第四章 光及其应用 全章综合检测（word版含答案）

2019粤教版高中物理选择性必修第一册 第四章 全章综合检测
一、单选题
1．如图所示，储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时，从某点A恰能看到桶底边缘的点B。当桶内装满油时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，C、B两点相距d。光在空气中的传播速度可视为真空中的光速c。则（　　）
A．仅凭上述数据可以求出筒内油的折射率
B．仅凭上述数据可以求出光在筒内油中传播的频率
C．仅凭上述数据可以求出光在筒内油中传播的波长
D．来自C点的光射向油面时一定会出现全反射现象
2．人的眼球可简化为如图所示的光学模型，即眼球可视为由两个折射率相同但大小不同的球体组成。沿平行于球心连线方向，入射宽度为的平行光束进入眼睛，汇聚于视网膜上的处（两球心连线的延长线交于大球表面的一点），图中小球半径为，光线汇聚角为，则两球体折射率为（　　）
A． B． C．2 D．
3．下列说法正确的是(　　)
A．均匀变化的电场能产生均匀变化的磁场
B．一切物体都在不停地发射红外线
C．在电磁波谱中，射线的波长最长
D．光纤通信，全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
4．如图所示，a、b两束单色光（距中心线距离均为）平行入射到一半圆柱体玻璃砖，入射光线与AOB面垂直，若从圆面射出时，两光束交于P点，下列说法正确的是：（ ）
A．a光束的光子能量大
B．在同一玻璃中a光传播速度小
C．若b光照射某一光电管能发生光电效应，那么用a光照射也一定能发生光电效应
D．两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻明条纹的间距a光较大
5．夏日雨后，我们经常会看到天空中出现美丽的彩虹。从物理学角度看，彩虹是太阳光以一定的角度照射在雨滴上经过两次折射和一次反射形成的。如图是彩虹成因的简化示意图，其中、代表两种不同频率的单色光，则（　　）
A．光的频率大于光的频率
B．在同种介质中，光的传播速度小于光的传播速度
C．光和光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光
D．分别用同一双缝干涉装置进行实验，在干涉图样中光相邻两个亮条纹中心的距离小于光相邻两个亮条纹中心的距离
6．为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个孔，孔内安装一块玻璃，已知坦克壁的厚度为定值，玻璃的厚度（不能超过坦克壁厚度）和折射率有多种规格可供选择，则为了观察到最大的视野，应该选则（　　）
A．折射率大厚度大的玻璃
B．折射率小厚度大的玻璃
C．折射率大厚度小的玻璃
D．折射率小厚度小的玻璃
7．如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线．则（ ）
A．在玻璃中，光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中，光的波长大于b光的波长
C．玻璃砖对光的折射率小于b光的折射率
D．若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线首先消失
二、多选题
8．如图所示，一束复合光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，入射角为θ。经折射后射出a、b两束光线，b光线的折射角为β。则(　　)
A．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中，a光的波长大于b光的波长
C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
D．若改变光束的入射方向使入射角逐渐增大，则折射光线a首先消失
9．北京时间2017年7月19日上午，杭州、宁波等浙江多地出现日晕（如图甲所示）．日晕是当日光通过卷层云中的冰晶时，发生折射或反射形成的．图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光．下列说法正确的是（ ）
A．a光的波长大于b光的波长
B．b光比a光更容易发生衍射现象
C．a光的光子动量小于b光的光子动量
D．a光和b光光子可能是某元素原子分别从第一、第二激发态跃迁到基态时辐射出的
10．a、b两种单色光组成的光束从玻璃进入空气时，其折射光束如图所示，则关于a、b两束光的说法正确的是(　　)
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．增大入射角时，a光首先发生全反射
C．a光的频率大于b光的频率
D．在真空中a光的波长大于b光的波长
11．如图所示，真空中一半径为R、质量分布均匀的玻璃球，频率为v的细激光束在真空中沿直线BC传播，于玻璃球表面的C点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空．已知∠COD＝120°，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法正确的是__________．
