第四章光-单元训练（word版含答案）

第四章光
一、选择题（共15题）
1．如图所示，某种透明介质制成的截面为平行四边形的棱镜，其中。有一束单色光垂直于边射入介质，在边恰好发生全反射，反射光线射到边，且在边的反射光线可射到边上。则自边射出光线与自边射入光线夹角为（　　）
A．0° B．30° C．90° D．120°
2．介质Ⅰ中光速为v1=c，介质Ⅱ中的光速为v2=c/2，临界角为30°，如果光线a，b如图4中所示射到Ⅰ、Ⅱ两介质的分界面上，那么正确的是 [ ]
A．a，b均不能发生全反射 B．a，b均能发生全反射
C．a能发生全反射 D．b能发生全反射
3．一般认为激光器发出的是频率为的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，是它的中心频率，它所包含的频率范围是(也称频率宽度)，其中+和-分别称“上限频率”和“下限频率”．某蓝宝石激光器发出的激光(其“上限频率”和“下限频率”对应的分别记为a光和b光)由空气斜射到某平行液膜的上表面，入射方向如图中θ角所示．则下列说法正确的是( )
A．用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较小
B．b光在液膜中传播速度较小
C．逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射
D．a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大
4．下列图中的现象原理描述正确的是（　　）
A．图甲的原理和X光片的原理相同 B．图乙的原理和增透膜的原理相同
C．图丙的原理和探雷器的原理相同 D．图丁的原理和增透膜的原理相同
5．下列几种电磁波中，最能发生明显衍射现象的是（ ）
A．射线 B．X射线 C．红外线 D．无线电波
6．下列说法正确的是（　　）
A．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的
B．光在介质中传播的速度与光的频率无关
C．在双缝干涉实验中，用紫光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距
D．机械波可以在真空中传播
7．如图所示，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θ，经折射后射出a、b两束光线。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光的波长小于b光的波长
C．在真空中，a光的波长大于b光的波长
D．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
8．如图所示半圆形玻璃砖，圆心为 O，半径为 R．某单色光由空气从 OB 边界的中点 A垂直射入玻璃砖，并在圆弧边界 P 点发生折射，该折射 光线的反向延长线刚好过B点．则（　　）
A．该玻璃对此单色光的折射率为1.5
B．光从 A 传到 P 的时间为（c为空气中的光速）
C．该玻璃对此单色光的临界角为45°
D．玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化
9．从点光源L发出的白光，经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开有两条靠得近的平行狭缝、，如图所示，在屏Q上可看到干涉条纹，图中O点是屏上与两狭缝等距离的一点，则（　　）
A．干涉条纹是黑白的，O点是亮点
B．干涉条纹是黑白的，O点是暗点
C．干涉条纹是彩色的，O点是亮点
D．干涉条纹是彩色的，O点是暗点
10．关于红光和紫光，下列说法正确的是　　
A．红光的频率大于紫光的频率
B．红光的频率小于紫光的频率
C．红光的波长小于紫光的波长
D．用同一装置做双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距小于紫光的干涉条纹间距
11．如图所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是（　　）
(1)P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度
(2)P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度
(3)入射角θ1适当大些，可以提高准确度
(4)入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行
(5)P1、P2的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关
A．(1)(3) B．(2)(4) C．(3)(5) D．(1)(4)
12．如图所示，扇形为透明柱状介质的横截面，圆心角，两束平行于角平分线的单色光a和b由面射入介质，经面折射的光线相交于M点，其中a光的折射光线恰好平行于，以下说法正确的是（　　）
A．该介质对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光的折射光线在面不发生全反射
C．在同一介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距
13．一玻璃半圆柱置于空气中，其横截面（纸面）如图所示，O为半圆的圆心．一束由红光和紫光组成的复色光，沿半径PO方向射入半圆柱后被分成两束光OA、OB，．已知折射光OB是单色光，则下列说法正确的是 （ ）
A．OB是红光
B．OA是由红光和紫光组成的复色光
C．玻璃对紫光的折射率小于
D．若光线PO在纸面内绕O点顺时针旋转 ，则光线OB可能消失，光线OA绕O点逆时针旋转
E．若光线PO在纸面内绕O点逆时针旋转，则光线OB可能消失，光线OA绕O点顺时针旋转
