第四章 光及其应用 章末培优专练（word版含答案）

2019粤教版高中物理选择性必修第一册 第四章 章末培优专练
一、单选题
1．下图是研究光的双缝干涉用的示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹，已知入射激光的波长为，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数，与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，则P1处的亮纹恰好是10号亮纹。设直线S1P1的长度为γ1，S2P1的长度为γ2，则γ2-γ1等于（ ）
A． B． C． D．
2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（　　）
A．a光光子比b光光子能量大
B．若减小入射角i，则b光先消失
C．在该三棱镜中a光波长小于b光
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则b光的遏止电压低
3．如图所示为双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏。用单色光从左侧照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹。下列说法正确的是（　　）
A．减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
B．增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离增大
C．若换作波长更长的单色光照射，干涉条纹间的距离减小
D．若换作白光照射，光屏上不出现条纹
4．两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（α>β）。下列结论中正确的是（　　）
A．光束b的频率比光束a低
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大
5．下面的说法正确的是　　
A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的全反射现象造成的
B．天空中彩虹是光的干涉现象造成的
C．圈屏阴影中心的亮斑泊松亮斑是光的衍射现象造成的
D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象
6．如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，从空气中沿半径方向射入玻璃半圆柱后，一部分光沿OA方向射出，另一部分光沿OB方向射出。则（ ）
A．OA为黄光，OB为紫光
B．OA为紫光，OA为黄光
C．OA为黄光，OB为复色光
D．OA为紫光，OB为复色光
二、多选题
7．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（　　）
A．若减小入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
E．若利用a、b光进行光的双缝干涉实验则观察到a光形成的条纹更宽
8．如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是 （　　）
A．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B．用a、b光分别做单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是均匀的
C．在水中a光的速度比b光的速度大
D．a光在水中的临界角小于b光在水中的临界角
E．a光的频率小于b光的频率
9．如图所示，一束光斜射向厚度为d的长方体玻璃砖，经它折射后射出a、b两束光线，则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
B．在真空中，a光的波长大于b光的波长
C．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．从玻璃砖底边射出的a、b光传播方向不平行
E．如果只将玻璃砖的厚度d减半，那么从玻璃砖底边射出的a、b光线间的距离也一定减半
10．下列说法正确的是
A．红色和蓝色的激光在不同介质中传播时波长可能相同
B．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片是为了增强玻璃表面的反射光
D．红光从真空射入水中可能发生全反射现象，传播速度一定减小
E．光的偏振现象说明光具有波动性
三、实验题
