高二物理（粤教版2019）选择性必修一第四章《光及其应用》素养形成性达标训练卷（含解析）

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第四章 光及其应用--素养形成性达标训练卷
(考试时间：75分钟 满分：100分)
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
第Ⅰ卷 选择题
一．选择题（本题共10小题，共46分，在每小题给出的四个选项中，1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分，8~10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答得0分。）
1．（23-24高二下·广东广州·期中）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．（23-24高二下·广东深圳·阶段练习）如图，一同学用侧面开孔的透明塑料瓶和激光器演示“水流导光”实验。瓶内装有清水。水从小孔中流出后形成了弯曲的水流。让激光水平射向小孔，发现激光束并没有完全被限制在水流内传播，下列操作有助于光束更好地沿水流传播的是（　　）
A．增大激光强度
B．改用频率更大的激光
C．改用波长更长的激光
D．改用折射率更小的液体
3．（23-24高二下·北京·期中）某位同学用下面的方法测量某种液体的折射率。如图所示，他在一个烧杯中装满了某种透明液体，紧贴着杯口竖直插入一根直尺AB，眼睛从容器边缘的P处斜向下看去，观察到A经液面反射所成的虚像恰好与B经液体折射形成的虚像重合。他读出直尺露出液面的长度AC、没入液体中的长度BC，量出烧杯的直径d。由此求出这种透明液体的折射率为（　　）
A． B． C． D．
4．（23-24高二上·广东深圳·期末）一束复色光由空气斜射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光、，已知光的折射率小于光的折射率，下列光路图正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．（23-24高二下·甘肃临夏·期末）图甲为发光二极管，其发光帽是一个透明体。为简化问题，设它由一个半径为R的半球体与一个半径为R的圆拄体组成，过半球球心的纵截面如图乙所示，若二极管的发光部分视为点光源且位于圆柱体内轴轴线上与半球球心相距R的O点，光线恰好能从半球体的全部表面射出，不考虑光线在透明体内反射。则透明体的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
6．（24-25高二上·广东深圳·阶段练习）光的干涉现象在生活中有许多应用。图甲所示是利用干涉现象检查平面平整度的装置，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中上板是待检测的光学元件，下板是标准样板
B．若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏
C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起
D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，单色光从上方竖直射下，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的同心圆环
7．（24-25高二上·广东深圳·阶段练习）固定的半圆形玻璃砖横截面，O点为圆心，为直径MN的垂线。一足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则（ ）
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的小
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的小
C．时，反射光和折射光在光屏上总共形成1个光斑
D．时，反射光和折射光在光屏上总共形成2个光斑
8．（24-25高二上·全国·课后作业）旋光仪测糖溶液浓度的原理如下：偏振光通过糖溶液后，迎着光看，以传播方向为轴，偏振方向的旋转角称“旋光角”，与糖溶液浓度有关，测量值与标准值比较能确定含糖量。如图，自然光源S与圆形偏振片A、B的圆心共轴，转动B使观察点O处光强最强，将被测样品P置于A、B间，则（　　）
A．O处光强减弱
B．O处光强不变
C．B转一角度使O处光强最强，B转过角度
D．A转一角度使O处光强最强，A转过角度
9．（23-24高二下·湖北·期中）利用光的干涉规律可以检测工件表面的平整度与设计要求之间的微小差异。现将精度很高的标准玻璃板（样板）放在被检查工件上面，如图甲所示，在样板的左端垫薄片，使标准玻璃板与被检查平面之间形成一楔形空气膜。用平行单色光向下照射，检查不同平面时可观察到图乙或图丙的干涉条纹。下列说法正确的是（　　）
A．当稍向左移动图甲中的薄片时，条纹间距会变小
B．干涉条纹是样板的上下两个表面的反射光干涉形成的
C．当换用频率更低的单色光照射时，条纹间距变大
D．图丙条纹弯曲处对应着被检查平面处是凹陷的
10．（23-24高二下·湖南长沙·期末）如图是由折射率的材料制作的光学器件的切面图，内侧是O以为圆心，R为半径的半圆，外侧为矩形，其中。一束单色光从BC的中点射入器件，入射角为α，满足，光线进一步射到内侧圆面时恰好发生全反射，不计光线在器件内的多次反射，已知光在真空中的速度为c。则（ ）
A．光线在折射后的折射角为 B．光在器件中的传播速度
C．光在器件中传播的时间 D．内侧圆面发生全反射的入射光线与反射光线恰好垂直
第Ⅱ卷 非选择题
二、非选择题
