第四章 光及其应用 单元测试题（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第一册
第四章
光及其应用
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜，所观察到的干涉条纹为（　　）
A．
B．
C．
D．
2．人隔着墙说话，能听见声音而看不见人，下列说法中解释正确的是（　　）
A．光波是电磁波，而声波是纵波
B．光波是横波，而声波是机械波
C．光速太大
D．声波波长长，光波波长短
3．小朋友吹出的肥皂泡、热菜汤表面的油花、马路上积水表面的油膜，都有彩色花纹。这是由于下列哪种原因形成的（　　）
A．光的偏振
B．光的干涉
C．光的折射
D．光的衍射
4．在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差，如果用频率为6.0×1014
Hz的黄光照射双缝，则（　　）
A．P点出现明条纹，Q点出现暗条纹
B．Q点出现明条纹，P点出现暗条纹
C．两点均出现明条纹
D．两点均出现暗条纹
5．用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．若单缝向左平移一小段距离，光屏上相邻两条亮纹中心的距离减小
B．若测得5个亮条纹中心间的距离为a，则相邻两条亮条纹间距
C．若将双缝间的距离d增大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
D．若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
6．如图所示，下列说法不正确的是（　　）
A．图甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏M上的光亮度将会变化，此现象表明光波是横波
B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到双缝间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定能产生电磁波
D．利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射
7．夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料。如图所示，介质球的球心位于O点，半径为R。平行于直径AOB的单色光从空气射入介质球，其中一条光线沿DC射入球体，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中出射光线恰好仍与DC平行，已知DC与AB的距离为R，下列说法正确的是（　　）
A．介质球的折射率为
B．换不同的单色光线，沿DC入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与DC平行
C．在同一过球心的截面内，只有三条光线在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时与入射光平行
D．增大单色光的频率，单色光射入球体后，在球内表面可能发生全反射
8．以下关于光学常识的描述中说法正确的是（　　）
A．泊松亮斑支持了光的波动说
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的折射现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
D．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
9．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，一复色光以入射角射入光导纤维后分为a，b两束单色光，a，b两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，下列说法正确的是（　　）
A．从空气射入光导纤维，a光、b光的波长都变短
B．内芯折射率小于外套的折射
C．分别经过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距比b光的大
D．b光比a光更容易发生衍射现象
10．关于折射率，下列说法中正确的是（
）
A．根据可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比
B．根据，可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比
C．根据可知，介质的折射率与介质中的光速成反比
D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．利用软木塞插针法测水的折射率实验步骤如下：
(1)如图，取一厚度可忽略不计的圆形软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在水面上；
(2)调整大头针插入软木塞的深度，使得从软木塞周围向液体中观察，恰好在此时看不到大头针；
(3)需要测量的物理量
A：_____；B：_______；(写出物理量符号和相应的物理意义)
(4)水的折射率表达式
n=_______。(用步骤(3)中的物理量符号表示)
12．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中采用双缝干涉仪，它包括以下元件（其中双缝和光屏连在遮光筒上）：
A．白炽灯
B．单缝
C．光屏
D．双缝
E．滤光片
(1)把以上元件安装在光具座上时，正确的排列顺序是：A______（填选项前的字母，A已写好）；
(2)正确调节后，在光屏上观察到红光干涉条纹，用测量头测出10条红亮纹间的距离为a；改用绿色滤光片，其他条件不变，用测量头测出10条绿亮纹间的距离为b，则一定有a_________（填“大于”“小于”或“等于”）b。
三、解答题（共45分）
13．如图所示，某种透明介质的横截面由直角三角形和圆心为O、半径的四分之一圆弧组成，其中。一束单色光从D点垂直面射入透明介质中，射到圆弧上时恰好发生全反射。测得D点与O点之间的距离为。取。求：
（ⅰ）介质对单色光的折射率；
（ⅱ）单色光从面射出介质时折射角的正弦值。
14．如图OAB是折射率、截面为圆的透明材料，O为该圆的圆心，半径，且。单色光线a垂直某半径所在平面从C点射入该透明材料。已知，光在真空中的传播速度为c。求：
（1）光线a从OB面离开透明材料时的出射方向与入射时方向的夹角；
（2）光线a在该材料中的传播时间。
15．现要检测一块工业半球形玻璃砖的折射率。半球形玻璃砖的截面如图所示，O是半球形玻璃砖的球心，MN是其中心轴，已知玻璃砖的半径R=
1
m，两東与中心轴平行的相同检测光a、b射人半球形玻璃砖，当a光与中心轴MN的距离L=0.5
m时，a光从玻璃砖上C点射出，出射光线与中心轴MN交于F点，当b光与中心轴MN距离m时，b光在玻璃砖右侧恰好发生全反射，求∶
