第四章光及其应用 单元测试（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．如图所示为一玻璃圆柱体，其模截面半径为5cm。在圆柱体中心轴线上距左端面2cm处有一点光源A，点光源可向各个方向发射单色光，其中从圆柱体左端面中央半径为cm圆面内射入的光线，恰好都不能从圆柱体侧面射出。则玻璃对该单色光的折射率为（　　）
A． B．
C． D．
2．某同学在测玻璃折射率时，把玻璃砖一边与aa′对齐，但另一条边bb′画得明显过宽，该同学在aa′一侧观察，其它操作符合要求，引起的误差及测量结果正确表述是（　　）
A．折射角偏大，折射率比真实值小
B．折射角偏小，折射率比真实值大
C．折射角偏大，折射率比真实值大
D．折射角偏小，折射率比真实值小
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．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（　　）
A．全息照相是利用光的干涉
B．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振
C．在光导纤维内传送图像是利用光的色散
D．利用激光亮度高的特点可以测量月球到地球的距离
5．在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为（　　）
A．0.5r B．r C．1.5r D．2.0r
6．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
7．通过“啁啾激光脉冲放大技术（CPA）”可以获得超强超短激光，为开展极端物理条件下物质结构、运动和相互作用等研究提供了科学基础。超强超短激光经聚焦后最高光强可以达到1022 W/cm2～1023 W/cm2，是已知的最亮光源。已知太阳辐射的总功率约为4×1026W。如图所示，啁啾激光脉冲放大技术原理可以简化为：利用色散将脉冲时长为飞秒（10-15s）级激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽；展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取激光介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值。根据以上信息，下列说法错误的是（　　）
A．激光脉冲通过展宽器在时间上进行展宽，其频率不变
B．利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术，用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点。
C．超强超短激光经聚焦后最高光强相当于将单位时间内太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上
D．通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光与输入激光能量几乎相同
8．长度测量是光学干涉测量最常见的应用之一。如要测量某样品的长度，较为精确的方法之一是通过对干涉产生的条纹进行计数；若遇到非整数干涉条纹情形，则可以通过减小相干光的波长来获得更窄的干涉条纹，直到得到满意的测量精度为止。为了测量细金属丝的直径，把金属丝夹在两块平板玻璃之间，使空气层形成尖劈，金属丝与劈尖平行，如图所示。如用单色光垂直照射，就得到等厚干涉条纹，测出干涉条纹间的距离，就可以算出金属丝的直径。某次测量结果为：单色光的波长λ=589.3nm，金属丝与劈尖顶点间的距离L=28.880mm，其中30条亮条纹间的距离为4.295mm，则金属丝的直径为（　　）
A．4.25×10-2mm B．5.75×10-2mm C．6.50×10-2mm D．7.20×10-2mm
9．折射率的直角玻璃三棱镜截面如图所示，一条光线从AB面入射，入射角为i（图中未标出），ab为其折射光线，ab与AB面的夹角，则（　　）
A．i=45°，光在AC面上不发生全反射
B．i=45°，光在AC面上发生全反射
C．i=30°，光在AC面上不发生全反射
D．i=30°，光在AC面上发生全反射
10．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°
11．平行玻璃砖的厚度为d，折射率为n，一束光线以入射角α射到玻璃砖上，出射光线相对于入射光线的侧移距离为Δx，如图所示，则Δx决定于下列哪个表达式(　　)
A．Δx＝d(1－)
B．Δx＝d(1－)
C．Δx＝dsin α(1－)
D．Δx＝dcos α(1－)
12．一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为，横截面如图所示，O表示半圆柱形截面的圆心。半圆柱对称轴OP上有一发光点S，距离圆心O为，当某角度的强度值很小时，，圆的弦长可以近似代替弧长。当沿着PO方向观察时，实际观察到的发光点S到P点的距离为（　　）
A． B． C． D．
13．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．
14．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
15．用白炽灯通过双缝干涉实验装置得到彩色干涉条纹，若在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　）
A．干涉条纹消失 B．中央条纹变成红色
