章末测评验收卷(四) 光及其应用
(满分：100分)
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)
1.(2024·广东广州期中)关于光的特性，下列描述正确的是( )
同一种色光，在不同介质中波长、频率均不同
雨后路面上的油膜形成彩色的条纹，是光的衍射现象
分别用单色红光和单色绿光通过同一双缝干涉装置，后者条纹间距较宽
光照射到不透明的小圆盘上，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑是光的衍射现象
2.下列选项中，属于光的衍射现象的是( )
A B C D
3.如图所示，一束复色光照射到水中的球形气泡以后，经折射后分成a、b两束单色光，下列说法正确的是( )
在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
a光能发生偏振现象，b光不能发生偏振现象
a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置，b光的条纹间距更大
a、b两束光分别通过同一单缝衍射装置，a光的中央明条纹较宽
4.光线以45°入射角从玻璃中射到玻璃与空气的界面上，恰好没有光线射到空气中，则光在该玻璃中的传播速度为( )
1.732×108 m/s 3.000×108 m/s
2.121×108 m/s 3.464×108 m/s
5.如图所示，一束激光照射在单缝上，在缝后屏上得到明暗相间的条纹，下列说法中正确的是( )
用激光作为光源主要是利用激光亮度高的特性
光屏上得到的是等间距的条纹
换用更窄的单缝，条纹变宽
换用频率更大的激光照射单缝，条纹变宽
6.如图所示，一横截面为直角三角形的三棱镜，∠B＝90°，∠C＝30°。一条与BC面成θ＝30°角的光线射向AB边，经过BC边一次反射，再从AC边射出，且出射光线的折射角为60°。则这种材料的折射率为( )
2
7.一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示，光导纤维对该束光的折射率为n，该段光导纤维的长度为L，图中的光线刚好在光导纤维与空气的界面处发生全反射。已知空气对该束光的折射率为1，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是( )
光导纤维的折射率n＞1 光导纤维的折射率n＜1
光在光导纤维中传播的时间为 光在光导纤维中传播的时间为
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)
8.在光的特性研究中，下列实验现象和原理的说法正确的是( )
图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度
图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值(入射角i＜90°)后不会再有光线从bb′面射出
图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板(双缝)间的距离L，相邻两条明条纹间距离将不变
图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的
9.如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)。设水对b光的折射率为nb，则下列说法正确的是( )
在水中，a光的波长比b光的短
在水中，a光的传播速度比b光的大
复色光圆形区域的面积为S＝
在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹间距比b光的窄
10.平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为θ的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时，θ＝60°，当入射光为b光时，θ＝90°，则( )
该玻璃对a光的折射率为2
该玻璃对b光的折射率为
在该玻璃中a光的速度比b光的速度大
用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11.(7分)(2024·广东广州期末)如图甲所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，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，再插上大头针P3、P4，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。
甲
(1)关于此实验，下列说法中正确的是________(3分)。
A.大头针P4须挡住P3及P1、P2的像
B.入射角越大，折射率的测量越准确
C.插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，折射率的测量值将偏大
