第四章光及其应用练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修一 第四章 光及其应用
一、单选题
1．根据高中物理所学知识，分析下列生活中的物理现象：①闻其声而不见其人；②烛焰在竖立肥皂膜中影像出现水平条纹；③当正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时，我们听到汽笛声的音调变高；④观众在看立体电影时要戴上特制的眼镜，这样看到电影画面的效果和眼睛直接观看物体的效果一样具有立体感，这些物理现象分别属于波的（　　）
A．干涉、衍射、多普勒效应、偏振 B．折射、干涉、偏振、多普勒效应
C．衍射、干涉、多普勒效应、偏振 D．衍射、偏振、折射、多普勒效应
2．宝石晶莹剔透，在光线的照射下璀璨夺目。如图所示的多边形为一打磨好的宝石的横截面，其中∠ABC=60°和∠BCD=90°。现有一细光束从AB边上的F点垂直AB边射入，已知该宝石内部介质分布均匀，折射率n=，FB=d，BC=L，光在空气中的传播速度可认为等于在真空中的速度c，下列说法正确的是（　　）
A．光线会从BC边射出
B．光线从CD边射出时与CD边的夹角为60°
C．光线从射入到第一次射出时所走的路程为
D．光线从射入到第一次射出时所需的时间是
3．下面事实正确的是（　　）
A．光的偏振说明光是纵波
B．在水面上的油膜呈现彩色是光的衍射现象
C．白光通过双缝呈现彩色的明暗相间的条纹是光的衍射现象
D．物体边缘在光照下出现了明暗相间的条纹是光的衍射现象
4．光在某种玻璃中的传播速度是m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角，则入射角应是（　　）
A．30° B．37° C．45° D．60°
5．某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹，若想减少从目镜中观察到的条纹个数，该同学可（　　）
A．将单缝靠近双缝 B．将单缝远离双缝
C．将屏向远离双缝的方向移动 D．将屏向靠近双缝的方向移动
6．在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光现象，下列现象中，属于光的衍射现象的是（　　）
A．雨后天空出现彩虹
B．肥皂泡在阳光照射下呈现彩色
C．雨后公路上的油膜在阳光照射下出现彩色条纹
D．通过一狭缝观察日光灯看到彩色条纹
7．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．介质的折射率为2 B．光是从真空射入介质的
C．光的传播速度保持不变 D．反射光线与折射光线的夹角为90°
8．如图所示，为双缝干涉实验装置示意图，其中双缝位于图中的（　　）
A．甲处 B．乙处 C．丙处 D．丁处
9．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
10．下列说法正确的是（　　）
A．在杨氏双缝干涉实验中，若增大光的波长，干涉条纹间距减小
B．光的偏振现象说明光是纵波
C．机械波能发生衍射现象
D．单摆的摆长越长，周期越小
11．如图所示，在底面半径为R、装满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底放有一个蓝色点光源，已知水对蓝光的折射率约为，则下列判断正确的是（　　）
A．光源必须位于玻璃缸底中心才能从侧面射出
B．若光源离圆心距离为，则光从玻璃缸侧面任何位置都能射出
C．水面上方任何位置都有光射出
D．若把蓝色光源换成红色光源，从水面上方射出的范围变小
12．关于图片中的物理现象，描述不正确的是（　　）
A．甲图，水波由深水区传播至浅水区，波速方向改变，属于波的反射现象
B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象
C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象
D．丁图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应
13．对下列四个有关光的实验示意图，分析正确的是（　　）
A．图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在玻璃球中发生全反射
B．图乙若只减小屏到挡板的距离L，则相邻亮条纹间距离将减小
C．图丙中若得到如图所示明暗相间条纹说明被检测工件表面平整
D．若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化
14．一束单色光穿过两块两面平行的玻璃砖，出射光线与入射光线的位置关系可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
15．一种“光开关”的“核心区”如图虚框区域所示，其中1、2是两个完全相同的截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能。单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折射率为1.5，下列说法正确的是（　　）
A．单色光a在棱镜中的波长是在真空中波长的1.5倍
B．若不充入介质，则实现“开”功能
C．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，有可能实现“开”功能
D．若充入的介质相对棱镜是光密介质，有可能实现“关”功能
二、填空题
16．如图所示，两缝之间的距离为d，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略
两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝l，则相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距： _______
