第四章 光及其应用 单元测试（Word版含解析）

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（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．折射现象中，下列说法正确的是（　　）
A．折射角一定小于入射角
B．折射率跟折射角的正弦值成反比
C．折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍
D．折射率大的介质，光在其中传播的速度小
2．如图所示，双缝干涉实验中利用相同的实验装置，分别得到了甲、乙两种色光的干涉图样下列关于甲、乙光的说法正确的是（　　）
A．甲光的波长小于乙光的波长
B．甲光的频率大于乙光的频率
C．同种介质对甲光的折射率大于对乙光的折射率
D．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度
3．下列四幅图中所涉及的物理知识论述，正确的是（　　）
A．甲图中的泊松亮斑说明光具有粒子性
B．乙图中的海市蜃楼是光的全反射现象引起的
C．丙图是薄膜干涉演示实验中，将膜竖直放置后，观察到的干涉图样
D．丁图中用相机拍摄玻璃橱窗内的景物时，可通过镜头表面的增透膜减弱玻璃橱窗表面的反射光影响
4．一束光从某种介质射向空气时发生全反射的临界角是37°，则该束光在介质与空气中的传播速度之比是（　　）
A．3：4
B．4：3
C．5：3
D．3：5
5．某同学在测玻璃折射率时，把玻璃砖一边与aa′对齐，但另一条边bb′画得明显过宽，其它操作符合要求，由此引起的误差及测量结果正确表述是（　　）
A．折射角偏大，折射率比真实值小
B．折射角偏小，折射率比真实值大
C．折射角偏大，折射率比真实值大
D．折射角偏小，折射率比真实值小
6．如图所示为半圆柱体玻璃砖的横截面，ED为直径，一束由b光和c光组成的复色光沿AO方向由真空从ED面射入玻璃，之后分成两束分别从B、C两点射出，其中b光从B点射出，c光从C点射出。则下列说法正确的是（　　）
A．b光频率小于c光频率
B．将b光和c光通过相同的双缝干涉装置，c光的干涉条纹间距较大
C．若将b光和c光分别放在水面足够大的池塘底部同一位置，则b光照亮的水面区域大
D．若将入射点移至ED中点处，入射角不变，则两种光在玻璃中的传播时间相等
7．如图所示，ΔABC为一直角玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂真AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对红光的折射率为
B．红光在玻璃中的传播速度大小为3×108m/s
C．若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，则光不会从AC面射出来
D．若将这束红光向左水平移动一小段距离则从AC面上出来的折射角小于60°
8．一束光从某种介质射入空气中时，入射角，折射角，折射光路如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．此介质折射率为
B．此介质折射率为
C．光在介质中速度比在空气中小
D．当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变
9．如图所示，一截面半径为的
透明圆柱体，放置在水平桌面上。现有一束位于截面内的光发，平行于桌面射到圆柱体表面上，折射进入后得从右侧竖直表面射出，已知入射光线与桌面的距离为，且图中。则（　　）
A．这种材料的折射率为
B．光线从点射入圆柱体表面的折射角为30°
C．两点的距离为
D．光线从右侧竖直表面射出时的出射角
10．如图所示，是一个全反射棱镜的横截面，它是等腰直角三角形，一束白光垂直入射到面上，在面上发生全反射。若保持光的入射点不变，改变光线入射方向（不考虑自面反射的光线）（　　）
A．使入射光线从图中所示位置按顺时针方向逐渐偏转时，可能有光射出面
B．使入射光线从图中所示位置按逆时针方向逐渐偏转时，可能有光射出面
C．使入射光线从图示位置逐渐偏转时，如有光射出面，则红光先射出
D．使入射光线从图示位置逐渐偏转时，如有光射出面，则紫光先射出
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．如图1是“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置，实验中以白炽灯泡（，）作为光源，利用学生电源“直流”挡为白炽灯泡供电。
（1）实验过程中，小夏同学先将学生电源的挡位旋钮打到，然后闭合开关，电源显示过载自动断电，再次闭合开关均显示过载。为了检测过载的原因，进行如下操作：
