第四章 光及其应用 单元检测（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修一 第四章 光及其应用
一、单选题
1．如图所示为一光导纤维的示意图。光纤内芯的折射率为n（n>1.1），外套的折射率为1.1。已知光在内芯和外套界面发生全反射时的临界角为C，且。为使光在内芯和外套界面发生全反射，光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角应满足（　　）
A． B．
C． D．
2．一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，经折射后分成两束单色光a和b，光路如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．该种玻璃对a光的折射率较大 B．在玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
C．逐渐增大角，b光先消失 D．a光比b光更容易发生衍射现象
3．单镜头反光相机简称单反相机，图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，，光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的应满足（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，五棱柱的折射率，瞄准面中点且与面垂直的细激光束射向棱柱，则下列说法中错误的是
A．没有光从面向左射出
B．没有光从面射出
C．有光垂直于面射出
D．从面射出的光，是从同一点向两个方向，且均与面成角射出
5．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
6．下列实验中能反映光的干涉现象的是（　　）
A． B．
C． D．
7．对如图所示的图片、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（　　）
A．甲图属于薄膜干涉，也被称为“牛顿环”
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度
C．丙图是双缝干涉原理图，若P到、的路程差是半波长的奇数倍，则P处是亮条纹
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹
8．如图所示，横截面为半圆形的玻璃砖放置在真空中，光束a经O射入玻璃砖，折射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（ 　　）
A．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率
B．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度
C．在真空中光束b的波长大于光束c的波长
D．从玻璃射向真空时，光束c发生全反射的临界角小
9．下列说法正确的是（　　）
A．水池底部装有不同颜色的彩灯，紫光灯看起来最深
B．向人体内发射一定频率的超声波，被血管中的血液反射后，测得反射波频率的变化，即可知道血液的流速和血管的情况，这是利用了波的多普勒效应
C．光从浅水区射向深水区，传播方向的改变是因为光的衍射
D．泊松亮斑的形成是因为光的干涉
10．某同学用如图所示的装置进行“双缝干涉测量光的波长”实验，安装红色滤色片后，测量头观察到明暗相间的红色条纹，则下列操作可使观察到的条紋数目增加的是（　　）
A．提高小灯泡的电压，增加亮度
B．将红色滤色片换为蓝色滤色片
C．换间距更小的双缝
D．将遮光筒靠近透镜
11．如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示内疏外密的同心圆环状条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（　　）
A．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．若凸透镜的曲率半径增大，则会造成相应条纹间距减小
D．若照射单色光的波长增大，则会造成相应条纹间距减小
12．下列说法错误的是（　　）
A．海市蜃楼是由于光的折射和全反射而形成的
B．防蓝光眼镜是通过在镜片表面镀上一层光学薄膜，这层薄膜可以通过光的干涉作用，将有害蓝光的波段进行反射
C．光导纤维是利用了光的全反射原理，其内芯采用的是光密介质，外套采用光疏介质
D．汽车在通过等距的减速带时，车速越快越容易发生共振
13．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
14．下列说法正确的是（ ）
A．光的偏振现象证明了光是纵波
B．不同长度的钢片安装在同一支架上制成的转速计，是利用了共振的原理
C．主动降噪技术利用的是波的衍射原理
D．机械波和光波一样都需要传播介质
15．如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC。光线垂直AB边射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射时的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是（　　）
A． B．
C． D．
二、填空题
16．光在发生折射时，折射光的速度与入射光的速度相等。 _____（判断对错）
