第四章：光及其应用 单元题（word版含答案）

2022春物理粤教版（2019）选择性必修第一册第4章：光及其应用同步题含答案
一、选择题。
1、（双选）如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是(　　)
A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率约为1.73
C．光在介质中的传播速度约为1.73×108 m/s
D．反射光线与折射光线成60°角
2、光在某种介质中传播时的速度为1.5×108 m/s，那么，光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为(　　)
A．60° B．45° C．30° D．75°
3、（双选）用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻明条纹的位置，c为中央明条纹，则(　　)
A．O到达a、b的路程差为零
B．M、N到达b的路程差为λ
C．O到达a、c的路程差为4λ
D．M、N到达e的路程差为2λ
4、(多选)下列说法正确的是(　　)
A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象
B．衍射现象的研究结果表明“光沿直线传播”只是一种近似规律
C．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象
D．隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，这是光的衍射现象
5、一个透明圆柱体的横截面如图所示，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点。已知入射光线到直径AB距离为R，R是圆柱体的半径。已知光在真空中的传播速度为c，则(　　)
A．该透明圆柱体介质的折射率为
B．该单色光从C点传播到B点的时间为
C．折射光线到B点时可能发生全反射
D．改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点
6、在水底的潜水员看来，水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是因为(　　)
A．水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中
B．水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中，其中折射角不可能大于48.5°
C．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射的原因不可能进入水中
D．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射的原因不可能进入潜水员的眼中
7、（双选）两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β)。下列结论正确的是(　　)
A．在水中的传播速度，光束a比光束b大
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．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大
8、为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为(　　)
A．r　　　 B．r C．r D．r
9、一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是(　　)
A．平行的、明暗相间的干涉条纹
B．环形的、明暗相间的干涉条纹
C．只能看到同颜色的平行反射光
D．一片黑暗
10、在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
11、（双选）如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC＝β，从点光源S发出的一细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与平面镜发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则(　　)
A．此棱镜的折射率为
B．此棱镜的折射率为
C．增大α角，光线有可能因在AC面上发生全反射无法射入棱镜
D．增大α角，无论α角多大，光线都能射入棱镜
12、如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气，当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ，已知棱镜的顶角为α，则棱镜对该单色光的折射率表达式为(　　)
A． B． C． D．
二、填空含实验题。
13、（实验选择题）在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm。若用频率f＝6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则(　　)
A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹
B．P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹
C．两点均出现亮条纹
D．两点均出现暗条纹
14、用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm，对准第4条时读数x2＝______mm。
(2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝________nm(保留三位有效数字)。
(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是(　　)
A．改用波长较短的光(如紫光)做入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．减小双缝间距
D．增大双缝间距
三、解答题。
15、（计算题）一足够大的水池深h＝ m，水池底部中心有一点光源S，其中一条光线斜射到水面上，其在水面上的反射光线和折射光线恰好垂直，并测得点光源S到水面反射点的距离L＝2 m。求：
(1)水的折射率n；
(2)水面上能被光源照亮部分的面积(取π＝3)。
16、（计算题）如图所示，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
17、（计算题）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。
(1)求棱镜的折射率；
(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
2022春物理粤教版（2019）选择性必修第一册第4章：光及其应用同步题含答案
一、选择题。
1、（双选）如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是(　　)
A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率约为1.73
C．光在介质中的传播速度约为1.73×108 m/s
D．反射光线与折射光线成60°角
【答案】BC　
2、光在某种介质中传播时的速度为1.5×108 m/s，那么，光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为(　　)
A．60° B．45° C．30° D．75°
【答案】C　
3、（双选）用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻明条纹的位置，c为中央明条纹，则(　　)
A．O到达a、b的路程差为零
B．M、N到达b的路程差为λ
C．O到达a、c的路程差为4λ
D．M、N到达e的路程差为2λ
【答案】BD　
4、(多选)下列说法正确的是(　　)
A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象
B．衍射现象的研究结果表明“光沿直线传播”只是一种近似规律
