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）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）如图所示，圆柱形玻璃杯前侧表面上有a、b、c三点，粗细均匀的铅笔紧靠玻璃杯后侧外壁竖直放置，且在b点正后方。将杯中注满水（　　） A．通过b点看到铅笔变细 B．通过b点看到铅笔无变化 C．通过a点看到铅笔向右侧移 D．通过c点看到铅笔向右侧移 【答案】D 【详解】AB．由图知道，圆柱形玻璃杯装有水，其中间厚，边缘薄，相当于一个凸透镜，所以，当将铅笔靠近玻璃杯的后面，相当于将铅笔放在凸透镜的1倍焦距以内，故能看到一个正立放大的铅笔虚像，故通过b点看到铅笔变粗，故AB错误； C．通过a点看到铅笔的光路图如图，沿着折射光线的反向延长线找到虚像向左移动，故C错误； D．与C同理，通过c点看到铅笔的虚像向右移动，故D正确。 故选D。 2．（本题4分）下列有关光的说法正确的是（　　） A．自然光照在防蓝光眼镜上反射出蓝紫色的光，发生了全反射现象 B．相机镜头可以加装某种滤镜以拍摄更加清晰的水底景象，利用了光的偏振原理 C．工业上用激光切割钢板，主要是利用了激光平行度非常好的特点 D．通过一个狭缝来观察日光灯可以看到彩色条纹，这是因为光的干涉 【答案】B 【详解】A．自然光照在防蓝光眼镜上反射出蓝紫色的光，这是由于薄膜干涉引起的，故A错误； B．相机镜头加装偏振滤镜可减少水面反射的偏振光，从而更清晰地拍摄水下景象，这利用了光的偏振原理，故B正确； C．工业激光切割钢板主要利用激光的高亮度，故C错误； D．通过一个狭缝观察日光灯看到彩色条纹，这是单缝衍射现象，故D错误。 故选B。 3．（本题4分）钛金属阳极氧化工艺是一种在金属及其合金表面通过电解使其表面形成氧化膜的技术。通过控制电压可以改变薄膜的厚度，自然光照射在工件表面时，光线在薄膜前后表面发生反射，工件就显示出不同的颜色。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A．这是光的偏振现象 B．这是光的衍射现象 C．薄膜各处厚度不均匀的话，工件看上去是彩色的 D．薄膜各处厚度均匀的话，工件看上去是彩色的 【答案】C 【详解】AB．薄膜前后表面反射的光线进行叠加后有的波长的光增强，有的波长的光减弱，这是干涉现象，故AB错误； CD．薄膜各处厚度不同，不同波长的光在不同厚度处得到增强，工件显示出彩色，故C正确，D错误。 故选C。 4．（本题4分）某同学做双缝干涉实验，装置如图所示，虚线为双缝a、b的中垂线且垂直光屏交于O点，单缝位于虚线上。红色激光沿虚线从单缝射入，在光屏上形成干涉条纹。下列说法正确的是（     ） A．若把整个装置浸没在水中，其余条件不变，则光屏上的条纹间距不变 B．若将单缝向双缝靠近，其余条件不变，则光屏上的条纹间距会变小 C．若将b缝挡住，其余条件不变，则光屏上仍会出现明暗相间的条纹 D．若将a缝挡住，其余条件不变，则光屏上就没有明暗相间的条纹 【答案】C 【详解】A．光进入水中，频率不变，波速减小，根据 可知波长变短，即 。根据双缝干涉条纹间距公式 在 和 不变的情况下， 减小，则条纹间距 变小，故A错误； B．双缝干涉条纹间距公式为 其中 为双缝到光屏的距离， 为双缝间的距离。将单缝向双缝靠近，并没有改变双缝到光屏的距离 ，也没有改变双缝间距 和入射光波长 ，因此条纹间距 不变，故B错误； C．若将 缝挡住，光通过 缝发生单缝衍射，光屏上会出现衍射条纹，衍射条纹也是明暗相间的，故C正确； D．若将 缝挡住，光通过 缝发生单缝衍射，光屏上会出现明暗相间的衍射条纹，故D错误。 故选C。 5．（本题4分）如图所示为双缝干涉实验装置，当用频率为的单色平行光照射双缝时，光屏上的点为中央亮条纹，点为与相邻的亮条纹，光速．下列说法正确的是（　　） A．点到两狭缝的距离差为 B．若用频率为的单色光照射两狭缝，则点为点上方的第三条暗条纹 C．若用频率为的单色光照射两狭缝，则间有一条亮条纹 D．当单色光的频率合适时，则点可能出现暗条纹 【答案】C 【详解】A．单色光的频率为时，该单色光的波长为 由于点为第一条亮条纹，点到两狭缝的距离差等于波长的1倍，则，A错误； B．若单色光的频率为时，该单色光的波长为 则，所以点为点上方的第二条暗条纹，B错误； C．若用频率为的单色光照射两狭缝，由B选项分析可知，间有一条亮条纹，C正确； D．由于点到两狭缝的距离差始终等于波长的0倍，所以无论用多大频率的色光照射两狭缝，点始终为亮条纹，D错误。 故选C。 6．