第四章光及其应用-单元测试-2021_2022学年高二上学期物理沪教版（2019）选择性必修第一册（word含答案）

第4章光及其应用
一、选择题（共14题）
1．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的（　　）
A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏
B．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏
C．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏
D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏
2．拍摄立体电影时用一台摄影机,让它通过两个窗口(相当于人的双眼)交替拍摄,两套图像交替地印在同一条电影胶片上．放映时日用一台放映机,通过左右两个窗口,把两套图像交替地映在银幕上．在每个放映窗口前安装一块偏振片,两个窗口射出的光,通过偏振片后成了偏振光．左右两个窗口前的偏振片的透振方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直．这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众那里,偏振方向不变．观众用偏振眼镜观看时,左眼只看到左窗口映出的画面,右眼只看到右窗口映出的画面,这样就会像直接观看物体那样产生立体感．下列说法正确的是（ ）
A．偏振眼镜的左、右两个镜片偏振方向应保持一致
B．偏振眼镜的左、右两个镜片偏振方向互换后不能正常观影
C．只用一只眼睛透过偏振眼镜也可以产生立体感,但是亮度减弱
D．把放映窗口的两个偏振片偏振方向改为相互平行,把偏振眼镜两个镜片的偏振方向也改为相互平行,并使两者偏振方向一致,也可以正常观影
3．光在某种玻璃中的传播速度是×108m/s，要使光由空气射入玻璃时，折射光线与反射光线恰好垂直，则入射角为（　　）
A．30° B．45° C．60° D．75°
4．如图所示，a、b两种单色光平行地射到平行板玻璃，经玻璃后射出的光线分别为a′、b′，两者间距变窄．下列说法正确的是
A．光线a在玻璃中的折射率比光线b大
B．光线a在玻璃中的传播速度比光线b小
C．做双缝干涉实验时，用光线a产生的干涉条纹间距比b大
D．光线b比a容易产生明显的衍射现象
5．两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为，已知，用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度（ ）
A．
B．
C．
D．
6．如图所示，两束单色光a、b从空气射向玻璃，经折射后形成复合光束c。a 光与 b 光比较，下列说法中正确的是（　　）
A．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
B．a 光的频率大于b光的频率
C．在真空中的 a 光传播速度大于b光的传播速度
D．在玻璃中的 a 光传播速度大于b光的传播速度
7．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理。用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度v与二次曝光时间间隔 t的乘积等于双缝间距．实验中可测得二次曝光时间间隔 t 、双缝到屏的距离l以及相邻两条亮纹间距 x。若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是（ ）
A． B．
C． D．
8．为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，，由、两种单色光组成的细光束从空气垂直于射入棱镜，经两次反射后光线垂直于射出，且在、边只有光射出，光路图如图所示，则、两束光（　　）
A．相同条件下，光比光更容易发生衍射
B．在棱镜内，光的传播速度比光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，光的相邻亮条纹间距小
9．如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则（　　）
A．在水中，b光波长比a光波长大
B．a、b两束光相比较，在真空中的传播速度a光比b光大
C．用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距
D．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a光先消失
10．图为埃舍尔名画【三界】，我们总是像画中一样看到远处树木的倒影，近处水中的鱼，这说明（　　）
A．远处水中没有鱼
B．树木倒影是树木发出的光先进入水中然后再通过水的折射进入人的眼中
C．近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较少
D．远处的鱼发出的光入射角大容易发生全反射，所以看不到
11．如图所示，一束复色光以入射角i从玻璃界面MN射向空气时分成a、b、c三束光，则下列说法正确的是( )
A．在玻璃中传播速度最大的是c光
B．三束光中，c光的光子能量最大
C．若用三束光分别照射某金属板时均能发生光电效应，则用a光照射该金属板时逸出的光电子最大初动能最大
D．若分别用三束光通过同一装置做光的双缝干涉实验，则c光的干涉条纹间距最大
12．在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善办法是（　　）