(2)用另一块折射率为但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图乙所示。光从上表面入射，入射角从0°逐渐增大到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失，则玻璃砖上下表面的夹角为________(4分)。
乙
12.(10分)在用双缝干涉测量光的波长的实验中：
(1)若测量红色光的波长，应选用________(2分)色滤光片，实验中已经知道双缝之间的距离为d，也测出了相邻亮(暗)条纹间距Δx，还需要测量的物理量是______________________(2分)。
(2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，螺旋测微器读数是4.077 mm，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，如图甲所示，螺旋测微器的读数(图乙)是______mm(2分)，则入射光的波长λ＝______m(2分)。
(3)若实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善方法有________(2分)。
A.改用波长较短的光作为入射光 B.增大双缝到屏的距离
C.增大双缝到单缝的距离 D.增大双缝间距
13.(9分)(2024·广东肇庆期末)古人云：“石之美者为玉”。宝石是地质中的一些矿物元素经过地质作用和环境变化后形成的不同结晶。而宝石的折射率是区分宝石级别的一个重要指标。如图所示，某圆柱体宝石的横截面是以O为圆心，以R为半径的圆形。一单色光在横截面所在平面内，从圆周上的A点射入宝石，从B点射出，α＝60°，∠AOB＝120°。已知真空中的光速为c，不考虑光在A、B位置的反射(答案均可保留根号)。
(1)(4分)完成光路图，并求宝石对该单色光的折射率；
(2)(5分)求该单色光在宝石中传播的时间。
14.(13分)如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m，从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为n＝。
(1)(6分)求池内的水深；
(2)(7分)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为3.0 m；当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45°，求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位小数)。
15.(15分)如图所示，△ABC为折射率n＝、顶角θ＝30°的直角三棱镜的截面，P为垂直于直线BCD的光屏。一束宽度d＝AB的单色平行光束垂直射向AB面，经三棱镜折射后在屏P上形成一条光带。求：
(1)(7分)图中编号为b的光线经棱镜后传播方向改变的角度；
(2)(8分)在屏P上形成的光带宽度。
章末测评验收卷(四) 光及其应用
1.D [同一种色光总是频率相同的，在不同介质里波长和波速不同，故A错误；雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是光的薄膜干涉现象，故B错误；根据光的干涉公式Δx＝λ，可知，红光波长长，对应的条纹间距较宽，故C错误；光照射到不透明的小圆盘上，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑是光的衍射现象，故D正确。]
2.A [泊松亮斑是光的衍射现象，A正确；沙漠蜃景是光的全反射现象，B错误；等间距条纹是光的干涉现象，C错误；太阳光下的肥皂膜是光的干涉现象，D错误。]
3.D [所有光在真空中的传播速度均相同，选项A错误；光是横波，a、b两束光均能发生偏振现象，选项B错误；由题图可知a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，a光的波长大于b光的波长，由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距更大，选项C错误；由于a光的波长大于b光的波长，所以通过同一单缝衍射装置，a光的中央明条纹较宽，选项D正确。]
4.C [由题意可知光射到玻璃与空气的界面上发生全反射的临界角ic＝45°，根据光的折射定律可知，玻璃的折射率n＝＝，光在该玻璃中的传播速度v＝＝ m/s＝2.121×108 m/s，故C正确，A、B、D错误。]
5.C [用激光作为光源主要是利用激光相干性好的特性，故A错误；光通过单缝时发生衍射现象，光屏上得到的是中间宽、两侧窄的明暗相间的条纹，故B错误；当孔径或障碍物的尺寸小于波长或与波长相差不大时衍射现象更明显，因此当单缝变窄时，条纹将变宽，故C正确；用频率更大的激光照射单缝，波长更短，条纹变窄，故D错误。]
