人教版物理(2019)选择性必修一第四章-光单元测试含答案

第四章单元测试[时间：90分钟满分：100分]一、选择题(本题共12小题，每题4分，共48分，1～7单选，8～12多选，全部选对得4分，漏选得2分，错选得0分)1．关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，正确的是()A．甲图是光的干涉图样B．乙图是光的衍射图样C．丙图是利用光的折射原理D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率答案C解析甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，故A、B两项错误；丙图是光的折射原理，C项正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D项错误．2．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条宽度为0.05mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是(黑色部分为亮条纹)()答案B解析单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B项正确．3．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全．若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°答案D解析若前窗玻璃的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的照射到物体上反射的光将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，故A项错误；若前窗玻璃与车灯玻璃的透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照得司机睁不开眼，B项错误；若前窗玻璃透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透振进本车车窗内，却可以透振进对面车的车窗内，C项错误．4．如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是()A．A、B均不变 B．A、B均有变化C．A不变，B有变化 D．A有变化，B不变答案C解析白炽灯光是自然光，包含各个方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，C项正确．5．某同学通过实验测量半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角γ，作出sini－sinγ图像如图乙所示．则()A．光由A经O到B，n＝1.5B．光由B经O到A，n＝1.5C．光由A经O到B，n＝0.67D．光由B经O到A，n＝0.67答案B解析由sini－sinγ图像可知，同一光线sinγ＞sini，即γ＞i，故γ为光线在空气中传播时光线与法线的夹角，则BO为入射光线，OA为折射光线，即光线由B经O到A，折射率n＝eq\f(sinγ,sini)＝eq\f(0.9,0.6)＝1.5，故B项正确，A、C、D三项错误．6.如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为()A.eq\r(2) B．1.5C.eq\r(3) D．2答案C解析如图为光线在玻璃球内的光路图．A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于入射光线，故∠AOD＝∠COD＝60°，所以∠OAB＝30°，玻璃的折射率n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).7.在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法，A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们中间形成一个厚度均匀的空气膜，现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化，当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，则()A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加eq\f(λ,4)D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加eq\f(λ,2)答案D解析增反膜的膜是空气膜，应该是B下表面与A上表面之间的空气膜，出现最亮时，应该是B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强，A、B两项错误；温度从t1升到t2的过程中，若A的高度增加eq\f(λ,4)，路程差减小了eq\f(λ,2)，路程差不再是波长整数倍，亮度最暗，C项错误；温度从t1升到t2的过程中，若A的高度增加eq\f(λ,2)，路程差减小了λ，路程差仍是波长整数倍，亮度最亮，D项正确．8．光从空气斜射进入介质中，比值eq\f(sinθ1,sinθ2)＝常数，这个常数()A．与介质有关B．与折射角的大小无关C．与入射角的大小无关D．与入射角的正弦成正比，与折射角的正弦成反比答案ABC解析介质的折射率与介质有关，与入射角、折射角的大小均无关，A、B、C三项正确，D项错误．9.如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是()A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹B．人从左侧向右看，可以看到彩色条纹C．彩色条纹水平排列D．彩色条纹竖直排列答案BC解析一束白光射到薄膜上，经前后两个面反射回来的光相遇，产生干涉现象，从左侧向右看可看到彩色条纹，又由于薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的，故选B、C两项．10．鉴别奶粉的质量，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用旋光法来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为旋光度，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A．到达O处的光的强度会明显减弱B．到达O处的光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，偏振片A转过的角度等于α答案ACD解析自然光通过偏振片后得到振动方向与偏振片的透振方向平行的偏振光，该偏振光经被测样品后，其偏振方向发生了偏转，即相对于光的传播方向向左或向右旋转一个角度α，到达B的光的偏振方向与B的透振方向不完全一致，故O处光的强度会明显减弱，故A项正确，B项错误；若将A或B转动一个角度，使得O处光的强度仍为最大，说明它们转过的角度等于α，故C、D两项都正确．11．如图所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的字，下面的说法正确的是()A．看到A中的字比B中的字高B．看到B中的字比A中的字高C．看到A、B中的字一样高D．