高中物理人教版本选修3-4　第十三单元《光》单元测试卷word版含解析

第十三单元《光》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.一束单色光从空气射入水中，则(　　)
A． 光的颜色、频率都不变，波长、波速都变小
B． 光的频率变小，颜色、波长、波速都不变
C． 光的频率、速度变小，颜色、波长不变
D． 频率、颜色、波长都不变
2.用单色光做双缝干涉实验，下列说法中正确的是(　　)
A． 相邻干涉条纹之间的距离相等
B． 中央明条纹宽度是两边明条纹宽度的2倍
C． 屏与双缝之间距离减小，则屏上条纹间的距离增大
D． 在实验装置不变的情况下，红光的条纹间距小于蓝光的条纹间距
3.如图所示，红光和紫光分别从介质1和介质2中以相同的入射角射到介质和真空的界面，发生折射时的折射角也相同．设介质1和介质2的折射率分别为n1、n2，则下列结论正确的是（　　）




A． n1=n2
B． n1＞n2
C． n1＜n2
D． 以上三种可能性都有



4.对下列光学现象的理解正确的是(　　)
A． 两种介质的界面是一个平面，当光线垂直于界面从一种介质进入另一种介质时一定没有反射光线
B． 水中的空气泡看上去比较亮是因为气泡对光线有发散作用
C． 先后用两种不同的单色光在同一装置同样条件下做双缝干涉实验，在屏上产生的相邻亮纹间距大的单色光，在玻璃中传播速度较大
D． 透过卡尺测脚形成的狭缝平行观看日光灯可以看到黑白相间的直条纹
5.如图所示，一束光线通过一水平界面从某介质射入真空，已知入射光线与界面的夹角为60°，折射光线与界面的夹角为45°，则该介质的折射率为(　　)




A．
B．
C．
D．



6.图示中用刀片在涂有墨汁的玻璃片上划出有很小间隙的双缝．双缝的作用是当激光照射它时（　　）

A． 在双缝处形成明暗相间等间距的条纹
B． 形成相干光并在光屏上出现中间宽两边窄的条纹
C． 形成两束增强的光并进行叠加形成明暗相间的条纹
D． 形成振动情况相同的两束光并在光屏上形成明暗相间等间距的条纹
7.如图所示，水盆中盛有一定浓度的水，盆底处水平放置一个平面镜．平行的红光束和蓝光束斜射入水中，经平面镜反射后，从水面射出并分别投射到屏MN上两点，则有(　　)

A． 从水面射出的两束光彼此平行，红光投射点靠近M端
B． 从水面射出的两束光彼此平行，蓝光投射点靠近M端
C． 从水面射出的两束光彼此不平行，红光投射点靠近M端
D． 从水面射出的两束光彼此不平行，蓝光投射点靠近M端
8.在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的(　　)



A． 亮度高
B． 平行性好
C． 单色性好
D． 波动性好



9.一单色光从空气中射到直角棱镜一个面上P点，以入射角θ＝60°射入棱镜，经折射后射到另一面的Q点，恰好发生全反射，如图所示，则棱镜的折射率是(　　)




A．
B．
C．
D． 2



10.在双缝干涉实验中，以下说法正确的是(　　)
A． 双缝屏的作用是使入射光到达双缝屏时，双缝就成了两个振动情况完全相同的光源
B． 若入射光是白光，则像屏上的条纹是黑白相间的干涉条纹
C． 像屏上某点到双缝的距离差为入射光波长的1.5倍时，该点处一定是亮条纹
D． 双缝干涉中亮条纹之间的距离相等，暗条纹之间的距离不相等
11.如图所示，置于空气中的厚玻璃砖，AB，CD分别是玻璃砖的上、下表面，且AB∥CD，光线经AB表面射向玻璃砖时，折射光线射到CD表面时，下列说法正确的是(　　)




A． 不可能发生全反射
B． 有可能发生全反射
C． 只要入射角θ1足够大就能发生全反射
D． 不知玻璃的折射率，无法判断



12.如图所示，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方．一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是(　　)．




A． 减弱，紫光
B． 减弱，红光
C． 增强，紫光
D． 增强，红光



13.一块透明光学材料，AB为其一个端面，建立平面直角坐标系如图所示，设该光学材料的折射率沿y轴正方向(即BA方向)均匀减小，有一光线PO从真空中以某一入射角射向O点，并进入该材料内部，则该光线在光学材料内部可能的传播路径是图中的(　　)





A． 答案A
B． 答案B
C． 答案C
D． 答案D



14.如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB丄BC。光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜的折射率




A． 最小值为
B． 最大值为
C． 最小值为
D． 最大值为



15.在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a，b，c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大．关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：
①c光的频率最大　②a光的传播速度最小　③b光的折射率最大　④a光的波长比b光的短
根据老师的假定，以上回答正确的是(　　)