6.B [光路图如图所示，光线在AB边上的入射角i＝90°－30°＝60°，光线从AC边上出射时的折射角i′＝60°，由折射定律可知，光线在AB边上的折射角γ等于在AC边上的入射角γ′。根据几何关系有γ＋γ′＋90°＋30°＝180°，可得γ＝30°，根据折射定律可知，这种材料的折射率为n＝＝，A、C、D错误，故B正确。]
7.A [由于光发生全反射的条件之一是光由光密介质射入光疏介质，所以光导纤维的折射率比空气的折射率大，即n＞1，故A正确，B错误；光线在界面处发生全反射的临界角ic的正弦值为sin ic＝，光在光导纤维中的传播速度为v＝，v在沿光导纤维方向的分量为v1＝vsin ic＝，光在光导纤维中传播的时间为t＝＝，故C、D错误。]
8.AD [题图甲中a束光折射角大，折射率小，根据v＝可知，a束光在水珠中的传播速度大，选项A正确；题图乙中，光束在aa′面的折射角等于在bb′面的入射角，只要入射角i＜90°，bb′面的入射角就小于临界角，就不会发生全反射，选项B错误；题图丙中，根据公式Δx＝λ可知，减小屏到挡板(双缝)间的距离L，相邻两条明条纹间距离将减小，选项C错误；题图丁中的干涉条纹是光在样板下表面反射光和被检测平面上表面反射光形成稳定干涉，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的，选项D正确。]
9.BC [a光在水面上有光射出的区域面积较大，知a光的临界角较大，根据sin ic＝，知a光的折射率较小，a光的频率较小，a光的波长比b光的长，由v＝可知，在水中，a光的传播速度比b光大，故A错误，B正确；设复色光区域的半径为r，根据sin ic＝，结合几何关系，可知＝，则复色光圆形区域的面积为S＝πr2＝，故C正确；a光的折射率小，波长长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，相同条件下，a光的干涉条纹间距比b光的宽，故D错误。]
10.AD [由题知a光发生全反射的临界角为30°，由临界角公式sin ic＝得该玻璃对a光的折射率na＝＝2，故A正确；由题知b光发生全反射的临界角为45°，由临界角公式sin ic＝得该玻璃对b光的折射率nb＝＝，故B错误；该玻璃对b光的折射率较小，根据v＝知，在该玻璃中b光的速度比a光的速度大，故C错误；该玻璃对a光的折射率较大，可知a光的频率较大，波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ知，用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小，故D正确。]
11.(1)AC (2)15°
解析 (1)大头针P4的作用是确定出射光线，故大头针P4须挡住P3及P1、P2的像，故A正确；实验时入射角适当大一些即可，入射角并不是越大越好，故B错误；为减小实验误差，插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些，故C正确；如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，由图可知折射角将增大，根据折射定律可知折射率的测量值将偏小，故D错误。
(2)光在玻璃砖上表面折射时，根据折射定律有＝n，解得折射角为γ＝30°，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失，此时光在玻璃砖下表面发生全反射，有sin ic＝，解得光在玻璃砖下表面的入射角为ic＝45°
根据几何关系可知玻璃砖上下表面的夹角为
θ＝ic－γ＝15°。
12.(1)红 双缝到屏的距离L (2)5.665(5.664～5.667) 5.29×10－7(5.29×10－7～5.30×10－7) (3)B
解析 (1)要产生红色光，需将白光通过红色滤光片；实验中已知双缝之间的距离为d，也测出了相邻亮(暗)条纹间距Δx，根据公式Δx＝λ知，还需要测量的物理量是双缝到屏的距离为L。
(2)螺旋测微器的精确度为0.01 mm
固定刻度为5.5 mm，可动刻度为16.5×0.01 mm＝0.165 mm
所以最终读数为5.5 mm＋0.165 mm＝5.665 mm
由题图甲知，A与B之间的间隔是3个条纹，所以干涉条纹的间距
Δx＝＝×10－3 m＝5.29×10－4 m
根据条纹间距公式Δx＝λ，代入数据得
λ＝＝ m＝5.29×10－7 m。
(3)根据公式Δx＝λ知，实验中发现条纹太密，可以通过增大双缝到屏的距离，或增大波长，或减小双缝间距来增大条纹间距，而条纹间距与双缝到单缝的距离无关，故B正确，A、C、D错误。
13.(1)见解析图 (2)
解析 (1)光路图如图所示，由几何关系得γ＝30°，又α＝60°，则根据折射定律有n＝＝。
(2)由n＝，得v＝
设该单色光在宝石中的光程为s，则由几何关系，得s＝R，则该单色光在宝石中的传播时间为
t＝＝。
14.(1) m (2)1.7 m
解析 (1)设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率为n＝，光线的折射角为γ＝90°
