物理新教材人教版选择性必修1第四单元光 检测卷B卷（word含解析）

第四单元达标检测卷
物 理 （B）
一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分。在第1～6题给出的4个选项中，只有一个选项正确；在第7～10题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)
1．光在科学技术，生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(　　)
A．光学镜头上的增透膜是利用光的折射现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
D．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
2．如图所示，由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中。某种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出。若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2θ出射，则此介质的折射率为(　　)
A． B．
C． D．
3．某种液体的折射率为，距液面下深h处有一个点光源，从液面上看液面被光源照亮的圆形区域的直径为(　　)
A．2h B．h C．h D．2h
4．如图所示，一束黄光和一束蓝光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从M、N两点射出，已知α＝45°，β＝60°，光速c＝3×108 m/s则下列说法正确的是(　　)
A．两束光穿过玻璃柱体所需时间相同
B．PM是蓝光，PN是黄光
C．玻璃对PM光束的折射率为
D．PM光束在该玻璃中传播的速度为×108 m/s
5．用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出明暗相间的绿条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法正确的有(　　)
A．如果增大单缝到双缝间的距离，Δx将增大
B．如果增大双缝之间的距离，Δx将增大
C．如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大
D．如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大
6．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小对眼睛造成伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014 Hz。那么他设计的这种“增反膜”的厚度至少是(　　)
A．9.25×10-8 m B．1.85×10-7 m C．1.23×10-7 m D．6.18×10-8 m
7．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，波长变长
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
8．如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
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A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫
9．如图所示，两束不同频率的平行单色光a、b从水射入空气(空气折射率为1)发生如图所示的折射现象(α＜β)，下列说法正确的是(　　)
A．水对a的折射率比水对b的折射率小
B．在水中的传播速度va＞vb
C．在空气中的传播速度va>vb
D．当a、b入射角为0°时，光线不偏折，但仍然发生折射现象
10．如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏ab间形成一条彩色光带。在光带的a、b两侧，下面的说法正确的是(　　)
A．a侧是红色光，b侧是紫色光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
11．下列说法正确的是(　　)
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A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度
B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出
C．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离L，两相邻亮条纹间距离将减小
D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
12．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光(　　)
A．a光的频率比b光的频率大
B．a光比b光更容易发生衍射现象
C．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
二、非选择题(本题共6小题，共52分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。)
13．(6分)做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：
(1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sin i－sin r图像如图甲所示，则下列判定正确的是________。
A．光线是从空气射入玻璃的
B．该玻璃的折射率约为0.67
C．该玻璃的折射率约为1.5
