第四章 光 （单元测试）（含解析）高二上学期物理人教版（2019）选择性必修一册

第四章 光 单元测试
本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
一束光由空气射入某介质，当人射光线和界面的夹角为时．折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是光在真空中的传播速度为( )
A. B. C. D.
在学习光的色散的时候老师在课堂上做了一个演示实验，让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖玻璃较厚，经折射分成两束单色光、，已知光是红光，而光是紫光，你认为图中哪个光路图是正确的( )
A. B.
C. D.
如图所示是一个柱体棱镜的横截面图，图中为圆弧，点、、、将半径分成等份，虚线、、、平行于半径，边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率，若平行光束垂直入射并覆盖，则光线能从棱镜射出的范围是( )
A. B. C. D.
光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是( )
A. 光纤通信利用了光的全反射原理，光导纤维内芯的折射率比外套的小
B. 太阳光通过三棱镜形成彩色图样，这是光的衍射现象
C. 激光雷达能精确测出目标的距离和运动速度，是利用了激光平行度好的特点
D. “电影”是应用了光的干涉原理
如图所示，用频率为的单色光激光垂直照射双缝，在光屏的点出现第条暗条纹，已知光速为，则到双缝、的距离之差应为( )
A.
B.
C.
D.
如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，是附有肥皂膜的铁丝圈，是一点燃的酒精灯。往火焰上洒些盐后，在图示的情况下( )
A. 从肥皂薄膜的右面观察时，在簿膜上可看到黄黑相间水平条纹
B. 从肥皂薄膜的右面观察时，在薄膜上可看到黄黑相间竖直条纹
C. 从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到黄黑相间水平条纹
D. 从肥皂薄膜的左面观察时，在薄膜上可看到黄黑相间竖直条纹
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. 一束白光通过三棱镜形成彩色光带 D. 日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
多选如图所示，一束由、两种单色光组成的复色光从水中射入空气中，并分成、两束，下列关于，两束单色光的说法正确的是( )
A. 光的折射率比光的折射小
B. 在真空中光的速度比光大
C. 在水中光的传播速度比光的大
D. 若水中入射光与水面夹角不断减小，则光先发生全反射
某一频率的光线，按如图所示方向从一实心玻璃管的左端正中心射入，折射光在上下侧边恰好发生全反射，已知玻璃对此光线的折射率为，则下列说法正确的是( )
A. 该光线入射角的正弦值为
B. 该光线经玻璃折射时对应的折射角为
C. 减小该光线的入射角，则光线无法在上下侧面发生全反射
D. 若要满足光线在上下侧面发生全反射的情况下，尽量增大光线入射角的范围，则应该增大入射光线的频率
多选如图所示的四种明暗相间条纹，是红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成的干涉图样和通过同一个单缝形成的衍射图样。图中黑色部分代表亮纹，下列四幅图中由红光形成的图样是( )
A. B. C. D.
三、填空题：本题共2小题，每空2分，共12分。
如图，在双缝干涉实验中，和为狭缝，是光屏上的一点，已知双缝、和点的距离差为，用单色光在空气中做双缝干涉实验，若光源到缝、距离相等，且光频率为，则点处是______填“亮”或“暗”条纹；若将用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹______填“均匀”或“不均匀”分布．光在空气中的速度
利用图中装置研究双缝干涉现象时：
将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第条亮纹，此时图甲中手轮上的示数_____；然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_____；求得相邻亮纹的间距为_______已知双缝间距为，测得双缝到屏的距离为，由计算式求得所测红光波长______．
四、计算题：本题共3小题，13题12分，14题12分，15题12分，共42分。
如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于边入射，经棱镜折射后从边射出．已知，光在真空中的传播速度为。求：
该棱镜材料的折射率；
光在棱镜中的传播速度．
如图所示，一半径为的透明球体置于真空中，是一条通过透明球体球心的直线，一单色细光束平行于射向球体，为入射点，且夹角，为出射光线，与夹角，已知光在真空中的传播速度为，求：
透明球体材料对该单色细光束的折射率；
该单色细光束从点传播到点的时间．
如图所示为一半径为的半球形玻璃砖的横截面，一光线以的入射角从圆心处沿纸面射入玻璃砖，并从点射出。已知点到法线的距离为。
求该玻璃砖的折射率；
沿纸面向右平移入射光线，当光线在点入射时，在球面上恰好发生全反射，此时的距离为多大？
答案解析
【答案】
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8. 9. 10.
