高中物理单元测试——第四章光及其应用（较难版02）

高中物理单元测试 —— 第四章 光及其应用（较难版02）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）2024年8月8日，在巴黎奥运会花样游泳集体项目的比赛中，我国选手首次赢得奥运会金牌。图中能反映花样游泳运动员在水下看到看台上观众的光路图是（　　） A． B． C． D． 2．（本题4分）下列现象说明光是一种横波的是（　　） A．光沿直线传播 B．光的衍射 C．光的反射 D．光的偏振 3．（本题4分）如图所示，某研究小组将一块平直玻璃板放置在另一块平直玻璃板之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方射入后，研究小组从上往下观察，看到了干涉条纹，下列说法正确的是（　　） A．上方玻璃板的上表面和下表面的反射光叠加形成干涉条纹 B．上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的下表面的反射光叠加形成干涉条纹 C．抽掉一张纸片，观察区域的条纹数将会变多 D．抽掉一张纸片，观察区域的条纹数将会变少 4．（本题4分）如图所示是一套杨氏双缝干涉实验装置，其中为双缝，D为光屏。光屏上O点是中央亮纹的中心，是光屏上另一固定的点，当用波长640nm的红光照射双缝时，为第6级亮纹的中心。下列说法正确的是（　　） A．将光屏稍向左平移后，O点不是中央亮纹的中心 B．将光屏稍向左平移后，可能成为第5级亮纹的中心 C．改用波长480nm的蓝光照射双缝，O点可能是暗纹中心 D．改用波长480nm的蓝光照射双缝，为第8级亮纹的中心 5．（本题4分）如图所示为双缝干涉装置示意图，双缝到光屏的距离为l，双缝的中垂线与光屏交于O点。某种单色光照射到双缝上，观察到光屏上P点为第4级亮条纹的中心位置（图中黑色表示亮条纹）。现将光屏向右平移l，此时观察到光屏上P点为（　　） A．第8级亮条纹的中心位置 B．第5级亮条纹的中心位置 C．第2级亮条纹的中心位置 D．第1级亮条纹的中心位置 6．（本题4分）如图甲所示，某景观池底部水平固定着由细灯带构成的圆形发光体，发出的单色光在水面上形成的圆环光斑俯视图如图乙所示。已知池底到水面的距离，发光体的半径R=2m，水对该光的折射率，不考虑光在水池中的反射，则该圆环光斑的面积为（　　） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图所示是一光导纤维简化为一长直玻璃丝的示意图，玻璃丝足够长，为其端面，为使不管以多大入射角从端面射入的光都能从玻璃丝的另一端面射出，则玻璃丝的折射率n应满足（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．（本题6分）如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成、两束单色光。以下说法正确的是（　　） A．玻璃砖对光的折射率为 B．光的频率比光的大 C．光的波长比光的大 D．光在玻璃中的传播速度比光的小 9．（本题6分）以下四幅图片：图甲是单色光的衍射图样，图乙是双缝干涉示意图，图丙是两束单色光射向水面点，经折射后组成一束复色光，图丁是自然光通过偏振片的实验结果，右边是光屏，当固定不动缓慢转动时，光屏上的光亮度将明暗交替变化。下列说法中正确的是（    ） A．图甲中，中央条纹特别宽特别亮，两侧的亮纹比较窄比较暗 B．图乙中，若只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小 C．图丙中，以水下某一点为光源向水面发射复色光，光更容易发生全反射 D．图丁中，这种现象表明光是横波，利用这种原理可以制作3D电影 10．（本题6分）光射入方解石晶体发生双折射，产生寻常光（光）和非常光（光）。现将一方解石晶体沿特定方向切割成相同的两块，把切割面磨成平整的光学面、用均匀等厚的薄透明树脂胶粘合在一起，形成晶体—树脂胶—晶体AC界面，制作成如图所示的光学器件ABCD（俯视图），其中，BC和AD面涂黑吸收光线。已知黄光在树脂胶中折射率；在方解石晶体中，光折射率，光折射率。一束黄光以入射角从AB面射入该器件，折射光均能到达AC面。