（i）玻璃砖对检测光的折射率n；
（ii）C点与F点间的距离。（取cos
15°=0.97）
16．一不透明圆柱形容器，高为，底面直径为，放在水平面上，圆柱的轴截面如图所示。容器内装满折射率的透明液体，右下角有一点光源，一平面镜与柱形容器底面成角放置，且与的距离为，足够长的线状光屏水平放置在图示截面内容器上方，距液面的距离为。已知光在真空中的传播速度为，求：
（1）发出的经平面镜反射的光束中，从光源传到光屏的最短时间；
（2）发出的光经平面镜反射后，照亮光屏的长度。
参考答案
1．B
【详解】
由于在光的干涉中亮、暗条纹的位置取决于两列光波相遇时通过的路程差，则在薄膜干涉中取决于入射点处薄膜的厚度。因肥皂液薄膜在重力作用下形成了一个上薄下厚的楔形膜，厚度相等的位置在同一条水平线上，故同一条干涉条纹必然是水平的，由此可知只有选项B正确。
故选B。
2．D
【详解】
由于声波的波长长，相对于墙能够发生明显的衍射现象，因此墙内的人能听到声音，而光波的波长短，相对于墙不能发生明显的衍射现象，因此墙内的人看不到说话的人。
故选D。
3．B
【详解】
光照射在水面上的油膜上，在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹。
故选B。
4．B
【详解】
由c＝λf知黄光的波长为
λ＝＝m＝0.5
μm
到P点的光程差与黄光的半波长相比为：
＝＝3
即为半波长的奇数倍，所以P点出现暗条纹．
到Q点的光程差与黄光的半波长相比为：
＝＝6
即为半波长的偶数倍，所以Q点出现明条纹．
故选B。
5．B
【详解】
A．若单缝向左平移一小段距离，由于双缝到光屏的距离不变，则光屏上相邻两条亮纹中心的距离不变，A错误；
B．若测得5个亮条纹中心间的距离为a，则相邻两条亮条纹间距
选项B正确；
C．根据
将双缝的距离d增大，则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，C错误；
D．若将滤光片由红色换成绿色，光的波长减小，根据
光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，A正确；
B．根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距△x与双缝间距离d及光的波长λ的关系式，可知只减小屏到挡板间距离
L，两相邻亮条纹间距离△x将减小，B正确；
C．根据麦克斯韦的电磁场理论，均匀变化的电场周围产生稳定磁场，不能产生电磁波，周期性变化的电场周围才一定能产生电磁波，C错误；
D．红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射，D正确。
故选C。
7．C
【详解】
A．光路图如下图
由几何关系可得
解得
i=60°
由图可知
i=2r
则
r=30°
所以介质球的折射率为
故A错误。
B．若增大入射光的频率，折射率增大，由折射定律知，折射角r减小，折射光线将射到B点下方，反射光线将射到E点左侧，再次折射到空气中时折射角r′=i，由几何知识可知，出射光线与入射光线不再平行，故B错误；
C．在同一过球心的截面内，只有沿直径和直径两侧对称的两条，共三条光线在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时与入射光平行，故C正确；
D．增大单色光的频率，若该光沿EF平行于CD射入时，根据几何知识得知，第一次的折射角等于第二次的入射角，根据光路的可逆性原理，不可能在介质球内表面发生全反射，故D错误。
故选C。
8．ACD
【详解】
A．泊松亮斑是光的衍射现象，支持了光的波动说，现象A正确；
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的干涉现象，故B错误；
C．光学镜头上的增透膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，利用了光的干涉现象，故C正确；
D．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，故D正确。
故选ACD。
9．AC
【详解】
A．从空气射入光导纤维，传播速度变小，频率不变，则根据
可知，a光、b光的波长都变短，选项A正确；
B．发生全反射的必要条件是：光必须从光密介质射入光疏介质，即从折射率大的介质射入折射率小的介质，所以当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故B错误；
C．由图可知，b光的偏折程度比a光大，可知b光的折射率较大，频率较大，波长较短，根据
可知，分别经过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距比b光的大，选项C正确；
D．因a光波长较大，则a光比b光更容易发生衍射现象，选项D错误。
故选AC。
10．CD
【详解】
AB．介质的折射率是表示介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角和折射角的正弦无关，A、B错误；
C．由于真空中光速是个定值，根据
可知，介质的折射率与介质中的光速成反比，C正确；
D．根据
可知，当f一定时，v与成正比，由于n与v成反比，故折射率n与波长成反比，D正确。
故选CD。
11．木塞的半径R
大头针在水面下的长度h
【详解】
(3)[1][2]
木塞的半径R和大头针在水面下的长度h。
(4)[3]
恰好在此时看不到大头针，说明大头针发出的光在木塞边缘恰好发生全反射，则
而
联立可得
12．E、B、D、C
大于
【详解】
(1)[1]实验时应按白炽灯A、滤光片E、单缝B、双缝D、光屏C，的顺序排列各元件，通过滤光片得到单色光源，再通过单缝、双缝形成稳定的干涉光源，最后在光屏上形成干涉图样，即A、E、B、D、C。
(2)[2]由知，波长越长，亮纹间距越大，则a一定大于b。
13．（ⅰ）；（ⅱ）
【详解】
（ⅰ）光在介质中的光路如图所示，
光折射到圆弧面上入射角的正弦值为
解得
因为光束在圆弧面恰好发生全反射，所以临界角为
故介质对单色光的折射率为
（ⅱ）由几何关系可知，光束从AC面射出介质时的入射角α满足
解得
由折射定律可知
解得
14．（1）；（2）
【详解】
（1）设材料的临界角为C，由
代入，得
光线a进入材料后传播到弧面D时发生折射，连接OD，有
得
所以光线传到D时发生全反射，反射角为，所以光线通过B点，光路如图
由几何关系可知
根据折射定律
代入、，得
故光线a离开透明材料时的出射方向与入射时方向的夹角为
（2）光线a在该材料中的传播时间为
由几何知识得
又
联立解得
15．（i）；（ii）1.94
m
【详解】
（i）由题意知，当b光与中心轴MN距离时，发生全反射，根据几何关系有
解得
（ii）由题意知，a光从C点射出，其入射角i=
30°，由
解得折射角
r=45°
在△COF中，∠CFE=15°
，CO=1
m，根据正弦定理有
解得
x=1.94
m
16．（1）；（2）
【详解】
（1）光路如图所示
，，，
解得
（2）由题意和几何关系得
，
由折射定律得
解得
照亮光屏的长度