人教版（2019）选择性必修第一册《第4章+光》2021年单元测试卷（2word版含答案）
文档属性
| 名称 | 人教版（2019）选择性必修第一册《第4章+光》2021年单元测试卷（2word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 528.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-01 06:44:50 | ||
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文档简介
人教版（2019）选择性必修第一册《第4章 光》2021年单元测试卷（2）
一．选择题（共10小题，满分40分，每小题4分）
1．（4分）关于光波及其在科学技术、生产和生活中广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象
C．在光导纤维束内传送图象是利用光的干涉现象
D．拍摄橱窗内的物体时在镜头前加装偏振片以增强入射光的强度
2．（4分）今年5月底，云南15头野象向北迁徙的新闻备受关注.研究人员发现大象也有自己的“语言”，某研究小组录下野象“语言”交流时发出的声音，能听到比正常播放时更多的声音．播放速度变为原来的3倍时，则（ ）
A．播出声波的频率变为原来的3倍
B．播出声波的周期变为原来的3倍
C．播出声波的波速变成原来的3倍
D．播出声波的波长变为原来的3倍
3．（4分）光线以某一入射角从空气射入折射率为的玻璃中，已知折射角为30°（ ）
A．30° B．45° C．60° D．75°
4．（4分）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，光路如图中所示．则a、b两束光（ ）
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
5．（4分）已知天然材料的折射率都为正值（n1＞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（n2＜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，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图所示。点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4），正确的是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
6．（4分）如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图象就可以从一端传到另一端，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ ）
A．光的折射 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射
7．（4分）对下列光学现象解释正确的是（ ）
A．海市蜃楼是光的偏振现象
B．泊松亮斑是光的衍射现象
C．彩色的肥皂泡是光的干涉现象
D．立体电影是光的全反射现象
8．（4分）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（ ）
A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的
B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄
C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽
D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹
9．（4分）根据图象，下列叙述正确的是（ ）
A．图甲所示的远距离输电通常通过提高电压以减少电能损耗
B．图乙所示的行李安检仪采用γ射线来透视安检物品
C．图丙所示的照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的偏振引起的
D．图丁所示的核反应堆可以通过调整插入镉棒的深度来控制核反应速度
10．（4分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A．进入三棱镜后各自的波长都有所减小
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距△xa＞△xb
C．在三棱镜中的传播速度va＜vb
D．在增大入射角的过程中，单色光a先发生全反射
二．填空题（共2小题，满分18分）
11．（8分）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为 m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是 s≤t＜ s（不考虑反射）。
12．（10分）现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右 、A。
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图2所示，该读数为 mm。（3）在双缝干涉实验中，分别用绿色和红色的激光照射同一双缝，绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1 Δx2（填“＞”“＝”或“＜”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm mm。
三．计算题（共4小题，满分42分）
13．（9分）某半圆柱形玻璃砖截面半径为R，O点为圆心，AB为直径，左侧为一足够大的光屏．如图所示，相互平行的同种单色光a和b以与竖直方向成45°角入射到玻璃砖上
14．（10分）在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。
15．（11分）某同学用插针法测玻璃砖的折射率，按要求认真完成了实验．如图所示，用MN和PQ分别表示入射光线和出射光线，且光线在AB面上的入射角i＝60°．玻璃砖的AB面和CD面之间的距离为d，MN和PQ所在直线之间的距离为d