17．“拂霞疑电落，腾虚状写虹”出自李世民的《咏兴国寺佛殿前播》，描述了虹这一自然现象。如图所示，虹是阳光经过空中的水滴时，再通过折射和反射形成的，其中a、b是两种不同频率的单色光，则在真空中a的传播速度______（选填“大于”、“等于”或“小于”）b的传播速度，b比a的波长更______（选填“长”或“短”）。
18．全息照相技术只能记录光波的强弱信息。( )
19．干涉条纹和光的波长之间的关系：
（1）亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的______；
（2）暗条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的______。
三、解答题
20．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（R为半圆形裁面的半径）。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，，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？并求出玻璃砖向左移动多远距离时光点的亮度或增强到最强或减弱到最弱。
21．如图所示，等腰三角形为某透明介质的横截面，为边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自点以角i入射，第一次到达边恰好发生全反射。已知，该介质的折射率为，光在真空中传播的速度。已知，求：
（1）光在该介质中的传播速度；（结果保留3位有效数字）
（2）入射角i。
22．如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求：
（1）从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值；
（2）距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
23．由透明介质制成的半圆柱光学元件，其横截面如图所示，半圆的圆心为.一单色细光束的入射角，折射光线在圆弧上的点（图中未画出）恰好发生全反射.已知该光束在圆弧上再经一次反射后从直径射出，元件对该光束的折射率，真空中的光速为。求光束
（1）在元件中传播速度的大小；
（2）从元件射出时的折射角。
24．半球形介质截面如图所示，O为圆心，单色光a、b 相互平行，从不同位置进入介质，光线a在O点恰好产生全反射，光钱b的入射角为，求：
(1)介质的折射率；
(2)光线b在介质中的折射角。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
若光在内芯和外套界面恰能发生全反射，则在端面入射时
在内芯与外套发生全反射时
解得
则光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角应满足
故选A。
2．A
【解析】
【详解】
A．a光的偏折程度较大，因此玻璃对a光的折射率较大，故A正确；
B．根据
可知，a光的传播速度比b光小，故B错误；
C．根据
可知，a光的临界角小，先消失，故C错误；
D．a光的折射率较大，频率较大，波长较短，更难发生衍射现象，故D错误。
故选A。
3．B
【解析】
【详解】
由题意画出光路图如图所示
根据光路图和反射定律可知
4θ=90°
即
θ=22.5°
在CD和AE界面上恰好发生全反射时，对应着五棱镜折射率的最小值n0，则
则该五棱镜折射率的应满足
故选B。
4．A
【解析】
【详解】
五棱柱与空气的界面临界角
光从面进入后，以的入射角射到面上发生全反射，接着又以的入射角射到面上，发生全反射后以的入射角射到面上，一部分以的折射角斜向下方从面射出，另一部分光反射后垂直于面射向面，一部分垂直射出，一部分原路返回，有部分以的折射角斜向上从面射出，还有一些原路返回从面原入射点垂直射出，综上所述，A错误，符合题意，BCD正确，不符合题意。
故选A。
5．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。
6．B
【解析】
【详解】
A．属于单缝衍射现象，A错误；
B．属于薄膜干涉现象，B正确；
C．属于光的偏振现象，C错误；
D．属于光的色散现象，D错误。
故选B。
7．B
【解析】
【详解】
A．甲图是小孔衍射的图样，故A错误；
B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度。若干涉条纹是直的干涉条纹则表明平面平整，故B正确；
C．图是双缝干涉原理图，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的偶数倍，则P是亮纹，若P到S1、S2的路程差是光的半波长的奇数倍，则P是暗纹，故C错误；
D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，故D错误。
故选B。
8．A
【解析】
【详解】
A．由图可知，光束b的折射角小于对光束c的折射角，根据折射定律
可得，玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，故A正确；
B．根据公式
可得，玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，则在玻璃砖中光束b的传播速度小于光束c的传播速度，故B错误；
C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，则光束b的频率大于对光束c的频率，根据
