第四章光及其应用 单元测试（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．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
2．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是（　　）
A．在冰晶中，b光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
3．如图所示，在一个空长方体箱子的左侧壁刻上双缝，当把一个钠光灯照亮的狭缝放在箱子左边时，在箱子的右侧内壁上产生干涉条纹。如果把箱子用透明的油灌满，条纹的间距将（　　）
A．保持不变 B．减小
C．可能增加 D．增加
4．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
5．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108m/s，sin53°=0.8，cos53°=0.6。则（　　）
A．光在该有机玻璃中的传播速度为1.875×108m/s
B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8
C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°
D．若将该材料做成长300km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3s
6．双缝干涉时测得相邻两条亮纹中心的距离为2.372mm。已知双缝间距为，双缝到屏的距离为0.800m，则光的波长为（ ）
A．593nm B．653nm C．693nm D．723nm
7．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．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．镀膜后，望远镜的镜头透入光的亮度增强
D．医院手术室使用无影灯
8．以下关于物理常识，描述正确的是（　　）
A．白光通过三棱镜在屏上出现彩色光带，属于衍射现象
B．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性
C．光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，光完全不能通过偏振片
D．产生多普勒效应的原因是波源频率发生了变化
9．真空中有一个透明圆柱体，其横截面的半径为R，如图所示，现有两束平行且相距为d=R的同种单色光相对于圆心O对称地照射到圆上，两束光线分别经一次折射后相交于圆周上同一点，则圆柱体对单色光的折射率是（　　）
A． B． C． D．
10．双缝干涉实验装置的截面图如图所示，O点为、连线中垂线与光屏的交点，光源发出的波长为的光，O点出现亮条纹。现在右侧垂直放置一块玻璃片，玻璃对该波长光的折射率为1.5，不计光在玻璃片表面的反射，要使O点仍出现亮条纹，则玻璃片的厚度可能是（　　）
A． B． C． D．
11．以下现象属于光的衍射的是（ ）
A．白光照射水面油膜呈现彩色图样
B．白光经过三棱镜得到彩色图样
C．透过手指缝观察落日看到彩色图样
D．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
12．煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝后面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。下列说法正确的是（　　）
A．若屏的正中央是亮纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯
B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯
C．如果屏上干涉条纹不停移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定
D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变大
13．雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。把空气中的水滴理想化为球形，太阳光从左侧射入水滴，a、b是其中的两条出射光线（a是紫光，b是红光），a、b两光在射出水滴时的入射角分别为α、β，如图所示。则a、b两束光在水滴中的传播时间之比为（　　）
A． B． C． D．
14．“垂钓绿湾春，春深杏花乱。潭清疑水浅，荷动知鱼散。”是唐代诗人储光羲的诗作《钓鱼湾》中的诗句，其中“潭清疑水浅”是由于发生了（　　）
A．光的反射 B．光的折射
C．光的干涉 D．光的衍射
15．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
二、填空题
16．如图所示，MN是一条通过透明半球体球心的直线，现有一束由两种单色细光束组成的复色光AB平行MN射向球体，经透明半球体的作用后分裂为两束，其中a光束与MN的夹角为30°，b光束与MN的夹角为15°，已知AB与MN间的距离为半径的一半。则该透明半球体对a光的折射率为______。若让这两束单色光分别通过同一双缝干涉装置后，条纹间距较宽的是______ （填“a”或“b”）光。
17．在光的折射现象中，光路是______的，如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会______原来的入射光线发生折射。
18．在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹。彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射，再折射后形成的。光的折射发生在两种不同介质的______上，不同的单色光在同种均匀介质中传播速度_________。
19．全息照相
（1）与普通照相技术的比较
普通照相技术所记录的只是光波的______信息，而全息照相技术还记录了光波的______信息；
（2）原理：全息照片的拍摄利用了光的______原理。
三、解答题
20．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）
21．如图所示，一个三棱镜的截面为等边三角形，其边长为L，一束光线从AB边的中点平行于BC边射入三棱镜，进人棱镜后恰好在AC边发生全反射，光在真空中的速度为c。求：
（1）该棱镜材料的折射率n；
（2）光从AB边传播到AC边的时间t。
22．如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出（不考虑顶点B），已知这部分光照射圆弧AC的弧长为，光在真空中传播速度为c。求：
（1）该材料的折射率；
（2）直接从AB、BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长时间。
23．如图所示是半径为R的半圆柱体玻璃砖的横截面，OD为直径，一束由a光和b光组成的复色光从A点以θ=60°的入射角由真空从OD面射入玻璃，a光和b光的折射光分别射到半圆弧的B、C点，其中B点是半圆弧OD的三等分点，C点是半圆弧OD的中点。光在真空中传播速度为c。求：