16．（12分）如图，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为，O为球心，轴线OA垂直于光屏＝R．位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体（已知光在真空中传播的速度为c．）
人教版（2019）选择性必修第一册《第4章 光》2021年单元测试卷（2）
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题，满分40分，每小题4分）
1．（4分）关于光波及其在科学技术、生产和生活中广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象
C．在光导纤维束内传送图象是利用光的干涉现象
D．拍摄橱窗内的物体时在镜头前加装偏振片以增强入射光的强度
【分析】检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象；
光电效应和康普顿效证实光具有粒子性；
光导纤维是利用光的全反射现象；
加装一个偏振片以减少反射光的透射能力．
【解答】解：A、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。
B、用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光折射现象。
C、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象。
D、拍摄玻璃橱窗内的物体时。故D错误。
故选：B。
2．（4分）今年5月底，云南15头野象向北迁徙的新闻备受关注.研究人员发现大象也有自己的“语言”，某研究小组录下野象“语言”交流时发出的声音，能听到比正常播放时更多的声音．播放速度变为原来的3倍时，则（ ）
A．播出声波的频率变为原来的3倍
B．播出声波的周期变为原来的3倍
C．播出声波的波速变成原来的3倍
D．播出声波的波长变为原来的3倍
【分析】频率由波源决定，播放速度变为原来的3倍时，由此分析播出声波的频率的变化，根据周期和频率的关系分析周期的变化；声波的传播速度由介质决定；根据v＝fλ分析波长的变化。
【解答】解：AB、播放速度变为原来的3倍时，则此时声音的音调变高，故人能听到的声音更多，频率变为原来的3倍可知周期变为原来的、B错误；
C、声波的传播速度与介质有关，所以播出声波的波速不变；
D、根据v＝fλ、f变为原来的5倍，故D错误。
故选：A。
3．（4分）光线以某一入射角从空气射入折射率为的玻璃中，已知折射角为30°（ ）
A．30° B．45° C．60° D．75°
【分析】根据折射定律求出入射角的大小．
【解答】解：根据折射定律得，n＝，则．故C正确，A、B。
故选：C。
4．（4分）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，光路如图中所示．则a、b两束光（ ）
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
【分析】所有色光在真空中的传播速度相同．由图看出光线在CD界面上，相同的入射角的a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，由v＝分析光在棱镜中速度大小．由折射率越大，频率越大，波长越短，分析波长的大小，即可判断干涉条纹间距的大小．
【解答】解：A、所有光在真空有相同的速度；
B、由图知：光线在CD界面上，b光发生了全反射，由公式，故B错误；
C、由折射率大小，b光的折射角较小；
D、折射率小的光的波长大，a光的相邻亮条纹间距大。
故选：C。
5．（4分）已知天然材料的折射率都为正值（n1＞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（n2＜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，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图所示。点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4），正确的是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
【分析】由题，折射线与入射线位于界面法线同侧，然后结合入射角与折射角的大小关系即可求出。
【解答】解：由题，点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，所以不可能是光线1或2；
根据光线穿过两侧平行的介质后的特点：方向与开始时的方向相同，所以光线2出介质右侧后，光线将无法汇聚形成实像，所以折射光线4可能是正确的，由以上的分析可知，D正确。
故选：D。
6．（4分）如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图象就可以从一端传到另一端，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ ）
A．光的折射 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射
【分析】光在光导纤维中的传输利用了全反射，并依据光的折射、干涉与衍射原理，从而即可求解．
【解答】解：光在光导纤维中传播时，其入射角大于或等于临界角，折射不出去，光导纤维是利用光的全反射原理来传输信号，故得到广泛应用。
故选：D。
7．（4分）对下列光学现象解释正确的是（ ）
A．海市蜃楼是光的偏振现象
B．泊松亮斑是光的衍射现象
C．彩色的肥皂泡是光的干涉现象
D．立体电影是光的全反射现象
【分析】海市蜃楼是光的折射现象；根据衍射的原理判断；彩色肥皂泡是光的干涉现象；立体电影利用的是光的偏振．
【解答】解：A、海市蜃楼是光的折射现象，对光的折射率不同而产生的；
B、泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的；
C、彩色的肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷的，发生干涉而产生的；
