2021—2022学年物理粤教版（2019）选择性必修第一册第4章：光及其应用习题（word版含答案）

2021—2022学年物理粤教版（2019）选择性必修第一册第4章：光及其应用习题含答案
粤教版选择性必修第一册第4章：光及其应用
一、选择题。
1、在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体(　　)
A．比物体所处的实际位置高
B．比物体所处的实际位置低
C．跟物体所处的实际位置一样高
D．以上三种情况都有可能
2、（双选）对于光学部分的有关公式，下列说法正确的是(　　)
A．根据折射率的定义式＝n，测量折射率时，光应从空气(或真空)进入介质
B．根据折射定律＝n可知，n是折射率
C．根据公式n＝知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比
D．根据公式v＝fλ可知，同一介质中不同频率的光，v相同，f大则λ小
3、（双选）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为AB、BC的中点，则(　　)
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全发射
C．从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
4、如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹．已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为(　　)
A． B． C． D．
5、(多选)对于光的衍射的定性分析，下列说法正确的是(　　)
A．只有障碍物或孔的尺寸跟光波波长差不多，甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地观察到光的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
6、（双选）如图所示，一束光由空气射到透明介质球的A点，入射角为i，则(　　)
A．当i足够大时，在A点将发生全反射
B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射
C．无论i多大，在A点都不会发生全反射
D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
7、（双选）在光纤制造过程中，拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈圆台状，如图所示，已知此光纤长度为L，圆台对应底角为θ，折射率为n，真空中光速为c。现光从光纤下方垂直射入下台面，则(　　)
A．光从真空射入光纤，光的频率不变
B．光通过此光纤到达上台面的最短时间为
C．从上台面射出的光束一定是平行光
D．若满足sin θ>，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出
8、如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径(　　)
A．光线1　　　B．光线2 C．光线3 D．光线4
9、三种透明介质叠放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ两介质界面，发生折射，如图所示。设光在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这三种介质中的速率分别是v1、v2、v3，则它们速率的关系是(　　)
A．v1>v2>v3　　 B．v1>v3>v2 C．v1v1>v3
10、（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为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，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
11、（双选）在城市交通中，选用红灯表示禁止通行，其原因是(　　)
A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离远
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
12、（双选）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB′C′C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA′C′C的光线。下列说法正确的是(　　)
A．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE发出的单色光频率变小，AA′C′C面有光出射的区域面积将增大
D．若DE发出的单色光频率变小，AA′C′C面有光出射的区域面积将减小
二、填空题。
13、在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：
某同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′ 和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图所示。则他测出的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
14、图甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置，测得双缝到毛玻璃屏的距离l为0.2 m、双缝的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图样，其中1,2,3,4,5，…是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测量光的波长时观察到的情境，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观察装置上千分尺的读数为________mm，图丁是测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm。根据上面测出的数据可知，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm，计算波长的数学表达式λ＝________，被测光的波长为________ nm。
三、计算类综合题。
15、（计算类综合题）光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术．发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用．光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光．上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光．这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标．根据以上信息，回答下列问题：
(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中的波长是多少？
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
16、（计算题）用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm，在距离双缝为1.2 m 处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5 mm。
(1)求这种单色光的波长；
(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度最小应取多少？
17、（计算类综合题）如图所示，在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，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＝0.1 m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n＝。则：
(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥侧面的B点发生全反射；
(2)光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？(结果保留三位有效数字)
2021—2022学年物理粤教版（2019）选择性必修第一册第4章：光及其应用习题含答案
粤教版选择性必修第一册第4章：光及其应用
一、选择题。
1、在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体(　　)
A．比物体所处的实际位置高
B．比物体所处的实际位置低
C．跟物体所处的实际位置一样高
D．以上三种情况都有可能
【答案】A　
2、（双选）对于光学部分的有关公式，下列说法正确的是(　　)
A．根据折射率的定义式＝n，测量折射率时，光应从空气(或真空)进入介质
B．根据折射定律＝n可知，n是折射率
C．根据公式n＝知，介质的折射率与光在该介质中的传播速度成反比
D．根据公式v＝fλ可知，同一介质中不同频率的光，v相同，f大则λ小
【答案】AC　
3、（双选）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为AB、BC的中点，则(　　)
