第四章 光 单元检测 -2022-2023学年高一下学期物理人教版2019选择性必修第一册 （解析版）

人教版高中物理选择性必修第一册单元检测第四章光一、选择题(本题共12小题,共54分。在每小题给出的四个选项中,第1～8小题只有一项符合题目要求,每小题4分。第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分)1、半圆形介质截面如图所示，O为圆心，两束不同颜色的单色光a、b相互平行，从不同位置进入介质，其中单色光a入射方向正对圆心O，单色光b的入射点位于圆心O的正上方．a光线恰好在半圆形介质的底边发生全反射，且光线a的入射角为45°，则下列说法正确的是()A．单色光a在介质中的折射率为2B．单色光b比单色光a的频率大C．光线b在介质中的折射角可能小于30°D．在同一双缝干涉实验中，仅把用a光照射换成用b光照射，观察到的条纹间距变大2、a、b两种单色光以相同的入射角从空气中射入介质中时，如图所示，发现b的折射线更靠近法线，由此可判定()A．a比b更容易发生衍射现象B．当光从介质射向空气中，a、b要发生全反射的临界角分别为Ca、Cb，则Ca<CbC．在介质中b的速度较大D．单色光b的频率较低3、如图所示，直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜截面，且∠BAC＝30°，有一束平行光线垂直射向AC面，已知这种介质的折射率n>2，则()A．可能有光线垂直AB边射出B．光线只能从BC边垂直射出C．光线只能从AC边垂直射出D．一定既有光线垂直BC边射出，又有光线垂直AC边射出4、下列说法不正确的是 ()A.戴上特制眼镜看3D电影有立体感是利用了光的偏振原理B.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的折射现象C.激光全息照相时利用了激光相干性好的特性D.激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上,可以读取盘上的信息是利用激光平行度好的特性5、如图所示，等腰三角形ABC为一棱镜的横截面，顶角A为θ.一束光线从AB边入射，从AC边射出，已知入射光线与AB边的夹角和出射光线与AC边的夹角相等，入射光线与出射光线的夹角也为θ.则该棱镜的折射率为()A．eq\f(1,sin\f(θ,2))B．eq\f(2,sinθ)C．eq\f(1,2cos\f(θ,2))D．2coseq\f(θ,2)6、2020年5月,我国第一台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功。如图所示,两平行细激光束a、b射向空气中足够大的长方体透明材料的下表面,发现该材料的上表面只有一处有光线射出,则()A.材料对激光a的折射率大于对激光b的折射率B.激光a的频率小于激光b的频率C.两束激光在材料的上表面发生了干涉D.有一束激光在材料的上表面发生了全反射7、雨后的空气中有一水滴，太阳光射入后先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹．如图所示，太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光．下面说法正确的是()A．遇到同样的障碍物，b光比a光更容易发生明显衍射B．当光线在水滴背面发生全反射时，我们看到的彩虹最为鲜艳明亮C．a光线是紫光，b光线是红光D．a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间短8、如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,发生折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是 ()A.在冰晶中,b光的传播速度较大B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距较大C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小D.用同一装置做单缝衍射实验,b光的中央亮条纹更宽9、如图所示，两束可见单色细光束沿球心所在平面的直线MN射入球形的水滴中，经过一次全反射和两次折射，射出水滴形成P、Q两束光，则下列说法正确的是()A．若光束从水滴中射向空气，则光束Q容易发生全反射B．在水滴中，P光的传播速度小于Q光的传播速度C．在水滴中，P光的传播时间小于Q光的传播时间D．用P、Q照射同一狭缝，Q光衍射现象更明显10、如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的传播速度为c,则 ()A.此玻璃的折射率为3B.光从B到D需用时3C.