D、立体电影利用的是光的偏振；
故选：BC。
8．（4分）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（ ）
A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的
B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄
C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽
D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹
【分析】从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．使牛顿环的曲率半径越大，相同的水平距离使空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大．
【解答】解：A、当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹；
B、由于绿光的波长小于红光的波长，则观察到的圆环状条纹间距变窄；
C、若换一个曲率半径更大的凸透镜，所以观察到的圆环状条纹间距变宽；
D、白色光是复色光，则看到的是彩色相间的圆环状条纹。
故选：BC。
9．（4分）根据图象，下列叙述正确的是（ ）
A．图甲所示的远距离输电通常通过提高电压以减少电能损耗
B．图乙所示的行李安检仪采用γ射线来透视安检物品
C．图丙所示的照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的偏振引起的
D．图丁所示的核反应堆可以通过调整插入镉棒的深度来控制核反应速度
【分析】根据P＝UI可知，电功率一定时，电压越高，线路中的电流就越小，由Q＝I2Rt可得，电阻和通电时间一定时，电流越小，电流通过导线产生的热量越小；
李安检仪采用X射线；
镜头上呈现的淡绿色是由光的干涉引起的
为了控制核反应速度，常在铀棒之间插入镉棒，从而即可求解。
【解答】解：A、在输送电功率不变的情况下，线路中的电流越小，高压输电能减少线路上电能的损失；
B、行李安检仪采用X射线来透视安检物品；
C、照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的干涉引起的；
D、在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度。
故选：AD。
10．（4分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A．进入三棱镜后各自的波长都有所减小
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距△xa＞△xb
C．在三棱镜中的传播速度va＜vb
D．在增大入射角的过程中，单色光a先发生全反射
【分析】由折射率n＞1，结合v＝和v＝λf可知，光进入三棱镜后各自的波长都有所减小；由三棱镜对光的偏折程度，判断三棱镜对光的折射率大小，进而判断光的频率大小和光的波长大小，根据△x＝可知干涉条纹间距大小关系；由n＝可判断在三棱镜中的传播速度；根据全反射的条件可判断两光均不能发生全反射。
【解答】解：A、因为折射率n＞1可知三棱镜中光速小于真空中光速，又根据v＝λf可知，故A正确；
B、由图看出，则三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，a光的波长大于b光的波长可知，所以射向同一双缝干涉装置a＞△xb，故B正确；
C、a光的折射率小可知a＞vb，故C错误；
D、在增大入射角的过程中，由几何关系可知光在三棱镜中向空气中射出时，两光均不能发生全反射。
故选：AB。
二．填空题（共2小题，满分18分）
11．（8分）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为 2.0×108 m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是 5×10﹣10 s≤t＜ 3×10﹣10 s（不考虑反射）。
【分析】当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短；当入射角最大时，折射角也最大，光线通过玻璃板的时间最长。根据v＝求出光线在玻璃板的传播速度，由折射定律求出最大折射角，再根据运动学公式求解。
【解答】解：光线在玻璃板的传播速度为v＝＝m/s＝2.3×108m/s
已知d＝10.0cm＝6.10m，当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短min＝＝s＝5×10﹣10s；
当入射角为90°时折射角最大，设最大折射角为α
解得sinα＝
单色光玻璃板中传播最长距离为s＝＝＝m＝m
光线通过玻璃板的最长时间为tmax＝＝s＝3﹣10s；
故该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是5×10﹣10s≤t＜4×10﹣10s。
故答案为：2.5×108，5×10﹣10，4×10﹣10。
12．（10分）现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右 EDB 、A。
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图2所示，该读数为 0.696 mm。（3）在双缝干涉实验中，分别用绿色和红色的激光照射同一双缝，绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1 ＞ Δx2（填“＞”“＝”或“＜”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm 0.3 mm。
【分析】为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。根据Δx＝ 列式判断条纹间距，解得双缝间距。
【解答】解：（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、双缝
