高二物理（粤教版2019）选择性必修一第四章《光及其应用》重难点突破卷（含解析）

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第四章 光及其应用--重难点突破卷
(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．（22-23高二下·福建泉州·期末）如图为物理老师将熏黑的铁球放入水中演示实验图。铁球看上去变得锃亮，是因为光的（　　）

A．干涉 B．衍射
C．全反射 D．偏振
2．（24-25高三上·广东潮州·阶段练习）某广场喷泉，在喷泉底部水平安装有五颜六色的圆形彩灯。如图所示，若所有彩灯均为圆盘状，直径均为，灯面到水面的距离均为。已知红光在水中的折射率为，水池面积足够大。则下列说法正确的是（　　）
A．每个灯盘在水面上的发光形状为环形
B．红光灯盘在水面上的发光面积为
C．红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的大
D．灯盘在水中的深度越大，其在水面上的发光面积就越小
3．（23-24高二下·广东·期中）如图所示，ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率比b光的频率大
B．b光比a光更容易发生明显的衍射现象
C．在真空中，a光的传播速度比b光的传播速度大
D．在棱镜中，a光的传播速度比b光的传播速度大
4．（23-24高二下·贵州遵义·期末）某工厂研发了一种室内光纤照明系统，如图甲所示，主要材料为塑料光纤。这种光纤由聚苯乙烯等作为芯层材料，氟塑料等作为皮层材料，具有质轻、柔软、光传导能力大的特点。图乙是光纤中光传导的原理示意图。下列说法正确的是（　　）
A．光在该光纤中的传播速率大于在真空中的速率，以便于快速传播
B．光在该光纤中利用全反射现象减小传输中的损耗，实现良好照明效果
C．为保证光全被约束在纤芯中，芯层材料的折射率需小于皮层材料的折射率
D．为保证光全被约束在纤芯中，光进入光纤时的入射角只能是90°
5．（23-24高二下·浙江·阶段练习）2024年3月20日，内蒙古扎兰屯市出现“幻日”景观。幻日是一种大气光学现象，称为“双太阳”。图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为a、b两种单色光穿过六角形冰晶的过程图，则在冰晶中（ ）
A．a的折射率比b的大 B．a的频率比b的大
C．在冰晶a的传播速度比b的小 D．真空中a的波长比b的大
6．（24-25高二上·全国·单元测试）虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成和两条彩色光带，光路如图所示。下列关于照到点的单色光的说法中正确的是（　　）
A．点的光的颜色分别为紫、红、红、紫
B．M点的光的折射率比N点的光小
C．在同一双缝干涉装置上做实验，用P点的光得到的干涉图样的亮条纹宽度比用Q点的光得到的干涉图样的亮条纹窄
D．水中相同深度处有两个光源，其颜色分别与两点的光同色，在其正上方的水面上，同等条件下观测，与Q点光同色的点光源在水下的像更深
7．（23-24高二上·江苏徐州·期末）在“测量玻璃的折射率”实验中，实验室提供了梯形玻璃砖，有四个面为光学面，某同学利用其中两个面设计了以下几种实验方案，光路图如图所示，其中不合理的是（　　）
A． B．
C． D．
8．（24-25高二上·陕西西安·阶段练习）如图1所示，等腰为一棱镜的横截面，；一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的a、b两束光。如图甲所示将一矩形玻璃板水平固定，另一矩形玻璃板一端放在水平玻璃板M端上，另一端与水平玻璃板N端之间插入两张纸片。现将a、b两束光分别从上方竖直射入图甲，从上方可以观察到明暗相间的条纹如图乙、丙所示。下列说法正确的是（　　）
A．a光对应丙图条纹，b光对应乙图条纹
B．乙、丙图条纹是由两块玻璃板上表面反射的光干涉形成的
C．少垫一张纸片，条纹间距变大
D．在同一介质中发生全反射时，b光比a光的临界角要大
9．（23-24高二下·江西赣州·期中）明代方以智在《物理小识》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色…”这描述的是光的色散现象。如图所示，一宝石的横截面为半圆，MN是其直径，P是圆弧上的一点。在横截面所在的平面，一束光自P点射入宝石，折射为a、b两束单色光。下列说法正确的是（　　）
A．宝石对b光的折射率比对a光的折射率大
B．a光的频率比b光的频率大
C．在宝石中，a光的传播速度比b光的传播速度小
D．在真空中，a光的波长比b光的波长长
10．（24-25高二上·山西太原·阶段练习）如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束单色细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入，对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示.图丙是用这种材料制成的透明实体，左侧是半径为R的半圆柱体，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束该单色光从左侧A′点沿半径方向，且与长方体的长边成37°角射入透明实体.已知光在真空中传播的速度为c，以下说法中正确的是（ ）
A．该透明材料的临界角是37° B．该透明材料的临界角是53°
C．该透明材料的折射率为 D．光线在透明体中传播的总时间为
第Ⅱ卷 非选择题
二、非选择题
11．（8分）（23-24高二下·甘肃天水·期中）在“用双缝干涉测量光的波长”实验中（实验装置如图甲），双缝间距，双缝到光屏间的距离，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)下列说法正确的是（　　）
