人教版高中物理选择性必修第一册
第四章过关检测（解析版）
(时间:75分钟 满分:100分)
一、选择题:本大题共10小题,共46分。第1~7题,每小题4分,只有一项符合题目要求,错选、多选或未选均不得分;第8~10题,每小题6分,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,有选错或不选的得0分。
1.(2024·北京卷)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,这种现象属于光的( )
A.偏振现象 B.衍射现象
C.干涉现象 D.全反射现象
答案C
解析阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,是肥皂膜的前后表面反射的光叠加产生的干涉现象,选项A、B、D错误,C正确。
2.关于下列现象所涉及的光学知识,下列说法正确的是 ( )
A.图甲检查工件的平整度是利用光的衍射现象
B.医用内窥镜是利用光的干涉现象
C.图乙在坦克内壁上开孔安装玻璃是利用光的折射现象扩大视野
D.泊松亮斑是由光的偏振现象产生的
答案C
解析题图甲检查工件的平整度是利用光的干涉现象,故选项A错误;医用内窥镜是利用光的全反射现象,故选项B错误;题图乙在坦克内壁上开孔安装玻璃是利用光的折射现象扩大视野,故选项C正确;泊松亮斑是由光的衍射现象产生的,故选项D错误。
3.(2025广东顺德高二期末)用激光笔照射光具盘上的半圆形玻璃砖,观察到的现象如图所示。以下说法正确的是( )
A.光线a是入射光线
B.玻璃砖的折射率n=
C.顺时针转动玻璃砖时,光线b也顺时针方向转动
D.逆时针转动玻璃砖时,光线a逐渐减弱最后消失
答案C
解析由题图可知,c是入射光线,b是反射光线,a是折射光线,选项A错误。玻璃砖的折射率n=,选项B错误。顺时针转动玻璃砖时,入射角r增大,故反射角也增大,光线b顺时针方向转动,选项C正确。逆时针转动玻璃砖时,入射角r减小,故折射角也减小,不会发生全反射,光线a不会消失,选项D错误。
4.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ B.λ
C.λ D.λ
答案B
解析为减小反射的热效应显著的红外线,则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱,即路程差为半波长的奇数倍,故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
5.下图分别为红光和绿光在相同条件下的干涉和衍射图样。下列判断正确的是( )
A.甲图是绿光的衍射图样
B.乙图是红光的干涉图样
C.丙图是红光的衍射图样
D.丁图是绿光的干涉图样
答案C
解析双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹,所有条纹宽度相同且等间距,故甲图和乙图是双缝干涉现象,根据双缝干涉条纹间距Δx=λ,可知波长λ 越大,Δx越大,红光的波长大于绿光的波长,则乙图为绿光的双缝干涉图样,选项A、B错误;单缝衍射条纹是中间明亮且宽大,越向两侧宽度越小越暗,而波长越大,中央亮条纹越粗,故丙图和丁图是衍射图样,红光的波长大于绿光的波长,即丙图为红光的单缝衍射图样,选项D错误,C正确。
6.一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面,经下表面反射从玻璃砖上表面射出,光线分为a、b两束,如图所示。下列说法正确的是( )
A.在玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
B.在真空中,遇到障碍物时b光更容易产生明显的衍射现象
C.增大空气一侧的入射角,a光线先消失
D.在真空中用同一装置进行双缝干涉实验,a光的条纹间距大于b光的条纹间距
答案B
解析光路图如图所示,在玻璃砖上表面折射时,a光的偏折程度较大,则a光的折射率较大,由v=知,在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度,故选项A错误;由于b光的偏折程度较小,故其折射率较小,所以其波长较长,波动性较强,遇到障碍物时b光更容易产生明显的衍射现象,故选项B正确;两列光折射后经反射再从玻璃进入空气折射,由几何关系可知第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角,根据光路的可逆性可得两列光均不能发生全反射,故两列光不会消失,故选项C错误;a光的折射率大,频率大,则波长小,根据Δx=λ,a光的条纹间距小于b光的条纹间距,故选项D错误。
7.在透明的均匀介质内有一球状空气泡,O为球心,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C、D两点射向介质,细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=,下列说法正确的是( )
A.在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度大
B.a光射出空气泡后的传播方向相对于射入空气泡前的传播方向偏转角为30°
C.当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光波长,a光不能发生衍射现象
D.若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中,在不断增大入射角时,a的折射光会先消失
答案B
解析根据光在A点的折射可知,a光的偏折角大于b光的偏折角,所以a光的折射率大于b光的折射率,由v=得知,在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小,选项A错误;设a光在A点的入射角为i,折射角为ra ,由折射定律得n=,得sin ra=nsin i=sin 30°=,得ra=45°,根据光路可逆性和几何知识可知,a光线从C点射出时,入射角和折射角分别等于A点折射时折射角和入射角,则偏向角为θ=2(ra-i)=30°,选项B正确;对照衍射的条件知,当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光波长,a光能发生明显衍射现象,选项C错误;发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,光束从空气斜射向水中,不能发生全反射,折射光线不会消失,选项D错误。