（2）固定刻度为0.5mm，可动刻度为19.8×0.01mm＝0.196mm
（3）红光的波长大于绿光的波长，由公式
Δx＝
可知红光的干涉条纹间距Δx3与绿光的干涉条纹间距Δx2相比
Δx1＞Δx2
已知λ＝630nm＝6.3×10﹣8m；l＝1.00m
Δx＝mm＝2.1mm＝5.1×10﹣3m
由公式
Δx＝
解得双缝之间的距离为
Δx＝3×10﹣4m＝0.8mm
故答案为：（1）EDB；（2）0.696，＞
三．计算题（共4小题，满分42分）
13．（9分）某半圆柱形玻璃砖截面半径为R，O点为圆心，AB为直径，左侧为一足够大的光屏．如图所示，相互平行的同种单色光a和b以与竖直方向成45°角入射到玻璃砖上
【分析】左侧光屏上最亮的两个光斑一个是由光线a在O点发生全反射形成的．另一个是光线b经过两次折射形成的，根据折射定律和几何知识结合求解．
【解答】解：光线a在O点恰好发生全反射，则知临界角 C＝45°
由sinC＝得 n＝
光线b射到玻璃砖上折射时，有 n＝
折射光线射到AB上时的入射角 i＝r＝30°
根据光路可逆原理知，折射角 α＝45°
所以左侧光屏上最亮的两个光斑间距离 S＝CD＝R+（R﹣Rtanr）＝R
答：左侧光屏上最亮的两个光斑间距离为R．
14．（10分）在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。
【分析】根据△x＝λ求出单色光的波长。根据△x＝λ求出红色光的干涉条纹的宽度，然后求出有多少条暗条纹。
【解答】解：由题意可得：△x＝＝ m＝3.95×10﹣3 m，
d＝100.00cm＝1.0000m
根据△x＝λ可得：λ＝＝ ﹣6 m。
而红光波长λ′＝＝ m＝7.8×10﹣7 m，
可得：△x′＝λ′＝ ﹣3 m，
所以暗条纹数为n＝＝16条。
答：黄光的波长为5.90×10﹣2 m，在光屏上6.00cm范围内最多能有16条暗条纹。
15．（11分）某同学用插针法测玻璃砖的折射率，按要求认真完成了实验．如图所示，用MN和PQ分别表示入射光线和出射光线，且光线在AB面上的入射角i＝60°．玻璃砖的AB面和CD面之间的距离为d，MN和PQ所在直线之间的距离为d
【分析】根据题意，作出光路图，结合几何关系求出折射角，再由折射定律求折射率．
【解答】解：连接N、P即为AB面上的折射光线，过N做NH垂直于PQ．
由题意可得：
在Rt△NHP中，
而NPcosr＝d
联立以上两式可得：r＝30°
由可得玻璃砖的折射率为
答：玻璃砖的折射率为．
16．（12分）如图，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为，O为球心，轴线OA垂直于光屏＝R．位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体（已知光在真空中传播的速度为c．）
【分析】作出光路图，根据折射定律和几何关系，求出入射角和折射角，再由几何关系求解光线从S传播到达光屏所用的时间．
【解答】解：光从光源S射出经半球体到达光屏的光路如图．
光由空气射向半球体，由折射定律
解得：α＝30°
在△OBC中，由正弦定理得：＝
解得：β＝30°
光由半球体射向空气，由折射定律
解得：r＝60°，即出射光线与轴线OA平行．
光从光源S出发经玻璃半球体到达光屏所用的总时间
t＝++
且 n＝
解得：t＝
答：光线从S传播到达光屏所用的时间为．
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一．选择题（共10小题，满分40分，每小题4分）
1．（4分）关于光波及其在科学技术、生产和生活中广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象
C．在光导纤维束内传送图象是利用光的干涉现象
D．拍摄橱窗内的物体时在镜头前加装偏振片以增强入射光的强度
2．（4分）今年5月底，云南15头野象向北迁徙的新闻备受关注.研究人员发现大象也有自己的“语言”，某研究小组录下野象“语言”交流时发出的声音，能听到比正常播放时更多的声音．播放速度变为原来的3倍时，则（ ）
A．播出声波的频率变为原来的3倍
B．播出声波的周期变为原来的3倍
C．播出声波的波速变成原来的3倍
D．播出声波的波长变为原来的3倍
3．（4分）光线以某一入射角从空气射入折射率为的玻璃中，已知折射角为30°（ ）
A．30° B．45° C．60° D．75°
4．（4分）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，光路如图中所示．则a、b两束光（ ）
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
5．（4分）已知天然材料的折射率都为正值（n1＞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（n2＜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，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图所示。点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4），正确的是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
6．（4分）如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图象就可以从一端传到另一端，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ ）
A．光的折射 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射
7．（4分）对下列光学现象解释正确的是（ ）
A．海市蜃楼是光的偏振现象
B．泊松亮斑是光的衍射现象
C．彩色的肥皂泡是光的干涉现象
D．立体电影是光的全反射现象
8．（4分）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（ ）
A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的
B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄
C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽
D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹
9．（4分）根据图象，下列叙述正确的是（ ）
A．图甲所示的远距离输电通常通过提高电压以减少电能损耗
B．图乙所示的行李安检仪采用γ射线来透视安检物品
C．图丙所示的照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的偏振引起的
D．图丁所示的核反应堆可以通过调整插入镉棒的深度来控制核反应速度
10．（4分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A．进入三棱镜后各自的波长都有所减小
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距△xa＞△xb
C．在三棱镜中的传播速度va＜vb
D．在增大入射角的过程中，单色光a先发生全反射
二．填空题（共2小题，满分18分）
11．（8分）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为 m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是 s≤t＜ s（不考虑反射）。
12．（10分）现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右 、A。
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图2所示，该读数为 mm。（3）在双缝干涉实验中，分别用绿色和红色的激光照射同一双缝，绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1 Δx2（填“＞”“＝”或“＜”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm mm。
三．计算题（共4小题，满分42分）
13．（9分）某半圆柱形玻璃砖截面半径为R，O点为圆心，AB为直径，左侧为一足够大的光屏．如图所示，相互平行的同种单色光a和b以与竖直方向成45°角入射到玻璃砖上
14．（10分）在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。
15．（11分）某同学用插针法测玻璃砖的折射率，按要求认真完成了实验．如图所示，用MN和PQ分别表示入射光线和出射光线，且光线在AB面上的入射角i＝60°．玻璃砖的AB面和CD面之间的距离为d，MN和PQ所在直线之间的距离为d
16．（12分）如图，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为，O为球心，轴线OA垂直于光屏＝R．位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体（已知光在真空中传播的速度为c．）
人教版（2019）选择性必修第一册《第4章 光》2021年单元测试卷（2）
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题，满分40分，每小题4分）
1．（4分）关于光波及其在科学技术、生产和生活中广泛的应用，下列说法中正确的是（ ）
A．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
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象
C．在光导纤维束内传送图象是利用光的干涉现象
D．拍摄橱窗内的物体时在镜头前加装偏振片以增强入射光的强度
【分析】检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象；
光电效应和康普顿效证实光具有粒子性；
光导纤维是利用光的全反射现象；
加装一个偏振片以减少反射光的透射能力．
【解答】解：A、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。
B、用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光折射现象。
C、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象。
D、拍摄玻璃橱窗内的物体时。故D错误。
故选：B。
2．（4分）今年5月底，云南15头野象向北迁徙的新闻备受关注.研究人员发现大象也有自己的“语言”，某研究小组录下野象“语言”交流时发出的声音，能听到比正常播放时更多的声音．播放速度变为原来的3倍时，则（ ）
A．播出声波的频率变为原来的3倍
B．播出声波的周期变为原来的3倍
C．播出声波的波速变成原来的3倍
D．播出声波的波长变为原来的3倍
【分析】频率由波源决定，播放速度变为原来的3倍时，由此分析播出声波的频率的变化，根据周期和频率的关系分析周期的变化；声波的传播速度由介质决定；根据v＝fλ分析波长的变化。
【解答】解：AB、播放速度变为原来的3倍时，则此时声音的音调变高，故人能听到的声音更多，频率变为原来的3倍可知周期变为原来的、B错误；
C、声波的传播速度与介质有关，所以播出声波的波速不变；
D、根据v＝fλ、f变为原来的5倍，故D错误。
故选：A。
3．（4分）光线以某一入射角从空气射入折射率为的玻璃中，已知折射角为30°（ ）
A．30° B．45° C．60° D．75°
【分析】根据折射定律求出入射角的大小．
【解答】解：根据折射定律得，n＝，则．故C正确，A、B。
故选：C。
4．（4分）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，光路如图中所示．则a、b两束光（ ）
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
【分析】所有色光在真空中的传播速度相同．由图看出光线在CD界面上，相同的入射角的a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，由v＝分析光在棱镜中速度大小．由折射率越大，频率越大，波长越短，分析波长的大小，即可判断干涉条纹间距的大小．