下列说法正确的是（     ）（光从折射率为的介质射入折射率为的介质，入射角为，折射角为，有） A．光和光的光子能量不相等 B．图中光线1是光，光线2是光 C．从CD面不可能射出平行的两束光 D．当时，只有一束光从CD面射出 三、实验题 11．（本题6分）如图为双缝干涉的实验装置，双缝间距为，双缝到屏的距离为。用波长为的黄光照射，在屏上形成干涉条纹，则相邻两亮条纹中心间距的表达式为__________（用、、表示），代入数据可得_______。若其它条件不变，改用绿光照射，则相邻两亮条纹中心间距比黄光的_______（选填“大”或“小”）。 12．（本题9分）某实验小组用激光偏移法测量平行玻璃砖的折射率。实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线MN，让玻璃砖上边界与MN重合； ②让激光从玻璃砖下边界O点射入玻璃砖，记录入射点O和出射光线与MN的交点P； ③保持激光笔位置不动，移走玻璃砖，记录激光束与MN的交点Q； ④过O点作MN的垂线，垂足为A。 请回答下面问题： (1)实验小组同学先通过游标卡尺测量玻璃砖的厚度，示数如图乙所示，玻璃砖的厚度OA为d，则______cm (2)再用刻度尺测出AQ、AP长度分别为s、L，则该玻璃砖的折射率______（用d、s、L表示） (3)关于此实验，下列说法正确的是______。（多选） A．若仅将激光由红色改为蓝色，则PQ间距变大 B．若仅换用更厚的玻璃砖，则PQ间距变小 C．为避免激光在玻璃砖的上界面发生全反射，实验时入射角不宜过大 D．完成实验步骤①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得折射率比真实值偏小 四、解答题 13．（本题10分）某同学设计一种测玻璃砖折射率的方法：如图所示，为平行玻璃砖，厚度为6cm，一束单色光斜射到玻璃砖上表面，光束与玻璃砖表面成，保持入射方向不变，改变入射点，当入射点在点时，折射光线刚好射到点，测得为，求： (1)玻璃砖对单色光的折射率； (2)改变单色光在面的入射角和入射点，使折射光线照射到面上，试分析折射光线能否从面射出，如果能，单色光在面的入射角至少多大；如果不能说明理由。 14．（本题13分）如图所示，直角是某均质玻璃砖的横截面，其中，，。一细束单色光从边上的中点垂直边由真空射入该玻璃砖，第一次从边上出射时的折射光线恰好与边平行。已知光在真空中的传播速度为，求： (1)该玻璃砖对该单色光的折射率； (2)该光束从边入射到第一次从边出射，在玻璃砖内经过的时间。 15．（本题16分）如图所示，半圆为半球形玻璃砖的截面，半径为、圆心为，为水平直径。一束单色光斜射到边上的点，点到点距离为，入射角，折射光线刚好射到半圆的最低点。 (1)求玻璃砖对该单色光的折射率； (2)保持入射光的方向不变，将入射点从点水平向右移动，至折射光线在面上刚好发生全反射，求入射点移动的距离。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第四章 光及其应用（较难版02）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）2024年8月8日，在巴黎奥运会花样游泳集体项目的比赛中，我国选手首次赢得奥运会金牌。图中能反映花样游泳运动员在水下看到看台上观众的光路图是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】花样游泳运动员在水下看到看台上观众，所以光线的传播方向应该是从空气射向水里，根据光的折射规律可知，当光由空气斜射入水中时，发生折射，且折射角小于入射角。 故选B。 2．（本题4分）下列现象说明光是一种横波的是（　　） A．光沿直线传播 B．光的衍射 C．光的反射 D．光的偏振 【答案】D 【详解】只有横波才能产生偏振，光的偏振说明光是一种横波，故选D。 3．（本题4分）如图所示，某研究小组将一块平直玻璃板放置在另一块平直玻璃板之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光从上方射入后，研究小组从上往下观察，看到了干涉条纹，下列说法正确的是（　　） A．上方玻璃板的上表面和下表面的反射光叠加形成干涉条纹 B．