若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象D.若减小∠ABD,从AD段射出的光线均平行于AB11、如图所示为一横截面为直角三角形ABC的玻璃棱镜，其中∠A＝30°，D点在AC边上，AD＝L，AB＝2eq\r(3)L.一条光线平行于AB边从D点射入棱镜，光线垂直BC边射出，已知真空中的光速为c，则()A．玻璃对光线的折射率为eq\r(3)B．光线在棱镜中传播的路程为3LC．光线在棱镜中传播的时间为eq\f(5\r(3)L,2c)D．光线在棱镜中传播的时间为eq\f(2L,5c)12、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=2,下列说法中正确的是 ()A.在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小B.a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为30°C.当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光的波长,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的折射光会先消失三、非选择题(本题共5小题,共46分)13、(6分)在“用双缝干涉测光的波长”实验中:甲(1)某同学在光具座上放置的光学元件如图甲所示,其中光学元件A所起的作用是;(2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮,使分划板中心刻线对准a时,手轮的读数x1=1.002mm,继续转动手轮,使分划板中心刻线对准b时,手轮的读数如图丙所示,x2=mm;(3)若已知双缝间距离d=2.0×10-4m,双缝到屏的距离l=1.0m,则待测光的波长为m(结果保留三位有效数字)。14、(8分)如图甲所示,某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中,先将白纸平铺在木板上并用图钉固定,玻璃砖平放在白纸上,然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa'和bb'(aa'∥bb'),O为直线MO与aa'的交点,在直线MO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。(1)该同学接下来要完成的必要步骤有;A.插上大头针P3,使P3仅挡住P2的像B.插上大头针P3,使P3挡住P1的像和P2的像C.插上大头针P4,使P4仅挡住P3D.插上大头针P4,使P4挡住P3和P1、P2的像(2)图甲是他在操作过程中的一个状态,请你指出第四枚大头针P4应在图甲中的位置(填“A”“B”或“C”);

甲(3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角θ1和折射角θ2,并写出计算玻璃折射率n的表达式n=;(4)如图乙所示,该同学在实验中将玻璃砖界面aa'和bb'的间距画得过宽,若其他操作正确,则折射率的测量值准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)。乙15、(8分)如图,MN下方足够大的空间有一长方体玻璃,其折射率n=3,玻璃的上边界MN是屏幕,玻璃中有一个正三棱柱的真空区域,三棱柱轴线与纸面垂直。图中竖直截面正三角形的边长为10cm,顶点C紧靠屏幕,距离可忽略,底边AB与屏幕平行。一束激光在竖直截面内垂直于AB边射向AC边的中点O,结果在屏幕MN上出现了两个光斑,分布在C点的两侧。光在真空中的传播速度c=3×108m/s。求:(1)光在玻璃中的传播速度;(结果可以用根号表示)(2)射到C点左侧的光斑离C点的距离。16、(12分)如图所示,一个截面为矩形的水池,池底有一垂直于池边的线形发光体,长度为L。当池中未装水时,一高为h的人站在距池边h的A点,只能看到发光体的一个端点。当将水池加满水时,人需移到距池边22h的B点,才只能看到发光体的一个端点。已知光在真空中传播的速度为c,发光体的一端紧靠人站一方的池边,人站的位置与发光体在同一竖直面内,不计人眼到头顶的距离,求:(1)水池中水的折射率;(2)当水池加满水时,站在B点的人看到的发光体端点发出的光传到人眼的时间。17、(12分)如图所示，一半径为R的半圆形玻璃砖，一束单色光以α的入射角照射到玻璃砖的上表面圆心O处，已知该玻璃砖对该单色光的折射率n＝eq\r(2)，光在真空中的传播速度为c.(不考虑光线在玻璃砖内的反射)(1)若保持光线的入射位置O不变，改变入射角α的大小(入射光线也可以在法线右侧)，求有光射出的圆弧部分的弧长L；(2)保持光线的入射角α＝45°，改变光线在玻璃砖上表面的入射位置，求从圆弧面射出的光线中，在玻璃砖中传播时间为t＝eq\f(R,c)的光线对应入射位置到圆心O的距离．