C．中央条纹变成暗条纹 D．彩色条纹中的红色条纹消失
二、填空题
16．观察全反射现象
如图让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验现象
随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐___________；
折射光线亮度逐渐___________；
反射角逐渐___________；
反射光线亮度逐渐___________；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，___________。
全反射的定义
全反射：___________，___________，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于90°角时的入射角叫做临界角。用C表示。
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：___________
临界角的正弦值：___________
17．如图所示为一块直角三角形玻璃砖，，一束光线从真空中平行于BC由AB面的D点射入玻璃砖，折射角为30°，则光束在此玻璃砖内传播的速度为______，光束在玻璃砖内经AC面反射，______（填“能”或“不能”）从BC面射出。（已知真空中的光速为c）
18．（1）阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。( )
（2）无线电波不能发生干涉和衍射现象。( )
19．想一想：水中的气泡看上去特别明亮，这是为什么呢？
光疏介质和光密介质
光疏介质：两种介质中折射率______的介质叫做光疏介质；
光密介质：两种介质中折射率______的介质叫做光密介质；
玻璃相对于水是______介质；
玻璃相对于金刚石是______介质。
三、解答题
20．半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图所示，O为圆心，光线从E点射入玻璃砖，当时，光线恰好在玻璃砖上表面发生全反射；当时，光线从玻璃砖上表面F点射出，且从F点处射出的光线与从E点入射的光线平行。已知光在真空中的传播速度为c，求：
（1）玻璃砖的折射率；
（2）光线从E点传播到F点所用的时间。
21．如图所示，在某液体内部有一边缘厚度不计、高度为d、内部为真空的透明长方体。现有一束由红光和紫光组成的宽度为的平行复色光，以的入射角射向长方体上表面。已知该种液体对红、紫光的折射率分别为和，，，则：
（1）红光和紫光在第一个分界面上的折射角；
（2）d至少多大时从下表面射出的红光和紫光能够分离？（保留三位有效数字）
22．国内最长的梅溪湖激光音乐喷泉，采用了世界一流的灯光和音响设备，呈现出震撼人心的万千变化。喷泉的水池里某一射灯发出的一细光束射到水面的入射角α=37°，从水面上出射时的折射角γ= 53°。
（1）求光在水面上发生全反射的临界角的正弦值；
（2）该射灯（看做点光源）位于水面下h= m 处，求射灯照亮的水面面积（结果保留2位有效数字）。
23．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。
24．如图所示，△ABC为直角三角形棱镜的横截面，∠ABC＝30°。有一细光束MN射到AC面上，且MN与AC面的夹角也为30°，该光束从N点进入棱镜后再经BC面反射，最终从AB面上的O点射出，其出射光线OP与BC面平行。
（1）作出棱镜内部的光路图（不必写出作图过程）；
（2）求此棱镜的折射率；
（3）若AC边长为l，N点为AC边中点，求光线在玻璃中传播的时间。（已知光速为c）
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
如图所示
光线从圆柱体左端面射入，在圆柱体侧面发生全反射，由几何关系得
由折射定律得
全反射的临界条件
联立解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
2．A
【详解】
如图所示
实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据
因此测得的折射率偏小。
故选A。
3．D
【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
【详解】
A．全息照相是利用光的干涉，全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片，两束光在感光片上叠加产生干涉，A正确；
B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，B错误；
C．在光导纤维内传送图像是利用光的全反射，C错误；
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离，D错误。
故选A。
5．D
【详解】
全反射的临界角
故光线在玻璃中会发生全反射，光路图如图所示，
由图中几何关系可得
解得
选项D正确，ABC错误；
故选D。
6．A
【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。
7．D
【详解】
A．激光脉冲通过展宽器改变的是传播速度，而不改变频率；A正确；
B．利用CPA技术获得的超短超强激光脉冲可用于眼部手术，用激光做“光刀”是利用激光平行度好的特点。B正确；
C．书桌的面积大致为60cm×60cm，因此太阳辐射总能量聚焦到一张书桌上的广强相当于