上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的下表面的反射光叠加形成干涉条纹 C．抽掉一张纸片，观察区域的条纹数将会变多 D．抽掉一张纸片，观察区域的条纹数将会变少 【答案】D 【详解】AB．该条纹为光在标准玻璃（上方玻璃板）的下表面和待检玻璃（下方玻璃板）的上表面反射后叠加形成的，故AB错误； CD．从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差，显然抽掉一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，干涉条纹变疏，条纹数将会变少，故C错误，D正确。 故选D。 4．（本题4分）如图所示是一套杨氏双缝干涉实验装置，其中为双缝，D为光屏。光屏上O点是中央亮纹的中心，是光屏上另一固定的点，当用波长640nm的红光照射双缝时，为第6级亮纹的中心。下列说法正确的是（　　） A．将光屏稍向左平移后，O点不是中央亮纹的中心 B．将光屏稍向左平移后，可能成为第5级亮纹的中心 C．改用波长480nm的蓝光照射双缝，O点可能是暗纹中心 D．改用波长480nm的蓝光照射双缝，为第8级亮纹的中心 【答案】D 【详解】A．将光屏稍向左平移后，光屏上O点到两个光源的距离相等，仍然为中央亮纹中心，故A错误； B．将光屏稍向左平移后，根据，屏向左平移，L减小，可知相邻干涉条纹间距离减小，原来屏上位置是第6级亮纹的中心，所以平移后不可能成为第5级亮纹的中心，B错误； C．改用波长480nm的蓝光照射双缝，O点仍然是亮纹中心，C错误； D．双缝干涉亮条纹条件是光程差，设处为蓝光的第k级亮条纹，有，解得，即改用波长480nm的蓝光照射双缝，为第8级亮纹的中心，D正确。 故选D。 5．（本题4分）如图所示为双缝干涉装置示意图，双缝到光屏的距离为l，双缝的中垂线与光屏交于O点。某种单色光照射到双缝上，观察到光屏上P点为第4级亮条纹的中心位置（图中黑色表示亮条纹）。现将光屏向右平移l，此时观察到光屏上P点为（　　） A．第8级亮条纹的中心位置 B．第5级亮条纹的中心位置 C．第2级亮条纹的中心位置 D．第1级亮条纹的中心位置 【答案】C 【详解】根据双缝干涉条纹间距公式 现将光屏向右平移l，则 故此时观察到光屏上P点为第2级亮条纹的中心位置。 故选C。 6．（本题4分）如图甲所示，某景观池底部水平固定着由细灯带构成的圆形发光体，发出的单色光在水面上形成的圆环光斑俯视图如图乙所示。已知池底到水面的距离，发光体的半径R=2m，水对该光的折射率，不考虑光在水池中的反射，则该圆环光斑的面积为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】光从水射向空气时，发生全反射的临界角满足公式 代入水的折射率​，可得​ 由三角函数关系，得， 发光体是池底半径的细灯带，即仅半径处发光，中心区域不发光。对灯带上任意发光点，恰好发生全反射的光线，水平方向偏离发光点的距离为 代入，解得 因此，能射出水面的光斑范围，内、外半径分别为， 圆环面积为外圆面积减内圆面积 故选D。 7．（本题4分）如图所示是一光导纤维简化为一长直玻璃丝的示意图，玻璃丝足够长，为其端面，为使不管以多大入射角从端面射入的光都能从玻璃丝的另一端面射出，则玻璃丝的折射率n应满足（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，则光在光导纤维内发生全反射，光路图如图所示 根据折射定律有， 且有 联立解得 不管以多大入射角（）射入的光都能发生全反射，这意味着对于所有可能的θ值都必须成立。因此，我们需要取的最大值来确定n的最小值，即 故选B。 二、多选题 8．（本题6分）如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成、两束单色光。以下说法正确的是（　　） A．玻璃砖对光的折射率为 B．光的频率比光的大 C．光的波长比光的大 D．光在玻璃中的传播速度比光的小 【答案】BD 【详解】A．根据折射率可得，玻璃砖对光的折射率为 故A错误； BC．由题图可知，光的偏折程度大于光的偏折程度，则玻璃砖对光的折射率大于对光的折射率，光的频率比光的大，根据可知，光的波长比光的小，故B正确，C错误； D．