11．“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图甲所示。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。
(1)如图乙所示，移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心，记下此时手轮上螺旋测微器的读数x1，转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数为x2，如图丙所示，则读数x2=_______mm；
(2)已知双缝与屏的距离为L，双缝间距为d。计算波长的公式λ=_________；（用题目中给出的字母表示）
(3)对于某种单色光，为增加相邻亮纹间的距离，可采取___________或_________的方法。
12．某研究性学习小组利用插针法可以测量半圆形玻璃砖的折射率．实验探究方案如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为O）放在白纸上，它的直径与直线MN对齐，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过玻璃砖后的光路，从而求出玻璃砖的折射率．实验中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等．
（1）某同学用上述方法测量玻璃砖的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在半圆形玻璃砖的右侧区域内，不管眼睛在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是____．为同时看到P1、P2的像，他应采取的措施是_________．
（2）在采取相应措施后，请在半圆柱形玻璃砖的右侧画出所插大头针的可能位置，并用“×”表示，作出光路图．________
（3）为计算折射率，将应测量的物理量标注在光路图上，并由此得出折射率的计算公式为n=______．
四、解答题
13．半径为R的半圆形玻璃砖放置在水平的平面光屏上，如图所示。一束单色光沿半径方向射向玻璃砖的圆心O，当光线与水平面的夹角为30°时，光屏上会出现两个光斑，当夹角增大为45°时，光屏上恰好只剩一个光斑。求：
①玻璃砖的折射率；
②光线与水平面的夹角为30°时两个光斑间的距离。
14．一三棱柱形玻璃砖的横截面如图所示，∠A＝90°、∠C＝60°，已知AC＝l，玻璃砖的折射率为n＝．一细光束从AB边的中点沿与AB边成45°角的方向射入玻璃砖．已知光在真空中的速度为c．
(ⅰ)分析光能否从BC边射出，并说明理由；
(ⅱ)不考虑原路返回的光线，光通过玻璃砖所用时间为多少？
15．如图所示，一截面为直角三角形的三棱镜ABC置于真空中，AC边水平，BC边竖直，，三棱镜右侧有一束单色平行光沿AC方向射到AB边上，光线宽度与BC边高度相等为H.已知棱镜对该光的折射率为，则从BC边会有两束不同的光线射出。求：
（1）这两束光线的夹角多大？
（2）从BC边斜向上射出的光线对应的入射光的宽度？
16．如图所示，一玻璃砖的横截面为半圆形，MN为截面的直径，Q是MN上的一点且与M点的距离QM＝ (R为半圆形截面的半径)．MN与水平光屏P平行，两者的距离为d，一束与截面平行的红光由Q点沿垂直于MN的方向射入玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，在光屏上得到红光．玻璃砖对该红光的折射率为n＝，求：
①红光由于玻璃砖的折射在屏上向什么方向移动？移动距离是多少？
②如果保持入射光线和光屏的位置不变，而使玻璃砖沿MN向左移动，移动的距离小于，请定性说明屏上的光点如何移动？亮度如何变化？
17．如图所示，ABC等边三棱镜，P、Q分别为AB边、AC边的中点，BC面镀有一层银，构成一个反射面，一单色光以垂直于BC面的方向从P点射入，经折射、反射，刚好照射在AC边的中点Q，求
①棱镜对光的折射率；
②使入射光线绕P点在纸面内沿顺时针转动，当光线再次照射到Q点时，入射光线转过的角度．
18．直角三角形ABC为全反射棱镜截面图，，，O为AB边中点，AB边长为m，一束白光垂直于AB边入射，在AC面上发生了全反射，不考虑BC边上的反射。若入射点O位置不变，向左、向右偏转改变光线入射方向，如图所示。问：
（1）向左、向右偏转改变光线入射方向，哪种情况会有光线从AC面上射出？最先射出的是哪种色光？
（2）若已知最先射出的色光对棱镜折射率为n=1.5，光在真空中传播的速度为，这种色光从O点入射至恰射出AC边的时间是多少？
19．如图所示，一个圆柱形水桶的底面半径和高相等，在其底部的正中间O点有一个点光源，在水桶内加入一定深度的水后，从水面上A点射出的光，恰好经过水桶口边缘的D点。已知BC为水桶直径，BA：AC=5：2，DC：CE=3：4。求：
（1）水对该单色光的折射率；