A． ①②
B． ①③
C． ②④
D． ③④



二、填空题(共3小题)
16.和是两个相干的光源,发出的光波的波长为4.00×m,A点与和的路程差为1.80×m.若光源和的振动方向相同,则A点将出现____条纹;若光源和的振动方向相反,则A点将出现_____条纹.(填“亮”或“暗”）
17.如图所示，OO′是半圆柱形玻璃的对称轴在纸面上的投影。在面内有两细束与OO′平行且等距的单色光A和B，从玻璃砖射出后相交于OO′下方的P点，由此可知，A光的频率比B光的________，A光在玻璃中的传播速度比B光在玻璃中的传播速度________。

18.2011年深圳大运会上，光纤通信网覆盖了所有的比赛场馆，为各项比赛提供安全、可靠的通信服务，光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输．如图是一根长为l的光导纤维，由内芯和包层两层介质组成，其折射率分别为n1和n2，则n1________n2(选填“<”、“>”或“＝”)；若发生全反射的临界角为θ，光在真空中的速度为c，则一束光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为________．

三、实验题(共3小题)
19.某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合．在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧按正确方法再插两枚大头针P3和P4，移去大头针和圆形玻璃后，得图如下：
（1）从P3和P4一侧观察时，P1、P2、P3、P4应满足的关系为_____________________；
（2）用α和β表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角，并用它们表示出玻璃的折射率为______________．

20.某同学用如图甲所示实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，相邻两条亮纹间的距离用带有螺旋测微器的测量头测出，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，此时手轮上的示数为0.070 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，如图乙所示，此时手轮上的示数为______ mm.已知双缝间距离为d＝0.400 mm，测得双缝到毛玻璃屏的距离为L＝0.600 m，求得相邻亮纹间距离为Δx，写出计算被测量波长的表达式λ＝______，并算出其波长λ＝______ nm.

21.用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，在纸上标出大头针的位置和三棱镜轮廓，如图所示．

(1)在本题的图上画出所需的光路．
(2)为了测出玻璃棱镜的折射率，需要测量的量是________，在图上标出它们．
(3)计算折射率的公式是n＝________.
四、计算题(共3小题)
23.如图所示，真空中有一个半径为R＝0.1 m，质量分布均匀的玻璃球，频率为f＝5.0×1014Hz的细激光束在真空中沿直线BC传播，于玻璃球表面的C点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中．已知∠COD＝120°，玻璃球对该激光束的折射率为.求：

(1)此激光束在真空中的波长；
(2)此激光束进入玻璃时的入射角α；
(3)此激光束穿越玻璃球的时间．
24.如图所示，MN是一条通过透明球体球心的直线，在真空中波长为λ0＝600 nm的单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，若出射光线CD与MN的交点P到球心O的距离是球半径的倍，且与MN所成的夹角α＝30°.求：

(1)透明球体的折射率n；
(2)此单色光在透明球体中的波长λ.



答案解析
1.【答案】A
【解析】光在不同种介质中传播时，频率不变，而颜色由频率决定，所以颜色也不变．由v＝可知，v变小；由v＝λf可知，λ变小，故A正确．
2.【答案】A
【解析】因为相邻两条亮纹(或暗纹)间的距离Δx＝λ，其中d为双缝间的距离，l为双缝到光屏的距离，λ为光波波长．对于同一单色光，干涉条纹间距相等，A正确，C错误；又因为λ红＞λ蓝，所以Δx红>Δx蓝，故D错；干涉条纹的各明条纹的宽度相等，故B错．
3.【答案】B
【解析】由题知，红光与紫光在两种介质中入射角和折射角相等，由折射率公式n＝知：介质1对红光的折射率等于介质2对紫光的折射率；但对于同一介质中，频率大的光折射率大，紫光的频率等于红光，所以介质1折射率大于介质2的折射率．
4.【答案】C
【解析】两种介质的界面是一个平面，当光线垂直于界面从一种介质进入另一种介质时既有反射光线，也有折射光线．故A错误；水中的空气泡看上去比较亮是全反射的缘故，发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质，故B错误；根据双缝干涉的条纹宽度的公式：Δx＝λ可知，在屏上产生的相邻亮纹间距大的单色光的波长比较大，则频率比较小，则相当于玻璃的折射率比较小，所以在玻璃中传播速度较大．故C正确；透过卡尺测脚形成的狭缝平行观看日光灯，由于灯光发生衍射，所以可以看到彩色相间的直条纹．故D错误．
5.【答案】C
【解析】如图所示，由几何知识可得：入射角i＝90°－60°＝30°，折射角r＝90°－45°＝45°

由于光线从介质射入真空，则有＝得n＝＝＝，故选C.
6.【答案】D
【解析】双缝的目的在于产生双缝干涉现象，使后面的光屏上形成明暗相间的等间距的条纹，D正确；
7.【答案】B
【解析】
8.【答案】C
【解析】频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光，故本题的正确答案是C
9.【答案】A
【解析】作出光路图如图所示．