根据，由于玻璃砖对光的折射率大于对光的折射率，则光在玻璃中的传播速度比光的小，故D正确。 故选BD。 9．（本题6分）以下四幅图片：图甲是单色光的衍射图样，图乙是双缝干涉示意图，图丙是两束单色光射向水面点，经折射后组成一束复色光，图丁是自然光通过偏振片的实验结果，右边是光屏，当固定不动缓慢转动时，光屏上的光亮度将明暗交替变化。下列说法中正确的是（    ） A．图甲中，中央条纹特别宽特别亮，两侧的亮纹比较窄比较暗 B．图乙中，若只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小 C．图丙中，以水下某一点为光源向水面发射复色光，光更容易发生全反射 D．图丁中，这种现象表明光是横波，利用这种原理可以制作3D电影 【答案】AD 【详解】A．图甲是单色光的衍射图样，中央条纹特别宽特别亮，两侧的亮纹比较窄比较暗，故A正确； B． 图乙是双缝干涉示意图。由，可知只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将增大，故B错误； C．由折射率公式可知光的折射率小，光的折射率大；由可知光的临界角较小，以水下某一点为光源向水面发射复色光，光更容易发生全反射，故C错误； D．图丁是光的偏振现象，这种现象表明光是横波，故D正确。 故选AD。 10．（本题6分）光射入方解石晶体发生双折射，产生寻常光（光）和非常光（光）。现将一方解石晶体沿特定方向切割成相同的两块，把切割面磨成平整的光学面、用均匀等厚的薄透明树脂胶粘合在一起，形成晶体—树脂胶—晶体AC界面，制作成如图所示的光学器件ABCD（俯视图），其中，BC和AD面涂黑吸收光线。已知黄光在树脂胶中折射率；在方解石晶体中，光折射率，光折射率。一束黄光以入射角从AB面射入该器件，折射光均能到达AC面。下列说法正确的是（     ）（光从折射率为的介质射入折射率为的介质，入射角为，折射角为，有） A．光和光的光子能量不相等 B．图中光线1是光，光线2是光 C．从CD面不可能射出平行的两束光 D．当时，只有一束光从CD面射出 【答案】BD 【详解】A．o光和e光是同一束黄光分解得到的，二者频率相同，光子能量，因此光子能量相等，故A错误； B．在左侧方解石中，o光折射率大于e光折射率，根据折射定律，相同入射角下，折射率越大折射角越小，因此光线1是e光，光线2是o光，故B正确； C． 两束光穿过树脂胶进入右侧方解石后，传播方向均平行于原入射树脂胶方向，最终从CD面出射进入空气时，可以得到两束平行的出射光（也可看作通过两个平行玻璃砖模型），故C错误； D．e光从方解石射入树脂胶是从光疏介质进入光密介质，不会发生全反射，一定能穿过树脂胶；而o光从方解石射入树脂胶是光密到光疏，存在全反射临界角。 入射光从空气以入射角射入AB面，设进入左方解石后，o光的折射角为，根据折射关系： 整理得： 由于，AB面的法线与AC面恰好平行，因此o光入射到AC界面时，光线与AC面法线的夹角满足几何关系： o光从方解石射入树脂胶，发生全反射的临界角​满足全反射条件： 要让o光发生全反射，需要入射角 整理得到：​ o光在AC面发生全反射，被涂黑的面吸收，最终只有e光从CD面射出，故D正确。 故选 BD。 三、实验题 11．（本题6分）如图为双缝干涉的实验装置，双缝间距为，双缝到屏的距离为。用波长为的黄光照射，在屏上形成干涉条纹，则相邻两亮条纹中心间距的表达式为__________（用、、表示），代入数据可得_______。若其它条件不变，改用绿光照射，则相邻两亮条纹中心间距比黄光的_______（选填“大”或“小”）。 【答案】 小 【详解】[1][2]根据题意可知，相邻两亮条纹中心间距的表达式为 代入数据可得 [3]若其它条件不变，改用绿光照射，波长变小，则相邻两亮条纹中心间距比黄光的小。 12．（本题9分）某实验小组用激光偏移法测量平行玻璃砖的折射率。实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线MN，让玻璃砖上边界与MN重合； ②让激光从玻璃砖下边界O点射入玻璃砖，记录入射点O和出射光线与MN的交点P； ③保持激光笔位置不动，移走玻璃砖，记录激光束与MN的交点Q； ④过O点作MN的垂线，垂足为A。 