（1）a、b两种单色光的折射率之比；
（2）单色光a在玻璃砖中传播的时间。
24．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。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．B
【详解】
A．由题图乙可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由知，在冰晶中a光的传播速度较大，故A错误；
B．由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，可知a光的波长大于b光的波长，根据可知通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，故B正确；
C．同种玻璃对a光的折射率较小，由临界角公式可知，a光发生全反射的临界角较大，故C错误；
D．用同一装置做单缝衍射实验，由于a光的波长较长，故a光的中央亮条纹更宽，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
箱子灌满油时，折射率增大，根据
v=
可知光速减小，根据
v=λf
可知光的波长减小，根据干涉条纹间距公式
Δx=λ
可知条纹间距减小，故ACD错误，B正确。
故选B。
4．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。
5．A
【详解】
AB．根据折射定律得
则光在该有机玻璃中的传播速度为
=1.875×108m/s，
故A正确，B错误；
C．根据得
所以发生全反射的临界角不是53°，故C错误；
D．当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的最短时间
=1.6×10-3s
故D错误。
故选A。
6．A
【详解】
根据
解得
故选A。
7．B
【详解】
A．雨过天晴时，在天空常出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而形成的，A错误；
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，B正确；
C．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，增透膜利用的是光的干涉，C错误；
D．医院手术室使用无影灯利用的是光的直线传播，D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．白光通过三棱镜在屏上出现彩色光带属于光的色散，A错误；
B．激光全息照相是利用了激光相干性好，获得两频率相同的光，从而进行光的干涉，B正确；
C.光的振动方向与偏振片的透振方向垂直时，光完全不能通过偏振片，C错误；
D．产生多普勒效应的原因是观察者与波源的相对运动导致接收到的波的频率发生变化，D错误。
故选B。
9．B
【详解】
光路图如图
由几何关系
故
又因为
故
所以折射率为
故选B。
10．A
【详解】
假设玻璃片的厚度为，从、向点传播的两列光，经过玻璃片和同样厚度的真空形成的时间差等于周期的整数倍，则点振动加强，形成亮条纹，光在玻璃中的传播速度为
根据题意有
（，，……）
联立解得
（，，……）
选项A正确，BCD错误；
故选A。
11．C
【详解】
A．白光照射水面油膜呈现彩色图样，是光的干涉现象，A错误；
B．白光通过三棱镜形成彩色光带，是光的色散现象，B错误；
C．透过手指缝观察落日看到彩色图样，是光的衍射现象，C正确；
D．白光经过杨氏双缝得到彩色图样，是光的干涉现象，D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．如果容器A、B中气体相同，则折射率相同，到屏的中央光程相同，所以中央为亮纹，若B中含有瓦斯，但是到屏的中央光程恰好相差波长的整数倍，中央也为亮纹，故B中可能含瓦斯，也可能不含，A错误；
B．如果屏中央为暗纹，则A、B中气体的折射率一定不同，B中含有瓦斯，B错误；
C．条纹不停地移动，则B中气体的折射率在变化，即瓦斯含量不稳定，C正确；
D．用频率更大的单色光照射单缝时，波长变短，干涉条纹间距变小，D错误。
故选C。
13．D
【详解】
设太阳光射入水滴时的入射角为i，水滴对a、b两束光的折射率分别为、，根据几何关系知，太阳光射入水滴时，a、b两束光的折射角分别为、，所以有
设水滴的半径为R，a光在水滴中的传播速度为，传播路径长为，传播时间为，b光在水滴中的传播速度为，传播路径长为，传播时间为，有
由
则
解得
故选D。
14．B
【详解】
“潭清疑水浅”是诗人看到的水底是光从水中斜射入空气中时产生折射形成的虚像，属于光的折射，像的位置比实际位置要浅，所以看上去水底浅，ACD错误，B正确。
故选B。
15．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。
16． b
【详解】
[1]作出a、b两单色光束的出射光线如图所示：
由几何关系知两单色光的入射角都为
r=30°
a光、b光的折射角分别为
i=60°，θ=45°
由可得a、b两单色光折射率分别为
[2]由于在同一透明半球体中折射率大的色光波长短，因此
又光通过双缝干涉装置后的条纹间距为
故b光的干涉条纹间距较宽。
17． 可逆 逆着
【详解】
略
【点睛】
18． 界面 不相同
【详解】
[1]光的折射发生在两种不同介质的界面上；
[2]不同的单色光在同种均匀介质中传播速度不相同。
19． 强弱 相位 干涉
【详解】
（1）[1][2]普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的相位信息。
（2）[3]全息照片的拍摄利用了光的干涉原理。
20．（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
21．（1）；（2）
【详解】
（1）如图所示
作出几何光路图，由已知条件可得
解得
（2）设光从AB边传播到AC边在三棱镜中的路程为x，光在三棱镜中的传播速度为v，结合正弦定理有
又
解得
22．（1）n＝2；（2）
本题考查光的折射定律；考查学生空间想象能力；考查物理观念和科学思维。
【详解】
（1）设弧长为的圆弧所对应的圆心角为，则
根据几何知识，全反射的临界角为
C＝30°
根据全反射条件
解得
n＝2
（2）直接从AB、BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长路径的长度
光在此光学元件中传播的速度
光在此光学元件中传播的最长时间
解得
23．（1）；（2）
【详解】
(1)分别连接半圆圆心O′与B、C两点，如图所示
由于B为圆弧OD三等分点，C为圆弧OD中点，可得
∠OO′B=60°
∠OO′C=90°
根据几何关系，可知
a光线的折射角
r1=30°
b光线的折射角
r2=45°
a的折射率
b的折射率
解得
(2)a光的折射率为
a光的临界角为
则有
可知
光路如图所示
根据几何关系可知
∠OBO′=60°
可知a光在B点发生全反射，同理可得a光在E点发生全反射，a光在D点射出半圆柱体玻璃砖，易知光在半圆柱体玻璃砖经过的路程为
光的传播速度为
单色光a在玻璃砖中传播的时间
24．（1）；（2）
【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
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页