答案与解析1、C解析：根据临界角公式sinC＝eq\f(1,n)，可知单色光a在O点恰好发生全反射，则有na＝eq\f(1,sin45°)＝eq\r(2)，A错误；由于不知道b光在半圆形介质的底边是否发生全反射，则无法确定单色光b与单色光a的频率大小关系，B错误；如果单色光b比单色光a在介质中的折射率更大，则有eq\f(sin45°,sinθ)>eq\r(2)，得sinθ<eq\f(1,2)，即θ<30°，C正确；由于无法确定单色光b与单色光a的频率大小关系，则无法确定两光波长关系，由公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，仅把用a光照射换成用b光照射，则无法确定观察到的条纹间距变化，D错误．2、A解析：如题图，由eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n可知b的折射率大于a的折射率．所以b的频率较大，a的频率较小，D错误；由于a的频率较小波长较大更容易发生衍射现象，A正确；由n＝eq\f(c,v)可知光在介质中的速度va>vb，C错误；由sinC＝eq\f(1,n)可知临界角Ca>Cb，B错误．3、D解析：因为n>2，而sinC＝eq\f(1,n)，所以sinC<eq\f(1,2)，C<30°，射到AB边的入射角i＝30°，发生了全反射，此光线反射到AC边的入射角i＝60°，再次发生全反射而垂直射到BC边上，从BC边射出．同理，射到BC边上的光线，经两次全反射后垂直AC射出．D正确，A、B、C错误．4、B解析：戴上特制的眼镜观看3D电影产生立体感,是利用光的偏振现象,故A正确;雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的,这是光的薄膜干涉现象,故B错误;激光全息照相利用了激光相干性好的特点,故C正确;用激光读取光盘上记录的信息是利用激光平行度好的特点,故D正确。本题要求选不正确的,故选B。5、D解析：根据题意画出光路如图．因为入射光线与AB边的夹角和出射光线与AC边的夹角相等，则α＝β＝r，三角形为等腰三角形，DF、EF为法线，则α＋β＝2r＝180°－(180°－θ)，解得r＝eq\f(θ,2)，又由几何关系得θ＝i－α＋i－β＝2i－2r＝2i－θ，所以i＝θ，所以折射率n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sinθ,sin\f(θ,2))＝2coseq\f(θ,2)，D正确，A、B、C错误．6、B解析：因材料的上表面只有一束光线射出,通过材料后激光a的侧移量小于激光b的侧移量,可知材料对激光a的折射率小于对激光b的折射率,激光a的频率小于激光b的频率,故A错误,B正确;两束激光的频率不同,则不可能在材料的上表面发生干涉,故C错误;两束激光在材料的上表面的入射角等于在下表面的折射角,根据光路可逆知,两束激光在材料的上表面都不会发生全反射,故D错误。故选B。7、D解析：a、b两种光在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角大于b光，根据折射定律可知，a光的折射率小于b光，所以a是红光，b是紫光，a光的波长大于b光，遇到同样的障碍物时，a光更容易发生明显的衍射现象，A、C错误；当光线在水滴背面发生全反射时，仍然有些不同颜色的光要相交重合，所以此时看到的彩虹并不鲜艳，B错误；太阳光在水滴表面发生折射现象时，a光的折射角为α，b光的折射角为β，则球形水滴的半径为R，所以a光在水滴中的传播路径长为xa＝4Rcosα，b光在水滴中传播的路径长为xb＝4Rcosβ，因为α>β，所以有xa<xb，又因为光在介质中的传播速度为v＝eq\f(c,n)，因为na<nb，所以va>vb，光在水滴中的的传播时间为t＝eq\f(x,v)，所以a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间短，D正确．8、B解析：由题图乙可知,太阳光射入冰晶时,a光的偏折角小于b光的偏折角,由折射定律可知,冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=cn知,在冰晶中a光的传播速度较大,A错误;由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,可知a光的波长大于b光的波长,根据Δx=Ldλ可知,B正确;同种玻璃对a光的折射率较小,由临界角公式sinC=1n可知,a光发生全反射的临界角较大,C错误;用同一装置做单缝衍射实验,由于a光的波长较长,故a9、BD解析：画出细光束在水滴中的光路图如图所示．