8.把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上,让单色光从上方射入(如图甲),这时可以看到亮暗相间的同心圆(如图乙),这个现象是牛顿首先发现的,这些同心圆叫作牛顿环,为了使同一级圆环的半径变大(例如中心数起的第二道圆环),则应( )
A.将凸透镜的曲率半径变大
B.将凸透镜的曲率半径变小
C.改用波长更长的单色光照射
D.改用波长更短的单色光照射
答案AC
解析当光程差为波长的整数倍时是亮条纹,当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹。将凸透镜的曲率半径变大,与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小,出现同一亮条纹的厚度由中心向外偏移,同一级圆环的半径变大;相反,凸透镜的曲率半径变小,同一级圆环的半径变小,故选项A正确,B错误;改用波长更长的单色光照射,出现同一级亮纹的光程差变大,空气层厚度应变大,所以要使同一级圆环的半径变大,可以改用波长更长的单色光照射,故选项C正确,D错误。
9.如图所示,水下光源S向水面A点发射一束光线,折射光线分别为a、b两束,则( )
A.a、b两束光相比较,在真空中a光的波长较长
B.在水中a光的速度与b光的一样大
C.若保持入射点A位置不变,将入射光线顺时针旋转,从水面上方观察,b光先消失
D.用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验,a光干涉条纹间距大于b光干涉条纹间距
答案ACD
解析由题图可知,两光束的入射角i相同,折射角有ra10.共享单车的尾灯反光标志的截面如图甲所示,它是一块锯齿形的透明材料,锯齿形状为等腰直角三角形,直角边长为a,折射率为n1。某同学取来做光学演示,如图乙所示,将尾灯平放在折射率为n2(n1A.尾灯在液面以上时,上表面比较明亮,光在尾灯上表面发生镜面反射
B.尾灯在液面以上时,上表面比较明亮,光在尾灯下表面发生全反射,透明材料折射率n1≥
C.尾灯锯齿状部分入液深度为h时,有明暗条纹,明纹总宽度为x=4a-8h
D.尾灯锯齿状部分全部在液面以下时,上表面比较暗,尾灯上表面无反射光
答案BC
解析尾灯在液面以上时,光线垂直射到上表面后沿直线射到下表面的直角边上,然后通过镜面反射到另一直角边上,再通过另一直角边的反射竖直向上射出上表面,则可看到下表面比较明亮,光在尾灯下表面发生全反射,此时满足C≤45°,即n1≥,选项A错误,B正确;如图所示,光线射到直角边上时,在液体上部分的光线仍然发生全反射,通过另一直角边射回到空气中,我们看到的此部分是明纹,而射到液面以下部分的光线,由于n1二、非选择题:本大题共5小题,共54分。第11题6分,第12题10分,第13题10分,第14题12分,第15题16分。
11.(6分)(2024·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下:
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图甲所示。
甲
乙
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图乙所示,d1为 cm。测得d2为3.40 cm。
(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n= 。由测得的数据可得折射率n为 (结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式δ=×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中激光在M点入射时应尽量使入射角 。
答案(2)2.25 (3) 1.51 (4)小一些
解析(2)刻度尺的分度值为0.1 cm,需要估读到分度值的下一位,则d1=2.25 cm。
(3)根据题意标出光线对应的入射角和折射角,如图所示
结合几何关系和折射定律可得n=,代入数据解得n==1.51。
(4)为了减小d1、d2测量的相对误差,应使d1、d2长度增大,故实验中激光在M点入射时应尽量使入射角小一些。
12.(10分)我们用以下装置来做用双缝干涉测量光的波长的实验。
(1)光具座上放置的光学元件如下图所示,M为 。
(2)在本实验中,测量Δx是本实验的关键,观察图像,在实际操作中Δx的测量应选下图中的 (选填“甲”或“乙”)图。
甲
乙
(3)已知实验所用的测量头由分划板、滑块、目镜、手轮等构成,使用50分度的游标卡尺。某同学在成功观察到干涉图像后,开始进行数据记录。从目镜中观察干涉图像,同时调节手轮,总共测量了5条亮纹之间的距离,初末位置游标卡尺的示数如图丙和丁所示,则相邻两条亮纹的间距Δx= mm。
丙
丁
(4)为了增加光屏上相邻两条纹之间的距离,可以 。
A.增大单缝与双缝之间的距离
B.增大双缝与毛玻璃之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
答案(1)滤光片
(2)乙
(3)1.99
(4)B
解析(2)在实际操作中标度线在明条纹中容易观察,且先测量3Δx的长度再除以3,得出的Δx误差更小,故选乙图。
(3)初末位置游标卡尺的示数分别为5 mm+0.02 mm×23=5.46 mm,13 mm+0.02 mm×20=13.40 mm,则条纹间距Δx==1.99 mm。
(4)根据Δx=λ可知,增大单缝与双缝之间的距离,对条纹间距无影响,选项A错误;增大双缝与毛玻璃之间的距离,即增大l,可增大条纹间距,选项B正确;将红色滤光片改为绿色滤光片,则波长λ变小,则条纹间距变小,选项C错误;增大双缝之间的距离,则d变大,则条纹间距减小,选项D错误。
