第十三章《光》单元同步质量检测卷—2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-4word版含答案

第十三章《光》单元同步质量检测卷-2021-2022年人教版高中物理选修3-4
一、单选题
1．关于介质的折射率，下列说法正确的是（　　）
A．由折射率的公式可知，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比
B．由折射率公式可知，介质的折射率与光在介质中的传播速度v成反比
C．折射率反映的是介质本身的光学性质由介质本身及光的性质共同决定
D．玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1
2．如图所示，真空中一半径为R、质量分布均匀的玻璃球，频率一定的细激光束在真空中沿直线传播，于玻璃球表面的B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，玻璃球对该激光的折射率为，c为光在真空中的传播速度，则下列说法中正确的是（　　）
A．激光束在B点的入射角
B．此激光束在玻璃中穿越的时间为
C．光在穿过玻璃球的过程中频率变小
D．改变入射角的大小，细激光束可能在球表面B处发生全反射
3．如图所示的双缝干涉实验，用黄光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更小的干涉图样，可以（　　）
A．减小S1与S2的间距
B．增大双缝屏到光屏的距离
C．将黄光换为紫光
D．略微增大单缝屏到双缝屏的距离
4．单色光通过四种元件产生的明暗条纹图样如图所示，以下说法正确的是（　　）
A．甲、乙图为干涉图样，丙、丁图为衍射图样
B．甲图中条纹间距越大，该色光的波长越大
C．乙图中单缝越宽，中央亮纹越宽
D．丙图中圆孔尺寸越大，图样现象越明显
5．下列说法正确的是（　　）
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹是由于折射造成的
C．在单缝衍射实验中，缝越宽得到的中央亮条纹也越宽
D．波长越短的电磁波，越容易绕过障碍物，便于远距离传播
6．如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（　　）
A．d光的频率最高
B．d光在棱镜中的折射率最大
C．a光产生的干涉条纹宽度最大
D．a光打出的光电子的遏止电压最大
7．如图所示，一束可见光以入射角从玻璃砖射向空气，经折射后分为a、b两束单色光。a、b两束光相比，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在玻璃中，a光的速度较大b光的速度
C．增大入射角，b光首先发生全反射
D．增大入射角，a光首先发生全反射
8．如图所示，一束黄光和一束蓝光，从圆心点以相同角度沿方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从、两点射出，已知，，光速，则下列说法正确的是（　　）
A．是蓝光，是黄光
B．玻璃对光束的折射率为
C．两束光穿过玻璃柱体所需时间
D．光束在该玻璃中传播的速度约为
9．如图所示，在透明均匀介质内有一个半径为R的球状空气泡，单色平行光从左侧水平射入，其中的一束细光束在A点以入射角从介质射入气泡，射出气泡时光线方向偏转了30（不考虑多次反射的情况），则在介质中能射入气泡的平行光的面积是（　　）
A． B． C．πR2 D．
10．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度。从AB面反射回来的光强随入射角θ变化的情况如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）
A．该新材料的折射率n＜1
B．该新材料的折射率
C．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大
D．图甲中若减小入射角θ到0°，则光线将全部从AB界面透射出去
二、多选题
11．如图所示，一半圆形玻璃砖，C点为其圆心，直线过C点与玻璃砖上表面垂直。与直线平行且等距的两束不同频率的细光束a、b从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下说法正确的是（　　）
