高二下学期物理人教版（2019版）选择性必修一 第四章 光 单元检测（A卷）

第四章 光 单元检测（A卷）
一、单选题
1．利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样．下列关于P处放置的光学元件说法正确的是
A．甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
2．某同学在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05mm的窄缝，使用激光器作光源，进行光的衍射实验，如图所示．则他在光屏上看到的条纹是下面图中的
A． B． C． D．
3．下列说法不正确的是（　　）
A．戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象
C．激光全息照相时利用了激光相干性好的特性
D．激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性
4．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝、的路程差为7.5×10-7m，如果用频率为6.0×1014 Hz的单色光照射双缝，则（　　）
A．单色光的波长是2×10-7m；P点出现暗条纹
B．单色光的波长是2×10-7m；P点出现亮条纹
C．单色光的波长是5×10-7m；P点出现暗条纹
D．单色光的波长是5×10-7m；P点出现亮条纹
5．如图所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行。由光S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上。在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是（　　）
A．左紫右红，紫光 B．左红右紫，紫光
C．左紫右红，红光 D．左红右紫，红光
6．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )
A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹.
B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大.
D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
7．如图所示为一个用折射率n=2.15的透明介质做成的四棱镜的横截面图。其中∠A=∠E=90°，∠B=60°，现有一条光线从图中所示的位置垂直入射到棱镜的AB面上，则该光在棱镜中传播的过程中，不考虑在一个界面多次反射的情形，下列说法正确的是（　　）
A．发生2次全反射 B．发生3次全反射
C．只有一个界面有光线射出来 D．在两个界面有光线射出来
8．与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的．小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是
A．地球上有人用红色激光照射月球
B．太阳照射到地球的红光反射到月球
C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹
二、多选题
9．一个半径较大的透明玻璃球体，截取其下面的一部分，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．平行的明暗相间的直干涉条纹
B．环形的明暗相间的干涉条纹
C．环形明暗相间条纹从中心向外越来越密
D．只能看到同颜色的平行反射光
10．“测量玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，和分别是玻璃砖与空气的两个界面。如图所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针和，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针和，在插和时，应使（ ）
A．只挡住的像 B．只挡住的像
C．同时挡住、的像 D．挡住、的像和
11．“钻石恒久远，一颗永流传”．钻石本身不会发光，只有经过人工打磨出固定的棱角，加之材料折射率大，光线经钻石折射进入人眼才让人觉得钻石璀璨无比．现由、两种单色光组合而成的复合光射入某颗钻石内，光路如图所示，则
A．光折射率大于光折射率
B．光在钻石内的速度大于光在钻石内的速度
C．用同一套装置做双缝干涉实验，光的条纹间距比光的大
D．若光照射某金属不能产生光电效应，而光一定可以（产生）
三、实验题
12．在用双缝干涉测光的波长的实验中,准备了下列器材:
A．白炽灯 B．双缝片 C．单缝片 D．滤光片 E.毛玻璃光屏
(1)把以上器材安装在光具座上,自光源起合理的顺序是______(填字母).
(2)在某次实验中,用某种单色光通过双缝在光屏上得到明暗相间的干涉条纹,利用测量头上的分划板确定其中亮条纹a、c的位置,如下图所示,表示a条纹位置(图甲)的手轮读数为______mm,表示c条纹位置(图乙)的手轮读数为______mm.
(3)如果上述实验中双缝到光屏的距离为0.500 m,所用的是双缝间距为0.18 mm的双缝片,则实验中所用单色光的波长为______m(结果保留两位有效数字).