由图可知，P光在水滴中的折射率较大，由sinC＝eq\f(1,n)，知P光的临界角较小，若光束从水滴中射向空气，则光束P容易发生全反射，A错误；P光在水滴中的折射率较大，由n＝eq\f(c,v)，可知在水滴中，P光的传播速度小于Q光的传播速度，B正确；由图知，根据光路对称，P光在水滴中通过的路程较大，而P光的传播速度小于Q光的传播速度，则在水滴中，P光的传播时间大于Q光的传播时间，C错误；P光在水滴中的折射率较大，则P光的频率较大，波长较小，用P、Q照射同一狭缝，Q光衍射现象更明显，D正确．10、AB解析：如图,由几何知识可得,入射角i=∠ABD=30°,折射角r=2∠ABD=60°,则此玻璃的折射率为n=sinrsini=sin60°sin30°=3,故A正确;BD长度s=2Rcos30°=3R,光在玻璃球内的传播速度v=cn,故光从B传到D所用的时间为t=sv=3Rc,B正确;由sinC=1n=33<22,得临界角C<45°,所以若增大∠ABD,入射角可能大于临界角,所以光线可能在DM段发生全反射现象,故C错误;要使出射光线平行于AB,入射角必为30°,若减小∠ABD,11、AC解析：光路图如图所示，光线垂直BC边射出，有β＝30°，光线在E点发生反射，有α＝30°，可知r＝30°，光线平行于AB边从D点射入棱镜，入射角θ＝60°，由折射定律得玻璃对光线的折射率为n＝eq\f(sinθ,sinr)＝eq\r(3)，A正确；△ADE为等腰三角形，有几何关系DE＝AD＝L，EB＝AB－2L·cos30°，则EF＝EB·cosβ＝eq\f(3L,2)，光线在棱镜中传播的路程为s＝DE＋EF＝2.5L，B错误；光线在棱镜中传播的速度为v＝eq\f(c,n)，光线在棱镜中传播的时间为t＝eq\f(s,v)＝eq\f(5\r(3)L,2c)，C正确，D错误．12、AB解析：在A点可见a光的折射角大于b光的折射角,所以介质对a光的折射率大于对b光的折射率,由v=cn得知,在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小,故A正确;细光束在A点的入射角为30°,介质对a光的折射率n=2,可知在A点a光的折射角是45°,由几何关系可知△AOC是等腰直角三角形,可知,在C点a光的入射角是45°,根据光路可逆可知,在C点a光的折射角是30°,如图所示,由几何关系可知a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为θ=30°,故B正确;当a光通过单缝时,若缝的宽度小于a光的波长,a光能发生明显的衍射现象,故C错误;光从空气射向水中不可能发生全反射,a光的折射光不会消失,故D三、答案：(1)获得单色光(2)9.762(9.761~9.763均得分)(3)4.38×10-7解析：(1)A是滤光片,作用是获得单色光;(2)固定刻度读数为9.5mm,可动刻度读数为0.01×26.2mm=0.262mm,最终读数为9.762mm;(3)相邻明(暗)条纹的间距为Δx=9.762-1.0025-1mm=2.19mm=2.19×10-3m,根据Δx=ldλ=dl·Δx=2.0×10-41.0×2.19×10-3m=4.38×1014、答案：(1)BD(2分)(2)B(2分)(3)见解析图(1分)sinθ1sin(4)小于(2分)解析：(1)应该使P3挡住P1的像和P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,只有这样P1、P2、P3、P4才在同一条光路上,因此B、D正确,A、C错误。(2)由于aa'和bb'两个界面平行,因此出射光线与入射光线也应平行,因此P4的位置在B点;(3)光路图及入射角θ1和折射角θ2如图所示,玻璃的折射率n=sinθ(4)由下图可知,当aa'和bb'的间距画得过宽时,折射角θ2偏大,因此折射率的测量值小于准确值。15、答案：(1)3×108m/s(2)5cm解析(1)光在玻璃中的传播速度v=cn=3×1083m/s=3×108(2)如图所示,在AC边,光的入射角i=60° (1分)由光的折射定律n=sinisinr,可知3=sin60°sin解得r=30° (1分)由几何关系可知△ODC为等边三角形,则DC=OC=5cm(1分)即射到C点左侧的光斑离C点的距离为5cm。 (1分)16、答案：(1)4(2)4解析：(1)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在池中的光线与竖直方向的夹角为r,在空气中的光线与竖直方向的夹角为i,水池中水的折射率为n。由折射定律得n=sinisinr 由题意和几何关系得sinr=hh2+hsini=22h22联立以上各式得n=43 (1分(2)设水池加满水时,站在B点的人看到发光体端点发出的光,在水中传播的速度为v,在水中和空气