①用多用电表“欧姆挡”测白炽灯泡电阻，正确操作后表盘指针如图2所示，则灯泡应该是_______（选择“短路”、“断路”或“正常”）。
②将多用电表选择开关拨至直流电压“”挡，直接测量学生电源两极电压，正确操作后表盘指针如图3所示，则电源电动势约为_______V。
③为进一步分析灯泡与电源情况，利用该电源与其他必须的实验器材，通过实验测绘出小灯泡的伏安特性曲线如图4所示，则电源过载的可能原因及解决的办法，下列说法最合理的是________。
A．连接电源时误接了交流电压挡，可以通过更换为直流电压挡来解决
B．电源内阻过小，导致电流过大，可以通过串联一个保护电阻来解决
C．刚通电时灯丝温度低电阻小，电流过大，可以通过将电压由小逐渐增大到来解决
（2）解决问题后，小夏同学利用红色滤光片做双缝干涉实验，发现获得的干涉图样条纹间距过密，测量误差较大，下列选项中能够进行有效调整的是_______。
A．改用绿色滤光片
B．适当增大单缝与双缝之间的距离
C．换用间距较小的双缝
12．在“用双缝干涉测光的波长”实验中（实验装置如图）：
(1)下列说法哪一个是错误的_________（填选项前的字母）
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测量头测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为________。
三、解答题（共45分）
13．已知天然材料的折射率都为正值（n>0）。近年来，人们针对电磁波某些频段设计的人工材料，可以使折射率为负值（n<0），称为负折射率介质电磁波从正折射率介质入射到负折射介质时，符合折射定律，但折射角为负，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图（a）所示。点波源S发出的电磁波的入射角i=60°，经折射率n=平板介质后，从另一侧面射出（图中未画出），如图（b）所示。已知平板介质的厚度d=2.0mm，不考虑电磁波在介面处的反射。
（1）在图（b）中画出电磁波的波路图；
（2）出射电磁波与入射电磁波之间的垂直距离是多少？
14．有一折射率为n的长方体玻璃砖ABCD，其周围是空气，如图所示，当入射光线从它的AB面以入射角α射入时。
（1）要使光线在BC面发生全反射，证明入射角α应满足的条件是sinα≤
（BC面足够长）；
（2）如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，则玻璃砖的折射率应取何值？
15．如图所示，有一长方形容器，高h=30cm，宽l=40cm，在容器底部放一把长40cm的刻度尺。眼睛在OA延长线上的E点观察，视线沿着EA斜向下看恰能看到尺的左端零刻度。现保持眼睛的位置不变，向容器内倒入某种液体，将容器装满，这时眼睛仍沿EA方向观察，恰能看到17.5cm的刻度，求：
（1）该液体的折射率；
（2）当倒入该液体的深度h1=12cm时，眼睛仍沿EA方向观察，恰能看到的刻度？
16．某研究小组在实验室研究棱镜的光学性质时发现，对于其中一块长方体棱镜，如图所示，无论光线以多大入射角从棱镜左侧界面射入棱镜，都不会有光线从上、下两个界面射出。试求这个棱镜的最小折射率。
参考答案
1．D
【详解】
A．折射现象中，折射角和入射角的大小关系与介质的疏密有关系，故A错误；
BC．根据折射定律，有
故B错误；C错误；
D．根据关系式，有
可知，折射率大的介质，光在其中传播的速度小。故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
AB．由
可知，甲光的干涉条纹间距较大，故波长较大，频率较低，AB错误；
C．甲光频率较低，折射率较小，C错误；
D．由
可知，甲光在水中的传播速度较大，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．泊松亮斑是光的衍射现象，说明光具有波动性，选项A错误；
B．海市蜃楼是光的全反射现象引起的，选项B正确；
C．薄膜干涉演示实验中，将膜竖直放置，观察到的干涉图样应该是水平的，选项C错误；
D．用相机拍摄玻璃橱窗内的景时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱反射光的强度，使照片清晰，选项D错误。
故选B。
4．D
【详解】
光从某种介质射向空气时发生全反射的临界角是37°，有
解得折射率为
由波速与折射率的关系，可得
即该束光在介质与空气中的传播速度之比是3:5，故选D。
5．A
【详解】
如图所示
实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据
因此测得的折射率偏小。
故选A。
6．B
【详解】
A．由光路可知，b光的偏折程度大于c光，则b光的折射率大于c光，则b光频率大于c光频率，选项A错误；