A．此玻璃砖对b光的折射率大
B．真空中a光的波长小于b光的波长
C．a光的频率大于b光的频率
D．若a、b光从此玻璃砖射入真空，a光发生全反射的临界角较大
12．如图所示，用插针法测定玻璃的折射率。下列说法正确的是（ ）
A．若选用两折射面不平行的玻璃砖，则无法进行实验
B．为了提高准确度，与及与之间的距离应适当大些
C．若有多块平行玻璃砖可选，应选择两平行折射面距离较大的玻璃砖
D．入射角再大，折射光线也不会在平行玻璃砖的下表面发生全反射
E.若光线垂直射入玻璃，则、、、会共线，这就说明光穿过玻璃砖时没有反生折射现象
13．甲图为用干涉法检查平面平整程度装置，乙图为俯视装置看到的薄膜干涉条纹，下列说法正确的是（　　）
A．利用了标准样板的下表面和被检查平面的上表面反射光形成的薄膜干涉图样
B．条纹弯曲处说明被检查的平面在此处是凹下的
C．条纹弯曲处说明被检查的平面在此处是凸起的
D．若仅增加板间薄片的厚度，干涉条纹将变稀疏
14．如图所示，一束复色光经平行玻璃砖后分成a、b、c三种单色光。下列说法正确的是（　　）
A．c光的折射率最大
B．c光在玻璃砖中的波长最大，速度也最大
C．三种单色光从水中射向水面发生全反射时，c光的临界角最大
D．在相同条件下做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹的中心间距最大
15．直角棱镜的折射率为，其横截面如图所示，其中为，为。截面内一细束与边夹角为的光线，从棱镜边上的中点射入，经折射后射到边上，已知边的长度为，光在真空中的传播速度为。下列说法正确的是（　　）
A．该光线在边上的折射角为
B．该光线在边上的折射角为
C．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
D．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
16．关于光现象及其应用，下列说法正确的有（ ）
A．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的
B．光照到不透光小圆盘，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑，说明光发生了干涉
C．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率
D．分别用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验，前者中央亮纹较宽
17．如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC=β，从点光源S发出的一细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与平面镜发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则（　　）
A．此棱镜的折射率为
B．此棱镜的折射率为
C．增大α角，光线有可能因在AC面上发生全反射无法射入棱镜
D．增大α角，无论α角多大，光线都能射入棱镜
三、实验题
18．小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i和折射角r，______并写出折射率n的计算式______。
19．某同学利用如图所示的装置来测量某种单色光的波长。接通电源，规范操作后，在目镜中观察到清晰的干涉条纹。
（1）若想增加从目镜中观察到的条纹数量，该同学可（____）
A．将透镜向单缝靠近
B．使用间距更大的双缝
C．将单缝向靠近双缝方向移动
D．将毛玻璃向远离双缝的方向移动
（2）测量中，分划板中心刻线对齐某一条亮纹的中心时，游标卡尺的游尺位置如图所示，则读数为_________cm。
（3）该同学已测出图中装置中单缝、双缝、毛玻璃、目镜之间的距离分别为L1、L2、L3，又测出她记录的第1条亮条纹中心到第6条亮条纹中心的距离为△x，若双缝间距为d，则计算该单色光波长的表达式为_______（用题中所给字母表示）。
（4）只将单色红光源换成单色蓝光源，从目镜中观察到的条纹数量会_______（填“增加”、“减少”或“不变”）。
20．某同学利用图示装置测量某种单色光波长。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。回答下列问题：