11. 暗；不均匀。
12. ；；； 。
13. 解：作出完整的光路如右图，
根据几何关系可知，所以．
根据折射定律有因为，所以．
，故．
在根据折射定律．
光在棱镜中的传播速度．
答：棱镜材料的折射率为．
光在棱镜中的传播速度为．
14. 解：入射角，光线经过两次偏折
解得：
由折射定律：
解得：
光束在透明体内传播速度，
传播时间
解得：
15.解： 当光线由点入射时，令光线的折射角为，由几何关系可知，玻璃砖的折射率，；
当光线从点入射时，在点恰好发生全发射，光路图如图所示：
根据解得全发射临界角
由几何关系可知
根据正弦定理可得
解得。
【解析】
1. 分析：
根据反射定律和几何知识求出入射角和折射角，再根据折射定律求出折射率．由求出光在此介质中传播的速度。
解答：
根据几何关系和反射定律可知，当入射光线与界面间的夹角为时，入射角为，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角，故折射率为，这束光在此介质中传播的速度为，故B正确，ACD错误；
故选B。
2. 【分析】
玻璃对紫光的折射率大于红光的折射率，根据折射定律分析光线在玻璃砖上表面折射角的大小根据玻璃砖的光学特性分析出射光线与入射光线方向关系，再选择光路．
本题可以根据光路的可逆原理理解玻璃砖的光学特性：出射光线与入射光线平行．
【解答】
玻璃对紫光的折射率大于红光的折射率，光线得到玻璃砖上表面时，两束光的入射角相等，根据折射定律，得到红光的折射角大于紫光的折射角，则光在光的右侧。光线经过玻璃砖上下两个表面两次折射后，出射光线与入射光线平行。故B正确，ACD错误。
故选B。
3. 【分析】
由临界角公式求出临界角，确定光线射到圆孤的临界入射点，当入射光线在临界光路的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线不能从圆弧面射出。当入射点在临界入射点左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出。由此确定光线能从棱镜射出的范围。
当光从介质射向界面时，要考虑光线在界面上是否发生全反射。要掌握发生全反射的必要条件是入射角大于等于临界角。
【解答】
由临界角公式得到。
设圆弧的半径为，，则由题可知，当光线从点入射到圆弧面点时，恰好发生全反射。当入射点在的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧面射出。当入射点在的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出。所以光线只能从圆孤射出。故ABD错误，C正确。
故选：。
4. 【分析】
本题根据各种光现象产生的原因及其在科学技术、生产和生活中应用原理进行分析。
【解答】
A.全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，入射角大于等于临界角，所以内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射，故A错误；
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成的色散现象，故B错误；
C.激光雷达能精确测出目标的距离和运动速度，是利用了激光平行度好的特点，故C正确；
D.“电影”是应用了光的偏振原理，故D错误。
故选C。
5. 双缝到光屏上点的距离之差是半波长的奇数倍，会出现暗条纹，，而，
故第三条暗条纹距离之差为。故D正确。
故选D。
6. 【分析】
肥皂薄膜前后表面的反射光在前表面发生叠加，所以在薄膜的右侧出现条纹，则应该从肥皂薄膜的右面观察由于各种色光的波长不一样，所以在薄膜的右侧出现黄黑相间的条纹。因为路程差即膜的厚度的两倍是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹。所以出现亮条纹时，膜的厚度相同，则条纹水平排列。
【解析】
肥皂薄膜前后表面的反射光在前表面发生叠加，所以在薄膜的右侧出现条纹，则应该从肥皂薄膜的右面观察由于各种色光的波长不一样，所以在薄膜的右侧出现黄黑相间的条纹。因为路程差即膜的厚度的两倍是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹。所以出现亮条纹时，膜的厚度相同，则条纹水平排列。
故选：。
7. 解：、雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故A错误；
