第四章 光 人教版高中物理选择性必修第一册单元测试（含解析）

第四章光学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是(

)A. B.C. D.2．如图所示，圆形透明介质半径为R、折射率为n。O为圆形介质的圆心，P为边界上的一点，S、Q为同一条直径上的两个点，PS长度为L。一束光线沿PQ方向从真空照射到边界的P点上，折射后折射光线经过S点，∠PQS等于∠OPS，则OS长度为(

)A.Ln B.Rn C.Ln3．如图，利用液导激光技术加工器件时，激光在液束流与气体界面发生全反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流，甲的折射率比乙的大，则(

)A.激光在甲中的频率大 B.激光在乙中的频率大C.用甲时全反射临界角大 D.用乙时全反射临界角大4．某兴趣小组利用如图所示装置研究光的波动性，A处为狭缝片，B处为光强传感器，光从A的正上方向下射向B.仅改变一个量，先后在电脑上获得的光强关于位置分布的图像如图中甲、乙所示，下列判断中可能正确的是(

)A.A处为单缝，甲图对应的缝宽小B.A处为单缝，甲图对应的光源频率高C.A处为双缝，甲图对应的双缝间距大D.A处为双缝，甲图对应的AB距离大5．如图所示，半径R=2.0m的轻质圆形薄木板漂浮在液体表面，一单色光点光源从薄木板圆心下方液面处竖直向下做匀速直线运动。速度大小vA.43 B.53 C.456．下列四种情形中，与其余三种所涉及的光学原理不同的是(

)A.透镜上方看到牛顿环B.相机镜头涂有增透膜C.光经过大头针尖时产生条纹D.检查平面的平整程度7．如图所示，半径为R的特殊圆柱形透光材料圆柱体部分高度为R2，顶部恰好是一半球体，底部中心有一光源s向顶部发射一束由a、b两种不同频率的光组成的复色光，当光线与竖直方向夹角 θ 变大时，出射点P的高度也随之降低，只考虑第一次折射，发现当P点高度h降低为1+A.在此透光材料中a光的传播速度小于b光的传播速度B.a光从顶部射出时，无a光反射回透光材料C.此透光材料对b光的折射率为10+4D.同一装置用a、b光做双缝干涉实验，b光的干涉条纹较大8．绝大多数生物体的皮肤是不透明的。因为光在穿透皮肤组织中的脂肪和蛋白质时会发生散射，液体成分具有低折射率（如间质液和胞质溶胶），脂肪和蛋白质成分具有高折射率（如质膜、髓鞘和肌原纤维），限制了光学成像的穿透深度。中国小伙欧子豪发现将柠檬黄溶液局部涂抹在活体小鼠的腹部皮肤上，小鼠皮肤变成透明，可肉眼直接观察血管、肝脏、小肠、盲肠和膀胱。大致原理如图对比所示，下列说法错误的是(

)A.光在不同折射率介质表面会发生反射和折射B.通过柠檬黄溶液把液体打造成和脂质、蛋白质等物质一样的折射率，脂肪、蛋白质变成透明C.柠檬黄溶液将液体组织的折射率提高，但与要观察的血管和内脏的折射率不同D.柠檬黄溶液将皮肤组织中的液体的折射率降低，与要观察的血管和内脏的折射率相同9．半径为R的半圆柱形透明材料的截面如图所示，O为截面半圆的圆心，一束单色光从真空沿半径方向射入介质，图示光线延长线与水平直径间的夹角为60°。已知单色光在该介质中的折射率n=2，光在真空中的传播速度为cA.Rc B.2Rc C.2R10．如图所示，一根粗细均匀的细金属丝置于两挡板之间的水平狭缝中央，其中心轴与狭缝平行，直径小于狭缝宽度。一束平行单色光垂直挡板入射，在屏幕上形成了稳定的双缝干涉图样，相邻两条亮条纹中心间距为Δx。若金属丝经加热均匀膨胀，则(

)A.Δx变小 B.Δx变大C.双缝间的距离减小 D.双缝间的距离不变二、多选题11．如图所示ABC部分为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的14圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，已知这部分光照射圆弧AC的弧长为πR6A.该材料的折射率为2B.光在该材料中传播速度为12C.该材料的临界角为45°D.点光源发出的光射到AB面上的最长时间为t=12．如图，光源S从水下向空气中射出一束由红光、黄光和蓝光组成的复色光，在水面上的P点分裂成a、b、c三束单色光，下列说法正确的是(

