高中物理选修一 第四章 光 单元测试（含解析）
文档属性
| 名称 | 高中物理选修一 第四章 光 单元测试（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 629.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-29 13:00:48 | ||
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文档简介
高中物理选修一第四章光
一、选择题（1-7单选题，8-10多选题）
1． 下列关于光的说法正确的是（ ）
A．图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象
B．图乙中，激光切割主要利用了激光的相干性
C．图丙中，双螺旋结构的发现利用了衍射图样
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的干涉现象
2．关于声波和光波，下列说法正确的是（ ）
A．它们都是机械波 B．它们都能在真空中传播
C．它们都能发生干涉和衍射 D．它们的传播速度都与介质无关
3．某束光射在半圆形玻璃砖上，并能通过玻璃砖的圆心，下列光路图可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．为了减少光学元件的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长λ0为（ ）
A． B． C．4d D．4nd
5．如图所示，ABCD是底角为45°的等腰梯形棱镜的横截面，与底边BC平行的两束单色光a、b（间距及位置均可调）从AB边射入，经BC边一次反射后直接从CD边射出（图中未画出）。已知棱镜对a、b两束光的折射率满足。下列说法正确的是（ ）
A．AB边入射光线与CD边的出射光线不平行
B．a、b两束光不可能从CD边同一位置射出
C．a光在棱镜中传播的时间更长
D．从CD边射出的位置b光一定在a光上面
6．半圆柱形玻璃砖的底面镀有一层反射膜，为玻璃砖的半圆形横截面，M为最高点，O为圆心，半径为R。一束宽为R的平行光的下边恰好沿着底边，如图所示。其中从A点射入的光线经玻璃折射后从B点射出，已知A、B两点距离分别为和。，不考虑圆弧面上的反射光线，下列说法正确的是（ ）
A．玻璃的折射率为
B．有部分光线在圆弧区域发生全反射
C．只有圆弧的部分区域有光线射出
D．射向圆弧区域的光线有一部分来源于处反射的光线
7．测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示为某种宝石的截面图，∠ACE=∠BDE=∠CED=90°，现使一束红光以入射角i=60°射到AC边上某点，在CE边中点M发生全反射，并从ED边上N点折射出，其中CE=4 mm，EN=2 mm(真空中的光速c=3×108 m/s)，则 （ ）
A．该宝石对红光的折射率n=
B．红光从入射到从N点射出经历的时间为 ×10-11 s
C．调整红光的入射角i，可使光线在ED边上发生全反射
D．换用蓝光进行鉴定，光线有可能在ED边上发生全反射
8．下列关于光现象的解释正确的是（ ）
A．交警通过仪器发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
B．水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色，是光的干涉现象
C．光导纤维运用了光的折射
D．a、b两束光分别照射同一双缝干涉装置在屏上得到的干涉图样中，a光相邻亮条纹的间距小于b光相邻亮条纹的间距，则可以判断水对a光的折射率比b光小
9．如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，双面反光，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是（ ）
A．在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为
B．液面上P、Q两位置间距离为
C．光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
D．光斑由Q点运动到P点所用的时间为
10．如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径，M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD=30°，光在真空中的传播速度为c，则 （ ）