D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°
(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8，3)、B(1，－4)、C(7，－4)，则：
①入射点O′(图中未标出)的坐标为___________；
②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝___________。
14．(8分)在“用双缝干涉测单色光的波长”的实验中
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(1)如图甲所示是用双缝干涉测光波波长的实验设备示意图，图中①是光源，②是滤光片，③是单缝，④是双缝，⑤是光屏。下列操作能增大光屏上相邻两条亮纹之间距离的是________。
A．增大③和④之间的距离
B．增大④和⑤之间的距离
C．将绿色滤光片改成红色滤光片
D．增大双缝之间的距离
(2)下列说法正确的是________。
A．如果将灯泡换成激光光源，去掉单缝，该实验照样可以完成
B．若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，不能通过“拨杆”的拨动把干涉条纹调成与分划板中心刻线平行
C．去掉滤光片，不可能观察到干涉图样
D．毛玻璃屏上的干涉条纹与双缝垂直
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示，x1＝0.045 mm。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图丙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm。(取三位有效数字)
(4)如果已经量得双缝的间距是0.30 mm、双缝和光屏之间的距离是900 mm，则待测光的波长是________m。(取三位有效数字)
15．(6分)两个狭缝相距0.3 mm，位于离屏50 cm处，现用波长为600 nm的光照射双缝。
(1)求两条相邻暗条纹间的距离；
(2)若将整个装置放于水中，那么两条相邻暗条纹间的距离是多少。(水的折射率为)
16．(10分)现有一三棱柱工件，由透明玻璃材料制成．如图所示，其截面ABC为直角三角形，∠ACB＝30°，现在有一条光线沿着截面从AC边上的O点以45°的入射角射入工件折射后到达BC边的中点并发生了全反射，后垂直于AB边射出。已知光在空气中的传播速度为c。
(1)求透明玻璃材料的折射率；
(2)若BC＝a，求光线在玻璃材料内传播的时间。
17．(10分)如图所示，AOB是由某种透明物质制成的半径为R的圆柱体横截面(O为圆心)，透明物质折射率为。今有一束平行光以45°的入射角从真空射向柱体的OA平面，这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出，设凡射到OB面的光线全部被吸收，也不考虑OA面的反射。求：
(1)从AO面射入透明物质的折射角；
(2)光线从透明物质射向真空时发生全反射的临界角；
(3)从圆柱AB面上能射出光线的部分的弧长。
18．(12分)如图所示为一玻璃工件的截面图，上半部ABC为等腰直角三角形，∠A＝90°，BC边的长度为2R，下半部是半径为R的半圆，O是圆心，P、Q是半圆弧BDC上的两个点，AD、BC垂直相交于O点。现有一束平行于AD方向的平行光射到AB面上，从A点射入玻璃的光射到P点，已知圆弧BQ与QD的长度相等，圆弧CP长度是DP长度的2倍。
(1)求玻璃的折射率n；
(2)通过计算判断经AB面折射后第一次射到Q点的光是否能够射出玻璃工件。
物理答案（B）
一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分。在第1～6题给出的4个选项中，只有一个选项正确；在第7～10题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)
1．【答案】C
【解析】光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，减弱反射光的强度，增加透射光的强度，A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，B错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C正确；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，D错误。
2．【答案】D
【解析】设单色光射出时的入射角为α，根据折射定律：n＝，由几何关系可得，发生全反射时入射角为：C＝－α，又n＝，联立解得：n＝，故D选项正确，A、B、C选项错误。
3．【答案】D
【解析】从液面上看到液面被照亮是因为光线从液面射出后进入人的眼睛。如图所示，设光线OA在界面上恰好发生全反射，则sin C＝＝，所以C＝45°。由几何关系得r＝h，故直径为d＝2h。
4．【答案】C
【解析】由图可知，从M点射出的光的折射率较小，从N点射出的光的折射率较大，根据折射率与光速的关系可知，从M点射出的光的速度较大。两束光穿过玻璃柱体的路程相等，速度不同，所需时间不相同，选项A错误；根据蓝光折射率大于黄光可知，PM是黄光，PN是蓝光，选项B错误；由折射定律可知，玻璃对PM光束的折射率为n＝＝，选项C正确；PM光束在该玻璃中传播的速度为v＝＝×108 m/s，选项D错误。
5．【答案】C
【解析】根据条纹间距与波长关系的公式Δx＝λ(其中l表示双缝到屏的距离，d表示双缝之间的距离，λ表示光的波长)判断，可知Δx与单缝到双缝间的距离无关，与缝本身的宽度也无关，所以选项C正确。
6．【答案】C
【解析】为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来相互叠加后加强，则路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ'的整数倍，即2d＝Nλ'(N＝1，2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长是λ＝≈3.7×10-7 m，在膜中的波长是λ'＝≈2.47×10-7 m，故膜的厚度至少是1.23×10-7 m。