A．改用波长较长的光（如红光）作入射光 B．增大双缝到屏的距离
C．减小双缝间距 D．增大双缝间距
13．如图甲所示，水面下处有一白光光源，它发出的光在水面形成如图乙所示的圆形区域，下列说法正确的是（　　）
A．光源上升一段距离后，圆环变宽 B．圆形区域最外侧为红色
C．圆形区域半径与光源所在深度成正比 D．在水中，七种色光中红光的波长最短
14．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
二、填空题
15．能发生明显衍射现象的条件是____________________，衍射条纹的特点是____________________．
16．在研究光的衍射实验时，当保持狭缝到光屏的距离不变，屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而__________．
17．由某种透明物体制成的等腰直角棱镜ABO，两腰都为16cm，且两腰与Ox和Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A棱，发现A棱的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为（0，12），D点的坐标为（9，0），则该透明物质的折射率为_____。
18．光能在光导纤维中传播是利用了光的全反射现象。光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，则n1___n2（填“大于”“等于”或“小于”）；若光纤只有内芯并置于空气中，光纤的长为L并已拉直，让光从它的一个端面入射，从另一端面射出，则光在光纤中传播的最长时间为____。（已知光在真空中的传播速度为c，光在光纤表面只发生全反射）
三、综合题
19．如图为一半圆柱形玻璃砖的横截面，图中的为直径，其长度为，为圆心，图中的虚线过圆心且与直径垂直并与半圆交于点．两束同种单色光甲、乙平行地斜射入半圆柱形玻璃砖中，甲射入玻璃砖后过圆心且在该点刚好发生全反射，乙刚好由图中的点射入玻璃砖，且与虚线的夹角为，已知光在真空中的传播速度为．求：
①玻璃砖的折射率应为多大？
②甲、乙两束单色光从射入玻璃砖到第一次从玻璃砖中射出，两束光在玻璃砖中传播的时间差应为多少？
20．如图所示，为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点并恰好发生全反射。（已知光的真空中的传播速度c=3.0×108m/s）。
①画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；
②求光线在该棱镜中传播的速度大小v。
21．如图，矩形为一玻璃砖的截面，、．该截面内一条单色光线从点射向中点，刚好在发生全反射并直接射向点。该单色光的另一条与平行的光线从上的点（未画出）射入玻璃砖，光线经反射后直接射向点。已知真空中光速为，求
(1)玻璃砖的折射率；
(2)、的距离及光从点传播到点的时间。
22．如图所示，夜晚一艘渔船静止在湖面上渔船上的竖直桅杆上高出水面h1 = 6 m的A点有一指引灯。距离桅杆水平距离11 m远的水面上D点正下方深度h2 = 4 m的B点有一潜水员，潜水员以斜向上37°的方向恰能看到桅杆上的指引灯（sin37° = 0.6，cos37° = 0.8），潜水员可视为质点。
（1）求湖水的折射率；
（2）潜水员竖直下潜的同时，桅杆上的指引灯沿桅杆上下运动，可使潜水员始终以斜向上37°的方向看到指引灯，求潜水员下潜到水面下6 m时，指引灯离水面的高度。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
为了获取单色的线光源，光源后面是滤光片、单缝，然后通过双缝在光屏上产生干涉图样，则后面是双缝、遮光筒和光屏。故B正确，ACD错误。
故选B。
2．B
【详解】
A.由于影片播放时，投射到银幕上的两束偏振光的振动方向不同，故偏振眼镜的左、右两个镜片透振方向不同，否则，只能看到一种偏振光，故A错误；
B.由于左眼只能看到左窗口映出的画面（比如左窗偏振光水平，左眼镜片偏振方向水平）；右眼只能看到右窗口映出的画面（比如右窗偏振光竖直，右眼镜片偏振方向竖直）．如果左、右镜片互换，两偏振光均不能通过偏振片，无法正常观影，故B正确；
C.人眼接受到的两个偏振方向不同偏振光，两个像经过大脑综合以后，就能区分物体的前后、远近，从而产生立体感，所以只用一只眼睛透过偏振眼镜不能产生立体感，故C错误；
D.根据上分析可知，若两个偏振片偏振方向改为相互平行，同时把偏振眼镜两个镜片的偏振方向也改为相互平行，只能接受到一种偏振光，可以看到影片，但没有立体效果，所以不能正常观影，故D错误。
故选B．
3．C
【详解】
根据，得玻璃的折射率为
设入射角为α，根据折射定律得
即
解得
α=60°
故选C。
4．C
【详解】
A．由光路图可得出结论：折射率越大，侧移量越大，所以b光的折射率大，故A错误；
B．b光频率大，波长短，由
可知b在玻璃中的传播速度比光线a小，故B错误；
C．根据
可知，做双缝干涉实验时，用光线a产生的干涉条纹间距比b大，故C正确；
D．波长越长越容易发生明显的衍射现象，所以光线a比b容易产生明显的衍射现象，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】
试题分析：根据，结合可得，根据公式，结合可得，故A正确；
6．D
【详解】
AB．根据图中的玻璃对光线的偏折程度可知，光的偏折程度大，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，则a 光的频率小于b光的频率，AB错误；
C．在真空中的 a 光传播速度等于b光的传播速度，C错误；