A．此玻璃的折射率为
B．光从B到D需用时
C．若增大∠ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象
D．若减小∠ABD，从AD段射出的光线均平行于AB
二、非选择题
11．如图所示，半圆形透明体的半径为R，光屏置于直径的右端并与透明体的直径垂直，一单色光以入射角射向透明体的圆心O，出射光线与的夹角。真空中的光速为c、求：
（1）透明体对该种单色光的折射率n；
（2）该单色光进入透明体后到达光屏的时间t。
12．如图所示，水池中装有某透明液体，深度为H，水池底部有足够大的平面镜MN，单色点光源S距离镜面，与竖直方向成30°角的光线入射到液面的O点，发现其反射光线和折射光线恰好相互垂直。求：
（1）液体的折射率；
（2）从液面上方看去，能被照亮的区域面积。
13．如图所示是一个半径为R、截面为四分之一圆、位置固定的透明玻璃柱体。一束单色光沿着水平方向从竖直的左表面上的A点水平射入，经弧面上的B点折射射到水平地面上的C点。已知OA=，玻璃折射率n=。求：
（1）光在B点折射时的折射角r；
（2）从A点到C点的过程中，光在玻璃中传播时间t1与在空气中传播时间t2之比。
14．如图所示，直角为由某种负折射率材料制成的光学元件的横截面，其中为边的两个三等分点，且知边长。所谓“负折射率材料”，即光从真空射到该材料界面发生折射时，入射光线和折射光线分布在法线同一侧，此时折射角取负值，其余光学规律不变。现有一束单色光，从点以入射角射入元件，经元件作用后从边出射，出射光线恰与入射光线平行，光在真空中的传播速度为。
（1）求此光学元件对该光束的折射率的大小；
（2）若保持入射角不变，将入射点平移至点，请画出光束传播的光路图并求出光束在元件中的传播时间。
15．如图所示，一束单色光以一定的入射角从A点射入玻璃球体，已知光线在玻璃球内经两次反射后，刚好能从A点折射回到空气中．已知入射角为45°，玻璃球的半径为 m，光在真空中传播的速度为3×108m/s，求：
（1）玻璃球的折射率及光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角；
（2）光线从A点进入及第一次A点射出时在玻璃球体中传播的时间．
16．如图所示有一个光学透镜，左侧与y轴重合，水平对称轴与x轴重合，为半径为R的圆弧，其圆心为，有一束平行于x轴的光线从间入射透镜，距离为，已知透镜的折射率为，光速为c，只考虑每个光学表面的折射，求：
（1）沿P点入射的光线从P点传到x轴的时间t；
（2）从面上射出的光线的出射点离开x轴的最大距离；
（3）光线经过面折射后可以照到x轴上点的最小坐标值。
参考答案
1．C
A、图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，故A错误；
B、激光频率单一，相干性非常好；平行度高；激光的强度大，亮度高，激光切割是利用了激光的能量集中性，故B错误；
C、图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样；X射线衍射技术极大地推动了DNA结构的研究进程，富兰克林对DNA进行了X射线衍射分析并获得了高清图象，沃森和克里克利用了查哥夫关于碱基含量的研究数据，进而修正并构建了正确的DNA双螺旋结构模型，故C正确；
D、图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象，故D错误。
2．C
A．声波是机械波，而光波为电磁波；A不符合题意；
B．声波的传播需要介质，光波的传播不需要介质，可以在真空中传播．B不符合题意．
C．干涉和衍射是波的共性，光波能发生干涉和衍射，声波也能发生干涉和衍射，C符合题意．
D．光波从空气射入水中时，根据c=nv，介质的折射率变大，所以速度小；而声波从气体到液体，则速度是变大；D不符合题意．
3．D
AB．光从空气进入玻璃砖，入射角大于折射角。AB不符合题意；
CD．光从玻璃砖进入空气，入射角小于折射角。C不符合题意；D符合题意。
4．D
设绿光在膜中的波长为λ，则由d=λ/4，得λ=4d；则绿光在真空中的波长为：λ0=nλ=4nd。
5．C
6．C
7．B