由折射定律可知n＝
由几何关系可知sin i＝
式中l＝3.0 m，h是池内水的深度
联立上式并代入数据得h＝ m。
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x，点光源A在水平面的入射角为i′，由题意救生员所接收的光线和竖直方向的夹角为θ＝45°
由折射定律n＝
设入射点到A点的水平距离为a，由几何关系可知
sin i′＝
且a＝x
解得x＝1.7 m。
15.(1)30° (2)d
解析 (1)作出光路图如图所示。
b光线从AB面垂直射入棱镜后，传播方向不变，设在AC面入射角为γ，折射角为i，则
由折射定律n＝
由几何关系知γ＝θ
代入数据解得i＝60°
由几何关系得，编号为b的光线经棱镜后传播方向改变的角度α＝i－γ＝30°。
(2)由几何关系有BC＝dtan 30°
C2C1＝BCtan 30°
A′C′＝d－C2C1
联立解得在屏P上形成的光带宽度A′C′＝d。(共33张PPT)
章末测评验收卷(四)
第四章 光及其应用
(时间：75分钟 满分：100分)
D
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)
1.(2024·广东广州期中)关于光的特性，下列描述正确的是( )
A.同一种色光，在不同介质中波长、频率均不同
B.雨后路面上的油膜形成彩色的条纹，是光的衍射现象
C.分别用单色红光和单色绿光通过同一双缝干涉装置，后者条纹间距较宽
D.光照射到不透明的小圆盘上，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑是光的衍射现象
A
2.下列选项中，属于光的衍射现象的是( )
解析 泊松亮斑是光的衍射现象，A正确；沙漠蜃景是光的全反射现象，B错误；等间距条纹是光的干涉现象，C错误；太阳光下的肥皂膜是光的干涉现象，D错误。
D
3.如图所示，一束复色光照射到水中的球形气泡以后，经折射后分成a、b两束单色光，下列说法正确的是( )
A.在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B.a光能发生偏振现象，b光不能发生偏振现象
C.a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置，b光的条纹间距更大
D.a、b两束光分别通过同一单缝衍射装置，a光的中央明条纹较宽
C
4.光线以45°入射角从玻璃中射到玻璃与空气的界面上，恰好没有光线射到空气中，则光在该玻璃中的传播速度为( )
A.1.732×108 m/s B.3.000×108 m/s
C.2.121×108 m/s D.3.464×108 m/s
C
5.如图所示，一束激光照射在单缝上，在缝后屏上得到明暗相间的条纹，下列说法中正确的是( )
A.用激光作为光源主要是利用激光亮度高的特性
B.光屏上得到的是等间距的条纹
C.换用更窄的单缝，条纹变宽
D.换用频率更大的激光照射单缝，条纹变宽
解析 用激光作为光源主要是利用激光相干性好的特性，故A错误；光通过单缝时发生衍射现象，光屏上得到的是中间宽、两侧窄的明暗相间的条纹，故B错误；当孔径或障碍物的尺寸小于波长或与波长相差不大时衍射现象更明显，因此当单缝变窄时，条纹将变宽，故C正确；用频率更大的激光照射单缝，波长更短，条纹变窄，故D错误。
B
6.如图所示，一横截面为直角三角形的三棱镜，∠B＝90°，∠C＝30°。一条与BC面成θ＝30°角的光线射向AB边，经过BC边一次反射，再从AC边射出，且出射光线的折射角为60°。则这种材料的折射率为( )
A
7.一束光在光导纤维中传播的示意图如图所示，光导纤维对该束光的折射率为n，该段光导纤维的长度为L，图中的光线刚好在光导纤维与空气的界面处发生全反射。已知空气对该束光的折射率为1，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是( )
AD
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)
8.在光的特性研究中，下列实验现象和原理的说法正确的是( )
A.图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度
B.图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值(入射角i＜90°)后不会再有光线从bb′面射出
C.图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板(双缝)间的距离L，相邻两条明条纹间距离将不变
D.图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是不平整的
BC
9.如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)。设水对b光的折射率为nb，则下列说法正确的是( )
AD