（2）若在水面上放置一遮光圆盘，圆盘的中心始终在O点正上方，使点光源发出的光无论照射到水面上任何位置，都不能射出水面，求该遮光圆盘的面积至少应为水面面积的多少倍？（结果保留两位有效数字）
五、填空题
20．下列说法正确的是_______________
A．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
B．全息照相利用了激光相干性好的特性
C．光导纤维传播光信号利用了光的全反射原理
D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大
E、当我们看到太阳从地平线上刚刚升起时，太阳的实际位置已经在地平线上的上方
F、无色肥皂液吹出了肥皂泡呈彩色，是由于光的色散
G、海市蜃楼是光在密度不均匀的空气中传播时发生折射而产生的
H、日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏转滤光片可以使景象更清晰
21．分析下面所叙述的物理现象并进行分类，属于光的折射的是______；属于光的干涉的是_______________
①阳光经过厚玻璃角，在地面上的彩色条纹
②雨后路面上油墨上的彩色条纹
③单色光经过小孔后在屏上出现的明暗相间的圆环
④肥皂泡在阳光下看起来五颜六色
22．如图所示，两束单色光、从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光，用同一双缝干涉实验装置分别以、光做实验，光的干涉条纹间距______（填“大于”或“小于”）光的干涉条纹间距，若光与光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是______（“”光或“”光）。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【解析】
【分析】
【详解】
根据干涉发生条件，当光到达光屏的光程差等于波长的整数倍时在光屏上产生亮条纹，
0号亮纹是两束光同时到达的位置，光程差为0，1级亮纹是两束光相差一倍波长，依此类推，所以有
γ2-γ1=10
故选B。
2．B
【解析】
【详解】
A．根据折射率定义公式
从空气射入玻璃时，入射角相同，光线a对应的折射角较大，所以
a光折射率较小，则频率较小，根据
则
a光光子比b光光子能量小，故A错误；
B．若减小入射角i，在第二折射面上，两光的入射角增大，依据光从光密介质到光疏介质，且入射角大于或等于临界角，发生光的全反射，由于
b光的入射角较大，较先进入全反射，则b光先消失，故B正确；
C．由可知，a光折射率，频率小， a光波长大于b光，故C错误；
D．由于a光光子能量较小，所以a光束照射逸出光电子的最大初动能较小，根据
则a光的遏止电压较低，故D错误。
故选B。
3．B
【解析】
【详解】
A．根据双缝干涉条纹的间距公式知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距增大，选项A错误；
B．根据双缝干涉条纹的间距公式知，增大双缝到屏的距离，即L增大，干涉条纹间距增大，选项B正确；
C．根据双缝干涉条纹的间距公式知若换作波长更长的单色光照射，干涉条纹间的距离增大，选项C错误；
D．换作白光照射，光屏上将出现条纹彩色条纹，选项D错误。
故选B。
4．C
【解析】
【分析】
【详解】
AC．根据图示和折射定律可知，b光的折射率较大，则b的频率较大。故A错误，C正确；
B．由可知，b光的折射率较大，在同种介质传播速度较小。即在水中的传播速度，光束a比光束b大，故B错误；
D．由临界角公式分析得到，b光的折射率较大，对同种介质的临界角较小，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【详解】
A、肥皂泡在阳光下呈现彩色条纹是肥皂膜内外反射的光线，相互叠加产生的现象，这是光的干涉造成的故A错误．
B、天空中彩虹是白光的折射率不同，从而出现光的色散现象，故B错误．
C、圆屏阴影中心的亮斑泊松亮斑是光绕过阻碍物射到中心位置，这是光的衍射现象造成的，故C正确．
D、增透膜是通过光的干涉，减少反射光的强度，从而增加透射光的强度，故D错误．
故选C．
【点睛】
解决本题的关键掌握衍射条纹和干涉条纹的特点，单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距．双缝干涉条纹等宽、等间距，但也有干涉条纹不等间距（如牛顿环）．
6．C
【解析】
【详解】
由图可知为反射光，故应为复色光；而折射后只有一束光线，故有一束光发生的全反射，而黄光与紫光相比较，由知紫光的临界角要小，故紫光发生了全反射，故应为黄光，故C正确，A、B、D错误；
故选C。
7．ADE
【解析】
【详解】
