂线与光屏的交点。则(　　)A.空气室和甲烷室内的介质不同,不能在光屏上观察到干涉条纹B.P点出现亮条纹,可知此时甲烷室中没有甲烷C.随着甲烷室中甲烷浓度的变化,光屏上相邻两干涉条纹的间距也相应变化D.通过测量干涉条纹在光屏上的位移量,可以知道甲烷在空气中的含量5.一束光线穿过介质1、2、3时,光路如图所示,则(　　)A.三种介质的折射率大小关系为n3>n1>n2B.光在三种介质中的速度大小关系为v3>v1>v2C.相对于介质1来说,介质2是光密介质D.当入射角由45°逐渐增大时,在2、3分界面上可能发生全反射6.如图所示,一束平行于等边三棱镜横截面ABC的红光从空气射到E点,沿路径EF射到F点。已知入射方向与AB边的夹角为θ=30°,E、F分别为AB、BC的中点。下列说法正确的是(　　)A.红光在F点发生全反射B.如果入射的是紫光,则光在F点发生全反射C.如果入射的是蓝光,则折射到F、B之间的某点D.如果入射的是紫光,则折射到F、C之间的某点7.某种透明材料制成的空心球体外径是内径的2倍,其过球心的某截面(纸面内)如图所示,一束单色光(纸面内)从外球面上A点射入,入射角为45°时,光束经折射后恰好与内球面相切于B点。已知真空中的光速为c,下列判断正确的是(　　)A.该光在该透明材料中的传播速度v=24cB.该光束从A点入射,入射角变为i'=30°时,恰好在内球面上发生全反射C.该光束从A点入射,若入射角大于45°会在外球面上发生全反射D.若用频率更高的单色光照射,光在透明材料中的传播速度可能为22c8.如图所示为一半径是R的固定半圆柱形玻璃砖的横截面,O点为圆心,OO'为水平直径MN的垂线,足够大的光屏PQ水平且与MN之间的距离为R,OO'延长线与光屏的交点为P。一束复色光沿半径方向与OO'成θ=30°角射向O点,已知复色光包含折射率从n1=2到n2=3的光束,因而光屏PQ上出现了彩色光带(LK)。下列说法不正确的是(　　)A.P、L两点间的距离为RB.折射率为n2的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角为60°C.彩色光带的宽度为(3-1)RD.复色光入射角θ逐渐增大,当θ角大于等于60°时,光屏PQ上的彩色光带将变成一个光点二、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,有多个选项符合题目要求,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)9.两束光线甲和乙分别射到同一双缝干涉装置,得到的干涉图样如图甲、乙所示,将这两束光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体,其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出,下列说法正确的是(　　)　　　　A.甲光的波长较短,乙光的波长较长B.甲光的频率较低,乙光的频率较高C.A光与甲光对应,B光与乙光对应D.分别让A、B光通过同一单缝衍射装置,在同一光屏上A光的中央亮条纹宽度小于B光的中央亮条纹宽度10.下列四幅图为光的相关现象,关于它们的说法正确的是(　　)　　　　A.图甲为a、b两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样,在同种均匀介质中,a光的传播速度比b光的大B.图乙为光导纤维示意图,内芯的折射率比外套的折射率小C.图丙为薄膜干涉示意图,两玻璃板的中间一端用薄片垫起,构成空气劈尖,干涉条纹的产生是光在空气薄膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果D.图丁中,用自然光照射透振方向(箭头所示)互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片,光屏依然会亮11.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S1、S2的光程差是半波长的奇数倍,则P处是暗纹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12.如图所示,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为直径,一束由蓝光和黄光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃,分成两束单色光分别射到圆柱面的B、C两点,只考虑第一次射向圆弧的光线,下列说法正确的是(　　)A.射到B、C两点的光分别是黄光、蓝光B.光从O传到B与光从O传到C的时间相等C.若从圆弧面只有一处光线射出,则一定是从B点射出D.仅将复色光的入射点从O平移到D的过程中,可能出现从圆弧射出的两束光线平行三、非选择题(本大题共6小题,共60分)13.(6分)某实验小组使用半圆柱玻璃砖测定玻璃的折射率,他们的操作步骤如下:A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻璃砖上;B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上垂直于纸面插两枚大头针P1和P2;C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O;D.