)A.c光为红色光B.在水中传播时a光速度最大，c光波长最小C.逐渐增大入射角，c光最先发生全反射D.b光比a光更容易发生明显的衍射现象13．如图所示是一细长圆柱体光纤的横截面，内层介质折射率为n1，外层介质折射率为n2（n2>2）。一束单色光以入射角（θ≠0）从光纤左端中心OA.nB.频率越大的光在光纤中传播的速度越大C.增大θ，单色光可能在光纤左端发生全反射D.光在光导纤维中传播的时间为L三、实验题14．(1)某同学用图甲所示的装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验,他采用了蓝色灯作为光源,在测量头目镜中观察到如图乙所示的蓝色条纹。在改变某一条件,不改变其他实验条件的情况下,观察到目镜中的条纹如图丙所示,则可能的原因是____________。A.单缝宽度变小了

B.双缝间距变小了C.光源与单缝间的距离变大了

D.光源的发光强度变大了(2)干涉条纹除了可以通过双缝干涉观察到外,把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,让单色光从上方射入(示意图如图丁,其中R为凸透镜镜面的半径),从上往下看凸透镜,也可以观察到由干涉造成的如图戊所示的环状条纹,这些条纹叫作牛顿环。如果改用波长更长的单色光照射,观察到的圆环半径将__________(选填“变大”“变小”或“不变”);如果换一个镜面半径更大的凸透镜,观察到的圆环半径将_____________(选填“变大”“变小”或“不变”)。(3)采用波长为690nm的红色激光作为单色入射光,牛顿环的两条相邻亮条纹位置所对应的空气膜的厚度差约为________________。A.345nm