光路图如图所示，设光线在AC边的折射角为r，由几何关系可知∠EMN=r，故tan r= = = ，则r=30°，因此该宝石对红光的折射率n= = ，A不符合题意；红光在宝石中传播速度大小为v= = ×108 m/s，由几何关系可知，红光在宝石中通过的路程为s=PM+MN=4 mm+4 mm=8×10-3 m，则红光在宝石中传播的时间t= = s= ×10-11 s，B符合题意；根据以上分析可知，红光在P点的折射角等于在ED边上的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定不会在ED边发生全反射，且在ED边的折射角等于i，C不符合题意；换用蓝光进行鉴定，由C的分析可知，光线不会在ED边上发生全反射，D不符合题意。
8．A,B
A．交警通过仪器发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，A符合题意；
B．在太阳光的照射下，油膜上下表面反射光在上表面发生叠加，呈现彩色条纹，是光的干涉现象，B符合题意；
C．光导纤维运用了光的全反射，C不符合题意；
D．根据双缝干涉的条纹间距公式 可知， 光波长小，由 可得 光频率大，折射率大，因此水对 光的折射率大，D不符合题意；
9．A,C
AD.临界角能观察到液面上光斑的时间t为，，
，光斑由Q点运动到P点所用的时间也等于，故A正确，D错误；
B．P、Q两位置间距离为
C．根据，，
解得
C正确。
10．A,D
如图，由几何知识可得，入射角i=∠ABD=30°，折射角r=2∠ABD=60°，则此玻璃的折射率为n= = = ，A符合题意；BD长度s=2R cos 30°= R，光在玻璃球内的传播速度v= ，故光从B传到D所用的时间为t= = ，B符合题意；由sin C= = < ，得临界角C<45°，所以若增大∠ABD，入射角可能大于临界角，所以光线可能在DM段发生全反射现象，C不符合题意；要使出射光线平行于AB，入射角必为30°，若减小∠ABD，入射角减小，则从AD段射出的光线与AB不平行，D不符合题意。
11．（1）；（2）
12．（1）；（2）
13．（1）；（2）
14．（1）；（2），
15．解：（1）作出光路图，由对称性及光路可逆可知，第一次折射的折射角为30°，
则由折射定律可知：
n= = = ．
由几何关系可知，光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角为：α=2（i﹣r）=30°．
（2）光线从A点进入及第一次从A点射出时在玻璃球中传播的距离为：
S=3×2Rcos30°= m
在玻璃中运动的速度为：v=
运动时间为：t= =6×10﹣9s
16．（1）；（2）；（3）
1 / 1
一、选择题（1-7单选题，8-10多选题）
1． 下列关于光的说法正确的是（ ）
A．图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象
B．图乙中，激光切割主要利用了激光的相干性
C．图丙中，双螺旋结构的发现利用了衍射图样
D．图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的干涉现象
2．关于声波和光波，下列说法正确的是（ ）
A．它们都是机械波 B．它们都能在真空中传播
C．它们都能发生干涉和衍射 D．它们的传播速度都与介质无关
3．某束光射在半圆形玻璃砖上，并能通过玻璃砖的圆心，下列光路图可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
4．为了减少光学元件的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光.如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长λ0为（ ）
A． B． C．4d D．4nd
5．如图所示，ABCD是底角为45°的等腰梯形棱镜的横截面，与底边BC平行的两束单色光a、b（间距及位置均可调）从AB边射入，经BC边一次反射后直接从CD边射出（图中未画出）。已知棱镜对a、b两束光的折射率满足。下列说法正确的是（ ）
A．AB边入射光线与CD边的出射光线不平行
B．a、b两束光不可能从CD边同一位置射出
C．a光在棱镜中传播的时间更长
D．从CD边射出的位置b光一定在a光上面
6．半圆柱形玻璃砖的底面镀有一层反射膜，为玻璃砖的半圆形横截面，M为最高点，O为圆心，半径为R。一束宽为R的平行光的下边恰好沿着底边，如图所示。其中从A点射入的光线经玻璃折射后从B点射出，已知A、B两点距离分别为和。，不考虑圆弧面上的反射光线，下列说法正确的是（ ）
A．玻璃的折射率为
B．有部分光线在圆弧区域发生全反射
C．只有圆弧的部分区域有光线射出
