2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册第四章 光 单元检测（word版含答案）

光单元检测
选择题
1.(多选)关于全反射，下列说法正确的是 (　　)
A.光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象
B.光只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象
C.光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象
D.光只有从折射率小的介质射向折射率大的介质时才可能发生全反射现象
2.在演示双缝干涉实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的 (　　)
A.亮度高 B.平行性好
C.相干性好 D.波动性好
3.如图，P是一偏振片，它的透振方向为竖直方向(图中用带箭头的实线表示)。现用四种入射光束分别照射P，不能在P的另一侧观察到透射光的是 (　　)
A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光
C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角振动的光
4.在测定玻璃的折射率实验中，为了减小实验误差，以下说法错误的是 (　　)
A.玻璃砖的宽度应大些
B.入射角应尽量小些
C.大头针应垂直插在纸面上
D.大头针P1与P2及P3与P4之间的距离应适当大些
5.(多选)在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验的一些具体问题，下列说法正确的是 (　　)
A.为减少作图误差，C和D的距离应适当取大一些
B.为减少测量误差，A、B连线与法线NN'的夹角应适当大一些
C.若A、B的距离较大，通过玻璃砖会看不到A、B的像
D.若A、B连线与法线NN'间夹角过大，有可能在bb'一侧看不清A、B的像
6.如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知 (　　)
A.光是从真空射入介质的
B.介质的折射率为
C.介质的折射率为
D.反射光线与折射光线的夹角为60°
7.某单色光由某种介质射向空气，当入射角为30°时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为 (　　)
A.2
C.1.5
D.
8.一束红光和一束紫光以适当的角度射向半圆柱形玻璃砖，如图所示，红光与紫光的出射光线都由圆心O点沿OC方向射出，则 (　　)
A.AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间较短
B.AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间较长
C.AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间较长
D.AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间较短
9.(多选)在“用双缝干涉测量光的波长”实验中(实验装置如图)，下列说法哪些是正确的 (　　)
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.测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.为了减小测量误差，可测出n条亮条纹间的距离a，求出相邻两条亮条纹间距Δx=
D.某同学用黄光作为入射光，为了增大干涉条纹的间距，可以采用的方法是改用蓝光作为入射光
10.(多选)有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B射入介质C，如图所示。根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是 (　　)
A.介质B的折射率最大
B.介质C的折射率最大
C.光在介质B中的速度最大
D.光在介质C中的速度最大
实验题
11.如图1所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，长方体玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'。O为直线AO与aa'的交点。在直线OA上竖直插上P1、P2两枚大头针。
图1
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有　　　　。(填选项前的字母)
A.插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B.插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像
C.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
D.插上大头针P4，使P4仅挡住P3的像
(2)过P3、P4作直线交bb'于O'，过O'作垂直于bb'的直线NN'，连接O、O'。测量图1中角α和角β的大小，则玻璃的折射率n=　　　　。
(3)如图2所示，若该同学在实验中将玻璃砖的界面aa'和bb'的间距画得过宽，其他操作正确，图2中甲图的折射率的测量值　　　　准确值；乙图的折射率的测量值　　　　准确值。(均选填“大于”“小于”或“等于”)
图2
12.在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题。
(1)甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是　　　　。
将表中的光学元件放在图丙所示的光具座上，组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量红光的波长。
丙
元件代号 A B C D E
元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片
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，各光学元件的排列顺序应为　　　。(填写元件代号)
(3)已知该装置中双缝间距d=0.50 mm，双缝到光屏的距离L=0.50 m，在光屏上得到的干涉图样如图丁所示，分划板的中心刻线在图中A位置时，游标卡尺如图戊所示，则其示数为　　　　mm；分划板的中心刻线在B位置时，游标卡尺如图己所示。由以上所测数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长为　　　　m。
计算题
13.如图所示，空气中有一半径为R的实心玻璃球，O为球心，AB为直径，一条平行于AB的光线从球体上的M点射入玻璃球，折射光线恰好过B点，已知∠ABM=30°，光在真空中传播的速度为c。求:
(1)该玻璃的折射率；
(2)光从M点传播到B点的时间。
14.如图所示，截面半径为R的四分之一圆柱形玻璃砖平放在水平木板上，一束光从A点沿平行于木板方向射入玻璃砖，经玻璃砖折射后射到水平木板上的F点。已知A点到圆心O点的距离xOA=R，玻璃砖对该光束的折射率为n=，光在真空中的传播速度为c，不考虑光在玻璃界面处的反射。求:
(1)光线射出玻璃砖时的折射角；
(2)光线从A点射入玻璃砖后，到达木板上F点所用的时间。
15.如图所示，有一玻璃棱镜，其横截面是圆心角为90°，圆心为O，半径为R的扇形。以O为坐标原点建立直角坐标系xOy，两个半径恰好与两个坐标轴重合，单色光在0(1)光线在AB弧面上发生全反射的临界角及光在棱镜中传播的速度。
(2)在AB弧面上刚好发生全反射的光线，从y轴射入的坐标及该光线离开棱镜的位置坐标。
1.AC　光从光密介质射向光疏介质时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射现象；光从光疏介质射向光密介质时，不会发生全反射现象，A正确，B错误；光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时，才可能发生全反射现象，C正确，D错误。
2.C在做双缝干涉实验时，常用激光做光源，主要是应用激光的相干性好以及单色性好，容易发生干涉现象，故C正确，A、B、D错误。
3.C　太阳光包含在垂直传播方向上沿各个方向振动的光，当太阳光照射P时，能在P的另一侧观察到偏振光，故A不符合题意；沿竖直方向振动的光能通过偏振片，故B不符合题意；沿水平方向振动的光不能通过偏振片，因为光的振动方向与透振方向相互垂直，故C符合题意；沿与竖直方向成45°角振动的光能部分通过偏振片，故D不符合题意。4.B　玻璃砖的宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D说法正确；入射角不能太大也不能太小，入射角太小时，测量误差较大，B说法错误。
5.ABD　实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且A与B之间，B与O点之间、C与D之间、C与O'之间距离要适当取大一些，故A正确。A、B连线与法线NN'的夹角为入射角，入射角适当大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，B正确。若A、B间的距离较大，在bb'一侧能看到A、B的像，故C错误。若A、B连线与法线NN'间夹角过大，即入射角过大，反射光过强，出射光较弱，有可能在bb'一侧看不清A、B的像，故D正确。
6.C　由题图可知，光线的入射角为30°，折射角为90°-30°=60°，知光线从介质进入真空，故A错误；根据折射定律得介质的折射率n==，故B错误，C正确；反射角等于入射角，则反射光线与界面的夹角为60°，故反射光线与折射光线的夹角为90°，D错误。
7.D　当入射角i=30°时，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角r=90°-30°=60°，该介质对该种色光的折射率n==，故A、B、C错误，D正确。
8.A　由题图可看出两光束的折射角相同，因玻璃对红光的折射率较小，由折射定律可知红光的入射角应大于紫光的入射角，故AO为红光；由v=知红光在玻璃砖中的传播速度较大，而红光和紫光在玻璃砖中的光程相等，故红光穿过玻璃砖所需时间较短，A正确，B、C、D错误。
9.BC　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。测量某条干涉亮条纹位置时，应使分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐，故B正确。n条亮条纹之间有n-1个间距，相邻两条亮条纹的间距Δx=，故C正确。某同学用黄光作为入射光，根据Δx=λ可知，为了增大干涉条纹的间距，应用波长比黄光长的红光或橙光作为入射光，不可以改用波长比黄光短的蓝光作为入射光，故D错误。
10.BC　光由介质A射入介质B时，根据光路图可知，nBA==，A的折射率大于B的折射率；光由介质B射入介质C时，根据光路图可知，nBC==，B的折射率小于C的折射率。由nBA11.答案　(1)BC　(2)　(3)小于　小于
解析　(1)该同学接下来要完成的必要步骤有:确定P3大头针的位置，方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像；确定P4大头针的位置，方法是插上大头针P4，使P4能挡住P3和P1、P2的像。选项B、C正确，A、D错误。
(2)根据折射定律可得玻璃的折射率为n=。
(3)题中甲图将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n=，故折射率的测量值将偏小。同理，题中乙图将玻璃砖界面aa'和bb'的间距两边都画得过宽但仍平行，而其他操作正确，同样会导致α角偏大，由于n=，故折射率的测量值将偏小。
12.答案　(1)甲　(2)CEDBA　(3)111.20　6.4×10-7
解析　(1)双缝干涉条纹的特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹的特点是中间宽两边窄、中间亮两边暗，且不等间距。根据以上特点知甲图是干涉条纹。
(2)为获取单色线光源，白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝，所以各光学元件的排列顺序应为CEDBA。
(3)游标卡尺读数=主尺读数+游标尺读数，故xA=111 mm+0.05 mm×4=111.20 mm，xB=115 mm+0.05 mm×13=115.65 mm；
相邻两个亮条纹的间距Δx== m≈0.64 mm
根据公式Δx=λ，有λ== m=6.4×10-7 m
13.答案　(1)　(2)
解析　(1)光路如图，由几何知识可得折射角r=∠ABM=30°，入射角i=2∠ABM=60°，则此玻璃的折射率为n===。
(2)由几何知识可得，MB的长度
s=2R cos 30°
光在玻璃球内传播的速度v=
故光从M点传到B点的时间t====
14.答案　(1)60°　(2)
解析　(1)作出光路图如图所示，设入射角为i，折射角为r，则=
又有sin i==
代入数据可得r=60°
(2)由几何关系可得光在玻璃砖内传播的距离x1==R
光在玻璃内的速度v=
则光在玻璃内的运动时间t1===
由于r=60°，∠O'OF=i=30°，则∠O'FO=30°
所以O'F=R
则t2==
总时间t=t1+t2=
15.答案　见解析
解析　(1)如图，当光射到圆弧面上的入射角等于临界角θ时，刚好发生全反射，则有sin θ==
解得θ=45°
由n=，可得光在棱镜中传播的速度为
v== m/s≈2.12×108 m/s
(2)根据几何关系得d=R sin 45°=R
即从y轴射入的坐标为(0，R)
该光线离开棱镜的位置坐标为(R，0)