物理选择性必修 第一册第四章 光综合与测试精品课时练习

2022-2023年高二物理同步单元AB卷

第四单元 光（B卷）

一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题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。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）

1．如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（  ）

A．①③ B．①④ C．②④ D．只有③

【答案】B

【解析】①②由干涉图样可知，a光的双缝干涉条纹间距比b光的大，根据双缝干涉相邻条纹间距公式

△x=λ

可知，a光的波长长，则同一介质对a的折射率小，对b光的折射率大．根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故①正确；②错误；

③④由

sinC=

分析可知，a光的临界角较大．当光从棱镜射入空气中时，若发生全反射的话首先是b光，若b不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射从棱镜射出，故③错误；④正确。

故选B。

2．某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气），如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。则下列说法正确的是（设空气的折射率为1）（　　）

A．x2=x1

B．x2>x1

C．该矿泉水的折射率为

D．该矿泉水的折射率为

【答案】C

【解析】AB．根据双缝干涉条纹的间距公式

可以知道光在水中的波长小于空气中的波长，所以在水中的干涉条纹间距小于填充前的干涉条纹间距，所以AB错误；

CD．根据双缝干涉条纹的间距公式

可得

所以

故C正确，D错误。

故选C。

3．如图所示为观察水面波衍射的实验示意图，CA、BD是挡板，它们之间有一窄缝，A、B分别为窄缝边缘的两点。S点表示波源，相邻两波纹之间的距离表示一个波长，已知A、B间的距离与波长相差不多，则波穿过窄缝之后（　　）

A．波纹之间距离变大

B．波的振幅变大

C．波仅在SA与SB两直线之间的扇形区域内传播

D．波能传播到SA、SB两直线外侧的区域

【答案】D

【解析】AB．波穿过缝后，波速、频率、波长不变，振幅都不变，则挡板前后波纹间的距离相等，选项AB错误；

CD．因为波长比孔的尺寸还大，所以能够观察到明显的衍射现象，衍射现象是波绕过障碍物，传播到障碍物后方的现象，即波偏离直线传播的路径，选项C错误，D正确。

故选D。

4．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ=，E、F分别为AB、BC的中点，则（　　）

A．该棱镜的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变大

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

【答案】A

【解析】A．在E点作出法线可知入射角为，折射角为，由

可得折射率为，故A正确；

B．光在F点的入射角为，由光的折射定律定律可知发生全反射的临界角为

因此不会在F点发生全反射，故B错误；

C．光从空气进入棱镜，频率不变，速度减小，由可得波长变短，故C错误；

D．三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错误。

故选A。

5．共享单车的尾灯反光标志的截面如图甲所示，它是一块锯齿形的透明材料，锯齿形状为等腰直角三角形，直角边长为a，折射率为n1。某同学取来做光学演示，如图乙所示，将尾灯平放在折射率为n2（n1<n2）的液体上方，用平行光束向下竖直照射，有关光学现象的表述及其解释正确的是（　　）

A．尾灯在液面以上时，上表面比较明亮，光在尾灯上表面发生镜面反射

B．尾灯在液面以上时，上表面比较明亮，光在尾灯下表面发生全反射，透明材料折射率n1≥2

C．尾灯锯齿状部分入液深度为h时（），有明暗条纹，明纹总宽度为

D．尾灯锯齿状部分全部在液面以下时，上表面比较暗，尾灯上表面无反射光

【答案】C

【解析】AB．尾灯在液面以上时，光线垂直射到上表面后沿直线射到下表面的直角边上，然后通过镜面反射到另一直角边上，再通过另一直角边的反射竖直向上射出上表面，则可看到下表面比较明亮，光在尾灯下表面发生全反射，此时满足

C≤45°

即

选项AB错误；

C．如图所示，光线射到直角边上时，在液体上部分的光线仍然发生全反射，通过另一直角边射回到空气中，我们看到的此部分是明纹；而射到液面以下部分的光线，由于n1<n2可知部分光线会发生折射而射入液体中，我们看到的是暗条纹，则由几何关系可知，四个等腰三角形中看到的亮纹总宽度是

选项C正确；

D．尾灯锯齿状部分全部在液面以下时，由于n1<n2可知一部分光线会发生折射而射入液体中，一部分发生反射回到空气中，则尾灯上表面仍有反射光，但是上表面比较暗，选项D错误。

故选C。

6．如图所示，国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点，他们被称为镀点，北京奥运会举行时正值盛夏，镀点能改变光线方向，将光线挡在场馆外，镀点对外界阳光的主要作用是（　　）

A．反射太阳光线，遵循光的反射定律

B．反射太阳光线，不遵循光的反射定律

C．折射太阳光线，遵循光的折射定律

D．折射太阳光线，不遵循光的折射定律

【答案】A

【解析】光的反射是光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象；光的传播方向发生了改变，且介质没变，则这种现象是光的反射现象；遵循光的反射定律。

故选A。

7．固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO´为直径MN的垂线，足够大的光屛PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN．由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO´夹角θ较小时，光屛NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ=α时，光屛NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当θ=β时，光屛NQ区域B光的光斑消失，则（　　）

A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大

C．α＜θ＜β时，光屛上只有1个光斑D．β＜θ＜时，光屛上只有1个光斑

【答案】AD

【解析】A、由题意可知当θ=α时，A光在MN发生全反射，当θ=β时B光在MN发生全反射,则可知A光的临界角小于B光的临界角，根据可知，玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，选项A 错误；

B、由可知A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，选项B错误；

C、α＜θ＜β时，此时A光已经发生全反射，故在NP部分油一个光斑，同时B光从MN下方折射出来，射到NQ上，则在光屏上应有2个光斑，选项C错误；

D、β＜θ＜时，AB两束光都发生全反射，故在光屏上只有1个光斑，选项D 正确．

8．截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE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DE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DE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