D．射向圆弧区域的光线有一部分来源于处反射的光线
7．测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示为某种宝石的截面图，∠ACE=∠BDE=∠CED=90°，现使一束红光以入射角i=60°射到AC边上某点，在CE边中点M发生全反射，并从ED边上N点折射出，其中CE=4 mm，EN=2 mm(真空中的光速c=3×108 m/s)，则 （ ）
A．该宝石对红光的折射率n=
B．红光从入射到从N点射出经历的时间为 ×10-11 s
C．调整红光的入射角i，可使光线在ED边上发生全反射
D．换用蓝光进行鉴定，光线有可能在ED边上发生全反射
8．下列关于光现象的解释正确的是（ ）
A．交警通过仪器发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
B．水面上的油膜在太阳光照射下呈现彩色，是光的干涉现象
C．光导纤维运用了光的折射
D．a、b两束光分别照射同一双缝干涉装置在屏上得到的干涉图样中，a光相邻亮条纹的间距小于b光相邻亮条纹的间距，则可以判断水对a光的折射率比b光小
9．如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，双面反光，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是（ ）
A．在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为
B．液面上P、Q两位置间距离为
C．光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
D．光斑由Q点运动到P点所用的时间为
10．如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径，M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD=30°，光在真空中的传播速度为c，则 （ ）
A．此玻璃的折射率为
B．光从B到D需用时
C．若增大∠ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象
D．若减小∠ABD，从AD段射出的光线均平行于AB
二、非选择题
11．如图所示，半圆形透明体的半径为R，光屏置于直径的右端并与透明体的直径垂直，一单色光以入射角射向透明体的圆心O，出射光线与的夹角。真空中的光速为c、求：
（1）透明体对该种单色光的折射率n；
（2）该单色光进入透明体后到达光屏的时间t。
12．如图所示，水池中装有某透明液体，深度为H，水池底部有足够大的平面镜MN，单色点光源S距离镜面，与竖直方向成30°角的光线入射到液面的O点，发现其反射光线和折射光线恰好相互垂直。求：
（1）液体的折射率；
（2）从液面上方看去，能被照亮的区域面积。
13．如图所示是一个半径为R、截面为四分之一圆、位置固定的透明玻璃柱体。一束单色光沿着水平方向从竖直的左表面上的A点水平射入，经弧面上的B点折射射到水平地面上的C点。已知OA=，玻璃折射率n=。求：
（1）光在B点折射时的折射角r；
（2）从A点到C点的过程中，光在玻璃中传播时间t1与在空气中传播时间t2之比。
14．如图所示，直角为由某种负折射率材料制成的光学元件的横截面，其中为边的两个三等分点，且知边长。所谓“负折射率材料”，即光从真空射到该材料界面发生折射时，入射光线和折射光线分布在法线同一侧，此时折射角取负值，其余光学规律不变。现有一束单色光，从点以入射角射入元件，经元件作用后从边出射，出射光线恰与入射光线平行，光在真空中的传播速度为。
（1）求此光学元件对该光束的折射率的大小；
（2）若保持入射角不变，将入射点平移至点，请画出光束传播的光路图并求出光束在元件中的传播时间。
15．如图所示，一束单色光以一定的入射角从A点射入玻璃球体，已知光线在玻璃球内经两次反射后，刚好能从A点折射回到空气中．已知入射角为45°，玻璃球的半径为 m，光在真空中传播的速度为3×108m/s，求：
（1）玻璃球的折射率及光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角；
（2）光线从A点进入及第一次A点射出时在玻璃球体中传播的时间．
16．如图所示有一个光学透镜，左侧与y轴重合，水平对称轴与x轴重合，为半径为R的圆弧，其圆心为，有一束平行于x轴的光线从间入射透镜，距离为，已知透镜的折射率为，光速为c，只考虑每个光学表面的折射，求：
