第四章 光章末综合练 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修一 第四章 光 章末综合练
一、单选题
1．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
2．道威棱镜是医用内窥镜的重要组成部分，如图1所示，其截面ABCD为等腰梯形如图2所示，E、F分别是AC和AB的中点。一细光束平行AB边从E点射入，折射后射向F点。已知∠BAC=∠ABD=45°，CD边长和梯形的高分别为、a，不考虑光束的多次反射，则细光束（　　）
A．一部分在F点反射，一部分出射
B．AC面上的入射角逐渐减小至零，光束均不会从AB面射出
C．AC面上的入射点逐渐上移，光束将在BD面上发生全反射
D．AC面上的入射点逐渐上移，光束在棱镜中的传播时间变长
3．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－)
4．我们经常看到路边施工处挂有红色的灯，除了红色光容易引起人们的视觉反应外，这样做的另一个重要的原因是（　　）
A．红光比其他可见光更容易发生衍射
B．红光比其他可见光更容易发生干涉
C．红光比其他可见光频率更大
D．红光比其他可见光更容易发生反射
5．一束激光垂直照射在光屏上，形成一圆形光斑如图甲所示。现在光屏前放置一透明的玻璃圆柱体，让激光垂直圆柱体轴线入射，光束经过圆柱体后照射在光屏上，如图乙所示。则在光屏上观察到的光斑形状可能为（　　）
A． B．
C． D．
6．半径为R的半圆柱形透明材料的横截面如图所示，某实验小组将该透明材料的A处磨去少许，使一激光束从A处射人时能够沿AC方向传播。已知AC与直径AB的夹角为30°，激光束到达材料内表面的C点后同时发生反射和折射现象，从C点的出射光束恰与AB平行（图中未画出）。该材料的折射率为（　　）
A． B． C． D．
7．如图所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处。若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上，则激光应对着哪一位置射出（　　）
A．b的下方 B．b的上方
C．b处 D．无法确定
8．以下说法正确的是（　　）
A．单摆的周期公式是由伽利略研究并确定的
B．根据多普勒效应可知：当观察者与波源相互靠近时，接收到频率会变小
C．托马斯·杨利用光的双缝干涉实验，有力的证明了光是一种波
D．物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于物体的固有频率
9．物理课上，老师用铁丝弯成一个圆环，再把这个圆环浸在肥皂水中，然后将圆环提出液面，把带有肥皂膜的圆环竖直放置在阳光下观察，可以看到上疏下密的彩色条纹，如图所示。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．肥皂膜表面层分子间作用力表现为斥力
B．上疏下密的彩色条纹是肥皂膜前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜的厚度由上向下均匀增加
D．上疏下密的彩色条纹是由于光的衍射造成的
10．下列属于光的衍射现象的是（　　）
A．雨后的天空出现彩虹
B．光照射细金属丝，在其后放置的光屏上出现明暗相间条纹
C．在阳光照射下，肥皂泡呈现彩色条纹
D．白光通过棱镜在屏上呈现彩色光带
11．在杨氏双缝干涉实验中，如果（　　）
A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
C．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
12．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．
二、填空题
13．判断下列说法的正误。
（1）衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。( )
（2）只有波长长的光才发生明显的衍射现象。( )
（3）横波和纵波都能产生偏振现象。( )
（4）自然光通过偏振片可以获得偏振光。( )
14．如图所示，一束宽度为d的平行光射向截面为正三角形的玻璃三棱镜，入射光与AB界面夹角为45°，玻璃的折射率，光束通过三棱镜后到达与BC界面平行的光屏PQ。光从BC界面射出时与BC的夹角为_______，光屏PQ上光斑的宽度为_______。
15．利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图（b）中甲和乙两种图样。则甲应是______（选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距______（选填“变长”“变短”或“不变”）。