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全发射
C．从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
【答案】AC　
4、如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹．已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为(　　)
A． B． C． D．
【答案】D　
5、(多选)对于光的衍射的定性分析，下列说法正确的是(　　)
A．只有障碍物或孔的尺寸跟光波波长差不多，甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地观察到光的衍射现象
B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论
D．光的衍射现象说明了光具有波动性
【答案】ABD　
6、（双选）如图所示，一束光由空气射到透明介质球的A点，入射角为i，则(　　)
A．当i足够大时，在A点将发生全反射
B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射
C．无论i多大，在A点都不会发生全反射
D．无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射
【答案】CD　
7、（双选）在光纤制造过程中，拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈圆台状，如图所示，已知此光纤长度为L，圆台对应底角为θ，折射率为n，真空中光速为c。现光从光纤下方垂直射入下台面，则(　　)
A．光从真空射入光纤，光的频率不变
B．光通过此光纤到达上台面的最短时间为
C．从上台面射出的光束一定是平行光
D．若满足sin θ>，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出
【答案】AD　
8、如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径(　　)
A．光线1　　　B．光线2 C．光线3 D．光线4
【答案】A　
9、三种透明介质叠放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ两介质界面，发生折射，如图所示。设光在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ这三种介质中的速率分别是v1、v2、v3，则它们速率的关系是(　　)
A．v1>v2>v3　　 B．v1>v3>v2 C．v1v1>v3
【答案】B　
10、（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为相邻亮条纹的位置，c为中央亮条纹，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　
11、（双选）在城市交通中，选用红灯表示禁止通行，其原因是(　　)
A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离远
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
【答案】CD　
12、（双选）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB′C′C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA′C′C的光线。下列说法正确的是(　　)
A．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE发出的单色光频率变小，AA′C′C面有光出射的区域面积将增大
D．若DE发出的单色光频率变小，AA′C′C面有光出射的区域面积将减小
【答案】AC　
二、填空题。
13、在利用插针法测定玻璃折射率的实验中：
某同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′ 和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图所示。则他测出的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【答案】不变
14、图甲是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置，测得双缝到毛玻璃屏的距离l为0.2 m、双缝的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图样，其中1,2,3,4,5，…是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测量光的波长时观察到的情境，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观察装置上千分尺的读数为________mm，图丁是测第4号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________mm。根据上面测出的数据可知，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________mm，计算波长的数学表达式λ＝________，被测光的波长为________ nm。
【答案】0.510　1.485　0.325　　650
【解析】题图丙是测第1号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为0.5 mm＋0.01×1.0 mm＝0.510 mm，
题图丁是测第4号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为1 mm＋0.01×48.5 mm＝1.485 mm，
相邻两条亮条纹间的距离
Δx＝ mm＝0.325 mm，
根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，得λ＝，代入数据得λ＝ m＝6.5×10－7 m＝650 nm。
三、计算类综合题。
15、（计算类综合题）光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术．发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用．光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85 μm的单色光．上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06 μm的单色光．这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标．根据以上信息，回答下列问题：
(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中的波长是多少？
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
【答案】(1)1.56 μm　 (2)见解析。
【解析】(1)设信号频率为f，真空中的波长为λ0，c＝λ0f，光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出
λ0＝nλ＝1.47×1.06 μm＝1.56 μm.
(2)上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰。
16、（计算题）用某一单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离为0.25 mm，在距离双缝为1.2 m 处的光屏上，测得5条亮纹间的距离为7.5 mm。
(1)求这种单色光的波长；
(2)若用这种单色光照射到增透膜上，已知增透膜对这种光的折射率为1.3，则增透膜的厚度最小应取多少？
【答案】(1)3.9×10－7 m　 (2)7.5×10－8m
【解析】(1)根据公式Δx＝λ，得λ＝Δx
由题意知Δx＝
又L＝1.2 m，d＝0.25×10－3 m，x＝7.5×10－3 m
所以λ＝ m≈3.9×10－7 m。
(2)根据公式n＝，c＝λf，v＝λ′f，得n＝
所以λ′＝＝m＝3.0×10－7m
故增透膜的最小厚度d′＝λ′＝7.5×10－8m。
17、（计算类综合题）如图所示，在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，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＝0.1 m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n＝。则：
(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥侧面的B点发生全反射；
(2)光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？(结果保留三位有效数字)
【答案】(1)见解析　 (2)1.58×10－9 s
【解析】(1)全反射的临界角满足sin C＝＝
根据几何关系知光线1在圆锥的侧面B点的入射角为60°，大于全反射的临界角，所以光线1能在圆锥侧面的B点发生全反射。
(2)作出光线1的光路图如图所示，根据几何关系知BE＝EF＝r
所以总时间t＝＋≈1.58×10－9 s。