A．激光束在C点的入射角α＝60°
B．一个光子在穿过玻璃球的过程中能量逐渐减小
C．改变入射角α的大小，激光束可能在C处发生全反射
D．改变入射角α的大小，激光束不可能在D处发生全反射
E．此激光束在玻璃中穿越的时间为t＝（其中c为光在真空中的传播速度）
12．a、b两种单色光以相同的入射角从某种介质射向真空，光路如图所示，则以下叙述正确的是（　　）
A．a光的全反射临界角大于b光的全反射临界角
B．通过同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹间距比b光的宽
C．在该介质中a光的传播速度小于b光的传播速度
D．在该介质中a光的波长小于b光的波长
三、实验题
13．某学习小组做测定玻璃砖的折射率实验，所用器材：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、白纸。
（1）下列哪些措施能够提高实验准确程度___________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
（2）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是__________。
A． B． C． D．
（3）该组同学又测定一半圆形玻璃砖的折射率。步骤如下：在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖（图中实线部分另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。
①设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量_________，则玻璃砖的折射率可表示为____________。
②该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将_________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
14．在利用图所示装置进行杨氏双缝干涉实验时，用波长λ=7.70×10－7 m的红光照射双缝S1和S2，若屏上P点距双缝的路程差为1.155×10－6 m，则P点将出现_____(选填“亮条纹”或“暗条纹”)；现改用紫光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)．
四、解答题
15．现有的光纤通讯是通过传输一系列经过调制的光脉冲来传输信息的，当光信号以不同的入射角进入光纤后，沿不同途径到达光纤的输出端的时间是不相同的。如图所示，设有长为L的直光纤，折射率为，外层为空气，紧贴光纤A端面内侧的信号源向各个方向发出光信号，已知真空中光速为c，求：
(1)光信号在该光纤中的传播速度v；
(2)光信号到达光纤另一端面B所需的最长时间t。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
A．由题可知，没有油时，到达B点光线的入射角为
即
当装满油时，到达C点的光线的折射角为
利用数学知识可以求出和，则可求出筒内油的折射率为
所以A正确；
BC．根据
可求得光在油中的传播速度，但是光的频率求不出来，根据
也求不出光在油中传播的波长，所以BC错误；
D．当桶内装满油时，仍沿AB方向看去，恰好看到桶底上的点C，根据光路的可逆性可知，当光从C点的射向油面时一定不会出现全反射现象，所以D错误。
故选A。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据几何关系可知当光线对小球的入射角为45°时，折射角为，由折射定律可知
故选D。
3．B
【解析】
【详解】
均匀变化的电场产生稳定的磁场，A错误；一切物体都在不停地发射红外线，同时也在不断地吸收红外线，且物体温度越高，辐射出的红外线越强，B正确；在电磁波谱中，γ射线的频率最高，波长最短，C错误；光纤通信利用的是光的全发射，全息照相不是利用全反射，是和光的干涉有关的结果，D错误．
4．D
【解析】
【详解】
试题分析：由光路图可以看出b光的偏折程度较大，则折射率较大，频率较大，光子能量越大，所以若b光照射某一光电管能发生光电效应，那么用a光照射不一定能发生光电效应，故A、C错误；根据v=c/n知，折射率大的传播速度较小，故b光传播速度小a光传播速度大，故B错误；两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻亮条纹的间距，折射率小的波长长，条纹间距大，故a光较大，D正确．
考点：光的折射；光的干涉；光电效应
【名师点睛】本题主要考查了光的折射、光的干涉、光电效应． 重点考查有关光的综合知识，折射率越大的光频率越大，光子能量越大，波长越长，双缝干涉的条纹越大，在介质中传播速度越小，波长越短，要记忆．
5．C
【解析】
【详解】
A．由光路图可知，水对b光的偏折程度较大，则b光的折射率较大，则b光的折射率比a光大，A错误；
B．根据
可知在同种介质中，b光的传播速度小于a光的传播速度，B错误；
C．因为
可知，a光的临界角大于b光，则光和光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，则一定是b光发生了全反射，射出的一定是光，C正确；