16．1834年，洛埃利用单面镜得到了光的干涉结果（称洛埃镜实验），光路原理如图所示，S为单色光源，M为一平面镜。S发出的光直接照射到光屏上与通过M反射的光叠加产生干涉条纹，当入射光波长变长，干涉条纹间距_________（选填“变大”“变小”或“不变”）；如果光源S到平面镜的垂直距离与到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹间距离_________。
17．如图，直径为d、长度的玻璃圆柱体，其中轴线为AB，一束光以入射角θ从A点射入，在侧面恰好发生全反射，经两次反射刚好传播到C点，已知光在真空中的传播速度为c，则该玻璃的折射率n=__________，入射角θ=__________，光从A传播到C的时间为__________。
三、解答题
18．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。
19．查阅资料，简述相对折射率和绝对折射率的定义。
20．一潜水员携带着一个点光源在足够深的海水中进行水下作业。
（1）若观察者发现点光源照亮的面积正在变大，则点光源（潜水员）是正在下沉还是上浮？
（2）若潜水员在海面下沿竖直方向以3m/s的速度匀速运动，测得海面被照亮的圆面的半径正以4m/s的速度均匀变化，求海水的折射率。
21．如图所示，深度为2m的游泳池充满水，泳池底部A点有一单色光源，A点距游泳池壁的距离为1.5m，某人走向游泳池，距游泳池边缘B点为2m时恰好看到光源，已知人的眼睛到地面的高度为1.5m，光在真空中传播速度为3×108m/s，求：
①游泳池中水对该单色光的折射率；
②光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间（保留两位有效数字）。
22．如图所示，某种透明材料制成的直角三棱镜，折射率，，在与边相距为d的位置，放置一平行于边的竖直光屏。现有一细光束射到棱镜面上的点，入射光线与面垂线的夹角为，的长度也为d，光在真空中的速度为c。试求：
（1）光在透明介质中的传播速度是多少？
（2）当且光束从面出射时，光屏上的亮斑与点间的竖直距离？
（3）当，光从P点出发经过多长时间能到达光屏？
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【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。
2．B
【详解】
A．由几何关系知，AC面上的折射角为
由
，
当光束射向F点时，入射角为67.5°将发生全反射，故A错误；
C．根据对称性，AC面上的入射点逐渐上移过程中，光束在BD面上的入射角均为22.5°，不会发生全反射，故C错误；
D．光束在棱镜中的光程相等，时间不变，故D错误；
B．当AC面上的入射角减小至零时，入射角为45°，仍将发生全反射，光束均不会从AB面射出，故B正确。
故选B。
3．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。
4．A
【详解】
红光的波长较长，频率较小，比其他可见光更容易发生衍射，更易被观察到。
故选A。
5．B
【详解】
激光束照在圆柱上，沿圆柱体轴上的光线即水平方向上的光线，经相同的入射角折射，两次折射后，同一水平方向上的光线折射偏转角度相同，光线平行，故在光屏上水平方向上的光斑宽度不变。
如图，竖直方向上光线通过圆柱体光线有会聚作用，根据光屏与圆柱玻璃柱的位置关系，光斑的长度可能变大，可能变小，也可能不变。由于图中的入射光束在圆心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈现在光屏的上部方。
综上所述，B有可能，ACD均不可能。
故选B。
6．C
【详解】
如图，设AC激光束在C处的入射角为，折射角为，则根据几何知识可知
由折射定律
解得
A BD错误；C正确。
故选C。
7．C
【详解】
人眼看到的是鱼的虚像，鱼“发出”的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知，当激光从a处向b处发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上。
故选C。
8．C
【详解】
A．伽利略最早发现了摆的等时性原理，后来惠更斯得出了单摆的周期公式，故A错误；
B．根据多普勒效应可知：当观察者与波源相互靠近时，接收到频率会变大，故B错误；
C．托马斯·杨利用光的双缝干涉实验，有力的证明了光是一种波，故C正确；
D．物体做受迫振动达到稳定后，物体振动的频率等于驱动力的频率，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．肥皂膜表面层分子间作用力表现为引力，A错误；