【解析】AB．由题意可知

可知临界角为，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示：

因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在平面上有一半的面积有光线射出，故A正确，B错误；

CD．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，故C正确，D错误。

故选AC。

9．如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则（　　）

A．在水中，b光波长比a光波长大

B．a、b两束光相比较，在真空中的传播速度a光比b光大

C．用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距

D．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失

【答案】CD

【解析】A．光线发生折射时，偏折角越大折射率越大，频率越高，波长越短，所以b光波长比a光波长小，故A错误；

B．光在真空中速度相同，故B错误；

C．根据

波长越长，条纹间距越大，用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距,故C正确；

D．根据

b光折射率大，临界角小，b光先发生全反射，最先消失，故D正确。

故选CD。

10．某物体切面形状如图所示，由一直角边为d的等腰直角三角形和一直径为d的半圆组合而成，一束平行光垂直于AB边射入，AC边恰好没有光线射出，已知光速为c，则（　　）

A．BC弧上有光线射出部分弧长为

B．BC弧上有光线射出部分弧长为

C．从BC弧上离开介质的光在介质中传播最短时间

D．从BC弧上离开介质的光在介质中传播最短时间

【答案】BC

【解析】一束平行光垂直于AB边射入，AC边恰好没有光线射出，说明临界角是

C=45°

拆解率

光路图如图所示。

AB．BC弧上有光线射出部分弧长为

故B正确，A错误；

CD．由几何关系可知，临界光线从BC弧上离开介质的光在介质中传播时间最短，所以从BC弧上离开介质的光在介质中传播最短时间

故C正确，D错误；

故选BC。

二、非选择题（共6小题，共60分）

11．（1）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。

本实验的步骤有：

①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；

②按合理的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用刻度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）测量数条亮纹间的距离。在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距要适当和______。

（2）选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离为L。然后，接通电源使光源正常工作。

①已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图（a）所示，图（a）中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图（b）中游标尺上的读数；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图（c）所示，此时图（d）中游标尺上的读数_______。

②若双缝间距d，像屏与双缝屏间的距离为L的情况下，这种色光的波长________（用题中所给字母表示）

【答案】双缝与单缝平行    15.02       

【解析】（1）[1] 在操作步骤②时还应注意单缝和双缝间距要适当和放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝相互平行

（2）①[2] 图3（b）中游标尺上的读数

②[3] 两个相邻明纹(或暗纹)间的距离

根据双缝干涉的条纹间距

解得

12．如图所示是一块用折射率n=2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，∠aOc=60°。当一束平行黄色光垂直照到ac上时，ab部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的。那么黄亮部分的弧长为多少？

【答案】黄亮部分的弧长是

【解析】假定光线MN射到ab界面上时恰好发生了全反射，则MN上方的光线一定在界面ab上发生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的。由

sinC=

得

∠C=30°

由几何关系知θ=30°，所以弧Nb的长度

所以黄亮部分的弧长是。

13．（如图是用折射率的玻璃做成内径为、外径为的半球形空心球壳．现有一束与中心对称轴平行的光射向此半球的外表面,要使球壳内表面没有光线射出,需在球壳上方垂直放置一圆心通过轴的圆形遮光板,求该遮光板的半径。

【答案】

【解析】光线射到内球面时，若入射角大于或等于临界角时，会发生全反射，光线将不能射入球壳内部．根据折射定律求出临界角，作出光路图，由几何知识求出光线射到内球面刚好发生全反射时，在外球面的折射角，根据光路图，由几何知识求出遮光板的半径，设光线a′a射入外球面，沿ab方向射向内球面，刚好发生全反射，则有

得

C=45°

在△Oab中，，Ob=R，由正弦定理得

即得

r=30°

由，得

i=45°

又

当射向外球面的入射光线的入射角小于i=45°时，这些光线都会射出内球面，由图中可知得

14．如图所示是一玻璃砖的截面图,一束光沿与面成30°角从边上的点射入玻璃砖中,折射后经玻璃砖的边反射后,从边上的点垂直于边射出．已知,,,．真空中的光速,求:

①玻璃砖的折射率;

②光在玻璃砖中从传播到所用的时间．

【答案】①    ②

【解析】本题考查光的折射和全反射．

① 光在玻璃砖中传播的光路如图所示，由几何关系可得

光在边发生反射后垂直BC边射出，可得

由折射定律

解得

② 光在玻璃砖中的速度为

由几何关系得

所以

15．如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10－6 m，今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？

(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m；

(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)；

(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象.

【答案】(1)暗条纹　(2)亮条纹　(3) 光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗.

【解析】(1)设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由得

λ1＝nλ2＝1.5×4×10－7 m＝6×10－7 m

根据路程差Δr＝2.1×10－6 m

所以

由此可知，从S1和S2到P点的路程差Δr是波长λ1的3.5倍，所以P点为暗条纹.

(2)根据临界角与折射率的关系sin C＝得

由此可知，B光在空气中波长λ3为

λ3＝nλ介＝×3.15×10－7 m＝5.25×10－7 m

所以

可见，用B光做光源，P点为亮条纹.

(3)光屏上仍出现明暗相间的条纹，但中央条纹最宽最亮，两边条纹变窄变暗.

16．如图所示，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知=，=，一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射，AD＝a，棱镜的折射率n＝，求：

(1)光从棱镜第一次射入空气时的折射角；

(2)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间（设光在真空中传播速度为c）。

【答案】(1)；(2)

【解析】(1)如图所示

i1=，设玻璃对空气的临界角为C，则

sinC=

得

C=

由于i1＞，发生全反射

由折射定律有

所以

(2)三棱镜中光速

v=

所求时间从BC边射出的光线

t=+