光线在P点发生了折射，则有：n＝据题意知光线在Q点恰好发生了全反射，入射角等于临界角C.
由几何知识有：r＋C＝90°
n＝＝，即得ncosC＝sinθ
又sinC＝，则cosC＝＝
联立可得：＝sin 60°解得：n＝
故选：A.
10.【答案】A
【解析】分光法获得相干光源，所以A正确；白光的干涉条纹是彩色的，不是黑白相间的，B错；像屏上某点到双缝的距离差为波长的1.5倍时，该处应是暗纹，C错；相邻亮纹间距等于相邻暗纹间距，D错．
11.【答案】A
【解析】据光路可逆原理可知A正确，B、C、D全错．
12.【答案】C
【解析】因n红＜n紫，再由临界角公式sin C＝可得，C红＞C紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱，反射光强度会逐渐增强，故应选C.
13.【答案】D
【解析】由于沿BA方向折射率均匀减小，当光在该种透明的光学材料传播时始终处于由光密介质到光疏介质的阶段，因此折射角越来越大，相应的入射角也越来越大，最后发生全反射，又由光疏介质射向光密介质，发生折射，所以选项D正确。
14.【答案】C
【解析】设入射到CD面上的入射角为θ，因为在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等．根据几何关系有：4θ=90°；解得θ=22.5°；根据sinθ＝；解得最小折射率n=．选项C 正确。

15.【答案】C
【解析】b像最深说明折射率最小，频率最小，波长最大，发生全反射的临界角最大．c照亮水面的面积比a大，说明a折射率比c大，发生全反射的临界角比c小，总之，频率最大的是a，①错误；传播速度v＝，故传播速度最小的是a，②正确；折射率最大的是a，a光波长最短，b光波长最长，③错误，④正确．故选项C正确．
16.【答案】暗 亮
【解析】本题考查光的干涉中出现明暗条纹的条件.
n==
若光源和的振动方向相同,则A点将出现暗条纹;若光源和的振动方向相反,则A点将出现亮条纹.
17.【答案】大　小
【解析】从图中可看出，玻璃对A光束的折射率大，由n＝可知，A光在玻璃中的传播速度比B光在玻璃中的传播速度小。
18.【答案】>　
【解析】光从内芯射向包层时会发生全反射，故内芯的折射率应大于包层的折射率；当内芯射向包层的入射光的入射角等于临界角θ时，光的路线最长，所用时间也最长，设为tmax，此时光束在沿光导纤维方向的速度分量为vsinθ，则光在穿过光导纤维时有l＝vsinθ·tmax，
得tmax＝＝＝.
19.【答案】（1）大头针P3、P4和P1、P2的像恰在一直线上；（2）n=．
【解析】（1）从P3和P4一侧观察时，P1、P2、P3、P4应满足的关系为：大头针P3、P4和P1、P2的像恰在一直线上；
（2）用α和β表示出光线从玻璃射入空气时的入射角和折射角，则折射率：n=；
20.【答案】4.945　　650
【解析】螺旋测微器的固定刻度读数为4.5 mm，可动刻度读数为0.01×44.5＝0.445 mm，所以最终读数为4.945 mm.
根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ得，λ＝Δx，代入数据得，λ＝650 nm.
21.【答案】(1)如图所示，

(2)入射角θ1，和折射角θ2
(3)(或)
【解析】(1)光路图如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB于O′，连接OO′，则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线．

(2)在所画的图上画出虚线部分，并注明入射角θ1和折射角θ2，用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度)．
(3)n＝(或因为sinθ1＝，sinθ2＝，则n＝＝.
22.【答案】(1)6.3×10－7m　(2)2.8×10－2m
【解析】由条纹间距Δx、双缝间距d，双缝到屏的距离L及波长λ的关系，可测光波的波长，同理知道水的折射率，可知该波在水中的波长，然后由Δx、d、L、λ的关系，可计算条纹间距．
(1)由Δx＝λ可以得出，红光的波长λ
λ＝Δx＝m＝6.3×10－7m
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7m.
(2)如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为λ′.
λ′＝＝m＝4.7×10－7m.
这时屏上条纹间距是：Δx′＝λ′＝m＝2.8×10－2m
23.【答案】(1)6.0×10－7m　(2)60°　(3)1.0×10－9s.
【解析】(1)由c＝λf知，激光束在真空中的波长为：λ＝m＝6.0×10－7m
(2)由几何知识知，光线在C点的折射角r＝30°，激光束在玻璃球中折射角为r，则由折射定律n＝得，sinα＝nsinr＝，故α＝60°.
(3)光束在玻璃砖内传播的距离x＝2Rcosr＝2×0.1×cos 30°＝m，光在玻璃砖传播的速度v＝m/s＝×108m/s，故激光束穿越玻璃球的时间t＝，所以解得t＝1.0×10－9s
24.【答案】(1)　(2)424 nm
【解析】(1)连接OB、BC，在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，如图所示.

在△OCP中：＝
据题：OP＝OC，α＝30°
解得∠OCP＝135°(45°值舍去)
进而可得：∠COP＝15°
由折射率定义：在B点有，n＝在C点有，n＝，
又∠BCO＝r
所以，i＝45°
又：∠BOC＝180°－i－∠COP＝120°
故：r＝30°
因此，透明球体的折射率
n＝＝＝
(2)n＝＝＝代入数据解得：λ＝424 nm.