14．如图所示，扇形为透明柱状介质的横截面，圆心角，两束平行于角平分线的单色光a和b由面射入介质，经面折射的光线相交于M点，其中a光的折射光线恰好平行于，以下说法正确的是（　　）
A．该介质对a光的折射率为
B．a光的折射光线在面发生全反射
C．在同一介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
15．假如平静的水面下相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面正上方同等条件下观测发现：b在水下的像离水面距离最大，c照亮水面（透光面）的面积比a的大。关于这三种光的性质，下列说法正确的是（　　）
A．c光的频率最大
B．真空中b光的波长最长
C．a光在水中的传播速度最小
D．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大
二、填空题
16．双缝干涉仪，即光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头另外，还有______、导线、______等
17．如图所示为一半圆柱形玻璃砖的横截面，O点为圆心，半径为R．频率相同的单色光a、b垂直于直径方向从A、B两点射入玻璃砖．单色光a经折射后过M点，OM与单色光的入射方向平行．已知A到O的距离为R，B到O的距离为R，M到O的距离为R，则玻璃砖对单色光的折射率为________，单色光b在第一次到达玻璃砖圆弧面上________(填“能”或“不能”)发生全反射．
18．如图所示，一束平行的绿光从半圆形玻璃砖的平面垂直入射，OC为中心线，已知在半圆弧上的入射点是A的入射光线经折射后与OC的交点为点B，∠AOB＝30°，∠ABC＝15°，则绿光在该玻璃中的折射率为_________，圆形玻璃砖中有光从半圆面透射区域的圆心角为________；若将入射光改为红光，则光从半圆面透射区域的圆心角将________（选填“变小”、“不变”或“变大”）．
19．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
三、综合题
20．如图所示，扇形玻璃砖的圆心角为150°，玻璃砖半径为，一条单色光平行于，由的中点入射，经折射后由圆弧面的点射出玻璃砖，圆弧的长度与圆弧的长度之比为2∶3，已知真空中光速为。求：该单色光在玻璃砖从到传播的时间。
21．如图所示，有一块半圆形玻璃砖，折射率为 ，AB为直径，O为圆心，一束宽度恰好等于玻璃砖半径的单色平行光垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中ac为边界光线，中心光线b恰好通过O点．
(1)试求光束中的光线射出玻璃砖时的最大折射角
(2)在原图中画出abc三条光线（图中已给出）在玻璃砖内和玻璃砖后的光路图（不考虑弧AB上的反射光线）
22．如图所示，平面镜M放置在某液体中，液体上方靠近液面处放置毛玻璃PQ，一束激光水平照射到平面镜上O1点时，观察到在O1点正上方玻璃上O点有一个光点。使平面镜M绕垂直纸面的轴逆时针转过θ角时。玻璃上光点恰好消失。已知真空中光速为c，求：
（1）液体的折射率n；
（2）光在液体中的传播速度v。
23．如图所示，半径为R的玻璃半圆柱体的圆心为O.单色红光射向圆柱面，方向与底面垂直，光线的入射点为C，且∠AOC＝30°.已知该玻璃对红光的折射率n＝.求光线从底面射出时出射点与O点间的距离．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
如图所示，单光色在边恰好发生全反射，由
得
由几何关系知，又，则，光在边的入射角为60°，光在边发生全反射，根据几何关系，可判断光线垂直于边射出，入射光线与出射光线夹角为120°。
故选D。
2．D
【详解】
根据公式可得相对Ⅰ、Ⅱ两介质来说介质Ⅰ是光疏介质，介质Ⅱ是光密介质，从光密介质射入光疏介质，入射角大于等于全反射角时，光线将发生全反射，介质Ⅱ中临界角为30°，所以当b以40°的入射角从Ⅱ射入Ⅰ中时，能发生全反射，D正确，
3．D
【详解】
由于b光的频率小于a光，则b光的波长大于a光，根据可知，用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较大，A 错误；由于b光的折射率小于a光，根据，则b光在液膜中传播速度较大，B错误；由于两种光在液膜下表面的入射角，等于在上表面的折射角，而此角不可能大于或等于临界角，故两种光在液膜下表面不可能发生全反射，C 错误；由于a光的频率大于b光的频率，液膜对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光通过平行液膜后偏移的距离较大，D正确．故选D.
4．B
【详解】
A．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，X光片利用X射线的穿透能力，其原理不同，选项A错误；
B．肥皂泡呈彩色和增透膜都是光的干涉，原理相同，选项B正确；
C．避雷针是尖端放电原理，探雷器是涡流的磁效应原理，两者原理不同，选项C错误；
D．增透膜是光的干涉原理，3D立体电影是光的偏振原理，两者原理不同，选项D错误。
故选B。
5．D
【详解】
波发生明显的衍射现象的条件：孔、缝的宽度或障碍物的尺寸与波长相近或比波长还小时．故波长越长衍射越明显、波长越短衍射越不明显，由于无线电波波长最长，所以无线电波最能发生明显衍射现象，故D正确，ABC错误。
故选D。
6．A
【详解】
A．油膜呈现彩色图样是光的干涉现象，由膜的前后表面反射光线，进行相互叠加而出现的薄膜干涉现象，故A正确；
B．光在介质中传播的速度与光的频率有关，故B错误；
C．根据
可知，由于紫光的波长比黄光的波长短，干涉条纹的间距将减小，故C错误；
D．机械波的传播需要介质；不能在真空中传播，故D错误；
故选A。
7．B
【详解】
D．通过题图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项D错误；