17．数据处理
（1）条纹间距；
（2）波长λ=______；
（3）计算多组数据，求λ的平均值。
18．传统的导线传输技术存在衰减大、容量小、抗干扰能力弱等缺点，而光纤通信的主要优点就是______、衰减小______能力强。
19．薄膜干涉
（1）薄膜干涉中的获得光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面______的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的______、恒定的相位差及振动方向；
（2）薄膜干涉的原理
光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的______不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现______条纹；在另一些位置，两列波叠加后相互削弱，于是出现______条纹。
三、解答题
20．某种材料制成的棱镜的截面图如图所示，为四分之一圆弧，O为圆心，为一矩形，，。一细光束从圆弧的中点E沿半径射入棱镜后，恰好发生全反射。求：
（1）该透明材料的折射率；
（2）该光线从棱镜中折射出来时的折射角。
21．如图所示，截面为圆的四分之三的玻璃柱，O为圆弧的圆心，圆弧的半径为R，圆弧外表面镀银，使光进入玻璃柱体后，在圆弧上只能发生反射。一细光束垂直并从的中点D射入玻璃柱，玻璃柱对该光的折射率为，已知光在真空中的传播速度为c。求：
（1）光从玻璃柱中射出时的光线与入射光的夹角；
（2）光在玻璃柱中传播的时间。
22．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌而上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射：当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，求：
（i）光从玻璃到空气的临界角的正弦值；
（ii）当入射θ=60°时，光在玻璃砖内的传播时间。
23．如图所示，折射率n＝ 的半圆形玻璃砖置于光屏MN的上方，其平面AB与MN的距离h＝10 cm。一束单色光沿图示方向射向圆心O，经玻璃砖后射到光屏上的O′点。现使玻璃砖绕圆心O点顺时针转动，光屏上的折射光线光点距O′点的距离最远时，求：
（1）此时玻璃砖转过的角度；
（2）光屏上的折射光线光点距O′点的最远距离。
24．某半球形透明介质的截面图如图甲所示，AB为截面半圆的直径，O为球心，从O点左侧的D点射入一单色光，单色光在半球形介质上表面的入射角恰好等于其发生全反射的临界角。
（1）求半球形介质的折射率n；
（2）若用与半球形介质相同的材料制成一直角三棱镜放置在真空中，如图乙所示，其截面三角形的直角边FG的长度为d，，该单色光从FG侧面的中点垂直FG入射，光在真空中的传播速度为c，取，，求该单色光从进入棱镜到第一次从棱镜射出所经历的时间。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
①“闻其声而不见其人”，听到声音，却看不见人，这是因为声波波长和障碍物尺寸差不多，发生衍射时容易绕过障碍物，而光波波长远小于障碍物尺寸，不会发生明显的衍射现象；
②烛焰在竖立肥皂膜中影像出现水平条纹是薄膜干涉现象；
③当正在鸣笛的火车向着我们疾驰而来时，我们听到汽笛声的音调变高，音调变高就是频率变高，因此这是多普勒效应；
④观众在看立体电影时要戴上特制的眼镜，这样看到电影画面的效果和眼睛直接观看物体的效果一样具有立体感是利用光的偏振现象。
故选C。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．设临界角为C，则有
设BC边的入射角为α，则有
则
所以光线在BC边发生了全反射，不能射出
设CD边入射角为β，由几何关系得
光线将从CD边射出，根据折射定律有
解得
则出射光线与DC边的夹角为30°
AB错误；
CD．光路如图
由几何关系有：光线在玻璃内传播的路程为
光线在玻璃内传播的速度为
则该光从射入到第一次射出所需的时间为
解得
C错误D正确。
故选D。
3．D
【解析】
【详解】
A．偏振是横波特有的现象，光的偏振说明光是横波，A错误；
B．在水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，B错误；
C．白光通过双缝呈现彩色的明暗相间的条纹是光的干涉现象，C错误；
D．物体边缘在光照下出现了明暗相间的条纹是光的衍射现象，D正确。
故选D。
4．A
【解析】
【详解】
依题意做出光路图，如图所示
折射率为
设入射角为，，则有
解得
故选A。
5．C
【解析】
【详解】
AB．若想减少从目镜中观察到的条纹个数，则需要使条纹的宽度增大，根据相邻亮条纹间的距离公式
可知改变单缝与双缝间的距离不能改变条纹的宽度。故AB错误；
CD．同理，将屏向远离双缝的方向移动，可使L变大，达到增大条纹宽度的目的。故C正确；D错误。
故选C。
6．D
【解析】
【详解】
A．雨过天晴时，常在天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象，故A错误；
B．肥皂泡在阳光照射下呈现彩色属于薄膜干涉现象，故B错误；
C．雨后公路上的油膜在阳光照射下出现彩色条纹属于薄膜干涉现象，故C错误；
D．通过一狭缝观察日光灯看到彩色条纹，属于单缝衍射，故D正确；
故选D。
7．D
【解析】
【详解】
AB．由光路可知，光是由介质射向真空的，根据折射定律
选项AB错误；
C．光从介质进入真空中，则光速变大，选项C错误；
D．因反射角为30°，则反射光线与折射光线的夹角为90°，选项D正确。
故选D。
8．C
【解析】
【详解】