A中的字比没有玻璃时的高，B中的字和没有玻璃时的一样高答案AD解析如图所示，放在B中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置．而放在A中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高．12．图中给出了“用双缝干涉测量光的波长”实验示意图，双缝S1和S2间距为0.80mm，双缝到屏的距离为0.80m，波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上，在屏上形成干涉条纹，中心轴线OO′上方第1条亮条纹中心位置在P1处，第3条亮条纹中心位置在P2处，现有1号、2号虫子分别从S1和S2出发以相同速度沿垂直屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P1，2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P2，假设两条虫子爬行速率均为10－3m/s，正确的是()A．1号虫子的运动路程比2号短B．两只虫子运动的时间差为0.2sC．两只虫子运动的时间差为1.0sD．已知条件不够，两只虫子运动时间差无法计算答案AB解析结合干涉条纹的宽度公式：Δx＝eq\f(l,d)·λ可知，该光的干涉条纹的宽度：Δx＝eq\f(0.80,0.80×10－3)×500×10－9m＝5×10－4m，第1条亮条纹中心位置在P1处，所以：O′P1＝Δx＝5×10－4m；第3条亮条纹中心位置在P2处，所以：O′P2＝3Δx＝1.5×10－3m，所以1号虫子的路程为：s1＝l＋O′P1＋eq\f(d,2)；2号虫子的路程为：s2＝l＋O′P2－eq\f(d,2)，则：s2－s1＝O′P2－O′P1－d＝(1.5×10－3－5×10－4－0.80×10－3)m＝0.2×10－3m，故A项正确；两只虫子运动的时间差Δt＝eq\f(s2－s1,v)＝eq\f(0.2×10－3,1×10－3)s＝0.2s，故B项正确，C、D两项错误．二、实验题(本题共2小题，每空2分，共18分)13．在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①②③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图，则他们测得的折射率与真实值相比是偏大、偏小还是相等？(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________．(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________．(3)丙同学测得的折射率与真实值相比________．答案(1)偏小(2)相等(3)可能偏大，可能偏小，也可能相等解析甲同学测量的光路图如图甲所示，真实值n＝eq\f(sini,sinγ)，测量值n′＝eq\f(sini,sinγ′)，因γ′>γ，故n>n′，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小．乙同学测量的光路图如图乙所示，测量值n＝eq\f(sini,sinγ)，与真实值相等．丙同学的测量可能出现三种结果，光路图如图丙所示，真实值n＝eq\f(sini,sinγ)，测量值n′＝eq\f(sini,sinγ′)，当出射点为c时，测量值与真实值相等；当出射点在c左侧时，测量值小于真实值；当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，也可能相等．14．现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，把它们放在下图所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长．(1)本实验的步骤有：①取下遮光筒左侧除光源之外的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；③用米尺测量双缝到屏的距离；④用测量头测量数条亮条纹间的距离．在操作步骤②时还应注意____________和____________．(2)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm.(3)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式λ＝________，求得所测单色光波长为________nm(结果保留3位有效数字)．答案(1)放置单缝、双缝时，必须使缝平行单缝、双缝间距离大约为5～10cm(2)12.2701.970(3)eq\f(dΔx,l)563解析(1)在操作步骤②时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10cm.(2)测量头的读数：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度．题图甲读数为2.420mm，题图乙读数为12.270mm，所以相邻亮条纹间距：Δx＝eq\f(12.270－2.420,6－1)mm＝1.970mm.(3)由条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ得：λ＝eq\f(dΔx,l)，代入数据得：λ≈5.63×10－7m＝563nm.三、计算题(本题有4小题，共34分)15．(6分)如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出．已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d.答案eq\f(\r(n2－sin2i),2sini)l解析设折射角为γ，折射定律eq\f(sini,sinγ)＝n；几何关系l＝2dtanγ解得d＝eq\f(\r(n2－sin2i),2sini)l.16．(8分)如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出．已知∠A＝θ＝60°，光在真空中的传播速度为c.求：(1)该棱镜材料的折射率；(2)光在棱镜中的传播速度．答案(1)eq\r(3)(2)eq\f(\r(3),3)c解析(1)作出完整的光路如图所示．根据几何关系可知φ＝∠B＝30°，所以α＝60°.根据折射定律有eq\f(sinα,sinβ)＝eq\f(sinθ,sinγ)＝n，因为α＝θ＝60°，所以β＝γ.β＋γ＝∠A＝60°，故β＝γ＝30°.再根据折射定律n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).(2)光在棱镜中的传播速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c.17．(10分)一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银(圆中粗线)，O表示半圆截面的圆心．一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°，sin15°＝eq\f(\r(6)－\r(2),4).求：(1)光线在M点的折射角；(2)透明物体的折射率．答案(1)15°(2)eq\f(\r(6)＋\r(2),2)解析(1)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线．设在M点处，光的入射角为i，折射角为γ，