A．根据折射率定义公式，从空气斜射向玻璃时，入射角相同，光线a对应的折射角较大，故光线a的折射率较小，即nanb，根据可知，b的临界角较小，若减小入射角i，在第二折射面上，则两光的入射角减小，则b光先消失，故A正确；
B．a光折射率较小，频率较小，则波长较长，故B错误；
C．只要是横波，均能发生偏振现象，即a光能发生偏振现象，b光一定能发生，故C错误；
D．a光频率较小，根据E=h，则a光光子能量较小，则a光束照射逸出光电子的最大初动能较小，根据qUc=mvm2，则a光的遏止电压低，故D正确；
E. 根据可知，a光波长较大，利用a、b光进行光的双缝干涉实验，则观察到a光形成的条纹更宽，故E正确。
故选ADE。
8．ACE
【解析】
【详解】
AE、由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，所以根据折射定律知，a光的折射率小于b光的折射率，则知a光的波长大，频率小，干涉条纹的间距，由公式可得，条纹间距与波长成正比，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故A、E正确；
B、单缝衍射实验时它们的衍射条纹宽度都是不均匀的，故B错误；
C、由知，在水中a光的速度大，故C正确；
D、全反射临界角公式，n越大，C越小，则知在水中a光的临界角大于b光的临界角，故D错误；
故选ACE．
9．BCE
【解析】
【详解】
AC．由图可知，a光在玻璃砖中的折射角大于b光在玻璃砖中的折射角，根据折射定律可知
根据
可知在玻璃砖中，a光传播的速度大于b光的传播速度，故C正确，A错误；
B．由于
可知
根据
可知，真空中a光的波长大于b光的波长，故B正确；
D．a、b两束出射光分别与入射光平行，故该两束出射光平行，故D错误；
E．根据几何知识知，当厚度减半时，两束光在玻璃砖下面的出射点的间距减小，故两光线间的距离将减半，故E正确。
故选BCE。
10．ABE
【解析】
【详解】
A．光速与介质有关，红色和蓝色的激光的频率不同，在同种介质中的波长是不同的，而在不同介质中传播时波长可能相同，故A正确；
B．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直，故B正确；
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片能减弱橱窗玻璃表面的反射光，提高拍摄的效果，故C错误；
D．发生全反射条件为从光密介质进入光疏介质，则红光从真空射入水中不可能发生全反射现象，故D错误；
E．偏振是横波特有的现象，所以光的偏振现象说明光具有波动性，故E正确。
故选ABE。
11． 1.700 减小双缝间距离 增大双缝到屏的距离
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]固定部分读数为1.5mm，可动部分读数为，总的读数为1.700mm；
(2)[2]条纹间距为
据条纹间距与单色光波长关系，有即
(3)[3][4]据可知，要增加条纹间距离，可以减小双缝间距离d和增加屏和缝之间的距离L。
12． 入射光线AB离圆心较远，在半圆形面发生了全反射 沿着MN方向、向M点方向平移玻璃砖
【解析】
【详解】
（1）在半圆形玻璃砖的右侧区域内，不管眼睛在何处，都无法透过玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是入射光线AB离圆心较远，在半圆形面发生了全反射；为同时看到P1、P2的像，他应采取的措施是：
沿着MN方向、向M点方向平移玻璃砖．
（2）光路如图；
（3）折射率的计算公式为
13．①；②
【解析】
【详解】
①光路如图所示
当入射角时，恰好只剩一个光斑，说明光线恰好发生全反射
所以
②当入射角时，光线在平面上同时发生反射和折射，反射光线沿半径射出到B点
可得
由折射定律有
可知
从而可得
则两光斑间距离
14．(ⅰ)根据已知条件得C＝45°，因为θ＝60°>C，所以光在E点发生全反射，不能从BC边射出．(ⅱ)
【解析】
【分析】
根据“光能否从BC边射出”、“光通过玻璃砖所用时间为多少”可知，本题考查全反射和折射定律，根据全反射规律求出临界角，根据折射定律求出折射角和光在玻璃中通过的距离，即可进行计算．
【详解】
(ⅰ)作出光路图如图所示：
设折射光线与BC的交点为E，光束在D点发生折射时，入射角为i，折射角为r，由折射定律有
代入数据解得r＝30°
由几何关系可知，光在E点的入射角θ＝60°
设全反射的临界角为C，则sin C＝
根据已知条件得C＝45°，因为θ>C，所以光在E点发生全反射，不能从BC边射出．
(ⅱ)设光线的出射点为F，由几何关系可知光线垂直AC边射出玻璃砖
过D点作BC边的垂线且垂足为G，
由几何关系得BC＝2l，AB＝l
CE＝2l－2BG，BG＝ABcos 30°
解得CE＝，DE＝BD
光在玻璃砖中的行程为
x＝DE＋EF＝BD＋CEcos 30°＝l
光在玻璃砖中的速度为v＝＝c
则光通过玻璃砖的时间为t＝＝．