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在光屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C．将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽
D．为方便起见，可用测量头直接测出相邻两条亮条纹间的距离，再根据求出波长
(2)正确操作后，该组同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图乙所示，分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为27.50mm，在图中B位置时游标卡尺读数如图丙所示。
①分划板在图乙中A、B位置时，相邻两条亮条纹中心间距 mm。
②该单色光的波长 m（保留两位有效数字）。
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，真实值 （选填“大于”“小于”或“等于”）测量值。
12．（7分）（24-25高二上·广东中山·阶段练习）某实验小组在用插针法“测玻璃的折射率”实验中，画出的光路，如图甲所示。
(1)以下措施可以提高实验准确程度的是（　　）
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间距尽量大一些
D．图甲中不能太大，避免发生全反射
(2)该实验小组的同学在甲图的基础上，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、反射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图乙所示，则玻璃的折射率 （用图中线段的字母表示）。
(3)若该组的同学在正确画出两界面后，不小心将玻璃砖平移了一些，如图丙所示（虚线表示玻璃砖边界），其他操作无误，则他测得的折射率将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
13．（10分）（23-24高二下·广东广州·期末）道威棱镜是医用内窥镜的重要组成部分（如图甲），它被广泛用于图形翻转。道威棱镜的横截面ABCD是底角为45°的等腰梯形，棱镜的折射率为。如图乙所示，现有一光源F发出一组平行于AD的光线，最后投射到光屏上，形成完整的像F'，已知真空中光速为c。
（1）求光线1从AB射入“道威棱镜”后的折射角；
（2）通过计算判断光线1能否从BC边射出，并求出光线1在棱镜中的传播速度
（3）请在图乙中画出入射光线1、2到光屏的光路图及在光屏上所成的像F'。
14．（14分）（23-24高二下·广东清远·期末）光纤通信具有通信容量大、传输距离远等优点．现有一长为，直径为的长直光纤，一束单色平行光从该光纤左端沿光纤方向射入，经过在光纤右端接收到该光束．已知光在真空中传播的速度，求：
（1）光纤的折射率n；
（2）若改变平行光的入射方向使从左端射入的光能够传送到右端（无损失），求光在光导纤维内传输的最长时间；
（3）如图所示该光纤绕圆柱转弯，若平行射入该光纤的光在转弯处均能发生全反射，求该圆柱体半径R的最小值．
15.（16分）（23-24高二下·广东惠州·阶段练习）如图所示，半径为R的透明球体静止于水平地面上，AOB为过球心且与水平面平行的一条直径，在直径的一端点B点处有一光源，某时刻从该光源处发出一光线，射到球面M点后经折射出来的光线恰好平行于水平地面。设由B点射到M点的光线与BOA之间的夹角为30°，光在真空中的速度为c。
(1)求出该透明材料的折射率；
(2)光线从B传播到M的时间。
答案和解析
参考答案：
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 C C D B D A B AC AD BCD
1．C
【详解】碳粒层与水之间又形成了一空气层，光由空气进入水会发生折射现象，但是光线由水内部射向空气时，由于角度问题大部分光线发生了全反射，一般要经过2次或者更多次全反射之后才折射出来，即光线在经过很多路径才传播出来，由于这些光路重叠交织在一起，所以看起来会比较亮。这是光的全反射现象所形成的。
故选C。
2．C
【详解】A．因为彩灯为圆盘状，所以每个灯盘在水面上的发光形状为圆形，故A错误；
B．
设红光在水面发生全发射时临界角为
由得
即临界角
由几何关系可得，红光灯盘在水面上的发光面积直径为
红光灯盘在水面上的发光面积为
故B错误；
C．无论是何种光，灯盘在水面上的发光面积直径都满足上一选项中的
灯盘在水面上的发光面积为
又因为红光的频率小于绿光，所以红光的折射率小于绿光，即
又由公式得
即临界角
结合面积公式可得红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的大。故C正确；
D．结合上一选项中的水面发光面积公式
可知，同一颜色灯盘在水中的深度越大，其在水面上的发光面积就越大，故D错误。
故选C。
3．D
【详解】A．根据题意可知，两种光以相同的入射角射向面时，b光发生全反射，a光发生折射和反射，说明a光的临界角大于b光的临界角，根据
可知，a光在棱镜中的折射率小于b光的折射率，所以a光在介质中的折射率小，频率小，故A错误；
B．频率越大，波长越短，因此b光的波长比a光的短，所以a光比b光更容易发生衍射现象，故B错误；
C．不同频率的光在真空中的传播速度都相同，故C错误；
D．a光在介质中的折射率小，根据
可知，a光的传播速度比b光的传播速度大，故D正确。
故选D。
4．B
【详解】A．由
可知光在该光纤中的传播速率小于在真空中的速率，故A错误；
B．光在该光纤中利用全反射现象减小传输中的损耗，实现良好照明效果，故B正确；