双缝应紧挨着遮光筒，且位遮光筒的前方，即图中的丙处，故C正确，ABD错误。
故选C。
9．B
【解析】
【详解】
ACD．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，ACD说法正确；
B．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。
故选B。
10．C
【解析】
【详解】
A．根据
知在杨氏双缝干涉实验中，若增大光的波长，干涉条纹间距增大，故A错误；
B．光的偏振现象说明光是横波，故B错误；
C．机械波属于波，所以能发生衍射现象，故C正确；
D．根据单摆周期公式
知单摆的摆长越长，周期越大，故D错误。
故选C。
11．B
【解析】
【详解】
AB．由于水对蓝光的折射率约为，所以当光源离圆心距离为时，恰好有光线在圆柱侧面发生全反射，所以当光源离轴距离小于时，发出的蓝光都可以从侧面射出，故A错误，B正确；
C．根据
得全反射临界角
光射向水面时，当入射角大于时会发生全反射而无法射出，故C错误；
D．改为红色光源，折射率变小，临界角变大，能从水面上方射出的范围变大，D错误。
故选B。
12．A
【解析】
【详解】
A．水波从深水区传到浅水区改变传播方向的现象，是波的折射现象，A错误；
B．乙图，水波穿过障碍物的小孔后，能传播至两侧区域，属于波的衍射现象，B正确；
C．丙图，两列同频率的水波在空间叠加，部分区域振动加强，属于波的干涉现象，C正确；
D．丙图，竹竿举起蜂鸣器快速转动，听到蜂鸣器频率发生变化，属于波的多普勒效应，D正确。
故选A。
13．B
【解析】
【详解】
A．根据图像可知
由于a光的折射率较小，则临界角较大，入射时大，a光的折射率较大，则临界角较小，入射时小，故无法确定先后，A错误；
B．由于条纹间距
可知只减小屏到挡板的距离L，相邻亮条纹间距离将减小，B正确；
C．被检测件的上表面和样板件的下表面间的空气膜，形成一个空气劈，从空气劈上下表面反射的光线发生薄膜干涉，若得到明暗相间平行等距条纹说明待测工件表面平整，C错误；
D．自然光通过M后变成偏振光，若N的偏振方向与M的偏振方向相同，光屏上光斑最亮；若N的偏振方向与M的偏振方向垂直，光屏上几乎没有亮斑，因此当M和N发生相对转动时，光屏上的光斑亮度会发生变化，D错误。
故选B。
14．A
【解析】
【详解】
BC．一束单色光穿过两块玻璃砖，分别经过两次从空气中射入到玻璃，和两次从玻璃射入空气的折射，且两块玻璃砖的两面都是平行的，根据折射定律可知，最后的出射光线与最初的入射光线平行，BC错误。
AD．光由空气斜射进入玻璃砖，折射光线、入射光线在空气和玻璃砖两种介质中，折射角小于入射角；当光再由玻璃砖斜射进入空气时，折射角大于入射角，故最后的出射光线应该位于最初的入射光线延长线的左侧，A正确D错误。
故选A。
15．C
【解析】
【详解】
A．根据公式可知
单色光a在棱镜中的传播速度为真空中的
频率不变，单色光a在棱镜中的波长为在真空中波长的 ，A错误；
B．单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，入射角为45° ，根据全反射的条件，临界角为
可知入射角大于临界角，不充入介质，即发生全反射，光不可以通过2，实现“关”功能，B错误；
CD．由光密介质进入光疏介质，可能不发生全反射，进入2，可能实现“开”功能，从光疏介质进入光密介质，不会发生全反射，则一定处于开状态， D错误C正确。
故选C。
16．Δx＝λ
【解析】
【分析】
【详解】
略
17．
【解析】
【分析】
【详解】
略
【点睛】
18． 容量大 抗干扰
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]光纤通信的主要优点就是容量大、衰减小、抗干扰能力强。
19． 反射 频率 路程差 亮 暗
【解析】
【分析】
【详解】
略
20．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）光路如图所示，
由几何关系可知，光从E点射入棱镜，恰好在O点发生全反射，对应的入射角
则有
解得
（2）由几何知识可知为直角三角形
则
由折射定律可知
解得
21．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）光束射入玻璃柱后的光路如图所示
在E点有
解得
由几何关系可得
光在面上射出时的入射角
由折射定律
解得，光从面射出时折射角
则光从玻璃柱射出时的光线与入射光的夹角为
（2）光在玻璃柱中传播路程
，，，
光在玻璃柱中的传播速度
光在玻璃柱中的传播时间
解得
22．（i）s；（ii）
【解析】
【详解】
（i）作出两种情况下的光路图，如图所示
设，在A处发生全反射，故有
由于出射光平行可知，在B处射出，故
由于
联立可得
（ii）光在玻璃砖内的速度为
BP的长度
传播时间为
解得
23．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）如图所示，设此时玻璃砖转过的角度为时， 光屏上的折射光线光点距O′点的距离最远，记下此时光点位置A，此时光线玻璃砖的平面上恰好发生全反射，由折射定律有
解得
由几何关系可知
所以此时玻璃砖转过的角度。
（2）光点A到距O′点的最远距离为
24．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）根据全反射条件有
解得半球形介质的折射率
（2）画出该单色光在三棱镜中传播的光路，如图所示。
当光线到达三棱镜的GH边时，在GH边发生全反射，因为截面三角形的直角边FG的长度为d，K为FG边的中点，，由几何关系有
因为，所以，又由几何关系可知
该单色光在三棱镜中的传播速度大小
则该单色光从进入三棱镜到第一次从三棱镜射出所经历的时间
答案第1页，共2页
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