7．【答案】A
【解析】由几何关系可推理得入射角θ1＝90°－θ＝60°，折射角θ2＝30°，由n＝；由sin C＝，临界角C>30°，故在F点不发生全反射；由n＝知光进入棱镜波长变小；F点出射的光束与BC边的夹角为30°，不与入射光线平行。
8．【答案】B
【解析】双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹。双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)Δx＝λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光。综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确。
9．【答案】AB
【解析】由于α<β，所以折射率na小于nb，由于n＝知，在水中的传播速度va＞vb，a、b在空气中的传播速度都是c，C错误，A、B正确；当a、b入射角为0°时，光线不偏折，不发生折射现象，故D错误。
10．【答案】BC
【解析】由题图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧是紫色光，波长较小，b侧是红色光，波长较大；又v＝，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率。
11．【答案】AC
【解析】甲图中a束光折射角大，折射率小，根据v＝，a束光在水珠中的传播速度大，选项A正确；乙图中，光束在aa′面的折射角等于在bb′面的入射角，只要入射角i<90°，bb′面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B错误；丙图中，根据Δx＝λ，选项C正确；丁图中的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，选项D错误。
12．【答案】BD
【解析】在CD边和AE边都只有a光射出，说明b光发生了全反射，而a光没有发生全反射，说明b光的临界角较小，由临界角公式sin C＝，可知b光的折射率较大，a光的频率比b光的频率小，更容易发射衍射现象，选项A错误，B正确；根据n＝可知，在棱镜内，a光的传播速度比b光的传播速度大，选项C错误；以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律n＝，折射率越大，折射角越小，选项D正确。
二、非选择题(本题共6小题，共52分。按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。)
13．(6分)
【答案】(1)AC　 (2)①(4，0)　 ②
【解析】(1)由图可知，入射角大于折射角，故可知，光线是从空气射入玻璃的，A正确；由n＝可知，玻璃的折射率n＝＝1.5，B错误，C正确；由sin C＝可知，临界角的正弦值为0.67，D错误。
(2)①画出三条光线如图所示。根据折射光线与入射光线的对称性，可知，入射点O′的横坐标为x＝ cm＝4 cm，故入射点O′的坐标为(4，0)。
②设入射角为i，折射角为r。根据数学知识得：
sin i＝＝0.6，sin r＝＝0.8
所以该介质的折射率：n＝＝＝。
14．(8分)
【答案】(1)BC　(2)AB　(3)1.61　(4)5.37×10－7
【解析】(1)双缝干涉条纹间距公式：Δx＝λ，增大双缝到屏的距离L，可以增大条纹间距，A错误B正确；将绿色滤光片改成红色滤光片增大了波长，可以增大条纹间距，C正确；增大双缝之间的距离d，减小了条纹间距，D错误。
(2)将灯泡换成激光光源，激光是相干光源，单色性好，所以可以去掉单缝，A正确；若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，说明双缝是倾斜的，双缝平行于干涉条纹，应当调节双缝装置，B正确；去掉滤光片，能够观察到干涉图样，只不过是各色光重叠产生的彩色条纹，C错误；干涉条纹与双缝是平行的，D错误。
(3)图丙的读数：14.5 mm＋3.0×0.01 mm＝14.530 mm，所以条纹间距：Δx＝ mm＝1.61 mm。
(4)根据Δx＝λ，可得：λ＝，代入数据解得：λ＝5.37×10－7 m。
15．(6分)
【解析】(1)Δx＝λ＝ m＝1×10-3 m＝1 mm。
(2)λ'＝ nm＝450 nm
Δx'＝λ'＝ m＝0.75 mm。
16．(10分)
【解析】(1)光路图如图所示，DE光线垂直AB射出，所以∠EDB＝∠ODC＝30°
折射角r＝30°
所以n＝＝。
(2)由几何关系可知，ODcos 30°＝CD＝CB
所以OD＝a，DE＝BDcos 30°＝
因为n＝，所以v＝＝
t＝＝。
17．(10分)
【解析】(1)光路如图所示：
从O点射入光线，折射角为r，根据折射定律有：n＝
解得：r＝30°；
(2)由公式sin C＝＝得：
临界角为：C＝45°；
(3)设光线从某位置P点入射的光线，折射到AB弧面上Q点时，入射角恰等于临界角C，△PQO中：
α＝180°－90°－C－r＝15°
所以能射出的光线区域对应的圆心角为：β＝90°－α－30°＝
能射出光线的部分占AB面的弧长：s＝βR＝。
18．(12分)
【解析】(1)如图所示，过A点做AB面的法线，连接AP，连接OP，设从A点射入玻璃的光的入射角为i，折射角为r，则i＝45°
设OP与AD夹角为θ1，由于圆弧CP长度是DP的2倍，则θ1＝π＝30°
设AP与AD夹角为θ2，由于△ABC为等腰直角三角形，则OA＝OP＝R，所以△AOP是等腰三角形，则θ2＝θ1＝15°
r＝∠OAC－θ2＝30°
n＝
解得n＝。
(2)设玻璃的临界角为C，则sin C＝
解得C＝45°
做射到圆弧上Q点光线FQ，连接OQ，设FQ与BC的夹角为θ3，FQ与OQ的夹角θ4，因为圆弧BQ与QD的长度相等，所以∠BOQ＝45°
因为所有入射光平行，所以所有折射光线平行，则
θ3＝90°－θ2＝75°
θ4＝180°－θ3－∠BOQ＝60°
由于θ4>C ，所以第一次射到圆弧Q点光不能射出玻璃工件。