C．为保证光全被约束在纤芯中，芯层材料的折射率需大于于皮层材料的折射率，才能保证光从芯层材料射向皮层材料时，发生全反射，故C错误；
D．由C选项分析可知，光进入光纤时的入射角没有特殊要求，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】ABC．由图可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则a的折射率比b的小，a的频率比b的小，a的波长比b的大；故ABC错误；
D．根据，可知a的传播速度比b的大。故D错误。
故选D。
6．A
【详解】AB．在白光色散成的七色光中红光的折射率最小，紫光的折射率最大，根据折射定律知白光进入玻璃球折射后红光的折射角较大，由玻璃球出来后将形成光带，而两端分别是红光和紫光，根据光路图可知点的光的颜色分别为紫、红、红、紫，A正确，B错误；
C．P点的光是红光，波长最长，则用P点的光得到的干涉图样的条纹宽度较Q点的光更宽，C错误；
D．在正上方的水面上，同等条件下观测，与P点的光同色的点光源在水面折射时的折射角最小，看到的像更深，D错误。
故选A。
7．B
【详解】空气相对玻璃是光疏介质，光从光疏介质到光密介质，折射角小于入射角。相反，光从光密介质到光疏介质，折射角大于入射角。但选项B光从玻璃射出到空气，入射角大于折射角，这是不合理的。
故选B。
8．AC
【详解】A．由题图1可知，b光的偏折程度大，由折射定律可知，b光的折射率大，因此b光的频率大，波长小，干涉条纹间距小，说明a光对应丙图条纹，b光对应乙图条纹，A正确；
B．乙、丙图条纹是由两块玻璃板间空气膜上、下表面反射的光干涉形成的，B错误；
C．产生干涉现象的两列光对应的光程差是空气膜厚度的2倍，少垫一张纸片，空气膜厚度减小，则条纹间距变大，C正确；
D．在同一介质中，频率大的光折射率大，b光折射率大于a光折射率，由全反射临界角公式可知，b光比a光的临界角要小，D错误。
故选AC。
9．AD
【详解】A．根据题图可知，在空气中的入射角相同的前提下，b光的偏折更大，其折射角较小，根据折射率的定义式可知，宝石对b光的折射率较大，故A正确；
B．折射率越大，频率越大，即a光的频率比b光的频率小，故B错误；
C．根据折射率与光速的关系式有
结合上述，宝石对b光的折射率较大，则在真空中，在宝石中，a光的传播速度比b光的传播速度大，故C错误；
D．折射率越大，频率越大，波长越小，结合上述可知，在真空中，a光的波长比b光的波长长，故D正确。
故选AD。
10．BCD
【详解】AB．由图乙可知，θ=37°时，折射光线开始出现，说明此时对应的入射角应是发生全反射的临界角C，即得
C=90°-37°=53°
故A错误，B正确。
C．根据全反射临界角公式
得该透明材料的折射率
故C正确；
D．因为临界角是53°，光线在玻璃砖中刚好发生3次全反射，光路图如图所示，
则光程为
光在该透明材料中的传播速度为
光线在透明长方体中运动的总时间
故D正确。
故选BCD。
11．(1)BC
(2) 0.60
(3)小于
【详解】（1）A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，因为放了会无法调节光束沿遮光筒轴线照在屏中心，故A错误；
B．为减小测量误差，测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐。故B正确；
C．根据
将滤光片由紫色换成红色，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故C正确；
D．为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距
再根据求出波长，故D错误。
故选BC。
（2）[1]在图中B位置时游标卡尺读数为
由图可知，A处为第1条暗条纹，B处为第7条暗条纹，相邻两条纹间距
[2]由
得该单色光的波长为
故填。
（3）如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，则测得的偏大，则真实值小于测量值。
12．(1)AC
(2)
(3)不变
【详解】（1）AC．采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大些，保证光线的直线度，故AC正确；
B．两光学表面是否平行不影响该实验的准确度，故B错误；
D．光从空气中射入玻璃中不会发生全反射，为了减小测量时的误差，入射角应适当偏大，故D误。
故选AC。
（2）玻璃的折射率为
（3）如图所示
实线表示玻璃砖平移后实际的光路，虚线表示实验中得到的光路，可知实验中得到的入射角、折射角与实际的入射角、折射角分别相等，由折射定律可知，测出的折射率不变。
13．（1）30°；（2）不能从BC边射出，2.1×108m/s；（3）
【详解】（1）根据折射定律得
解得
（2）光线射到BC边的入射角为
临界角为
解得
因为
在BC边发生全反射，不能从BC边射出；
光线1在棱镜中的传播速度为
（3）结合光可逆原理，光路图和像如图所示
14．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）光在长直光纤中传输
光纤的折射率
（2）当光射到芯层与包层分界面的入射角等于临界角时，光在光导纤维内传输的时间最长，此时光传播的路程为
又
则最长时间
（3）如图所示，当光纤中最下面的光线发生全反射，则平行光在弯曲处全部发生全反射
由几何关系可知
解得
15．(1)
(2)
【详解】（1）光在M点发生折射由几何关系可知，入射角为，折射角为，如图所示
所以折射率
（2）光在介质中传播的速度
光在球体中传播的时间为t
有几何关系有
解得
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