D．根据
可知，因a光的波长大于b光，则分别用同一双缝干涉装置进行实验，在干涉图样中光相邻两个亮条纹中心的距离大于光相邻两个亮条纹中心的距离，D错误。
故选C。
6．A
【解析】
【详解】
光线穿过玻璃砖后，出射光线和入射光线平行，光路图如图所示，左图的在玻璃砖中的入射角大于右图，根据折射定律
射入空气的折射角左图大，根据光的可逆原理，左图观察到的角度范围最大，即厚度大的观察范围大
厚度相同时，人从左侧观察时光路如图，由几何知识有
即 角相同，则折射率大观察的视野较大。
故选A。
7．D
【解析】
【详解】
试题分析：光线a的偏折程度大，根据折射定律公式，光线a的折射率大；再根据公式，光线a在玻璃中的传播速度小，故A C错误；光线a的折射率大，说明光线a的频率高，根据，光线a在真空中的波长较短，故B错误；若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a的折射角先达到，故先发生全反射，先消失，故D正确．
考点：光的折射定律
【名师点睛】本题综合考查了光的折射、全反射和干涉，关键是记住几个公式：折射率定义公式、光速公式．
8．CD
【解析】
【详解】
AC．光线a的偏折程度大，根据折射定律公式，θ是入射角，r是折射角，可知a光的折射率大；再根据公式，知a光在玻璃中的传播速度小，故A错误，C正确；
B．a光的折射率大，说明a光的频率高，根据c=λf，a光在真空中的波长较短，故B错误；
D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a的折射角先达到90°，故a光先发生全反射，折射光线先消失，故D正确。
故选CD。
9．ACD
【解析】
【详解】
A项：由图可知，b光偏转更大，说明b光的折射率更大，即b光的频率更大，由公式可知，a光的波长大于b光的波长，故A正确；
B项：根据发生衍射现象的条件：当波长比障碍物的尺寸大得多或相差不多，由a光的波长大于b光的波长，所以a光比b光更容易发生衍射现象，故B错误；
C项：由A分析可知，a光的波长大于b光的波长，根据可知，a光的光子动量小于b光的光子动量，故C正确；
D项：b光的频率更大，根据可知，b光的能量大于a光的能量，原子从第一激发态跃迁到基态时放出的能量小于原子从第二激发态跃迁到基态时放出的能量，故D正确．
10．AD
【解析】
【详解】
AB．a光的偏折程度小于b光，所以玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，增大入射角，b光首先发生全反射，选项A正确，B错误；
C．折射率大，频率大，所以a光的频率小于b光的频率，选项C错误；
D．根据
c＝λf
知，a光的频率小，波长大，选项D正确。
故选AD。
11．ADE
【解析】
【详解】
A．由几何知识得到激光束在在C点折射角 r=30°，由得：
得入射角：α=60°．故A正确．
B．一个光子在穿过玻璃球的过程中频率不变，则能量不变，选项B错误；
CD．激光在C处入射时从光疏进入光密介质，则不可能在C处发生全反射；激光束从C点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故C错误，D正确；
E．此激光束在玻璃中的波速为：
CD间的距离为：
则光束在玻璃球中从C到D传播的时间为：
故E正确．
12．AB
【解析】
【详解】
A．由光路图可知a光的折射率较小，频率较小，由
可知a光的全反射临界角大于b光上的全反射临界角，故A正确；
BD．由
联立解得a光的波长较长，干涉条纹间距较大，故D错误，B正确；
C．根据
可知a光在该介质的波速较大，故C错误。
故选AB。
13． AD D 和 偏大
【解析】
【详解】
（1）[1]A.选用两光学表面间距大的玻璃砖能够使光在玻璃中的折射光线长一些，使折射角的测量能够更加精确，故A正确；
B.选用两光学表面平行的玻璃砖对实验准确程度没有影响，故B错误；
C.选用粗的大头针完成实验不利于光线位置的精确测定，反而会降低实验准确程度，故C错误；
D. 插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些，使光线的位置测定更加精确，从而有利于提高入射角和折射角的测量精确程度，故D正确。
故选AD。
（2）[2]玻璃砖两侧的两孔洞连线应该平行，且下方的连线应在上方连线下侧，故D正确。
故选D。
（3）[3][4]根据折射定律可知玻璃砖的折射率可表示为
故需要用刻度尺测量l1和l3。
[5] 该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，则折射角相较于以P1P2方向入射的折射角偏小，由此测得玻璃砖的折射率将偏大。
14． 暗条纹； 变窄
【解析】
【详解】
由于路程差Δr＝1.155×10－6 m＝1.5λ，所以P点将出现暗条纹；由Δx＝λ可知，由于波长变小，故条纹间距变窄．
15．(1)；(2)
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由折射率与光速的关系有
解得
(2)当光恰好在光纤中发生全反射时，信号到达光纤另一端所需的时间最长由全反射临界角定义，有
故
解得
.
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