B、通过一个狭缝观察日光灯可以看到彩色条纹，是光绕过障碍物传播的现象，故属于光的衍射现象，而之所以看到彩色条纹，是由于不同的色光波长不同发生叠加造成的，故B正确；
C、一束白光通过三棱镜形成彩色光带属于光的折射现象，故C错误；
D、日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故D错误；
故选：．
光的衍射是指光绕过障碍物传播的现象，只有当障碍物尺寸或缝宽与波长相差不大或小于波长时会明显发生，通过单缝时衍射条纹是中间亮纹最宽最亮，两侧宽度和亮度都是逐渐递减．
掌握折射现象、干涉现象和衍射现象的本质的不同是顺利解决此类题目的关键．
8. 【分析】
本题主要考查光的折射定律、全反射临界角公式等知识。光源向水面点发射一束光线，折射光线分成，两束，两条光路入射角相同，光的折射角小于光的折射角．根据折射定律即可分析折射率的大小；光在真空中的传播速度都为光速；由公式即可分析出光和光在水中的速度关系；由分析临界角的大小，即可分析若水中入射光与水面夹角不断减小时，哪种光先发生全反射。
【解答】
A.两光束的入射角相同，折射角，由折射定律，所以，故A正确；
B.光在真空中的传播速度都为光速，故B错误；
C.由公式分析得知，在水中光的速度比光的速度大，故C正确；
D.由可知，光的临界角较大，光的临界角较小，入射光与水面夹角不断减小，入射角不断增大，则光先发生全反射，故D错误。
9. 【分析】
根据临界角与折射率满足求出临界角，结合光路图即可求解。
本题主要考查光的折射定律，解题的关键在于掌握发生全反射的条件，结合光路图即可解答。
【解答】
根据可得临界角，根据题意可知，折射光在上下侧边恰好发生全反射，根据光路图可知，光线经玻璃折射时对应的折射角为，根据可得：，故A错误，故B正确；
C.减小该光线的入射角，折射角会减小，在玻璃上下侧面的入射角会增大，因此光线还是会发生全发射，故C错误；
D.增大入射光线的频率，因此光线在玻璃管的折射率增大，根据可知临界角减小，更容易发生全发射，因此要满足光线在上下侧面发生全反射的情况下，尽量增大光线入射角的范围，则应该增大入射光线的频率，故D正确。
故选BD。
10. 因为红光的波长比紫光的波长大，所以红光的双缝干涉和单缝衍射的图样中条纹的宽度都比紫光大。故选。
11. 【分析】
根据可求出单色光的波长，根据双缝干涉原理，当、和点的距离差为波长的整数倍时，处为亮条纹，当距离差为半波长的奇数倍时，处为暗条纹。将用遮光片挡住，光屏上是单缝的衍射条纹。
本题考查双缝干涉实验，关键是掌握实验原理，知道光屏上出现亮条纹和暗条纹的条件，要熟练掌握公式的应用。
【解答】
单色光的波长：
则双缝、和点的距离差：
路程差为半波长的奇数倍，所以点处是暗条纹；
若将用遮光片挡住，光屏上的明暗条纹是单缝形成的衍射条纹，是不均匀的。
故答案为：暗；不均匀。
12. 【分析】
本题主要考查螺旋测微器的读数、用双缝干涉测光的波长实验知识。
螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读．根据双缝干涉条纹的间距公式求出波长的表达式，从而求出波长的大小。
【解答】
螺旋测微器的读数等于固定刻度读数加上可动刻度读数，需估读
则图甲螺旋测微器的读数为；
图乙螺旋测微器的读数为；
则相邻条纹的间距为：
根据双缝干涉条纹的间距公式得波长为：。
故答案为：；；；。
13. 根据几何关系求出光在面上的入射角，再根据折射定律求出棱镜的折射率，结合求出光在棱镜中的速度．
能正确的作出光路图是解本题的关键，还要知道折射定律的一些公式．
解：作出完整的光路如右图，
根据几何关系可知，所以．
根据折射定律有因为，所以．
，故．
在根据折射定律．
光在棱镜中的传播速度．
答：棱镜材料的折射率为．
光在棱镜中的传播速度为．
14. 根据几何关系得到入射角和折射角，由折射定律得到透明球体材料对该单色细光束的折射率；
根据得到光在球内传播的速度，根据几何关系得到间的距离，得到该单色细光束从点传播到点的时间。
正确作出光路图是解题的关键。
解：入射角，光线经过两次偏折
解得：
由折射定律：
解得：
光束在透明体内传播速度，
传播时间
解得：
15. 当光线由点入射时，由几何关系求得折射角，根据折射定律可求得折射率；
当光线从点入射时，画出光路图，由几何关系结合正弦定理可求得的距离。
本题考查了折射定律、全反射、数学知识的综合应用，画出光路图结合数学知识求解是解决几何光学常用的方法。
解： 当光线由点入射时，令光线的折射角为，由几何关系可知，玻璃砖的折射率，；
当光线从点入射时，在点恰好发生全发射，光路图如图所示：
根据解得全发射临界角
由几何关系可知
根据正弦定理可得
解得。