C．用平行的单色光垂直照射不透明的小圆板，在圆板的后面发现圆板阴影中心处有一亮斑，这是光的干涉现象
D．隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒，这是光的衍射现象
【答案】ABD　
5、一个透明圆柱体的横截面如图所示，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点。已知入射光线到直径AB距离为R，R是圆柱体的半径。已知光在真空中的传播速度为c，则(　　)
A．该透明圆柱体介质的折射率为
B．该单色光从C点传播到B点的时间为
C．折射光线到B点时可能发生全反射
D．改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点
【答案】B　
6、在水底的潜水员看来，水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是因为(　　)
A．水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中
B．水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中，其中折射角不可能大于48.5°
C．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射的原因不可能进入水中
D．水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射的原因不可能进入潜水员的眼中
【答案】B　
7、（双选）两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β)。下列结论正确的是(　　)
A．在水中的传播速度，光束a比光束b大
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．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大
【答案】AC　
8、为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为(　　)
A．r　　　 B．r C．r D．r
【答案】A　
9、一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是(　　)
A．平行的、明暗相间的干涉条纹
B．环形的、明暗相间的干涉条纹
C．只能看到同颜色的平行反射光
D．一片黑暗
【答案】B　
10、在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是(　　)
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
【答案】A　
11、（双选）如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC＝β，从点光源S发出的一细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与平面镜发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则(　　)
A．此棱镜的折射率为
B．此棱镜的折射率为
C．增大α角，光线有可能因在AC面上发生全反射无法射入棱镜
D．增大α角，无论α角多大，光线都能射入棱镜
【答案】AD　
12、如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气，当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ，已知棱镜的顶角为α，则棱镜对该单色光的折射率表达式为(　　)
A． B． C． D．
【答案】A　
二、填空含实验题。
13、（实验选择题）在双缝干涉实验中，光屏上P点到双缝S1、S2的距离之差ΔS1＝0.75 μm，光屏上Q点到双缝S1、S2的距离之差ΔS2＝1.5 μm。若用频率f＝6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，则(　　)
A．P点出现亮条纹，Q点出现暗条纹
B．P点出现暗条纹，Q点出现亮条纹
C．两点均出现亮条纹
D．两点均出现暗条纹
【答案】B　
14、用双缝干涉测光的波长，实验装置如图甲所示。已知单缝与双缝间的距离L1＝100 mm，双缝与屏的距离L2＝700 mm，双缝间距d＝0.25 mm。用测量头来测量亮纹中心的距离。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准亮纹的中心(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮纹的中心时，手轮上的读数如图丙所示，则对准第1条时读数x1＝2.190 mm，对准第4条时读数x2＝______mm。
(2)根据以上条件，可算出这种光的波长λ＝________nm(保留三位有效数字)。
(3)在双缝干涉实验中发现条纹太密，难以测量，下列操作中可以使条纹变稀疏的是(　　)
A．改用波长较短的光(如紫光)做入射光
B．增大双缝到屏的距离
C．减小双缝间距
D．增大双缝间距
【答案】(1)7.870　 (2)675　 (3)BC
【解析】(1)固定刻度为7.5 mm，可动刻度为37.0×0.01 mm＝0.370 mm，所以最终读数为x2＝7.5 mm＋0.370 mm＝7.870 mm。
(2)相邻亮条纹的间距为Δx＝＝ mm≈1.89 mm，根据Δx＝λ，得波长为λ＝＝ m＝675 nm。
(3)根据Δx＝λ可知，要使条纹变稀疏，可减小双缝间距，增大双缝到屏的距离，或增大入射光的波长，故B、C正确。
三、解答题。
15、（计算题）一足够大的水池深h＝ m，水池底部中心有一点光源S，其中一条光线斜射到水面上，其在水面上的反射光线和折射光线恰好垂直，并测得点光源S到水面反射点的距离L＝2 m。求：
(1)水的折射率n；
(2)水面上能被光源照亮部分的面积(取π＝3)。
【答案】(1)　 (2)4.5 m2
【解析】(1)设入射角、反射角、折射角分别为α、θ和β，如图所示，由几何关系知
cos α＝＝，解得α＝30°。
由反射定律可知θ＝α＝30°，
则β＝90°－θ＝60°。
由折射定律可知n＝＝。
(2)设点光源S射向水面的光线发生全反射的临界角为C，则sin C＝＝，所以tan C＝，
由几何关系可知＝tan C，
解得|AB|＝，
所以水面被照亮部分的面积S＝π×|AB|2＝4.5 m2。
16、（计算题）如图所示，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。
【答案】1.43
【解析】如图所示：
根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射。设光线在半球面的入射角为i，折射角为r。由折射定律，有
sin i＝nsin r①
由正弦定理，有
＝②
由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系，有sin i＝③式中L是入射光线与OC的距离。
由②③式和题给数据得
sin r＝④
由①③④式和题给数据得
n＝≈1.43。
17、（计算题）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。
(1)求棱镜的折射率；
(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。
【答案】(1) 　(2)
【解析】(1)光路图及相关量如图所示。
光束在AB边上折射，由折射定律得＝n①
式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知α＋β＝60°②
由几何关系和反射定律得β＝β ′＝∠B③
联立①②③式，并代入i＝60°得n＝。④
(2)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得＝n⑤
依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且sin θc＝⑥
由几何关系得θc＝α′＋30°⑦
由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sin i′＝。⑧