11．（6分）（23-24高二下·广东汕尾·期末）在利用 “插针法” 测定玻璃砖的折射率实验中， 如图甲所示， 实验时， 先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上，贴着玻璃砖前后两个面在纸上描点后画出直线 和 ，然后在白纸上竖直插上两枚大头针 。
(1)准备插第三枚大头针时，应在 （选填 “ ” 或 “ ”）侧观察；
(2)插第三枚大头针时，这枚大头针______；
A．挡住 的像即可
B．挡住 的像即可
C．应同时挡住 和 的像
(3)插完所需的大头针，补全光路。 图乙为光路的一部分， 均为光路上的点，分别过 作直线 的垂线，垂足分别为 ，测得 ， ，则玻璃砖的折射率
12．（9分）（23-24高二下·广东·期末）某同学利用如图甲所示的装置测量某种单色光的波长。实验时，光源正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)该同学在测量相邻亮条纹的间距△x时，并不是直接测量某相邻亮条纹的间距，而是先测量多个亮条纹的间距再求出Δx。下列测量采用了类似方法的有___________
A．“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中合力的测量
B．“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中弹簧的形变量的测量
C．“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量
(2)该同学转动手轮，使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1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示：然后同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时手轮上的示数，如图丙所示为 mm，求得相邻亮纹的间距△x为 mm（计算结果保留三位有效数字）。
(3)若相邻亮条纹的间距为Δx、单缝与屏的距离为Δx，双缝与屏的距离为L ，单缝宽为d ，双缝间距为d ，则光的波长用上述部分物理量可表示为
(4)关于此实验，下面几种说法正确的是___________
A．仅撤掉滤光片，光屏仍能观察到干涉图样
B．仅将单缝移近双缝，光屏上观察到的条纹数变少
C．单、双缝相平行，两缝与光屏上的条纹相垂直
D．仅撤掉双缝，在光屏上可能观察到明暗相间的条纹
13．（8分）（2024高二·全国·专题练习）如图所示，自行车的尾灯虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，用以警示后面车上的司机；在夏天晴天高温下，从车内会看到远处的沥青路面像是有一摊“水”，而实际上路面是没有水的。请思考上述现象是什么原理？
14．（13分）（23-24高二下·湖北·阶段练习）为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔。假定坦克壁厚20cm，孔左右两边的距离为30cm。孔内安装一玻璃，厚度与坦克壁厚相同，ABCD为玻璃的截面，如图所示。用一束激光从A点与水平方向成37°射入玻璃，恰好从CD边中点射出，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，光在真空中的传播速度为c=3×108m/s。求：
（1）光线在玻璃中由A点传播至CD边中点所需的时间；
（2）坦克内的人从AB中点向外观察能看到的外界角度范围。
15.（18分）（23-24高二下·黑龙江哈尔滨·期末）如图所示，现有一块玻璃砖，上半部分为半圆形，半径为R，下半部分为等腰直角三角形，∠ACB=90°，O点为上半部分的圆心，M为上半部分边界上一点，MO连线与AO的夹角为30°。一束光线从M点在纸面内沿着与AC垂直的方向射入玻璃砖，已知玻璃砖的折射率为。求：
(1)光线在M点的折射角；
(2)光线在玻璃砖表面射出的位置。
答案和解析
参考答案：
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 C B D C A B B ACD CD AC
1．C
【详解】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，选项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，选项D错误。
故选C。
2．B
【详解】若想使激光束完全被限制在液流内，则应使激光在液体内发生全反射现象，根据全反射的临界角满足
可知应该增大折射率或则增大激光束的入射角。
A．增大激光强度，不能改变液体的折射率或激光束的入射角，现象不会改变，故A错误；
B．改用频率更大的激光，即改用折射率更大的激光就有助于光速更好的沿液流传播，故B正确；
C．改用波长更长的激光，则频率变小，即改用折射率更小的激光，临界角变大，更不容易发生全反射，故C错误；
D．若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全反射，故D错误。
故选B。
3．D
【详解】如图所示
根据几何知识可得
，
所以透明液体的折射率为
故选D。
4．C
【详解】根据题意，由折射定律可知，光线经平行平面玻璃砖两次折射后，出射光线与入射光线平行，光从玻璃砖上表面进入玻璃砖时，折射角小于入射角，由于光的折射率小于光的折射率，则光的折射角大于光的折射角，即在玻璃砖内光在光的右侧。
故选C。
5．A
【详解】当O点发出的光线射到半球体最右端（或最左端）恰好发生全反射时，整个半球体上均有光线射出，如图所示
由几何关系可得
光线发生全反射时有
联立解得透明体的折射率为
故选A。
6．B
