第四章 光及其应用 单元达标（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
单元达标（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．玻璃的折射率为1.5，如图所示，光线由空气射入半圆形玻璃砖，或由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是（　　）
A．图甲、丙
B．图甲、丁
C．图乙、丙
D．图乙、丁
2．如图所示，一根筷子竖直固定于圆柱形薄玻璃杯底部的A点现向薄玻璃杯内注入清水，人眼从B点附近沿BA方向正对薄玻璃杯的侧壁，可能观察到的主要现象是（　　）
A．
B．
C．
D．
3．如图所示，只含红光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，一部分光沿OA方向射出，另一部分光沿OB方向射出。则（　　）
A．OA为红光，OB为紫光
B．OA为紫光，OB为红光
C．OA为红光，OB为复色光
D．OA为复色光，OB为复色光
4．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况可能发生的是（　　）
A．
B．
C．
D．
5．下列说法正确的是（　　）
A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期与单摆的摆长无关
B．波源与观察者互相靠近时，接收到的频率会变小
C．在干涉现象中，振动减弱点始终处于平衡位置
D．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
6．如图所示为一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD=30°，光在真空中的传播速度为c，则：（　　）
A．此玻璃的折射率为
B．光线从B到D需用时
C．若增大∠ABD，光线可能在DM段发生全反射现象
D．若∠ABD=0°，则光线从A点射出，传播方向不变，光速保持不变
7．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为，其侧截面如图所示，一复色光以入射角从轴心射入光导纤维后分为、两束单色光，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，已知内芯材料对光的折射率为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　）
A．内芯材料对光的折射率小于
B．在内芯中光传播速度比光小
C．若光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为
D．当逐渐增大到时，开始有光从纤维侧壁射出
8．在利用“插针法”测定玻璃的折射率实验中，下列操作可以减小实验误差的是（　　）
A．P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些
B．选择平行玻璃砖进行实验
C．入射角适当大些
D．若有几块厚度不同的玻璃砖，应选用厚度较小的
9．下列关于电磁波与声波的说法正确的是（
）
A．电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播，声波是声源的震动向远处的传播
B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质
C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大
D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小
10．如图所示，一细束由黄、蓝、紫三种光组成的复色光，通过三棱镜折射后分为a、b、c三种单色光，下列说法中正确的是（　　）
A．a种色光为紫光
B．在三棱镜中a光的传播速度最大
C．在相同实验条件下，用a、b、c三种色光做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹间距最大
D．a、b、c三种色光真空中波长c最大
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．根据“测定玻璃的折射率”的实验要求，回答下列问题：
某同学先在图中的线段AO上竖直插上大头针和，然后准备在外侧插上大头针和，则插的要求是_________；插的要求是____________；在实验中，有两位同学分别设计了记录表格，记录好数据并完成了计算；
甲同学设计的表格：
次数
入射角l
折射角r
sin
r
n
1
30.0°
0.500
20.9°
0.357
1.40
1.40
2
45.0°
0.707
30.5°
0.508
1.39
3
60.0°
0.866
38.0°
0.616
1.41
乙同学设计的表格：
次数
1
2
3
角平均值
正弦值
n
入射角i
30.0°
45.0°
60.0°
45.0°
0.707
1.42
折射角r
20.9°
30.5°
38.0°
29.8°
0.497
两位同学做得正确的是_______________（填“甲”或“乙”）。
12．研究双缝干涉现象时，如图1所示，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹的中心A，游标卡尺示数如图2所示，其读数为______mm。如图3所示，使分划板的中心刻线对准另一条亮条纹中心B，读出游标卡尺的读数为27.6
mm。已知双缝与光屏间距为0.6
m，所用双缝相距0.2
mm，则所测单色光波长为______m(结果保留两位有效数字)。
三、解答题（共45分）
13．一棱镜的截面图如图所示，AD为四分之一圆弧，B为圆心。一细束单色光从圆弧中点E沿半径射入棱镜，恰好在B点发生全反射，之后光线在CD面发生折射后从F点（未画出）射出，出射光线与CD面的夹角为。已知AB=r，取sin75=0.97，求：
（1）棱镜的折射率n；
（2）CD的长度。
14．如图所示，梯形为玻璃砖的横截面，、。一单色细光束从空气中垂直边射向玻璃砖，通过玻璃砖后平行于边射出。求：
①玻璃砖对该光束的折射率；
②分析说明边是否有光射出；如有，求其出射方向与边夹角。
15．如图，abc和cde是两种透明材料做成的三棱柱的截面，abc是直角三角形且∠a=30°，cde是等边三角形，b、c、d在同一直线上。现有一束平行光线从ab边某点垂直ab射入棱柱，该光线通过abc后刚好垂直通过ce面直接射向de面，且恰好不能从de面射出。求这两种透明材料的折射率。
16．如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R，CD为直径，O为圆心，对称轴垂宜于CD。位于A点的光源发出一束与平行的单色光，射向玻璃砖上的B点，经玻璃砖折射后，从P点沿与CD成角的方向射出。已知平行于CD，，，光在真空中的传播速度为c。求：光从A点传播到P点所经历的时间。
参考答案
1．D