【点睛】
根据全反射规律求出临界角，根据折射定律求出折射角判断是否发生全反射；根据折射定律求出光在玻璃中的传播速度，根据几何关系求出光在玻璃中通过的距离，计算光通过玻璃的时间．
15．（1）120°；（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由折射定律可知
故临界角
如图甲所示，入射光线射到AB边上发生折射，光线射到AC边发生全反射，入射光线射到CB边上D点时发生折射，由折射定律和几何关系可知
，，，，
若照射在AB边上部位置的光线会产生如图乙所示的折射情况，则由折射定律和几何关系可知
，，，
综上分析可知，从D点射出的两束光线的夹角为120°。
（2）研究射到AB面上的光线经过折射后射到C点的光线如图；由几何关系可知该光线与射到A点的光线之间的光线经折射后从BC边斜向上射出，可得对应光的宽度等于BC边长的一半，即。
16．(1)；(2) 当玻璃砖左移时，入射角增大，折射角增大，所以光点左移，亮度减弱至消失
【解析】
【详解】
①如图所示，光线应向屏的左侧移动：
解得：
α=60°
tan（60°-30°）=
解得：
②当玻璃砖左移时，入射角增大，折射角增大，所以光点左移，亮度减弱至消失．
17．①；②120°．
【解析】
【详解】
①画出光路图，根据对称性及光路可逆结合几何关系可知，光在AB面的入射角i＝60°，折射角r＝30°，根据折射定律有
②当光线再次照射到Q点时，光路如图乙所示，由几何关系可知，折射角θ＝30°，根据折射定律有 解得：α＝60°，因此入射光转过的角度为i+α＝120°
18．（1）向右偏，红光；（2）
【解析】
【详解】
（1）向右偏时，光线在AC面上的入射角减小，因红光的折射率最小，临界角最大，则红光首先不发生全反射从AC面上射出；
（2）红光恰好射出
解得
19．（1）（2）0.42
【解析】
【分析】
考查光的折射和全反射。
【详解】
（1）光路图如图所示：
设水桶的半径为R，则有：
，，
设光的折射角为i，入射角为 ，则有：
由折射定律：
解得：；
（2）由题意，当点光源发出的光照射到水面发生全反射时，光不在射出水面。设光线入射到点时恰好发生全反射，则有：
设光线在水面恰好发生全反射的位置到O点的水平距离为x，则有：
所以遮光圆盘的面积至少应为：
遮光圆盘的面积与水面面积之比为：
联立解得：，
即遮光圆盘的面积至少应为水面面积的0.42倍。
20．ABCH
【解析】
【详解】
试题分析：经过反射光或折射光都是偏振光，所以除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，故A正确；全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，光导纤维传播光信号利用了光的全反射原理，故BC正确；根据双缝干涉的条纹间距公式知，紫光的波长比红光的波长短，则紫光产生的条纹间距变小，故D错误；早晨看太阳从地平线刚刚升起时，由于大气层的折射现象，实际上它还处在地平线的下方，故E错误；无色肥皂液吹出的肥皂泡呈彩色是由于光照时，在膜的前后表面的反射光发生叠加，形成的干涉图样，是薄膜干涉，故F错误；海市蜃楼是光在密度不均匀的空气中传播时，发生光的全反射现象而产生的，故G错误；日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏转滤光片可以使景象更清晰，H正确；
考点：考查了光的折射，光的全反射，光的色散，光的偏振，光的干涉
【名师点睛】
明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目，故平时学习时要“知其然，更要知其所以然”．
21． ① ②④
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2] 阳光经过厚玻璃角，在地面上的彩色条纹,是由于光发生了色散现象，属于光的折射；雨后路面上油墨上的彩色条纹和肥皂泡在阳光下看起来五颜六色都属于薄膜干涉现象；单色光经过小孔后在屏上出现的明暗相间的圆环是属于光的衍射现象。
22． 大于 b
【解析】
【详解】
[1]由折射光路可知，a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长，根据
可知，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距；
[2]折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射，则若a光和b光以相同入射角从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是b光。
答案第1页，共2页
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