【详解】A．题图甲中上板是标准样板，下板是待检测的光学元件，故A错误；
B．相邻亮条纹之间，空气膜的厚度差等于半个波长，根据条纹间距公式
若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则题图乙中的干涉条纹变疏，故B正确；
C．题图丙中条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，应是被检查的平面在此处出现了凹陷，故C错误；
D．空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，光程差是光的半个波长的偶数倍为明条纹，是光的半个波长的奇数倍为暗条纹，空气膜的厚度变化从中心向周围越来越快，则可以看到内疏外密的明暗相间的同心圆环，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】A．根据题意，当θ角逐渐增大时，A光的光斑先消失，则表明A光在MN界面发生了全反射，A光发生全反射的临界角较小，根据
可知玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，故A错误；
B．根据
玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，则A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，故B正确；
C．当时，A光发生全反射，B光既有反射光也有折射光，光屏上有2个光斑，故C错误；
D．当时，A、B光均发生全反射，光屏上仅有反射光，所以光屏上只有1个光斑，故D错误。
故选B。
8．ACD
【详解】AB．不放样品时，转动B使O处光强最强，此时A、B的透振方向相同；放置样品后，由于样品会使经过A的偏振光产生“旋光角”，所以此时穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向不再平行，O处光强将减弱，故A正确，B错误；
CD．根据前面分析可知，放入样品后，穿过样品的偏振光振动方向与B的透振方向存在夹角，若B转一角度使O处光强最强，则B转过角度，同理可知若A转一角度使O处光强最强，则A转过角度，故CD正确。
故选ACD。
9．CD
【详解】B．干涉条纹是样板的下表面和被检查表面的上表面的反射光干涉形成的，B错误；
A．如下图所示，当稍向左移动图甲中的薄片时，A、B两点之间的距离减小，根据 ，相当于双缝之间的距离d减小，条纹间距Δx变大，A错误；
C．根据，当换用频率更低的单色光照射时，波长变长，条纹间距变大，C正确；
D．如下图所示，在A、B两点的光程差相等，经过A点的两列相干光产生的亮条纹与经过B点的两列相干光产生的亮条纹是同一条亮条纹，所以图丙条纹弯曲处对应着被检查平面处是凹陷的，D正确。
故选CD。
10．AC
【详解】A．光线的传播路径如图所示
根据折射率的定义可知
解得
则
故A正确；
B．根据折射率与光速之间的关系，可得光在器件中的传播速度
故B错误；
C．光线射到内侧圆面时恰好发生全反射，入射角等于临界角C，则光在内侧圆面的入射角为，则
可得
由几何关系可知
且反射光线水平向右射出CD界面，则在光在器件中的路程为
光在器件中传播的时间为
故C正确；
D．内侧圆面发生全反射的入射光线与反射光线的夹角为
故D错误。
故选AC。
11．(1)
(2)C
(3)1.43
【详解】（1）先在白纸上放上玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，准备插第三枚大头针时，应在；
（2）插第三枚大头针时，这枚大头针应同时挡住 和 的像。
故选C。
（3）根据折射率
12．(1)C
(2) 11.652 2.28
(3)
(4)AD
【详解】（1）该同学在测量相邻亮条纹的间距△x时，并不是直接测量某相邻亮条纹的间距，而是先测量多个亮条纹的间距再求出Δx。使用了积累法，减小了测量误差，“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中1滴油酸酒精溶液体积的测量，同样使用了积累法，减小了测量误差。
故选C。
（2）[1]螺旋测微器的最小分度值为0.01mm，图乙的读数为
图丙的读数为
[2]相邻亮纹的间距为
（3）根据干涉条纹间距公式有
整理得
（4）A．仅撤掉滤光片，通过单缝和双缝的是复色光，满足干涉条件，光屏仍能观察到干涉图样，故A正确；
B．根据干涉条纹间距公式有
光屏上观察到的条纹数与单缝移和双缝距离无关，故B错误；
C．单、双缝相平行，两缝与光屏上的条纹平行，故C错误；
D．仅撤掉双缝，光通过单缝发生衍射，在光屏上能观察到明暗相间的条纹，故D正确。
故选AD。
13．见解析
【详解】自行车的尾灯、沥青路面像是有一摊“水”，是由于光从光密介质射入光疏介质时，在分界面处发生全反射，即光的全反射原理。
14．（1）；（2）
【详解】（1）光线从A点射入时的光路图如图所示
光线从A点射入时的折射角为
则
在A点由光的折射定律可知
光在玻璃中的传播速度为
光的路程为
故光线在玻璃中由A点传播至边中点所需的时间
（2）坦克内的人从AB中点向外观察时，看到的范围如图所示
由几何关系得
由光的折射定律可知
解得
坦克内的人从中点向外观察时，则能看到的外界角度范围为
15．(1)30°
(2)距离B点
【详解】（1）一束光线从M点在纸面内沿着与AC垂直的方向射入玻璃砖，根据几何关系可知入射角为
根据折射定律
解得光线在M点的折射角
（2）根据题意作出光路图
根据几何关系有
，，，，
在中，根据正弦定理
解得
由于
光线在边发生全反射，根据几何关系有
，，
在中，根据正弦定理
解得
光线在玻璃砖表面射出的位置距离B点。
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