C正确；
D．通过“展宽后的脉冲经过激光增益介质放大，充分提取激光介质的储能；最后使用压缩器将脉冲宽度压缩至接近最初的脉宽值”可知，通过“啁啾激光脉冲放大技术”获得的激光的能量要大于输入激光能量。D错误。
故选D。
8．B
【详解】
劈尖形空气层如图所示
距劈尖x处空气层厚度为y，由几何关系得
出现明条纹的空气层厚度满足
则相邻两明纹间距为
解得
故选B。
9．B
【详解】
由折射定律得
解得
根据
解得
由于光线在AC面上的入射角为60°，所以光线ab在AC面上一定发生全反射，不能从AC面上折射出去。
故选B。
10．A
【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。
11．C
【详解】
由于Δx随厚度d、入射角α、折射率n的减小而减小，因此若将d、α、n推向极端，即
当α＝0时
Δx＝0
d＝0时
Δx＝0
n＝1时
Δx＝0
考查四个选项中能满足此三种情况的只有C项，ABD错误，C正确。
故选C。
12．A
【详解】
作出光路图如图所示
则有
在中根据正弦定理得
在中根据正弦定理
联立解得
当某角度的弧度值很小时，，圆的弦长可以近似代替弧长，即
联立解得
13．A
【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。
14．A
【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。
15．B
【详解】
A．加上红色滤光片后，在双缝中得到是频率相同的红光，因此能发生干涉现象，干涉条纹仍然存在，故A错误；
B．加上红色滤光片后，发生干涉的是红光，故中央条纹变成红色，故B正确；
C．在中央条纹，满足光程差为零，则是明条纹，并不会变成暗条纹，故C错误；
D．得到白光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上红色滤光片，通过光缝的光是红光，由于红光的频率相同，则能发生干涉，但不是彩色条纹，而是明暗相间的红色条纹，故D错误。
故选B。
16． 增大 变暗 增大 变亮 光线将全部反射回光密介质中 当入射角增大到某一角度时 折射光线消失
【详解】
[1][2][3][4][5] 随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐增大；
折射光线亮度逐渐变暗；
反射角逐渐增大；
反射光线亮度逐渐变亮；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，光线将全部反射回光密介质中
[6][7] 全反射：当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，光线全部被反射回原光密介质的现象。临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于90°角时的入射角叫做临界角。用C表示。
[8][9] 发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得
临界角的正弦值
17． 不能
【详解】
[1]
根据几何关系，入射角
由折射定律有
代入数据解得
光束在玻璃砖内传播的速度
[2]全反射临界角C满足
光束由AC面反射后，根据几何关系到达BC面时与法线夹角为60°
会发生全反射，故不能从BC面射出。
18． 错误 错误
【详解】
（1）[1]阳光下茂密树荫中地面上的圆形亮斑是小孔成像，是光的直线传播形成的，该说法错误。
（2）[2]干涉和衍射是波特有的现象，即无线电波也能发生干涉和衍射现象，该说法错误。
19． 小 大 光密 光疏
【详解】
[1]光疏介质：两种介质中折射率小的介质叫做光疏介质。
[2]光密介质：两种介质中折射率大的介质叫做光密介质。
[3]光在玻璃中的折射率大于水中的折射率，玻璃相对于水是光密介质。
[4]光在玻璃中的折射率小于金刚石中的折射率，玻璃相对于金刚石是光疏介质。
20．（1）n=；（2）
【详解】
（1）设，当时，光线恰好在玻璃砖表面发生全反射，此时有
当时，光线的光路图如图所示
因为从F点的出射光线与从E点的入射光线平行，由几何关系可知垂直，由几何关系得
在中有
在E点处，由折射定律得
联立各式得
（2）光线在玻璃砖中的传播速度为
两点间的距离为
光线从E点传播到F点所用的时间为
21．（1）53°；60°；（2）12.5cm
【详解】
（1）设红光的折射角为，紫光的折射角为，则
解得
，
（2）如图所示，由几何关系得
解得
22．（1）；（2）28 m2
【详解】
（1）水对光的折射率
对应的临界角为C
sin C=
（2）由空间对称可知，水面被照亮的部分是一圆面。设圆的半径为R，则
sin C=
解得
R=3 m
S=πR2=9π m2=28 m2.
23．（1）；（2）45°
【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
24．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）如图所示光路
（2）设光在N点的入射角为i，折射角为r，光在Q点的入射角为，则光在Q点的反射角为，在O点的入射角为r，折射角为i，由几何关系得
在三角形BOQ中,其中∠B=30°
联立可得
i=60°，r=30°
由折射定律知，三棱镜材料的折射率
（3）
由几何关系可知
，，
由几何关系可知
∠BQO=30°=∠B
故三角形BOQ为等腰三角形，可得
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页