高中物理单元测试——第四章光及其应用（较难版01）

高中物理单元测试 —— 第四章 光及其应用（较难版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）一头江豚在赣江水面下欣赏南昌迎春烟花晚会中的烟花秀，则七彩光从空中射入水中时（　　） A．发生了折射 B．沿曲线传播 C．光速不变 D．可能发生全反射 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）如图是白光照射肥皂膜后形成的上疏下密的干涉条纹图样。若在中国空间站内完成相同实验（空间站内可近似为完全失重），则薄膜上（　　） A．无干涉条纹 B．有等间距的干涉条纹 C．有上疏下密的干涉条纹 D．有上密下疏的干涉条纹 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实验得到的明暗相间的干涉条纹，其中O为中央亮条纹中心，P为与O相邻的亮条纹中心。已知所用光的波长为，则下列说法正确的是（　　） A．若用波长为2的光，O处仍为亮条纹 B．若用波长为2的光，P处仍为亮条纹 C．若用波长为的光，O处为暗条纹 D．若用波长为的光，P处为暗条纹 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）一束太阳光射到空气中的小水珠发生色散，形成的光路如图所示，a、b分别为两束从小水珠中射出的单色光，下列说法中正确的是（    ） A．a光的波长大于b光的波长 B．水对a光的折射率大于水对b光的折射率 C．在真空中a光的传播速度大于b光的传播速度 D．在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度 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）很多场所新装修时会安装如图甲所示的水晶灯，水晶灯下方的吊坠可以提高灯体的稳定性，其多面棱角的形状使光线在内部多次反射，减少眩光。某种吊坠的截面图如图乙所示，的长度与相等，，。一束单色光从边上距点处的点以入射角射入吊坠，经界面折射后恰好直接射到上距点处的点（图中没有画出），下列说法正确的是（　　） A．该材料折射率为 B．该材料折射率为 C．该束光在点会发生全反射 D．该束光在点不会发生全反射 三、实验题 11．（本题6分）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，为了测量红光的波长，将实验器材按要求安装在光具座上，如图所示。在实验前已获知的数据有：双缝间的距离为d，双缝到屏的距离为L。 (1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出双缝应放在________处（选填“M”或“N”）。 (2)经测量，红光干涉相邻两条亮条纹间的距离为，请据此写出能够反映红光波长大小的表达式________。 (3)该实验中L=700 mm，已知d的数量级为10-4m、相邻两条亮条纹间距的数量级为10-3m，由此可推断红光的波长数量级约为________m（选填选项前字母）。 A． B． C． D． 12．（本题9分）如图所示，某同学在“测量平行玻璃砖的折射率”实验中，先在白纸上画出三条直线：入射界面、入射光线和过点的法线，让玻璃砖的一个面与直线重合，再沿玻璃砖另一面确定两点以便作出直线。 (1)在上适当位置竖直插两枚大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两枚大头针，使的像挡住的像，再插上大头针，让挡住___________的像，插上大头针，让挡住和、的像； (2)连接、并延长与交于点，连接代表折射光线。为了便于计算折射率，以为圆心适当的半径画圆，与交于点，与交于点，过两点分别向法线作垂线和，并用刻度尺测出和的长度分别为和，则玻璃砖的折射率___________； (3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为_____（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 (4)一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值_____准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 四、解答题 13．（本题10分）如图是某同学研究彩虹时某条光线在球形水珠中的光路图，一束太阳光（可视为平行光，宽度不计）射在球形水珠的表面上，入射角为，太阳光中某种颜色的一条光线经水珠反射一次后再次折射出水珠，已知该光线在过球心的竖直平面内，水珠对该光线的折射率为，求： (1)该光线射入水珠时折射角的大小； (2)出射光束相对入射光束偏折的角度。 14．（本题13分）如图所示，截面为直角三角形的三棱镜，，。一束单色光从上某点以平行的方向射入棱镜后，在上发生全反射并从中点垂直射出棱镜，光在真空中的速度为，不考虑多次反射。 (1)作出光在棱镜中的光路图并求棱镜对该单色光的折射率； (2)求该单色光在棱镜中传播的时间。 15．（本题16分）如图所示为两个完全相同且正对的半球形玻璃砖，，半径大小为R，其中为两球心的连线，一细光束沿平行于的方向由左侧玻璃砖外表面的a点射入，已知a点到轴线的距离为，光束由左侧玻璃砖的d点射出、然后由右侧玻璃砖的e点射入，最后恰好在右侧玻璃砖内表面的f点发生全反射（def点未在图中标出），忽略光束在各面的反射，已知玻璃砖的折射率均为。求： (1)光束在a点的入射角； (2)光束在d点的折射角； (3)e点到轴线的距离。 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01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）一头江豚在赣江水面下欣赏南昌迎春烟花晚会中的烟花秀，则七彩光从空中射入水中时（　　） A．发生了折射 B．沿曲线传播 C．光速不变 D．可能发生全反射 【答案】A 【详解】光从光疏介质传入光密介质会发生折射现象，不可能发生全反射现象，且光将沿着直线传播，光速减小。 故选A。 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）如图是白光照射肥皂膜后形成的上疏下密的干涉条纹图样。若在中国空间站内完成相同实验（空间站内可近似为完全失重），则薄膜上（　　） A．无干涉条纹 B．有等间距的干涉条纹 C．有上疏下密的干涉条纹 D．有上密下疏的干涉条纹 【答案】A 【详解】薄膜干涉现象发生的原因是肥皂膜在重力作用下产生上薄下厚的楔形，进而使得上下表面反射回来的光线有光程差而发生干涉，太空中由于处于完全失重状态，肥皂膜上下表面平行，能发生干涉现象，但由于肥皂膜厚度均匀，不能看到干涉条纹。 故选A。 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实验得到的明暗相间的干涉条纹，其中O为中央亮条纹中心，P为与O相邻的亮条纹中心。已知所用光的波长为，则下列说法正确的是（　　） A．若用波长为2的光，O处仍为亮条纹 B．若用波长为2的光，P处仍为亮条纹 C．若用波长为的光，O处为暗条纹 D．若用波长为的光，P处为暗条纹 【答案】A 【详解】AC．中央亮条纹（O点）是光程差为0的位置。无论波长如何变化，只要光程差为0，就满足亮条纹条件（干涉加强）。所以，O处始终为亮条纹，A正确，C错误； B．原来P点是与O相邻的亮条纹中心，说明P点的光程差 Δx=λ（因为相邻亮条纹的光程差为一个波长）。 现在波长变为，则P点的光程差 。 光程差为半波长的奇数倍时是暗条纹，满足暗条纹条件。所以P处变为暗条纹，B错误； D．现在波长变为，则P点的光程差 。 光程差为波长的整数倍时是亮条纹，满足亮条纹条件。所以P处仍为亮条纹，D错误。 故选 A。 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）一束太阳光射到空气中的小水珠发生色散，形成的光路如图所示，a、b分别为两束从小水珠中射出的单色光，下列说法中正确的是（    ） A．a光的波长大于b光的波长 B．水对a光的折射率大于水对b光的折射率 C．在真空中a光的传播速度大于b光的传播速度 D．在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度 【答案】AD 【详解】AB．由图中光线从空气射入小水珠的偏折程度可知，a光的折射角较大，根据折射定律 可知水对a光的折射率小于水对b光的折射率，则a光的波长大于b光的波长，故A正确，B错误； C．在真空中a光的传播速度等于b光的传播速度，均为光速，故C错误； D．根据 由于水对a光的折射率小于水对b光的折射率，可知在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度，故D正确。 故选AD。 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）很多场所新装修时会安装如图甲所示的水晶灯，水晶灯下方的吊坠可以提高灯体的稳定性，其多面棱角的形状使光线在内部多次反射，减少眩光。某种吊坠的截面图如图乙所示，的长度与相等，，。一束单色光从边上距点处的点以入射角射入吊坠，经界面折射后恰好直接射到上距点处的点（图中没有画出），下列说法正确的是（　　） A．该材料折射率为 B．该材料折射率为 C．该束光在点会发生全反射 D．该束光在点不会发生全反射 【答案】BC 【详解】AB．一束单色光从边上距点处的点以入射角射入吊坠，经界面折射后恰好直接射到上距点处的点，根据几何关系可知折射角正切值 所以折射角为30°，折射率，故A错误，B正确； CD．该材料的全反射临界角满足 根据几何关系可知，光线在点的入射角 因为， 即，所以，光线在点发生全反射。故C正确，D错误。 故选BC。 三、实验题 11．