（1）关于本实验下列说法正确的是___________。
A．若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致
B．若想增加从目镜中观察到的条纹个数应将屏向远离双缝方向移动
C．使用间距更小的双缝会使条纹间距变小
（2）某次测量时，选用的双缝的间距为，测得屏与双缝间的距离为，用某种单色光实验得到的干涉条纹如图2所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图2中所示，则A位置对应的读数为___________。已知B位置对应的读数为则相邻条纹中心的间距为___________，所测单色光的波长为___________。
（3）若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行如图3所示，在这种情况想测量相邻条纹间距时，测量值___________实际值。（填“大于”“小于”或“等于”）
四、解答题
21．如图，直角三角形为一棱镜的横截面，棱镜的折射率，，。一束光线平行于底边射到边上并进入棱镜，然后从射出。光在真空中传播速度。
（1）求光在棱镜中的传播速度。
（2）保持边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到边上恰好有光线射出，求此时边上入射角的正弦。
22．一个水池内盛有某种透明液体，在水池的底部中央放一点光源，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图所示。已知光在空气中的传播速度c＝3×108m/s，求：
（1）光在该液体中的传播速度大小；
（2）当液面以稳定的速度下降时，求这条光线在右侧竖直光屏上下降的高度H与液面下降高度h之间的关系。
23．某透明物体的横截面如图所示，其中ABC为等腰直角三角形，AB为直角边，长度为L， ADC为一圆弧，其圆心在AC边的中点。此透明物体的折射率为n＝2.0。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入该透明物体，求：
（1）光线从ADC圆弧射出的区域弧长s。
（2）光线从ADC圆弧射出，在透明物体中的最长时间t。
24．介质制成的两个半径均为R的透明四分之一圆柱体Ⅰ和Ⅱ紧靠在一起，截面如图所示，圆心为O，顶部交点为D，以O为原点建立直角坐标系红色光束1从介质I底部的点垂直于界面入射；红色光束2平行于y轴向下射入介质Ⅱ，入射点为B且已知透明介质Ⅰ对红光的折射率，透明介质Ⅱ对红光的折射率。设光束1经柱体Ⅰ的圆弧面后与y轴交点为P，光束2经柱体Ⅱ的下底面后与y轴交点为Q。求：
（1）红光线1对介质Ⅰ的全反射临界角；
（2）光束2在介质Ⅱ中的折射角；
（3）P、Q两交点的距离。
参考答案
1．B
【详解】
A．折射率的公式
运用比值法定义，可知介质的折射率与入射角θ1、折射角的正弦θ2无关， A错误；
B．由公式
知c不变，则介质的折射率与介质中的波速成反比，B正确；
C．折射率反映的是介质本身的光学性质，介质的折射率只由介质本身决定，C错误；
D．因折射率是光线从空气折射入介质时的入射角和折射角的正弦值之比，任何介质的折射率都大于1，D错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．由几何知识得到激光束在在B点折射角
由
解得
解得
A错误；
B．由几何知识
激光束在玻璃球中传播的速度为
则此激光束在玻璃中穿越的时间为
B正确；
C．激光的频率由光源决定，与介质无关，所以该激光由真空射入玻璃球时频率不变，C错误；
D．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，激光束从B点进入玻璃球时，是从光疏介质进入光密介质，无论怎样改变入射角，都不可能发生全反射，D错误。
故选B。
3．C
【详解】
根据条纹间距公式可知，减小条纹间距的措施有：减小双缝屏到光屏的距离，增大S1与S2的间距，减小波长。
故选C。
4．B
【详解】
A．甲图中，条纹等间距为单色光的双缝干涉图样、乙图中，条纹不等间距为单色光的单缝衍射图样，丙为单色光通过小圆孔的衍射图样、丁图为单色光通过小圆盘的衍射图样，故A错误；
B．甲图中，根据干涉条纹间距公式