（本题4分）一束单色光射向汽车玻璃时的光路图如图所示，各界面可视为相互平行的平面，和分别是界面1和界面2上的入射角，界面2上的反射光线与折射光线相互垂直。已知玻璃对该光的折射率，，则下列说法正确的是（　　） A．出射光线①、②不平行 B．增大入射角，光线③可能在界面3发生全反射 C．该光在隔热膜中传播速度小于在玻璃中的速度 D．汽车隔热膜对该光的折射率 【答案】D 【详解】A．在隔热膜的入射点，根据折射定律，有 在隔热膜的出射点，根据几何关系可知入射角为，折射角为，根据折射定律，有 联立可得，所以出射光线①、②平行，故A错误； B．根据平行玻璃砖对光线有平移效果及光路的可逆性可知光线只要能进入平行玻璃砖就能从平行玻璃砖射出，所以增大入射角，光线③不可能在界面3发生全反射，故B错误； C．根据折射定律，有 可得 因为，所以 光在介质中的传播速度为 可知该光在隔热膜中传播速度大于在玻璃中的速度，故C错误； D．根据界面2上的反射光线与折射光线相互垂直，可知 根据折射定律，有 代入数据解得，故D正确。 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）用激光笔照射盐水中的矩形玻璃砖光路如图所示，已知盐水的折射率随浓度的增加而增加，下列说法正确的是（　　） A．入射光和出射光平行，且盐水的折射率小于玻璃的折射率 B．入射光和出射光平行，且盐水的折射率大于玻璃的折射率 C．若增加盐水的浓度，则出射点向点移动 D．若适当增加盐水的浓度，可能出现入射光、折射光、出射光共线的场景 【答案】ACD 【详解】AB．入射角大于折射角，由，可知玻璃的折射率大于盐水的折射率，A项正确，B项错误； C．盐水浓度越高，折射率越大，折射角与入射角的差异越小，出射光线会向下移动，C项正确； D．如果盐水浓度增加使得盐水折射率与玻璃折射率相同，则光线入射角等于折射角，入射光、折射光、出射光共线，D项正确。 故选ACD。 9．（本题6分）小刚同学用光传感器研究光的波动现象，实验装置如图甲所示，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是（　　） A．该同学观察到的是光的干涉图样 B．该同学观察到的是光的衍射图样 C．若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变 D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大 【答案】BCD 【详解】AB．条纹间距不同，因此不是干涉现象，故A错误，B正确； CD．波长增大，两屏间距增大才会让条纹间距变大，故CD正确。 故选BCD。 10．（本题6分）如截面图（a）与俯视图（b）所示，在水深d =m的泳池底部有圆形细灯带（灯带仅存在于圆周边缘处），其圆心O正上方距水面h =m处有一观测者A（可接收任意方向射入A的光）。由灯带上某点光源B射入A的光线，在水面上方的部分与水平面的夹角为45°，已知水的折射率n=，光速为c=3×108m/s，下列说法正确的是（     ） A．观测者A观测到正下方的泳池深度大于实际深度 B．图（a）中所示光线在水中传播时间为s C．圆形细灯带的半径为m D．圆形细灯带发出的光照亮水面区域的面积为m2 【答案】BD 【详解】A．正下方观察时，水中物体的视深为，故A错误； B．设光线在水面的折射点为，水中入射角为。由折射定律得 所以，水中光路长度为 水中光速为 故传播时间为，故B正确； C．设光线在水面的折射点为，因点在点正上方且光线与水平面成，AO与P点间的距离为，由折射定律得 所以，水下几何关系可知，水下光线的水平位移 因此圆形细灯带半径为，故C错误； D．水到空气的临界角满足 所以，每个点光源在水面形成的光斑半径为 由折射几何关系，圆形细灯带半径为，且，照亮区域为环形，其面积为，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）在“测玻璃的折射率”实验中： (1)为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是 。 A．必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽可能的小 C．大头针和及和之间的距离适当大些 D．实验中可以移动玻璃砖让大头针、、、共线 (2)从和一侧观察时，发现挡住、的像，但没挡住本身，这说明大头针____（选填“”、“”）没放在准确的位置。 【答案】(1)C (2)P₃ 【详解】（1）A．测量折射率的关键是确定界面处的入射角和折射角，玻璃砖上下表面不必都平行，因此“必须”选用上下表面平行的玻璃砖不正确，故A错误； B．