B.690nm

C.几微米

D.几毫米15．在光的双缝干涉实验中：（1）测得N条亮条纹之间的距离为D，双缝到光强分布传感器的距离为L，双缝间距为d，则光的波长λ为(

)A.DdNL B.DLNd C.Dd(N−1)L（2）若在缝和光强分布传感器之间垂直于光束放置一个偏振片，则条纹间距会(

)A.变宽 B.不变 C.变窄（3）若将双缝变为单缝，下列操作可以使中央条纹间距变大的是(

)A.增大缝的空隙B.增大缝与光强分布传感器之间的距离C.减小缝的空隙D.减小缝与光强分布传感器之间的距离四、计算题16．电视机遥控器中有一半导体发光二极管，它发出频率f=3.3×1014Hz的红外光，用来控制电视机的各种功能，如图甲所示，AB为半圆的直径，O为圆心，在O点左侧，用电视机遥控器从E点射入的红外光光线进入半球形介质后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角C=30°(1)求这种红外光在该半球形介质中的波长（保留两位有效数字）；(2)若取用半球形介质制成直角三棱镜，入射光的方向垂直于斜边，如图乙所示，则角θ在什么范围内，入射光经过两次全反射又从斜边射出？17．如图所示，三棱镜ABC的AC面与BC面垂直，∠A=60°，BC面镀银。一束单色光从AB面上的D点射入，入射角为45°，光恰好沿原路返回，已知A、D间距离为L，真空中光速为c。(1)求三棱镜对该单色光的折射率n；(2)将入射光线绕D点逆时针旋转一定角度，光线射入三棱镜后，经BC面反射到AC面上E点时恰好发生全反射，DE平行于BC，求光从D点传到点E的时间t。18．图为一圆台容器，一单色光线从容器右上边沿A点射入，光线与水平方向的夹角α=37°，容器内装入折射率n=43的液体后，折射光线恰好射到容器底部中点O，已知液面到容器底部的高度h=8cm。取sin37°=0.6，(1)容器底部的半径r；(2)光线从液面直接射到O点的时间。（结果保留两位有效数字）参考答案1．答案：DA.当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，故A不符合题意；B.当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，且入射角小于折射角，是可能发生的，故B不符合题意；C.当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，是可能发生的，故C不符合题意；D.当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，且入射角大于折射角，是不可能发生的，入射角应小于折射角，故D符合题意。故选D。2．答案：B根据折射定律可得n=sinisinr=sin根据正弦定理可得OSsin∠OPS=OP故选B。3．答案：DAB.激光在不同介质中传播时，其频率不变，故AB错误；CD.根据sinC=故选D。4．答案：D根据题图可知，得到的是条纹间距相近、明暗相间条纹，且亮条纹的亮度相近，故A处为双缝，A、B错误；根据双缝条纹间距公式Δx=λld，甲图中条纹间距大，说明甲图对应光源的波长λ长、双缝间距d小或对应的AB5．答案：D0.5s光源运动距离s=此时入射角为临界角，根据几何关系sin解得n=故选D。6．答案：C牛顿环是利用了光的干涉原理，增透膜是利用光的干涉原理，光经过大头针尖时产生条纹是衍射现象，用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，综上所述，与其余三种所涉及的光学原理不同的是C。故选C。7．答案：CA.由题意可知，当θ角增加到一定值时，b光发生了全反射，而a光没发生全反射，可知b光临界角比a光小，根据sinC=1n可知，b光的折射率比a光大，根据v=cnB.a光从顶部射出时，也有a光反射回透光材料之中，选项B错误；C.由题意可知PB=h=可得PA=则∠POA=45°PS=在ΔOPS中由正弦定理PS解得sin根据sin可得n=选项C正确；D.因为b光的折射率较a光大，则b光的频率较大，波长较小，根据Δx=可知，同一装置用a、b光做双缝干涉实验，b光的干涉条纹较小，选项D错误。故选C。8．答案：D由题意可知，涂抹柠檬黄溶液使皮肤组织中的液体折射率提高到和脂肪、蛋白质折射率相同，则不再在界面发生反射和折射，而是直线前进，遇到内脏和血管界面，再发生反射和折射，所以皮肤组织中的液体的折射率与血管和内脏的折射率不同。故A、B、C正确，不符合题意，D错误。9．答案：C根据临界角与折射率的关系可得sin解得C=45°根据题意可知，光射到O点时，入射角为30°，小于临界角，则光在O点发生折射，所以光从射入该介质到首次从该介质中射出的时间为t=故选C。10．答案：A11．答案：BDABC.弧长为πR6的圆弧所对的圆心角为α=根据公式sinC=1光在该材料中传播速度为v=cD.由题意可知，沿DB方向到达AB面上的光在材料中的传播距离最大，时间最长，做出如图所示光路图，由几何关系可知光从光源到AC面的传播距离为R，材料中的传播距离为s=(在材料中的传播时间为t2光在空气中传播的时间为t则有t=t故选BD。12．答案：BCA.红光频率最小，则折射率最小，从水中射向空气时偏折程度最小，则a光为红色光，选项A错误；B.根据v=可知，在水中传播时a光速度最大，c光为蓝光，频率最大，则波长最小，选项B正确；C.根据sin可知，c光折射率最大，临界角最小，则逐渐增大入射角，c光最先发生全反射，选项C正确；D.因a光波长最长，则a光比b光更容易发生明显的衍射现象，选项D错误。故选BC。13．答案：ADAC.发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，所以n1B.频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据v=cD.当入射角为θ时，设光的折射角为r，根据折射定律有n1=根据几何关系可知，光的传播距离为x=由n=cv则传播的时间为t=x故选AD。14．答案：(1)B(2)变大;变大(3)A(1)根据条纹间距可知,当双缝间距d减小时,条纹间距增大,故选项B正确,ACD错误。(2)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;用波长变长的光照射,则出现亮条纹的这一空气膜厚度将远离中心,则圆环的半径变大;换一个镜面半径更大的凸透镜,出现亮条纹的这一空气膜厚度将远离中心,可知圆环的半径变大。(3)由题意知相邻亮条纹对应的空气膜的厚度差为半个波长,故为,故选项A正确,BCD错误。15．答案：（1）C（2）B（3）BC（1）由双缝干涉条纹间距公式有Δx=Ldλ,N条亮条纹之间有(N−1)个条纹间距，则(N−1)Δx=D（2）因为偏振片只会影响光的强度，不会影响光的波长，结合双缝干涉条纹间距公式可知条纹间距不变，B正确。（3）若将双缝变为单缝，则会产生单缝衍射条纹，想要使中央条纹间距变大，可以增大缝与光强分布传感器之间的距离、减小缝的空隙或增大光的波长，故BC正确。16．答案：(1)4.5×10−7(1)根据全反射的条件有sin即sin半球形介质的折射率n=2根据v=λfv=解得λ(2)光的传播方向如图所示欲使入射光在左上侧直角边发生全反射，须有sin解得θ>30°又当光线行进至右上侧直角边时，入射角为90°−θ，