13.(10分)(2025安徽亳州一中模拟高二期末)如图所示,透明介质球壳内有一不透光的实心黑体。黑体半径为R,球壳内半径为R,外半径为R,球壳置于水平地面上的P点,透明介质内靠近球壳内边缘处有一个发光点光源S,且S位于P点的正上方。光源发出的光在透明介质中传播的速度为c,c为真空中光速。不考虑多次反射。
(1)求透明介质球壳的折射率。
(2)求水平地面上无光照区域的面积。
答案(1) (2)πR2
解析(1)根据n=得到n=。
(2)从S水平向右发出的光线在M点的入射角为∠OMS,有sin ∠OMS=
sin C=
C=60°
光线在M点恰好发生全反射,由几何关系得
lMS=Rcos C
lPN=lMS+tan 60°
联立解得lPN=R
地面上形成的无光照区域是一个圆形区域,其面积为S=ππR2。
14.(12分)下图为某种透明介质的截面图,△AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10 cm的四分之一圆弧,AB与水平面屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=,n2=。
(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色。
(2)求两个亮斑间的距离。
答案(1)在AM处产生的亮斑颜色为红色,在AN处产生的亮斑颜色为红色与紫色的混合色
(2)(5+10) cm
解析(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2,sin C1=,C1=60°,同理C2=45°,i=45°=C2,i=45°(2)画出光路图如图所示,设折射角为r,两个光斑分别为P1、P2。根据折射定律n1=
求得sin r=
由几何知识可得tan r=
解得lAP1=5 cm
由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形,
解得lAP2=10 cm
所以lP1P2=(5+10) cm。
15.(16分)如图所示,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。
(1)求池内的水深。(结果保留2位有效数字)
(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2.0 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位有效数字)
答案(1)2.6 m
(2)0.7 m
解析(1)如图所示,设到达池边光线的入射角为i。依题意,水的折射率n=,光线的折射角θ=90°。由折射定律有
nsin i=sin θ ①
由几何关系有sin i= ②
式中,l=3.0 m,h是池内水的深度。
联立①②式并代入题给数据得
h= m=2.6 m。 ③
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°。
由折射定律有nsin i'=sin θ' ④
式中,i'是光线在水面的入射角。
设池底点光源A到水面入射点的水平距离为x0,由几何关系得
sin i'= ⑤
x+l=x0+x' ⑥
式中x'=2.0 m
联立③④⑤⑥式得x= m=0.7 m。人教版高中物理选择性必修第一册
第四章过关检测（原卷版）
(时间:75分钟 满分:100分)
一、选择题:本大题共10小题,共46分。第1~7题,每小题4分,只有一项符合题目要求,错选、多选或未选均不得分;第8~10题,每小题6分,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,有选错或不选的得0分。
1.(2024·北京卷)阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹,这种现象属于光的( )
A.偏振现象 B.衍射现象
C.干涉现象 D.全反射现象
2.关于下列现象所涉及的光学知识,下列说法正确的是 ( )
A.图甲检查工件的平整度是利用光的衍射现象
B.医用内窥镜是利用光的干涉现象
C.图乙在坦克内壁上开孔安装玻璃是利用光的折射现象扩大视野
D.泊松亮斑是由光的偏振现象产生的
3.(2025广东顺德高二期末)用激光笔照射光具盘上的半圆形玻璃砖,观察到的现象如图所示。以下说法正确的是( )
A.光线a是入射光线
B.玻璃砖的折射率n=
C.顺时针转动玻璃砖时,光线b也顺时针方向转动
D.逆时针转动玻璃砖时,光线a逐渐减弱最后消失
4.市场上有种灯具俗称“冷光灯”,用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低,从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁),这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线,以λ表示此红外线的波长,则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ B.λ
C.λ D.λ
5.下图分别为红光和绿光在相同条件下的干涉和衍射图样。下列判断正确的是( )
A.甲图是绿光的衍射图样
B.乙图是红光的干涉图样
C.丙图是红光的衍射图样
D.丁图是绿光的干涉图样
6.一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面,经下表面反射从玻璃砖上表面射出,光线分为a、b两束,如图所示。下列说法正确的是( )
A.在玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
B.在真空中,遇到障碍物时b光更容易产生明显的衍射现象
C.增大空气一侧的入射角,a光线先消失
D.在真空中用同一装置进行双缝干涉实验,a光的条纹间距大于b光的条纹间距