B．因b光的波长小于c光的波长，则根据
则将b光和c光通过相同的双缝干涉装置，c光的干涉条纹间距较大，选项B正确；
C．若将b光和c光分别放在水面足够大的池塘底部同一位置，根据
可知，
则b光的临界角比c光小，则b光照亮的水面区域小，选项C错误；
D．若将入射点移至ED中点处，入射角不变，则两种光在玻璃中的传播距离都等于玻璃的截面半径，根据
可知b光在玻璃中传播速度较小，则传播时间较长，选项D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．红光到达AC面的入射角为
i=30°，折射角为r=60°，则玻璃对红光的折射率为
故A错误；
B．红光在玻璃中的传播速度大小为
故B错误；
C．设临界角为C，则
，
若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，入射角为
i=60°，根据折射定律可得
折射角为r=30°，光线射到AC面上的入射角等于60°，大于临界角C，所以光线在AC面发生全反射，不会从AC面射出来，故C正确；
D．若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到AC面上的入射角不变，则折射角不变，仍为60°，故D错误；
故选C。
8．BCD
【详解】
AB．由折射定律可知
解得
A错误，B正确；
C．由
知光在介质中速度比在空气中小，C正确；
D．根据折射率的物理意义知当入射角增大时，折射角也增大，但折射率不变，D正确。
故选BCD。
9．ABD
【详解】
AB．设入射光线与球体的交点为A，连接OA，OA即为入射点的法线．因此图中的角α为入射角．过A点作球体水平表面的垂线，垂足为B，如图所示．
依题意∠AOB=α，又由△OAB知
则
α=60°
由折射定律得
选项AB正确；
C．由图可知γ=30°，则
解得
选项C错误；
D．光线从右侧竖直表面射出时，由折射定律得
解得
θ=60°
选项D正确。
故选ABD。
10．AC
【详解】
使入射光线从题图所示位置顺时针转动时，射到AB面上的光线的入射角逐渐减小，可见光中红光的折射率最小，所以红光最先达到临界角，红光先射出；根据题意可知，当入射角等于时会发生全反射，若入射光逆时针旋转，射到AB面上的光线的入射角大于，所以肯定会发生全反射，不会有光从AB边射出。故A、C正确，B、D错误；
故选AC。
11．正常
C
C
【详解】
（1）[1]
欧姆表的读数为表盘示数与倍率的乘积，所以冷态灯丝的电阻为
灯丝正常工作的电阻
由于金属丝电阻随温度的升高而增加，所以灯泡应当是正常的。
（2）[2]
最大程为50V的电压挡的最小分度为1V，则电动势的值为12.2V。
（3）[3]
A．交流电源使直流电压左右偏转，则连入后立即损坏，A错误；
B．若是电源内阻过小，则每次闭合电路都将自动断电，B错误；
C．灯丝电阻随温度的升高而增大，冷态灯丝电阻很小，电路中的电流很大，所以导致闭合时立即断电，C正确。
故选C。
（4）[4]
根据双缝干涉条纹的间距公式
A．绿光的波长比黄光短，由公式可以知道则间距条纹的间距更小，A错误；
B．增大双缝之间的距离d，同样条纹的间距变小，B错误；
C．换用间距较小的双缝，则条纹的间距变大，C正确。
故选C。
12．A
1.970
【详解】
(1)[1]A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，故A错误；
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐，故B正确；
C．n条亮纹之间有n－1个间距，相邻条纹的间距
故C正确。
本题选错误的，故选A；
(2)[2]由图可知，手轮示数为。
13．（1）
；（2）
【详解】
（1）波路图如图所示
（2）由折射定律有
得折射
r=30°
同理得第二次的折射角
i′=60°
由几何关系有出射电磁波与入射电磁波之间的垂直距离为
14．（1）见解析；（2）大于或等于
【详解】
（1）要使光线在BC面发生全反射，光路图如图所示：
首先应满足
式中β为光线射到BC面的入射角；由折射定律得
两式联立得
（2）如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，即都能产生全反射，则只有当
时才能满足上述条件，故
15．(1)
；(2)9cm
【详解】
(1)
如图所示
根据几何关系可得
该液体的折射率
(2)
当倒入该液体的深度h1=12cm时，眼睛仍沿EA方向观察，如图所示
则
则
则
则
得
所以眼睛恰能看到的刻度
16．
【详解】
光线垂直法线入射（入射角）时，折射角等于临界角C，光路如图
光线在BC界面的入射角
由题意，光线在BC界面发生全反射，有
又，又，即
解得
又
得
所以棱镜的最小折射率为。