【详解】
光线从光疏介质到光密介质，入射角大于折射角，故甲图错误，乙图正确；
依据折射率与全反射临界角的关系
所以
所以C
<
45o,故丙图错误，丁图正确；
故选D。
2．D
【详解】
图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图，A处为筷子，APB表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁P射向观察者B处的一条光线。OP为过P点沿半径方向的直线，即在P处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在P处由水中射入空气中，图中折射角大于入射角．所以观察者在B处看到的筷子A的像A′的位置不是在A的实际位置，而是由其实际位置偏离杯中心的方向向杯壁靠拢一些，据此可知。D正确ABC错误。
故选D。
3．C
【详解】
由于从光密介质射向光束介质时，红光的临界角大于紫光的临界角，光线沿着PO射到O点时，有一部分红光射出玻璃砖，所以OA为红光，且有一部分红光反射，紫光全部反射，因此OB为复色光。
故选C。
4．D
【详解】
A．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，故A不可能；
B．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，故B不可能；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角应大于入射角，故C不可能；
D．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，故D可能；
本题选可能的故选D。
5．A
【详解】
A．单摆在周期性外力作用下做受迫振动，其振动周期由周期性外力的周期来决定，与单摆的摆长无关，A正确；
B．当波源与观察者互相靠近时，观察者接收到的波的频率会变大，B错误；
C．在干涉现象中，振动减弱点的振幅是两列波的振幅只差，只有振幅相等时，处于平衡位置，C错误；
D．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，D错误。
故选A。
6．C
【详解】
A．由图可知
A错误；
B．光在玻璃中的速度为
光线从B到D需用时
B错误；
C．若增大∠ABD，即增大入射光的入射角，发生全反射的临界角满足
所以临界角小于45°，光线在DM段的入射角不大于45°，所以增大∠ABD，会在DM段发生全反射。C正确；
D．若∠ABD=0°，则光线从A点射出，传播方向不变，光速为
D错误。
故选C。
7．D
【详解】
A．设折射角为，根据
由于a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对光的折射率大于对a的折射率n，A错误；
B．根据
由于内芯对光a的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中光传播速度比光大，B错误；
C．若光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为
C错误；
D．光线a的临界角为C，如图
则
随着入射角逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到临界角时，根据几何关系
而
整理得
此时开始有光从纤维侧壁射出。D正确；
故选D。
8．AC
【详解】
A.
P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，使作出的光路更加接近于实际光路，从而使角度的测量误差减小，故A正确；
B．本实验并不要求玻璃砖的上下表面一定平行，故B错误；
C．入射角适当大些，可以使折射现象更加明显，从而使角度的测量误差减小，故C正确；
D．若有几块厚度不同的玻璃砖，应选用厚度较大的，从而能够清晰准确地作出折射角，减小角度的测量误差，故D错误。
故选AC。
9．AC
【详解】
A．由电磁波和声波的概念可知，故A正确；
B．电磁波可以在真空中传播，而声波属于机械波，它的传播需要介质，在真空中不能传播，故B错误；
CD．电磁波在空气中的传播速度大于在水中的传播速度，在真空中的传播速度最大，声波在气体、液体、固体中的传播速度依次增大，无论是电磁波还是声波，从一种介质进入另一种介质频率都不变，所以由波长及其在不同介质中的速度可知，由空气进入水中时，电磁波的波长变短，声波的波长变长，故C正确，D错误。
故选AC。
10．BC
【详解】
A．黄光的折射率最小，经三棱镜后偏折角最小，紫光的折射率最大，偏折角最大，所以可知a种色光是黄光，c种色光是紫光，
A错误；
B．由图看出，a光的折射率最小，c光的折射率最大，由公式分析可知，a光在三棱镜中的传播速度最大，B正确；
C．a种色光是黄光，波长最长，干涉条纹的间距与波长成正比，所以a光做双缝干涉实验形成相邻亮条纹间距最大，C正确；
D．由公式可知，在真空中光的波长与频率成反比，a种色光是黄光，频率最小，波长最大，c种色光是紫光，频率最大，波长最小，D错误。
故选BC。
11．竖直插时，应让挡住、的像
竖直插时，应让挡住、的像和
甲
【详解】
[1]
确定大头针的位置的方法是大头针能挡住
、
的像，则必定在出射光线方向上，所以确定大头针的位置的方法是大头针P3能挡住、的像。
[2]同理
确定大头针的位置的方法是大头针能挡住、的像和。
[3]
测定玻璃砖折射率的原理是折射定律，则得该玻璃砖的折射率为
因此需要求出入射角和折射角的正弦值，故甲同学做法是正确的。
12．19.5
6.8×10－7
【详解】
[1]游标卡尺读数
[2]根据双缝干涉条纹间距公式
解得
13．（1）；（2）
【详解】
（1）如图所示为单色光从E点射入棱镜直至从F点射出过程的光路图
设光线在B点发生全反射时的临界角为C，由几何关系得
由全反射公式
联立解得
（2）设光线从F点射出时的入射角为α，为θ，CD长度为L，由折射定律得
由几何关系得
联立解得
14．①；②有光垂直边射出，出射方向与边的夹角为。
【详解】
①该光束通过玻璃砖后，平行于边射出，如图所示
由几何关系得光束在E点的入射角、折射角，
玻璃砖对该光束的折射率
②取全反射临界角为C，有
由几何关系得光束在边的G点入射角，由知光束在边上的G点发生全反射，经边反射到边的光一部分从边折射出去，另一部分经边反射到边，由分析知其方向与边垂直，所以，有光垂直边射出，出射方向与边的夹角为。
15．
；
【详解】
设abc的折射率为n1，cde的折射率为n2。如图，光线从ac边射向空气时，入射角i=30°
由于光线垂直ce，又∠ace=60°，所以该光线在ac面的折射角r=60°
由
解得
由题意知光线垂直ce进入cde后，射向de，且恰好不能从de面射出，由几何关系可知入射角i2=60°，由
解得
16．
【详解】
光从A点射出后经B点到P点的光路如图所示
在△BOM中，，则
因，光在P点的折射角为，由光路可逆性可知，由几何知识可知，则。
故玻璃砖对光的折射率
光在玻璃砖中传播速度为
由几何关系得
光从A点传播到P点所经历的时间
解得