入射角过小会使折射角也较小，测量误差的相对影响增大，入射角应取适当大小，不能一味尽可能小，故B错误； C．适当增大同一对大头针之间的距离，可以使所确定的直线更准确，减小定位和测角误差，故C正确； D．玻璃砖移动后，玻璃砖边界与纸面上所画边界不再重合，原有光路关系被破坏，不能靠移动玻璃砖来使四枚大头针共线，故D错误。 故选C。 （2）从P₃、P₄一侧观察时，P₄能够挡住P₁、P₂的像，说明P₄已处在两像的视线上。正确操作还应使P₃与P₄及P₁、P₂的像同时共线；既然P₄没有挡住P₃本身，说明P₃没有放在这条视线上，因此应选填P₃。 四、解答题 13．（本题10分）一个圆形翡翠手镯跌碎成相同的两半，其中一半如图所示，某同学想用刚学的折射率知识，判断手镯材质。已知玻璃种翡翠的折射率为1.66，该同学用激光笔垂直手镯圆形断口面照射，随着激光从断口的最外边沿着断口面的直径方向移动，发现开始时，从另一断口面出射的光线很亮，但一过断口面的圆心位置，光线明显变暗，该同学立刻判断出这不是玻璃种翡翠，请通过计算说明判断依据。（已知该手镯的外径，断口面直径） 【答案】，与玻璃种翡翠的折射率相差较大，故不是玻璃种翡翠 【详解】由题中条件可知，入射光过断口面的圆心位置，光线明显变暗，说明在此之前发生全反射，而在圆心处入射时恰好处于临界状态光路图如图所示，在直角中，， 根据 解得，与玻璃种翡翠的折射率相差较大，故不是玻璃种翡翠。 【点睛】 14．（本题13分）如图所示，直角三角形为某直角三棱镜的横截面，其中、，边长为，一束光线在纸面内垂直边射入棱镜，光线进入棱镜后射到边的点，光线恰好未从边射出。已知的长度为，光在真空中的传播速度为，取，。求： (1)光从边射出时折射角的正弦值； (2)光从射入棱镜到首次射出棱镜所用时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由题意，光路如图所示 光线恰好未从边射出，即在边恰好发生了全反射，由几何关系知临界角为 透明材料的折射率 由光路图看出，光在边的入射角为 根据折射定律有 解得光从边射出时折射角的正弦值 （2）光在棱镜中传播的速度为 由几何关系知，光在棱镜中传播的路程为 光从射入棱镜到首次射出棱镜所用时间为 15．（本题16分）如图所示，某容器的横截面为环形，外圆和内圆的半径分别为、，，一束单色光平行于截面方向从外圆上的点入射，当入射角为时，光线刚好不照到内圆上。 (1)求容器介质对光的折射率； (2)改变入射角α，使折射光线到达内圆上的点时恰好发生全反射，求的大小。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）当光线恰好不照到内圆上时，折射光线与内圆相切。设光线在点的折射角为，由切线条件可知圆心到折射光线的距离等于内圆半径。由几何关系可得 由折射定律得 解得 （2）设光线在点的折射角为，在点的入射角为。在中， 由正弦定理得 由折射定律得 由全反射临界条件得 联立解得 故 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）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）如图所示，圆柱形玻璃杯前侧表面上有a、b、c三点，粗细均匀的铅笔紧靠玻璃杯后侧外壁竖直放置，且在b点正后方。将杯中注满水（　　） A．通过b点看到铅笔变细 B．通过b点看到铅笔无变化 C．通过a点看到铅笔向右侧移 D．通过c点看到铅笔向右侧移 2．（本题4分）下列有关光的说法正确的是（　　） A．自然光照在防蓝光眼镜上反射出蓝紫色的光，发生了全反射现象 B．相机镜头可以加装某种滤镜以拍摄更加清晰的水底景象，利用了光的偏振原理 C．工业上用激光切割钢板，主要是利用了激光平行度非常好的特点 D．通过一个狭缝来观察日光灯可以看到彩色条纹，这是因为光的干涉 3．（本题4分）钛金属阳极氧化工艺是一种在金属及其合金表面通过电解使其表面形成氧化膜的技术。通过控制电压可以改变薄膜的厚度，自然光照射在工件表面时，光线在薄膜前后表面发生反射，工件就显示出不同的颜色。关于该现象，下列说法正确的是（　　） A．这是光的偏振现象 B．这是光的衍射现象 C．薄膜各处厚度不均匀的话，工件看上去是彩色的 D．薄膜各处厚度均匀的话，工件看上去是彩色的 4．（本题4分）某同学做双缝干涉实验，装置如图所示，虚线为双缝a、b的中垂线且垂直光屏交于O点，单缝位于虚线上。红色激光沿虚线从单缝射入，在光屏上形成干涉条纹。下列说法正确的是（     ） A．