以垂直于纸面过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的直径画一条直线AB,以O为圆心、d为直径在白纸上画圆,过圆心O作直线AB的垂线,垂线与圆交于C点,过圆上的C点作垂直于OP1的直线交OP1于D,如图所示:(1)看不到P2和P1的像是因为发生了　　　　; (2)若实验中只使用毫米刻度尺作为测量工具,要想测定玻璃砖的折射率,还需要测量　　　　(填“OD”或“CD”)的长度,记作l; (3)玻璃砖的折射率的表达式为n=　　　　。 14.(8分)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图1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最佳顺序应为C、　　　　、A。 (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图2所示,该读数为　　　　 mm。 (3)在双缝干涉实验中,分别用绿色和红色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1　　　　Δx2(填“>”“=”或“n2。(光在真空中的速度为c)求:(1)光在光导纤维中传播的最短时间;(2)光在内芯和外套分界面发生全反射的临界角的正弦值。16.(10分)2021年12月9日,“天宫课堂”第一课正式开讲,某同学在观看太空水球光学实验后,想研究光在含有气泡的水球中的传播情况,于是找到一块环形玻璃砖模拟含有气泡的水球,俯视图如图所示。已知玻璃砖内圆半径为R,外圆半径为2R,光线a沿半径方向射入玻璃砖,光线b与光线a平行,两束光线之间的距离x=3R,光线b经折射后恰好与内柱面相切,光线a、b为同种单色光,光在真空中的传播速度为c,不考虑光的反射,求:(1)玻璃砖对光线b的折射率n;(2)光线a、b在该玻璃材料中传播的时间差Δt。17.(14分)如图所示,一直角玻璃三棱镜置于空气中,∠A=30°,∠B=90°。一束极细的单色光从AB边上的某点射入,在三棱镜内经过一次反射从BC边的中点D垂直射出。已知CD的长度为a,三棱镜对单色光的折射率为n=2,光在真空中传播的速度为c。(1)求出光在AB面上的入射角i;(2)求光在三棱镜中传播的时间。18.(13分)如图所示,玻璃砖截面为半圆形,一束波长λ=6×10-7 m的激光从沿圆心O与直径成37°角方向射入玻璃砖,在O点恰好发生全反射,从圆面水平射出后,进入双缝干涉装置,已知玻璃砖半径R=0.3 m,光在真空中的传播速度为c=3×108 m/s,sin 37°=0.6。求:(1)玻璃砖的折射率n;(2)光线在玻璃砖中传播的时间t;(3)若P是光屏上的一点(图中未画出),P点与双缝S1、S2距离之差为2.1×10-6 m,问P点处是亮条纹还是暗条纹?(需要写出判断依据,只写结论不得分)答案全解全析1.D　光从空气斜射入玻璃砖会发生折射现象,折射角小于入射角,故A、B错误;光从玻璃砖斜射入空气,折射角大于入射角,故C错误,D正确。2.B　3D电影利用光的偏振现象使观众观看电影时产生立体感,A说法正确;通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,B说法错误;反射光是偏振光,日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片滤掉水面的反射光,使水下的景象更清晰,这是利用光的偏振现象,C说法正确;激光全息照相利用激光相干性好的特性,获得两频率相同的光,进行光的干涉,D说法正确。3.A　题图2所示的条纹甲和乙都是平行等距的,是干涉条纹,则甲和乙对应的P是双缝;根据Δx=Ldλ,由于甲条纹间距较小,则甲对应的P双缝间距较大,A正确,B错误。题图2所示的条纹丙和丁中间宽两侧窄,是衍射条纹,则丙和丁对应的P是单缝;因丙图的衍射现象较丁图更明显,可知丙对应的单缝的宽度较小,故C、D错误。4.D　通过空气和甲烷的光的频率相同,能在光屏上观察到干涉条纹,A错误;只要满足光程差是波长的整数倍,就可以在P点出现亮条纹,不能据此判断甲烷室中有没有甲烷,B错误;双缝干涉条纹的间距Δx=Ldλ,由于L、d、λ均不变,可知相邻两干涉条纹间距不变,C错误;光通过的介质浓度改变,干涉条纹相对原位置会在光屏上有位移,通过测量位移量,可以知道甲烷在空气中的含量,D正确。5.A　由题图可知,光从介质1射入介质2时,折射角大于入射角,则n1>n2,光从介质2射入介质3时,折射角小于入射角,则n2n1,所以有n3>n1>n2,A正确;根据公式n=cv,因介质2的折射率最小,介质3的折射率最大,所以光在介质2中的传播速度最大,在介质3中的传播速度最小,光在介质中的速度大小关系为v2>v1>v3,B错误;由A项分析可知,相对于介质1来说,介质2是光疏介质,C错误;光从2到3是从光疏介质到光密介质,全反射只有光从光密介质射向光疏介质时才能发生,所以在此界面上不会发生全反射,D错误。6.D　作各界面处光线对应的法线,如图。由几何知识得,光线在AB面上的入射角为i=90°-θ=60°,折射角为r=30°,则棱镜的折射率为n=sin60°sin30°=3,光线射到BC边的入射角为i'=30°,sin 30°