知条纹间距越大，该色光的波长越大，故B正确；
C．乙图中单缝越宽，中央亮纹越窄，故C错误；
D．丙图中圆孔尺寸越大，图样现象越不明显，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．偏振是横波特有的现象，光能发生偏振说明光是横波，A错误；
B．太阳光通过三棱镜产生的彩色条纹是由于折射造成的，B正确；
C．在单缝衍射实验中，缝越窄得到的中央亮条纹越宽，C错误；
D．波长越短的电磁波，越不容易发生衍射，越不容易绕过障碍物，不便于远距离传播，D错误。
故选B。
6．D
【详解】
AB．光的频率越大，在棱镜中的折射率越大，出射光线相对于入射光线偏折的越厉害，所以a光的频率最高，d光的频率最低，d光在棱镜中的折射率最小，A、B错误；
C．由
可得a光的波长最短，由干涉条纹间距公式
可知a光产生的干涉条纹宽度最小，C错误；
D．由光电效应方程
和动能定理
联立可得
a光的频率最高，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
AB．因为玻璃对a光的偏折程度大于b光，所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，根据
可知，在玻璃中，a光的速度小于b光的速度，选项AB错误；
CD．根据
分析知，a光的临界角比b光的小，逐渐增大入射角，先达到a光的临界角，则a光最先发生全反射，故C错误，D正确；
故选D。
8．D
【详解】
A．由图可知，PN偏折程度较大，则PN的折射率较大，频率较大，所以PN是是蓝光，PM是黄光，故A错误；
B．由折射定律得PN的折射率
故B错误；
C．两束光在玻璃柱中的路程相同，由
可知
由
得时间
故C错误；
D．光束在该玻璃中传播的速度
故D正确。
故选D。
9．A
【详解】
由题，入射时光路图如图1所示，
由几何知识，可得如图1内角2θ=30°，可得θ=15°，所以
当光线入射恰好发生全反射如图2所示时，
由
可得
C=45°
平行光能射入气泡的半径
可得面积
故A正确，BCD错误；
故选A。
10．C
【详解】
AB．题图乙可知，当时发生全反射，则有
故AB错误；
C．甲中若减小入射角，根据折射定律和反射定律可知反射角和折射角都变小，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大，故C正确；
D．减小入射角到0°时，不会发生折射现象，但是会有反射现象，所以光线不会全部从AB界面投射出去，故D错误；
故选C。
11．AD
【详解】
A．由图和折射定律可知，玻璃砖对b的折射率大于a的，选项A正确；
BC．玻璃砖对b的折射率大于a的，所以b的频率高，由，可知在真空中，a光的波长大于b光的波长，选项BC错误；
D．由可知，a光的折射率小，所以a光发生全反射的临界角大，选项D正确。
故选AD。
12．BCD
【详解】
A．若选用两折射面不平行的玻璃砖，不影响入射角及折射角的测量，仍然可以进行实验。A错误；
B．为了提高准确度，与及与之间的距离应适当大些，B正确；
C．若有多块平行玻璃砖可选，应选择两平行折射面距离较大的玻璃砖，有利于提高折射角的准确度。C正确；
D．根据光路可逆，入射角再大，折射光线也不会在平行玻璃砖的下表面发生全反射。D正确；
E．当玻璃的上下表面平行时，垂直射入玻璃，则、、、会共线，否则不共线。E错误。
故选BCD。
13．AC
【详解】
A．薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的，故图乙的条纹是标准样板的下表面和被检查平面的上表面反射光干涉形成的，A正确；
BC．薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜厚度相同，如果干涉条纹向空气膜较薄的一侧弯曲，则该处是凹的；如果干涉条纹向空气膜较厚的一侧弯曲，则该处是凸起的，B错误，C正确。
D．由
可知，仅增加薄片的厚度即增大，将减小，即干涉条纹将密集，D错误。
故选AC。
14．AD
【详解】
AB．如图所示
可知光线c偏折程度最大，折射率最大，由
，
可知，光线c在玻璃砖中传播速度最小，波长最短，A正确，B错误；
C．由
可知，三种单色光从水中射向水面发生全反射时，c光的临界角最小，C错误；
D．光线a波长最长，由
可知，在相同条件下做双缝干涉实验，a光相邻亮条纹的中心间距最大，D正确。
故选AD。