若把整个装置浸没在水中，其余条件不变，则光屏上的条纹间距不变 B．若将单缝向双缝靠近，其余条件不变，则光屏上的条纹间距会变小 C．若将b缝挡住，其余条件不变，则光屏上仍会出现明暗相间的条纹 D．若将a缝挡住，其余条件不变，则光屏上就没有明暗相间的条纹 5．（本题4分）如图所示为双缝干涉实验装置，当用频率为的单色平行光照射双缝时，光屏上的点为中央亮条纹，点为与相邻的亮条纹，光速．下列说法正确的是（　　） A．点到两狭缝的距离差为 B．若用频率为的单色光照射两狭缝，则点为点上方的第三条暗条纹 C．若用频率为的单色光照射两狭缝，则间有一条亮条纹 D．当单色光的频率合适时，则点可能出现暗条纹 6．（本题4分）一束单色光射向汽车玻璃时的光路图如图所示，各界面可视为相互平行的平面，和分别是界面1和界面2上的入射角，界面2上的反射光线与折射光线相互垂直。已知玻璃对该光的折射率，，则下列说法正确的是（　　） A．出射光线①、②不平行 B．增大入射角，光线③可能在界面3发生全反射 C．该光在隔热膜中传播速度小于在玻璃中的速度 D．汽车隔热膜对该光的折射率 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）用激光笔照射盐水中的矩形玻璃砖光路如图所示，已知盐水的折射率随浓度的增加而增加，下列说法正确的是（　　） A．入射光和出射光平行，且盐水的折射率小于玻璃的折射率 B．入射光和出射光平行，且盐水的折射率大于玻璃的折射率 C．若增加盐水的浓度，则出射点向点移动 D．若适当增加盐水的浓度，可能出现入射光、折射光、出射光共线的场景 9．（本题6分）小刚同学用光传感器研究光的波动现象，实验装置如图甲所示，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是（　　） A．该同学观察到的是光的干涉图样 B．该同学观察到的是光的衍射图样 C．若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变 D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大 10．（本题6分）如截面图（a）与俯视图（b）所示，在水深d =m的泳池底部有圆形细灯带（灯带仅存在于圆周边缘处），其圆心O正上方距水面h =m处有一观测者A（可接收任意方向射入A的光）。由灯带上某点光源B射入A的光线，在水面上方的部分与水平面的夹角为45°，已知水的折射率n=，光速为c=3×108m/s，下列说法正确的是（     ） A．观测者A观测到正下方的泳池深度大于实际深度 B．图（a）中所示光线在水中传播时间为s C．圆形细灯带的半径为m D．圆形细灯带发出的光照亮水面区域的面积为m2 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）在“测玻璃的折射率”实验中： (1)为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是 。 A．必须选用上下表面平行的玻璃砖 B．选择的入射角应尽可能的小 C．大头针和及和之间的距离适当大些 D．实验中可以移动玻璃砖让大头针、、、共线 (2)从和一侧观察时，发现挡住、的像，但没挡住本身，这说明大头针____（选填“”、“”）没放在准确的位置。 四、解答题 13．（本题10分）一个圆形翡翠手镯跌碎成相同的两半，其中一半如图所示，某同学想用刚学的折射率知识，判断手镯材质。已知玻璃种翡翠的折射率为1.66，该同学用激光笔垂直手镯圆形断口面照射，随着激光从断口的最外边沿着断口面的直径方向移动，发现开始时，从另一断口面出射的光线很亮，但一过断口面的圆心位置，光线明显变暗，该同学立刻判断出这不是玻璃种翡翠，请通过计算说明判断依据。（已知该手镯的外径，断口面直径） 14．（本题13分）如图所示，直角三角形为某直角三棱镜的横截面，其中、，边长为，一束光线在纸面内垂直边射入棱镜，光线进入棱镜后射到边的点，光线恰好未从边射出。已知的长度为，光在真空中的传播速度为，取，。求： (1)光从边射出时折射角的正弦值； (2)光从射入棱镜到首次射出棱镜所用时间。 15．（本题16分）如图所示，某容器的横截面为环形，外圆和内圆的半径分别为、，，一束单色光平行于截面方向从外圆上的点入射，当入射角为时，光线刚好不照到内圆上。 (1)求容器介质对光的折射率； (2)改变入射角α，使折射光线到达内圆上的点时恰好发生全反射，求的大小。 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 $