13．如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率．先在平铺的白纸上放半圆形玻璃砖，用铅笔画出直径所在的位置MN、圆心O以及玻璃砖圆弧线（图中半圆实线）；再垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O；最后在玻璃砖圆弧线一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像．移走玻璃砖，作出与圆弧线对称的半圆虚线，过O点作垂直于MN的直线作为法线；连接OP2P1，交半圆虚线于B点，过B点作法线的垂线交法线于A点；连接OP3，交半圆实线于C点，过C点作法线的垂线交法线于D点．
（1）测得AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4．计算玻璃砖折射率n的公式是n=__________（选用l1、l2、l3或l4表示）．
（2）该同学在插大头针P3前，不小心将玻璃砖以O为轴顺时针转过一个小角度，该同学测得的玻璃砖折射率将__________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）．
四、解答题
14．一束光斜射入界面相互平行、折射率递增的多层介质膜中，光的轨迹将如何？若斜射入界面相互平行、折射率递减的多层介质膜中，光的轨迹又将如何？请画出光路图。
15．、为两个相干光源，发出的光的频率为，光屏上A点与、的光程差为。
（1）若、的振动步调完全一致，则A点出现什么条纹？
（2）若、的振动步调完全相反，则A点出现什么条纹？
16．如图所示，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面（纸面）内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。
17．如图所示，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。
（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；
（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
参考答案：
1．A
【详解】根据单缝衍射图样和双缝干涉图样特点判断．
单缝衍射图样为中央亮条纹最宽最亮，往两边变窄，双缝干涉图样是明暗相间的条纹，条纹间距相等，条纹宽度相等，结合图甲，乙可知，甲对应单缝，乙对应双缝，故A正确，BCD错误．
2．B
【详解】根据衍射条纹的特点，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄，不等间距，故B正确，ACD错误；
故选B．
【点睛】根据衍射条纹的特点进行判断，光的衍射条纹与狭缝平行，且中间宽、两边窄．
3．B
【详解】A．戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理，故A正确；
B．雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的薄膜干涉现象，故B错误；
C．激光全息照相时利用了激光相干性好的特性，故C正确；
D．激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性，故D正确。
本题要求选不正确的，故选B。
4．C
【详解】根据光波的速度公式：则有：
m
光的路程差跟光波长之比为：
即路程差为光的半个波长的奇数倍．因此，两束光在该点振动减弱，出现光的暗条纹，故C正确，ABD错误．
故选C。
5．B
【详解】玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，入射角相同时，通过半圆柱形玻璃砖后，红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大，则光屏上彩色光的排列顺序是左红右紫。根据临界角公式
得知紫光的临界角最小，当玻璃砖转动时，入射角增大，紫光最先发生全反射，最先从光屏上消失。
故选B。
6．D
【详解】A项：甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；
B项：甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；
C项：根据干涉条纹间距公式，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，那么频率越短，故C错误；
D项：丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，且通过单缝，则为光的衍射条纹，故D正确．
7．D
【详解】光线从左侧垂直AB射入棱镜时，有反射也透射，透射方向不变。光线射到DE时，由几何知识得；入射角为i=30°。
该棱镜的临界角为C，则
故有
C＜30°
所以光线在DE面上发生了全反射。
由几何知识分析得到，光线射到AB面上时入射角为i′=60°，发生全反射，反射光线与BE面垂直，所以既有光线垂直射出BE面，又有光线从BE反射，根据光路的可逆性可知，这个反射光线沿原路返回，故光线应该发生4次全反射，在两个界面有光线射出来，则D正确，ABC错误。
故选D。
8．C
【详解】当太阳、地球、月球在同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住，光线照不到月球上，在地球上完全看不到月球的现象就是月全食．看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光中的红光经地球大气层折射到月球，故C正确，ABD错误．
点睛：发生月食时，地球挡住了太阳射向月球的光，但是还会有部分光线通过地球大气层发生折射，所以会有部分地球大气层折射后的红色光射向月亮，这就让我们看到了“红月亮”．
9．BC
【详解】透明玻璃球的上表面和下表面内侧反射的光会在上表面附近叠加，形成明暗相间的干涉条纹，由于球体中上下表面距离相等的点构成一个环形，所以条纹也是环形的。从中心向外，上下表面的间距减小，条纹间距也减小，即越来越密。
故选BC。
10．CD
【详解】在标记出射光线时，需要同时挡住、的像，挡住、的像和。
故选CD。
11．BC
【详解】A．根据光路图，a、b两束光入射角相等，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律可得naBC．因为：
所以：
由：
Δx=λ
可知波长越大，相邻亮条纹间距越大，故B正确，C正确.