可知，在真空中光束b的波长小于光束c的波长，故C错误；
D．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，根据
可知，从玻璃射向真空时，光束c发生全反射的临界角大，故D错误。
故选A。
9．B
【解析】
【详解】
A．由折射定律可知，折射率越大，看起来越浅，即紫光灯看起来最浅，故A错误；
B．向人体内发射一定频率的超声波，被血管中的血液反射后，测得反射波频率的变化，即可知道血液的流速和血管的情况，这是利用了波的多普勒效应，故B正确；
C．光从浅水区射向深水区，传播方向的改变是因为光的折射，故C错误；
D．泊松亮斑的形成是因为光的衍射，故D错误。
故选B。
10．B
【解析】
【详解】
A．提高小灯泡的电压，增加亮度，对两条纹间的距离变化没有影响，A错误；
B．根据公式
将红色滤色片换为蓝色滤色片，波长变短，则可得两条纹间的距离变小，观察到的条紋数目增加，B正确；
C．根据公式
可知，换间距更小的双缝，两条纹间的距离变大，故观察到的条纹数目减小，C错误；
D．将遮光筒靠近透镜，对两条纹间的距离变化没有影响，D错误。
故选B。
11．B
【解析】
【详解】
AB．凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉条纹是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的，故A错误，B正确；
C．若平薄凸透镜的圆弧面曲率半径增大，则空气膜厚度变小，圆环状干涉条纹的间距将变大，故C错误；
D．若照射单色光的波长增大，则会造成相应条纹间距增大，故D错误。
故选B。
12．D
【解析】
【详解】
A．海市蜃楼是由于光的折射和全反射而产生的，故A正确，不符合题意；
B．防蓝光眼镜是通过在镜片表面镀上一层光学薄膜，通过对有害波段的蓝光发射，通过薄膜干涉减弱蓝光的通过率，故B正确，不符合题意；
C．全反射是光由光密介质进入光疏介质时发生的光学现象，光导纤维是利用了光的全反射原理，其内芯采用的是光密介质，外套采用光疏介质，故C正确，不符合题意；
D．当汽车的固频率等于减速带产生的驱动力频率时，汽车会发生共振，振动最强烈，并不是车速越快越容易发生共振，故D错误，符合题意。
故选D。
13．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。
14．B
【解析】
【详解】
A．光的偏振现象证明了光是横波，A错误；
B．不同长度的钢片安装在同一支架上制成的转速计，是利用了共振的原理，B正确；
C．主动降噪技术利用的是波的干涉原理，C错误；
D．光波不需要传播介质，D错误。
故选B。
15．A
【解析】
【详解】
如图所示，设光线入射到CD上的入射角为θ，因为光线在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，根据几何关系有
4θ=90°
解得
θ=22.5°
根据sin C=可得五棱镜的最小折射率为
故选A。
16．错误
【解析】
【详解】
[1]光的折射是当光从一种介质进入到另一种介质时发生的现象，根据
可知两种介质中光的传播速度不相等，故说法错误。
17． 等于 长
【解析】
【分析】
【详解】
[1]光速在真空中恒定，故a、b在真空中传播的速度相等；
[2]由题图可知，水滴对a的折射率大于对b的折射率，根据
可以确定b的波长比a的波长更长。
18．错误
【解析】
【详解】
全息相片的拍摄利用了光的干涉原理，全息照相技术不仅记录了光波的强弱信息，还记录了光波的相位信息，故错误。
19． 偶数倍 奇数倍
【解析】
【分析】
【详解】
略
20．（1）左，；（2）左移亮度减弱至消失，
【解析】
【详解】
（1）光线应向屏的左侧移动
（2）发生会反特的临界角
所以
C=37°
当玻璃砖左移时，入射角增大，折射角增大，所以光线左移。当增大到37°时发生全反射，以后折射光线消失，所以光，点左移亮度减弱至消失。移动距离由几何知识有

21．（1）；（2）45°
【解析】
【详解】
（1）光在该介质中的传播速度为
（2）由题意可知，光线在AB边的入射角恰好等于全反射临界角，为
根据几何关系可知光线在O点的折射角为
根据折射定律有
解得
22．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）如图
从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为l，设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有
由几何关系得
联立可得
（2）设与光轴相距的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为和，由折射定律有
设折射光线与光轴的交点为C，在中，由正弦定理有
由几何关系有
由题意，结合几何关系可得
则有
23．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）速度
解得
（2）光路图如图所示
点
解得
点
解得
点的入射角，即在点刚好发生全反射；因为和平行，所以光束从元件射出时的折射角为。
24．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)a光线发生刚好全反射
(2)b光线用折射定律
所以
γ=30°
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