请回答下面问题： (1)实验小组同学先通过游标卡尺测量玻璃砖的厚度，示数如图乙所示，玻璃砖的厚度OA为d，则______cm (2)再用刻度尺测出AQ、AP长度分别为s、L，则该玻璃砖的折射率______（用d、s、L表示） (3)关于此实验，下列说法正确的是______。（多选） A．若仅将激光由红色改为蓝色，则PQ间距变大 B．若仅换用更厚的玻璃砖，则PQ间距变小 C．为避免激光在玻璃砖的上界面发生全反射，实验时入射角不宜过大 D．完成实验步骤①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得折射率比真实值偏小 【答案】(1) (2) (3)AD 【详解】（1）游标卡尺主尺刻度为50mm，游标尺第6条刻度线与主尺刻度线对齐，游标尺精度为， （2）设光在O点的入射角为，折射角为，由图甲的几何关系可知， 根据折射定律 代入解得 （3）A．仅将激光由红色改为蓝色，光的频率变大，玻璃砖对其折射率变大，导致折射角变小，出射点P向A点靠近，由于入射光线对应的Q点位置不变，故PQ间距变大，故A正确； B．换用更厚的玻璃砖，入射角和折射角均不变，由几何关系可知，厚度d变大时PQ间距变大，故B错误； C．光从空气射入玻璃砖，由于折射角总小于临界角，光到达上界面时入射角依然小于临界角，绝对不会发生全反射，故C错误； D．若玻璃砖向下平移一小段距离，真实的光路在离开玻璃砖后，会在空气中继续直线传播一段距离才到达MN所在直线，导致描出的出射点P更远离A点，即测得的AP长度L偏大，使得代入公式的折射角正弦值偏大，故最终算得的折射率比真实值偏小，故D正确。 故选AD。 四、解答题 13．（本题10分）某同学设计一种测玻璃砖折射率的方法：如图所示，为平行玻璃砖，厚度为6cm，一束单色光斜射到玻璃砖上表面，光束与玻璃砖表面成，保持入射方向不变，改变入射点，当入射点在点时，折射光线刚好射到点，测得为，求： (1)玻璃砖对单色光的折射率； (2)改变单色光在面的入射角和入射点，使折射光线照射到面上，试分析折射光线能否从面射出，如果能，单色光在面的入射角至少多大；如果不能说明理由。 【答案】(1) (2)不能从面射出，见解析 【详解】（1）由题意可知，光在点的入射角 设折射角为，由 解得 玻璃砖对单色光的折射率 （2）光在面的入射角最大为时进入玻璃砖折射角最大，光在面的入射角最小 设光在面的最小入射角为 由光的折射定律有 解得 光在面发生全反射的临界角 因此，，即折射光线照射到面上发生全反射，不能从面射出 14．（本题13分）如图所示，直角是某均质玻璃砖的横截面，其中，，。一细束单色光从边上的中点垂直边由真空射入该玻璃砖，第一次从边上出射时的折射光线恰好与边平行。已知光在真空中的传播速度为，求： (1)该玻璃砖对该单色光的折射率； (2)该光束从边入射到第一次从边出射，在玻璃砖内经过的时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）如答图2，由几何关系可得：该单色光第一次从边出射时，入射角，折射角 因此折射率: （2）该单色光第一次从边出射时，在玻璃砖内经过的路程： 在玻璃砖内传播的速度： 因此，在玻璃砖内经过的时间： 【点睛】 15．（本题16分）如图所示，半圆为半球形玻璃砖的截面，半径为、圆心为，为水平直径。一束单色光斜射到边上的点，点到点距离为，入射角，折射光线刚好射到半圆的最低点。 (1)求玻璃砖对该单色光的折射率； (2)保持入射光的方向不变，将入射点从点水平向右移动，至折射光线在面上刚好发生全反射，求入射点移动的距离。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设折射角为，在中，，，因此 解得 根据折射定律 代入，，解得 （2）光线在面上刚好发生全反射时，入射角等于临界角，满足 入射方向不变，因此折射角仍为 即折射光线与竖直法线夹角恒为，与水平直径夹角为。设移动后入射点为，在右侧，为折射光线与弧面交点，在中，，， 由正弦定理，得 联立解得 原入射点在左侧，因此入射点移动的距离 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 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