10.平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为θ的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时，θ＝60°，当入射光为b光时，θ＝90°，则( )
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11.(7分)(2024·广东广州期末)如图甲所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边MN和PQ，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，再插上大头针P3、P4，然后作出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。
(1)关于此实验，下列说法中正确的是________。
A.大头针P4须挡住P3及P1、P2的像
B.入射角越大，折射率的测量越准确
C.插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D.如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，折射率的测量值将偏大
甲
乙
答案 (1)AC (2)15°
解析 (1)大头针P4的作用是确定出射光线，故大头针P4须挡住P3及P1、P2的像，故A正确；实验时入射角适当大一些即可，入射角并不是越大越好，故B错误；为减小实验误差，插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些，故C正确；如果误将玻璃砖的边PQ画到P′Q′，由图可知折射角将增大，根据折射定律可知折射率的测量值将偏小，故D错误。
12.(10分)在用双缝干涉测量光的波长的实验中：
(1)若测量红色光的波长，应选用________色滤光片，实验中已经知道双缝之间的距离为d，也测出了相邻亮(暗)条纹间距Δx，还需要测量的物理量是__________________________。
(2)已知双缝到光屏之间的距离L＝500 mm，双缝之间的距离d＝0.50 mm，单缝到双缝之间的距离s＝100 mm，某同学在用测量头测量时，转动手轮，在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准A亮条纹的中心，螺旋测微器读数是4.077 mm，然后他继续转动，使分划板中心刻线对准B亮条纹的中心，如图甲所示，螺旋测微器的读数(图乙)是______mm，则入射光的波长λ＝______m。
(3)若实验中发现条纹太密，难以测量，可以采用的改善方法有________。
A.改用波长较短的光作为入射光 B.增大双缝到屏的距离
C.增大双缝到单缝的距离 D.增大双缝间距
答案 (1)红 双缝到屏的距离L (2)5.665(5.664～5.667) 5.29×10－7(5.29×
10－7～5.30×10－7) (3)B
(2)螺旋测微器的精确度为0.01 mm
固定刻度为5.5 mm，可动刻度为
16.5×0.01 mm＝0.165 mm
所以最终读数为5.5 mm＋0.165 mm＝5.665 mm
由题图甲知，A与B之间的间隔是3个条纹，所以干涉条纹的间距
13.(9分)(2024·广东肇庆期末)古人云：“石之美者为玉”。宝石是地质中的一些矿物元素经过地质作用和环境变化后形成的不同结晶。而宝石的折射率是区分宝石级别的一个重要指标。如图所示，某圆柱体宝石的横截面是以O为圆心，以R为半径的圆形。一单色光在横截面所在平面内，从圆周上的A点射入宝石，从B点射出，α＝60°，∠AOB＝120°。已知真空中的光速为c，不考虑光在A、B位置的反射(答案均可保留根号)。
(1)完成光路图，并求宝石对该单色光的折射率；
(2)求该单色光在宝石中传播的时间。
(1)求池内的水深；
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为3.0 m；当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收的光线与竖直方向的夹角恰好为45°，求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位小数)。
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x，点光源A在水平面的入射角为i′，由题意救生员所接收的光线和竖直方向的夹角为θ＝45°
且a＝x
解得x＝1.7 m。
(1)图中编号为b的光线经棱镜后传播方向改变的角度；
(2)在屏P上形成的光带宽度。
解析 (1)作出光路图如图所示。
b光线从AB面垂直射入棱镜后，传播方向不变，设在AC面入射角为γ，折射角为i，则
由几何关系知γ＝θ
代入数据解得i＝60°
由几何关系得，编号为b的光线经棱镜后传播方向改变的角度α=i－γ=30°。
(2)由几何关系有BC＝dtan 30°
C2C1＝BCtan 30°
A′C′＝d－C2C1