D．根据可知在玻璃中的 a 光传播速度大于b光的传播速度，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
根据公式
得
故选B。
8．C
【详解】
AB．由图可知，光线在CD界面上，相同的入射角时只有a光射出，说明b光产生全反射，说明b光比a光的折射率大，所以全反射临界角小，由速度可知，在同种介质中，a光传播速度比b光大，a光波长大，频率小，在相同条件下，a光比b光更容易产生衍射，AB错误；
C．由折射率公式，可以确定，以相同的入射角从空气斜射到水中，b光偏折的更厉害，所以b光的折射角较小，C正确；
D．在双缝干涉实验中，相邻亮条纹间距，同一装置，a光的波长大，所以条纹间距大，D错误。
故选C。
9．C
【详解】
A．光线发生折射时，偏折角的的折射率大，频率高，波长短．由图知b光的折射率大，波长短，故A错误；
B．真空中，光的传播速度相同，故B错误；
C．用同一双缝干涉实验装置做实验时，由知a光波长大的，条纹间距大，故C正确；
D．若保持入射点的位置不变，将入射光线顺时针旋转，则b光线先发生全反射，则b光先消失，故D错误。
故选C。
10．D
【详解】
AD．远处的鱼发出的光入射角较大，当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射，光线不能射出水面，所以看不到，故D正确，A错误；
B．树木倒影是树木发出的光在水面发生反射后，反射光进入人的眼中，故B错误；
C．近处的鱼发出的光的光线到水面处，入射角越小，反射光越弱而折射光越强，所以近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较多，故C错误；
故选D。
11．B
【详解】
试题分析：A、传播速度越大，这种光在介质中的折射率越小，折射角越小，所以在玻璃中传播速度最大的是a光；错误
B、三束光中，c光的光子频率最高，根据，c光的光子能量最大；正确
C、根据爱因斯坦光电效应方程可知，光子能量越高逸出的光电子最大初动能最大，故用c光照射该金属板时逸出的光电子最大初动能最大；错误
D、由光波波长越长，干涉条纹间距最大，故a光的干涉条纹间距最大；错误
故选B
12．ABC
【详解】
由
可得当l变大，λ变长，d变小时，可使Δx增大，使条纹变疏。
故选项ABC正确，D错误。
故选ABC。
13．BC
【详解】
A．设光源所处的深度为，则圆环宽度
由于光源上升，变小，变小，即圆环变窄，故A错误；
BD．七种色光中，红光的波长最长，折射率最小，临界角最大，所以圆形区域最外侧为红色，故B正确，D错误；
C．圆形区域半径满足
由于红光临界角一定，因此圆形区域最大半径与光源所在深度成正比，故C正确。
故选BC。
14．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。
15． 障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多 明暗条纹或光环
【详解】
发生明显衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多
衍射条纹的特点是明暗相间的不等宽条纹或者光环。
16．增大
【详解】
当保持狭缝到光屏的距离不变，屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而增大。
17．
【详解】
由题，作出光路图，如图所示
由折射定律，得棱镜的折射率
由几何知识得
解得
18． 大于
【详解】
光只有从光密介质射向光疏介质时才能发生全反射，因此n1大于n2。
从表面恰好发生全反射时，运动的路程最长，时间最长，由于
最长路程
光在介质中传播的速度
因此最长传播时间
19．① ②
【详解】
试题分析：作出光路图，甲射入玻璃砖后过圆心O1且在该点刚好发生全反射，入射角等于临界角C，即可求玻璃砖的折射率n；根据折射定律求出乙光的折射角，根据几何关系求出两光在玻璃砖中传播的距离，求出光在玻璃砖中传播的速度，再求它们在玻璃砖中传播的时间，即可求得时间差．
①作出光路图如图所示，由已知可知单色光甲刚好发生全反射的临界角
由
代入数据得：
②设单色光乙射入玻璃砖时的折射角为r，由折射定律有：
代入数据：
光在玻璃砖中的速度：
单色光甲从射入玻璃砖到第一次从玻璃砖中射出经过的路程：
单色光乙从射入玻璃砖到第一次从玻璃砖中射出经过的路程：
单色光甲、乙从射入玻璃砖到第一次从玻璃砖中射出的时间差：
d=2R
由以上可得：
20．①见解析；②
【详解】
①光在AB面发生折射，在O点发生全反射，反射光线沿圆弧半径，故沿半径直接从圆弧面射出，光路图如图所示
②光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C，由sinC=1/n，在AB界面上发生折射，折射角
θ2=90°-C
由折射定律，联立解得
光速
21．(1)；(2)，。
【详解】
(1)如图所示
玻璃砖的该截面内光线从A点射到中点时，刚好在发生全反射，由于
则入射角为，则有
玻璃砖的折射率。
(2)如图所示
设从点入射的光线在边界的折射角，根据折射定律有
解得，可知，可知光线在界面发生全反射，经反射后到达点，根据几何关系有
因为
则由几何关系可得
可得光线从到经过路程
光线在玻璃砖中的传播速度为
则光线在玻璃砖内传播的时间为
22．（1）；（2）4.875 m
【详解】
（1）设进入潜水员眼睛的光束从水面折射入水的C点到指引灯的水平距离为x1，从折射入水的C点到B点的水平距离为x2；光束在水上面与竖直方向的夹角为θ，由几何关系有
由折射定律有
解得
，
（2）潜水员下潜深度h2′=6m时，设进入潜水员眼睛的光束从发出点到射入水面的C点的水平距离为x1′，射入水面的C点与潜水员的水平距离为x2′，指引灯到水面的高度为h1′，则有
解得