【解答】解：A、所有光在真空有相同的速度；
B、由图知：光线在CD界面上，b光发生了全反射，由公式，故B错误；
C、由折射率大小，b光的折射角较小；
D、折射率小的光的波长大，a光的相邻亮条纹间距大。
故选：C。
5．（4分）已知天然材料的折射率都为正值（n1＞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（n2＜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，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图所示。点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4），正确的是（ ）
A．1 B．2 C．3 D．4
【分析】由题，折射线与入射线位于界面法线同侧，然后结合入射角与折射角的大小关系即可求出。
【解答】解：由题，点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，所以不可能是光线1或2；
根据光线穿过两侧平行的介质后的特点：方向与开始时的方向相同，所以光线2出介质右侧后，光线将无法汇聚形成实像，所以折射光线4可能是正确的，由以上的分析可知，D正确。
故选：D。
6．（4分）如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图象就可以从一端传到另一端，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ ）
A．光的折射 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射
【分析】光在光导纤维中的传输利用了全反射，并依据光的折射、干涉与衍射原理，从而即可求解．
【解答】解：光在光导纤维中传播时，其入射角大于或等于临界角，折射不出去，光导纤维是利用光的全反射原理来传输信号，故得到广泛应用。
故选：D。
7．（4分）对下列光学现象解释正确的是（ ）
A．海市蜃楼是光的偏振现象
B．泊松亮斑是光的衍射现象
C．彩色的肥皂泡是光的干涉现象
D．立体电影是光的全反射现象
【分析】海市蜃楼是光的折射现象；根据衍射的原理判断；彩色肥皂泡是光的干涉现象；立体电影利用的是光的偏振．
【解答】解：A、海市蜃楼是光的折射现象，对光的折射率不同而产生的；
B、泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的；
C、彩色的肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷的，发生干涉而产生的；
D、立体电影利用的是光的偏振；
故选：BC。
8．（4分）平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（ ）
A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的
B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄
C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽
D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹
【分析】从空气层的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹．使牛顿环的曲率半径越大，相同的水平距离使空气层的厚度变小，所以观察到的圆环状条纹间距变大．
【解答】解：A、当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹；
B、由于绿光的波长小于红光的波长，则观察到的圆环状条纹间距变窄；
C、若换一个曲率半径更大的凸透镜，所以观察到的圆环状条纹间距变宽；
D、白色光是复色光，则看到的是彩色相间的圆环状条纹。
故选：BC。
9．（4分）根据图象，下列叙述正确的是（ ）
A．图甲所示的远距离输电通常通过提高电压以减少电能损耗
B．图乙所示的行李安检仪采用γ射线来透视安检物品
C．图丙所示的照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的偏振引起的
D．图丁所示的核反应堆可以通过调整插入镉棒的深度来控制核反应速度
【分析】根据P＝UI可知，电功率一定时，电压越高，线路中的电流就越小，由Q＝I2Rt可得，电阻和通电时间一定时，电流越小，电流通过导线产生的热量越小；
李安检仪采用X射线；
镜头上呈现的淡绿色是由光的干涉引起的
为了控制核反应速度，常在铀棒之间插入镉棒，从而即可求解。
【解答】解：A、在输送电功率不变的情况下，线路中的电流越小，高压输电能减少线路上电能的损失；
B、行李安检仪采用X射线来透视安检物品；
C、照相机镜头上呈现的淡绿色是由光的干涉引起的；
D、在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度。
故选：AD。
10．（4分）如图所示，波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（ ）
A．进入三棱镜后各自的波长都有所减小
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距△xa＞△xb
C．在三棱镜中的传播速度va＜vb
D．在增大入射角的过程中，单色光a先发生全反射
【分析】由折射率n＞1，结合v＝和v＝λf可知，光进入三棱镜后各自的波长都有所减小；由三棱镜对光的偏折程度，判断三棱镜对光的折射率大小，进而判断光的频率大小和光的波长大小，根据△x＝可知干涉条纹间距大小关系；由n＝可判断在三棱镜中的传播速度；根据全反射的条件可判断两光均不能发生全反射。
【解答】解：A、因为折射率n＞1可知三棱镜中光速小于真空中光速，又根据v＝λf可知，故A正确；
B、由图看出，则三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，a光的波长大于b光的波长可知，所以射向同一双缝干涉装置a＞△xb，故B正确；