15．AD
【详解】
AB．由几何关系可知，该光线在边上的入射角，由折射定律有
，
解得，选项A正确、B错误；
CD．经分析可知，该光线将垂直边射出棱镜，它在玻璃中传播的路程，该光线在玻璃中的传播速度大小
，
又，解得
，
选项C错误、D正确。
故选AD。
16．AC
【详解】
A．油膜形成的彩色条纹，是由膜的前后表面反射光，进行光的叠加，形成的干涉条纹，故A正确；
B．光照到不透光小圆盘，在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑，说明光能绕过障碍物，发生了衍射，故B错误；
C．光导纤维利用全反射的原理，根据全反射的条件可知，其内芯的折射率大于外套的折射率，故C正确；
D．紫色光的波长小于绿色光的波长，根据
可知，分别用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验，前者中央亮纹较窄，故D错误。
故选AC。
17．AD
【详解】
AB．根据光路可逆原理知，光线经AC面折射后垂直于BC，如下图所示。由几何关系知折射角为，又入射角为，根据折射定律得
故A项正确，B项错误；
CD．发生全反射的条件之一是光由光密介质进入光疏介质，故C项错误，D项正确。
故选AD。
18．
【详解】
光路图如图所示
根据折射定律可知。
19．B； 1.070； ； 增加
【详解】
（1）[1] A．透镜出射的光线为平行光，则移动透镜对 实验结果无影响，故A错误；
B．根据双缝干涉间距公式
增大双缝间距，则减小，则条纹数量增多，故B正确；
C．将单缝向双缝靠近，不影响间距，故C错误；
D．将屏远离双缝，则L增大，双缝干涉间距公式可知，增大，则条纹数量减少，故D错误。
故选B。
（2）[2]游标卡尺的精度为0.10mm，读数为
（3）[3]由题意可知
所以波长可解
（4）[4]换成蓝光后，频率增大，波长变小，则条纹间距变小，条纹数量增加。
20．A 11.1 0.75 600 大于
【详解】
（1）[1]A．该实验中若照在毛玻璃屏上的光很弱或不亮，可能是因为光源、单缝、双缝与遮光筒不共轴所致，故A正确；
B．若增加从目镜中观察到的条纹个数，则条纹的宽度将减小，根据相邻亮条纹间的距离为
可知，可以减小L或者增大d，所以应将屏向靠近双缝方向移动，故B错误；
C．根据相邻亮条纹间的距离为
可知，使用间距更小的双缝，即d减小，会使条纹间距变大，故C错误；
故选A。
（2）[2]该游标卡尺的最小分度为0.1mm，则在A位置时游标卡尺读数为
[3]已知B位置对应的读数为，由图2知若A位置处为第1条暗纹，则B位置处为第7条暗纹，可得则相邻条纹中心的间距为
[4]由
可得所测单色光的波长为
（3）[5]若某次实验观察到的干涉条纹与分划板的中心刻线不平行，在这种情况测量相邻条纹间距时，将导致测量值大于实际值，由
可知，的测量值也将大于实际值。
21．（1）；（2）
【详解】
（1）根据
可知
（2）设改变后的入射角为i，折射角为，由折射定律得
依题意，光束在边上的入射角为全反射的临界角，且
由几何关系得
得入射角的正弦为
22．（1）（2）
【详解】
（1）由图知：入射角i=30°，折射角r=45°
则得
光在该液体中的传播速度大小

（2）画出光路图可知，
因为折射角为45°，结合几何关系可知
h-htan30°=H
即
23．（1）；（2）
【详解】
由全反射的临界角可知
透明体的临界角为30°，如下图
从圆弧ADC射出的边缘光线对应的入射角等于临界角，恰好发生全反射，由几何关系可知
圆弧EDF的长度
（2）由几何关系可知，光线经过BC面发生全发射后，经半圆的中心射出时，光线的路径最长，时间最长
光线的介质中的传播速度为
光线的介质中的路径为
光线从ADC圆弧射出，在透明物体中的最长时间
24．(1)45°；(2)30°；(3)
【详解】
(1)光线1对介质Ⅰ的全反射临界角满足
解得
(2)光线1照射到圆弧面的入射角为60°，大于临界角发生全反射，又有
由几何关系可知P点恰好是y轴与圆弧的交点D，如图所示
光线2在介质Ⅱ中B点的入射角为
i2=60°
设折射角为r2，由折射定律可得
解得
即光线2在介质Ⅱ中B点的折射角为30°。
(3)由几何关系可知，光线再传播到底面的入射角为30°，光线2对介质Ⅰ的全反射临界角满足
由于
故光线2在介质Ⅱ底面发生折射，折射角为i3，由折射定律可得
解得
光线交y轴于Q点，由几何关系可得
故P、Q两交点的距离为