（本题6分）在“用双缝干涉测光的波长”实验中，为了测量红光的波长，将实验器材按要求安装在光具座上，如图所示。在实验前已获知的数据有：双缝间的距离为d，双缝到屏的距离为L。 (1)为了达到实验目的，根据已标明的实验器材，可判断出双缝应放在________处（选填“M”或“N”）。 (2)经测量，红光干涉相邻两条亮条纹间的距离为，请据此写出能够反映红光波长大小的表达式________。 (3)该实验中L=700 mm，已知d的数量级为10-4m、相邻两条亮条纹间距的数量级为10-3m，由此可推断红光的波长数量级约为________m（选填选项前字母）。 A． B． C． D． 【答案】(1) (2) (3)C 【详解】（1）双缝干涉实验的器材摆放顺序为光源→透镜→滤光片→单缝→双缝→屏，因此M处为单缝，N处为双缝。 （2）根据双缝干涉相邻亮条纹间距公式 可得 （3）根据 代入，、 解得 因此红光波长的数量级为。 故选C。 12．（本题9分）如图所示，某同学在“测量平行玻璃砖的折射率”实验中，先在白纸上画出三条直线：入射界面、入射光线和过点的法线，让玻璃砖的一个面与直线重合，再沿玻璃砖另一面确定两点以便作出直线。 (1)在上适当位置竖直插两枚大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两枚大头针，使的像挡住的像，再插上大头针，让挡住___________的像，插上大头针，让挡住和、的像； (2)连接、并延长与交于点，连接代表折射光线。为了便于计算折射率，以为圆心适当的半径画圆，与交于点，与交于点，过两点分别向法线作垂线和，并用刻度尺测出和的长度分别为和，则玻璃砖的折射率___________； (3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为_____（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 (4)一位同学准确地画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些，如图所示，而实验的其他操作均正确，则折射率的测量值_____准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】(1)、 (2)1.5 (3) (4)等于 【详解】（1）根据实验原理可知，插上大头针，让挡住、的像。 （2）由折射定律可知，玻璃砖的折射率 （3）由折射定律可知， 由于 可得 所以 （4）根据题意，若实验操作中，玻璃砖沿纸面向下平移了一小段距离，其他操作无误，如图所示。 由图可知，入射角和折射角不改变，则测得的折射率与真实值相比不变。 四、解答题 13．（本题10分）如图是某同学研究彩虹时某条光线在球形水珠中的光路图，一束太阳光（可视为平行光，宽度不计）射在球形水珠的表面上，入射角为，太阳光中某种颜色的一条光线经水珠反射一次后再次折射出水珠，已知该光线在过球心的竖直平面内，水珠对该光线的折射率为，求： (1)该光线射入水珠时折射角的大小； (2)出射光束相对入射光束偏折的角度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光从空气射入水珠时，根据折射定律有 代数据计算得 （2）根据几何关系有 代数据解得 14．（本题13分）如图所示，截面为直角三角形的三棱镜，，。一束单色光从上某点以平行的方向射入棱镜后，在上发生全反射并从中点垂直射出棱镜，光在真空中的速度为，不考虑多次反射。 (1)作出光在棱镜中的光路图并求棱镜对该单色光的折射率； (2)求该单色光在棱镜中传播的时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）单色光从AB入射，折射后到AC面发生全反射，随后水平向右到BC中点，垂直BC射出，光路如下图 入射光平行于，，因此入射光线与法线的入射角。 由几何关系可得，折射光线与法线的折射角 根据折射定律 代入得 （2）段长度 段长度 总路程 光在棱镜中的速度 因此传播时间 15．（本题16分）如图所示为两个完全相同且正对的半球形玻璃砖，，半径大小为R，其中为两球心的连线，一细光束沿平行于的方向由左侧玻璃砖外表面的a点射入，已知a点到轴线的距离为，光束由左侧玻璃砖的d点射出、然后由右侧玻璃砖的e点射入，最后恰好在右侧玻璃砖内表面的f点发生全反射（def点未在图中标出），忽略光束在各面的反射，已知玻璃砖的折射率均为。求： (1)光束在a点的入射角； (2)光束在d点的折射角； (3)e点到轴线的距离。 【答案】(1)60° (2)60° (3) 【详解】（1）由题意作出光路图，如图所示： a点到轴线的距离为 由几何关系得 则入射角 （2）由折射定律，解得 由几何关系得 根据折射定律得 解得 （3）从e点射入右侧玻璃砖的光线，入射角 由折射定律，解得 光线在f点发生全反射，则 在中，由正弦定理得 解得 即e点到轴线的距离应为。 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 $