D．因b光频率大于a光，故a光不能使某金属发生光电效应, b光则不一定可以发生，故D错误
12． ADCBE 1.790 4.940 5.7×10-7
【详解】（1）为获取单色线相干光源，白炽灯光源后面要有滤光片、单缝、双缝，最后为毛玻璃屏，所以合理顺序为ADCBE．
（2）图甲主尺刻度1.5mm，分尺刻度：，所以图甲读数：1.790mm；
图乙主尺刻度4.5mm，分尺刻度：，所以乙图读数：4.940mm．
（3）根据螺旋测微器读数可知：两亮纹间距：，根据可得：
13． （1）l1/l3 （2）偏大
【分析】用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的原理是折射定律，利用几何知识得到入射角的正弦和折射角的正弦，推导出折射率的表达式，即可知道所要测量的量．
【详解】（1）设圆的半径为R，由几何知识得入射角的正弦为：sini=sin∠AOB=；
折射角的正弦为：sinr=sin∠DOC=
根据折射定律
（2）该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将顺时针转动，而作图时其边界和法线不变，则入射角（玻璃砖中的角）不变，折射角（空气中的角）减小，由折射率公式可知，测得玻璃砖的折射率将偏大．
【点睛】本题采用单位圆法测量玻璃砖的折射率，是数学知识在物理实验中的运用，简单方便，分析误差关键分析入射角和折射角产生的误差，明确实验原理即可得出答案．
14．一束光斜射入界面相互平行、折射率递增的多层介质膜中，每一个界面处的折射角等于下一个界面的入射角，根据折射定律可知，光的折射角会逐渐减小，光路图如图所示
若斜射入界面相互平行、折射率递减的多层介质膜中，每一个界面处的折射角等于下一个界面的入射角，根据折射定律可知，光的折射角会逐渐增大，光路图如图所示
【详解】一束光斜射入界面相互平行、折射率递增的多层介质膜中，每一个界面处的折射角等于下一个界面的入射角，根据折射定律可知，光的折射角会逐渐减小，光路图如图所示
若斜射入界面相互平行、折射率递减的多层介质膜中，每一个界面处的折射角等于下一个界面的入射角，根据折射定律可知，光的折射角会逐渐增大，光路图如图所示
15．（1）暗条纹；（2）亮条纹
【详解】（1）由波长与速度的关系可得
光程差
所以有
若、振动步调完全一致，则在A点出现暗条纹
（2）若、两光源振动步调完全相反，光程差是半波长的奇数倍，则在A点两列波相互加强，出现亮条纹
16．150°
【详解】光线的光路图如下图所示，设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，光线在M点的入射角为i、折射角为，在N点的入射角为，反射角为，玻璃折射率为n。
由于底面的半径是球半径的倍，因此
解得
故，因此△OAM为等边三角形，因此
i＝60°
由折射定律有
sin i＝n
代入题给条件n＝得
＝30°
作底面在N点的法线NE，由于NE∥AM，有
＝30°
根据反射定律，有
＝30°
连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有
∠MNO＝60°
因此
∠ENO＝30°
因此∠ENO就为反射角，ON就为反射光线，该反射光线经过球心，在球面再次折射后不改变方向。所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为
＝180°－∠ENO＝150°
17．（1）；（2）
【详解】（1）相关入射角与折射角如图所示
光线在BC面上折射，由折射定律有
光线在AC面上发生全反射，由反射定律有
光线在AB面上发生折射，由折射定律有
由几何关系有
，
F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为
解得
（2）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有
式中是全反射临界角，满足
解得棱镜的折射率n的取值范围应为