BD．该彩色条纹是薄膜干涉，是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确，D错误；
C．由于上疏下密可知，肥皂膜由上向下厚度增加的越来越快，C错误。
故选B。
10．B
【详解】
A．雨后的天空出现彩虹是光的折射现象，故A错误；
B．光照射细金属丝，在其后放置的光屏上出现明暗相间条纹，是光的衍射现象，故B正确；
C．在阳光照射下，肥皂泡呈现彩色条纹，是光的干涉现象，故C错误；
D．白光通过棱镜在屏上呈现彩色光带，是光的折射（色散）现象，故D错误。
故选B。
11．C
【详解】
A. 用白光作为光源，屏上将呈现彩色条纹，A错误；
B. 若仅将入射光由红光改为紫光，波长变短，则条纹间距一定变小，B错误；
C. 用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹，C正确；
D. 用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，红光和紫光的频率不同，不能发生干涉，屏上不会呈现彩色条纹，D错误。
故选C。
12．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。
13． 错误 错误 错误 正确
【详解】
（1）[1] 衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，但二者是不同的，单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距，而双缝干涉条纹等宽、等间距，故说法错误。
（2）[2]只要波的波长比障碍物或孔缝的尺寸大或相差不大时，就能发生明显的衍射现象，故说法错误。
（3）[3] 只有横波才能产生偏振现象，故说法错误。
（4）[4] 自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故说法正确。
14． 45°
【详解】
[1][2]设AB面的入射角为θ=45°，折射角为γ，光路如图所示
由
n＝
可得
γ＝30°
光线射到BC边时由几何关系可知入射角γ′＝30°，由折射定律
n＝
得
θ′＝45°
由几何关系知光斑的宽度
D＝
得
D＝
15． 衍射 变长
干涉条纹在光屏上观察到的图案是间距相等的条纹图象，而衍射条纹中，中间的亮纹的宽度最大。
【详解】
[1]干涉图样的条纹宽度相等，衍射图样的条纹宽度不等、中央最宽。故甲应是衍射图样，乙是干涉图样。
[2]干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距与波长成正比，若将蓝光换成红光，则波长变长，因此条纹间距也变长。
16． 变大
【详解】
[1]根据双缝干涉相邻条纹之间的距离公式
当增大，条纹间距增大。
[2]
相邻两条亮纹间距离
。
17．
【详解】
[1]设玻璃的折射率为n，临界角为C
解得
[2]根据折射定律
解得
[3]根据
光在玻璃中传播的路程为
光在玻璃中传播的时间为
解得
18．（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
19．见解析
【详解】
在几何光学中，当光从真空进入任一介质时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值n，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率，即
在几何光学中，光由介质1射入介质2时，其入射角的正弦值与折射角的正弦值之比，定义为介质2相对于介质1的相对折射率n12，即
20．（1）点光源正在下沉；（2）1.25
【详解】
（1）海面被点光源照亮的区域边缘光线恰好发生全反射，点光源照亮的面积正在变大，说明点光源正在下沉
（2）假设点光源正在下沉，下沉速度为3m/s，圆面的半径变化速度为4m/s，所以在1s时间内，点光源下沉的距离为3m，海面被照亮的圆面半径向右移动4m，作出光路图如图所示
设临界角为，则有
由几何关系可得
所以，海水的折射率为
21．①；②
【详解】
解：①光路如图所示，入射角α，折射角β
由折射定律
②该单色光在池水中传播速度为v
光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间
22．（1）；（2）；（3）
【详解】
(1)由，解得
(2)如图
光线在P点发生折射，则有
解得
解得折射角
设光线在BC面上入射角和折射角分别为和，由几何知识得
则
结合光路可逆原理得
所以光屏上的亮斑与P点间的竖直距离
(3) 当，时
，
段所用时间
段所用时间
光从P点出发到达光屏的时间
答案第1页，共2页
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