7.在透明的均匀介质内有一球状空气泡,O为球心,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C、D两点射向介质,细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=,下列说法正确的是( )
A.在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度大
B.a光射出空气泡后的传播方向相对于射入空气泡前的传播方向偏转角为30°
C.当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光波长,a光不能发生衍射现象
D.若由a光和b光组成的一束细光束从空气斜射向水中,在不断增大入射角时,a的折射光会先消失
8.把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上,让单色光从上方射入(如图甲),这时可以看到亮暗相间的同心圆(如图乙),这个现象是牛顿首先发现的,这些同心圆叫作牛顿环,为了使同一级圆环的半径变大(例如中心数起的第二道圆环),则应( )
A.将凸透镜的曲率半径变大
B.将凸透镜的曲率半径变小
C.改用波长更长的单色光照射
D.改用波长更短的单色光照射
9.如图所示,水下光源S向水面A点发射一束光线,折射光线分别为a、b两束,则( )
A.a、b两束光相比较,在真空中a光的波长较长
B.在水中a光的速度与b光的一样大
C.若保持入射点A位置不变,将入射光线顺时针旋转,从水面上方观察,b光先消失
D.用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做实验,a光干涉条纹间距大于b光干涉条纹间距
10.共享单车的尾灯反光标志的截面如图甲所示,它是一块锯齿形的透明材料,锯齿形状为等腰直角三角形,直角边长为a,折射率为n1。某同学取来做光学演示,如图乙所示,将尾灯平放在折射率为n2(n1A.尾灯在液面以上时,上表面比较明亮,光在尾灯上表面发生镜面反射
B.尾灯在液面以上时,上表面比较明亮,光在尾灯下表面发生全反射,透明材料折射率n1≥
C.尾灯锯齿状部分入液深度为h时,有明暗条纹,明纹总宽度为x=4a-8h
D.尾灯锯齿状部分全部在液面以下时,上表面比较暗,尾灯上表面无反射光
二、非选择题:本大题共5小题,共54分。第11题6分,第12题10分,第13题10分,第14题12分,第15题16分。
11.(6分)(2024·广东卷)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率。实验过程如下:
(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。
(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射,到达ef面上的O点后反射到N点射出。用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出光孔Q的位置。
②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,作QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图甲所示。
甲
乙
③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2。PM的示数如图乙所示,d1为 cm。测得d2为3.40 cm。
(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n= 。由测得的数据可得折射率n为 (结果保留3位有效数字)。
(4)相对误差的计算式δ=×100%。为了减小d1、d2测量的相对误差,实验中激光在M点入射时应尽量使入射角 。
12.(10分)我们用以下装置来做用双缝干涉测量光的波长的实验。
(1)光具座上放置的光学元件如下图所示,M为 。
(2)在本实验中,测量Δx是本实验的关键,观察图像,在实际操作中Δx的测量应选下图中的 (选填“甲”或“乙”)图。
甲
乙
(3)已知实验所用的测量头由分划板、滑块、目镜、手轮等构成,使用50分度的游标卡尺。某同学在成功观察到干涉图像后,开始进行数据记录。从目镜中观察干涉图像,同时调节手轮,总共测量了5条亮纹之间的距离,初末位置游标卡尺的示数如图丙和丁所示,则相邻两条亮纹的间距Δx= mm。
丙
丁
(4)为了增加光屏上相邻两条纹之间的距离,可以 。
A.增大单缝与双缝之间的距离
B.增大双缝与毛玻璃之间的距离
C.将红色滤光片改为绿色滤光片
D.增大双缝之间的距离
13.(10分)(2025安徽亳州一中模拟高二期末)如图所示,透明介质球壳内有一不透光的实心黑体。黑体半径为R,球壳内半径为R,外半径为R,球壳置于水平地面上的P点,透明介质内靠近球壳内边缘处有一个发光点光源S,且S位于P点的正上方。光源发出的光在透明介质中传播的速度为c,c为真空中光速。不考虑多次反射。
(1)求透明介质球壳的折射率。
(2)求水平地面上无光照区域的面积。
14.(12分)下图为某种透明介质的截面图,△AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10 cm的四分之一圆弧,AB与水平面屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=,n2=。
(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色。
(2)求两个亮斑间的距离。
15.(16分)如图所示,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。
(1)求池内的水深。(结果保留2位有效数字)
(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2.0 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位有效数字)