C、a光的折射率小可知a＞vb，故C错误；
D、在增大入射角的过程中，由几何关系可知光在三棱镜中向空气中射出时，两光均不能发生全反射。
故选：AB。
二．填空题（共2小题，满分18分）
11．（8分）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为 2.0×108 m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是 5×10﹣10 s≤t＜ 3×10﹣10 s（不考虑反射）。
【分析】当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短；当入射角最大时，折射角也最大，光线通过玻璃板的时间最长。根据v＝求出光线在玻璃板的传播速度，由折射定律求出最大折射角，再根据运动学公式求解。
【解答】解：光线在玻璃板的传播速度为v＝＝m/s＝2.3×108m/s
已知d＝10.0cm＝6.10m，当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短min＝＝s＝5×10﹣10s；
当入射角为90°时折射角最大，设最大折射角为α
解得sinα＝
单色光玻璃板中传播最长距离为s＝＝＝m＝m
光线通过玻璃板的最长时间为tmax＝＝s＝3﹣10s；
故该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是5×10﹣10s≤t＜4×10﹣10s。
故答案为：2.5×108，5×10﹣10，4×10﹣10。
12．（10分）现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长。
（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右 EDB 、A。
（2）当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时，手轮上的示数如图2所示，该读数为 0.696 mm。（3）在双缝干涉实验中，分别用绿色和红色的激光照射同一双缝，绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比，Δx1 ＞ Δx2（填“＞”“＝”或“＜”）。若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm 0.3 mm。
【分析】为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读。根据Δx＝ 列式判断条纹间距，解得双缝间距。
【解答】解：（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、双缝
（2）固定刻度为0.5mm，可动刻度为19.8×0.01mm＝0.196mm
（3）红光的波长大于绿光的波长，由公式
Δx＝
可知红光的干涉条纹间距Δx3与绿光的干涉条纹间距Δx2相比
Δx1＞Δx2
已知λ＝630nm＝6.3×10﹣8m；l＝1.00m
Δx＝mm＝2.1mm＝5.1×10﹣3m
由公式
Δx＝
解得双缝之间的距离为
Δx＝3×10﹣4m＝0.8mm
故答案为：（1）EDB；（2）0.696，＞
三．计算题（共4小题，满分42分）
13．（9分）某半圆柱形玻璃砖截面半径为R，O点为圆心，AB为直径，左侧为一足够大的光屏．如图所示，相互平行的同种单色光a和b以与竖直方向成45°角入射到玻璃砖上
【分析】左侧光屏上最亮的两个光斑一个是由光线a在O点发生全反射形成的．另一个是光线b经过两次折射形成的，根据折射定律和几何知识结合求解．
【解答】解：光线a在O点恰好发生全反射，则知临界角 C＝45°
由sinC＝得 n＝
光线b射到玻璃砖上折射时，有 n＝
折射光线射到AB上时的入射角 i＝r＝30°
根据光路可逆原理知，折射角 α＝45°
所以左侧光屏上最亮的两个光斑间距离 S＝CD＝R+（R﹣Rtanr）＝R
答：左侧光屏上最亮的两个光斑间距离为R．
14．（10分）在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。
【分析】根据△x＝λ求出单色光的波长。根据△x＝λ求出红色光的干涉条纹的宽度，然后求出有多少条暗条纹。
【解答】解：由题意可得：△x＝＝ m＝3.95×10﹣3 m，
d＝100.00cm＝1.0000m
根据△x＝λ可得：λ＝＝ ﹣6 m。
而红光波长λ′＝＝ m＝7.8×10﹣7 m，
可得：△x′＝λ′＝ ﹣3 m，
所以暗条纹数为n＝＝16条。
答：黄光的波长为5.90×10﹣2 m，在光屏上6.00cm范围内最多能有16条暗条纹。
15．（11分）某同学用插针法测玻璃砖的折射率，按要求认真完成了实验．如图所示，用MN和PQ分别表示入射光线和出射光线，且光线在AB面上的入射角i＝60°．玻璃砖的AB面和CD面之间的距离为d，MN和PQ所在直线之间的距离为d
【分析】根据题意，作出光路图，结合几何关系求出折射角，再由折射定律求折射率．
【解答】解：连接N、P即为AB面上的折射光线，过N做NH垂直于PQ．
由题意可得：
在Rt△NHP中，
而NPcosr＝d
联立以上两式可得：r＝30°
由可得玻璃砖的折射率为
答：玻璃砖的折射率为．
16．（12分）如图，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为，O为球心，轴线OA垂直于光屏＝R．位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线射向半球体（已知光在真空中传播的速度为c．）
【分析】作出光路图，根据折射定律和几何关系，求出入射角和折射角，再由几何关系求解光线从S传播到达光屏所用的时间．
【解答】解：光从光源S射出经半球体到达光屏的光路如图．
光由空气射向半球体，由折射定律
解得：α＝30°
在△OBC中，由正弦定理得：＝
解得：β＝30°
光由半球体射向空气，由折射定律
解得：r＝60°，即出射光线与轴线OA平行．
光从光源S出发经玻璃半球体到达光屏所用的总时间
t＝++
且 n＝
解得：t＝
答：光线从S传播到达光屏所用的时间为．
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