BD．a光的折射率大，则a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确，C错误；
A．由
知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A错误。
故选B。
8．B
【详解】
A、作出光路图，如图所示，
根据几何关系知，入射角α=30°，折射角θ=60°，根据折射定律得： ，故A错误．
B、光在玻璃砖中传播的速度 ，则光从A传到P的时间t=，故B正确．
C、根据sinC=得该玻璃对单色光的临界角为：C=arcsin，故C错误．
D、玻璃的临界角与入射角无关，故D错误．
故选B．
9．C
【详解】
白光是复色光，通过双缝形成的干涉条纹是彩色条纹.由题意知
即路程差等于零，在O点振动加强，形成亮点.所以C正确，A、B、D错误。
故选C。
10．B
【详解】
根据电磁波谱可知，红光的频率小于紫光的频率，故A错误，B正确；在真空中，依据，可知，频率越高的波长越小，红光的波长大于紫光的波长，故C错误；因红光的波长长，根据双缝干涉条纹的间距公式可知红光的干涉条纹间距大于紫光的干涉条纹间距，故D错误．故选B．
11．A
【详解】
实验根据大头针确定入射光线和出射光线，在连线及测量时必然有误差，P1、P2和P3、P4之间距离适当大些，可以减小误差，故(1)正确，(2)错误；实验要求入射角不能太小，否则会导致测量误差太大，(3)正确；根据几何知识知光在第二界面的入射角等于在第一界面的折射角，即小于临界角，不会发生全反射，(4)错误；综合上述分析知(5)错误。
故选A。
12．B
【详解】
A．由图可知，a、b光以相同的入射角射入介质，而a光的折射角大于b光的折射角，所以该介质对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误；
B．根据几何关系可知a光在OA的入射角为60°，折射角为30°，所以该介质对a光的折射率为
a光在M点发生全反射的临界角的正弦值为
根据几何关系可知a光在M点的入射角为30°，小于全反射临界角，所以a光的折射光线在面不发生全反射，故B正确；
C．根据A项分析可知
na＞nb
再根据
可知在同一介质中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故C错误；
D．根据A项分析可知a光频率大于b光频率，则a光波长小于b光波长，再根据
可知用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距，故D错误。
故选B。
13．ABE
【详解】
紫光的临界角大于红光的临界角，紫光发生全反射，AB对；α大于紫光的临界角，所以玻璃对紫光的折射率大于，C错；若光线PO在纸面内绕O点顺时针旋转（），则更可能不发生全反射，反之，则更可能全反射，D错E对；故选ABE.
14．AD
【详解】
A．根据题图，对a光，由几何知识可知，入射角，折射角根据折射定律得
故A正确；
B．由几何知识得光线a在M点的入射角，。临界角的正弦值为
即有，故恰好射到M点的a光的折射光线不能发生全反射，故B错误；
C．由题图可知，此介质对a光的折射率大于对b光的，由可知，在同一介质中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故C错误；
D．因a光的折射率大，故a光的波长小于b光的波长，由
可知，用同装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光的条纹间距，故D正确。
故选AD。
15．BC
【详解】
B．根据视深公式
知折射率最小的光，在水下的像最深，所以b的折射率最小，频率最小，波长最长，故B正确；
AC．照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足
又
c照亮水面的面积比a的大，则c的临界角大，水对c的折射率小，所以a的折射率最大，a的频率最大，a的传播速度最小，故A错误，C正确；
D．因a的频率最大，则a的波长最小，当发生双缝干涉时，根据
可知a的的相邻条纹间距最小，故D错误。
故选BC。
16． 学生电源 刻度尺
17． 能
【详解】
根据几何关系可得，单色光a的从半圆柱形玻璃砖射出时，入射角为30°，折射角为60°，根据光的折射定律有 ，即玻璃砖对单色光的折射率为．由sin C＝ 可得全反射临界角的正弦值为，小于单色光b的入射角的正弦值，所以能发生全反射．
18． 1.41 90° 变大
【详解】
在A点，由几何知识可得 入射角 i=∠AOB=30°
折射角 r=∠AOB+∠ABC=45°
则介质的折射率为
设光线恰好射到半圆面上D点时发生全反射，其入射角等于临界角C，由sinC=得 C=45°
在D点以下有光从半圆面透射而出，则由对称性可知，圆形玻璃砖中有光从半圆面透射区域的圆心角为90°．
红光的折射率小于绿光，临界角大于绿光，则若将入射光改为红光，则发生全反射的临界点向边缘移动，即光从半圆面透射区域的圆心角将变大．
19．ABCH
【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；
20．
【详解】
作出光路图，如图所示
圆弧的长度与圆弧的长度之比为2∶3，由几何关系可知，
由圆心角可知，该单色光在 OB边的入射角 ， 折射角
由折射率公式有
解得
由勾股定理
又因为
该单色光在玻璃砖从到传播的时间
21．(1) θ=450 (2)
【详解】
(1)光垂直射向玻璃砖时不发生折射，到达右侧分界面时的最大入射角为30°，此时折射角也是最大.根据折射定律，有：
解得：
(2)光路图如图所示：
22．（1）；（2）
【详解】
（1）当平面镜转过时，反射光线转过射到水面，发生全反射临界角
根据
解得
（2）根据
解得
23．R
【详解】
光路如图所示 由图可知i=60°
由
解得
由几何关系知△OBC为等腰三角形 故
．
答案第1页，共2页