（1）沿P点入射的光线从P点传到x轴的时间t；
（2）从面上射出的光线的出射点离开x轴的最大距离；
（3）光线经过面折射后可以照到x轴上点的最小坐标值。
参考答案
1．C
A、图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，故A错误；
B、激光频率单一，相干性非常好；平行度高；激光的强度大，亮度高，激光切割是利用了激光的能量集中性，故B错误；
C、图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样；X射线衍射技术极大地推动了DNA结构的研究进程，富兰克林对DNA进行了X射线衍射分析并获得了高清图象，沃森和克里克利用了查哥夫关于碱基含量的研究数据，进而修正并构建了正确的DNA双螺旋结构模型，故C正确；
D、图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的偏振现象，故D错误。
2．C
A．声波是机械波，而光波为电磁波；A不符合题意；
B．声波的传播需要介质，光波的传播不需要介质，可以在真空中传播．B不符合题意．
C．干涉和衍射是波的共性，光波能发生干涉和衍射，声波也能发生干涉和衍射，C符合题意．
D．光波从空气射入水中时，根据c=nv，介质的折射率变大，所以速度小；而声波从气体到液体，则速度是变大；D不符合题意．
3．D
AB．光从空气进入玻璃砖，入射角大于折射角。AB不符合题意；
CD．光从玻璃砖进入空气，入射角小于折射角。C不符合题意；D符合题意。
4．D
设绿光在膜中的波长为λ，则由d=λ/4，得λ=4d；则绿光在真空中的波长为：λ0=nλ=4nd。
5．C
6．C
7．B
光路图如图所示，设光线在AC边的折射角为r，由几何关系可知∠EMN=r，故tan r= = = ，则r=30°，因此该宝石对红光的折射率n= = ，A不符合题意；红光在宝石中传播速度大小为v= = ×108 m/s，由几何关系可知，红光在宝石中通过的路程为s=PM+MN=4 mm+4 mm=8×10-3 m，则红光在宝石中传播的时间t= = s= ×10-11 s，B符合题意；根据以上分析可知，红光在P点的折射角等于在ED边上的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定不会在ED边发生全反射，且在ED边的折射角等于i，C不符合题意；换用蓝光进行鉴定，由C的分析可知，光线不会在ED边上发生全反射，D不符合题意。
8．A,B
A．交警通过仪器发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，A符合题意；
B．在太阳光的照射下，油膜上下表面反射光在上表面发生叠加，呈现彩色条纹，是光的干涉现象，B符合题意；
C．光导纤维运用了光的全反射，C不符合题意；
D．根据双缝干涉的条纹间距公式 可知， 光波长小，由 可得 光频率大，折射率大，因此水对 光的折射率大，D不符合题意；
9．A,C
AD.临界角能观察到液面上光斑的时间t为，，
，光斑由Q点运动到P点所用的时间也等于，故A正确，D错误；
B．P、Q两位置间距离为
C．根据，，
解得
C正确。
10．A,D
如图，由几何知识可得，入射角i=∠ABD=30°，折射角r=2∠ABD=60°，则此玻璃的折射率为n= = = ，A符合题意；BD长度s=2R cos 30°= R，光在玻璃球内的传播速度v= ，故光从B传到D所用的时间为t= = ，B符合题意；由sin C= = < ，得临界角C<45°，所以若增大∠ABD，入射角可能大于临界角，所以光线可能在DM段发生全反射现象，C不符合题意；要使出射光线平行于AB，入射角必为30°，若减小∠ABD，入射角减小，则从AD段射出的光线与AB不平行，D不符合题意。
11．（1）；（2）
12．（1）；（2）
13．（1）；（2）
14．（1）；（2），
15．解：（1）作出光路图，由对称性及光路可逆可知，第一次折射的折射角为30°，
则由折射定律可知：
n= = = ．
由几何关系可知，光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角为：α=2（i﹣r）=30°．
（2）光线从A点进入及第一次从A点射出时在玻璃球中传播的距离为：
S=3×2Rcos30°= m
在玻璃中运动的速度为：v=
运动时间为：t= =6×10﹣9s
16．（1）；（2）；（3）
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