2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册第4章 光章末学业测评(四)练习册含答案

2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第4章光章末学业测评(四)建议用时:40分钟一、选择题1.《康熙几暇格物编》中记载:“置钱碗底,远视若无,及盛满水时,则钱随水光而显见矣”,其中“钱随水光而显见”这种现象形成的原因是 ()A.光的直线传播B.光的反射C.平面镜成像 D.光的折射2.[2022·浙江温州中学月考]光在生产、生活中有着广泛的应用,下列对光的应用的说法正确的是 ()A.光学镜头上的增透膜是利用光的衍射现象B.光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象C.3D电影技术利用了光的干涉现象D.全息照相利用了光的偏振现象3.[2022·郑州一中月考]一束光线穿过介质1、2、3时,光路如图所示,则 ()A.介质1的折射率最大B.介质2是光密介质C.光在介质2中的速度最大D.当入射角由45°逐渐增大时,在2、3分界面上可能发生全反射4.小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光,转动镜片时发现光有强弱变化.下列说法能够解释这一现象的是 ()A.阳光在水面反射后的反射光是偏振光,镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射后的反射光是偏振光,镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起检偏器的作用5.[2022·岳阳一中月考]一同学为了测量某液体的折射率,在液面上方H=2m处固定一水平放置的刻度尺,在液面底部铺有一水平放置的平面镜,在刻度尺上的A点固定一激光笔,激光笔与刻度尺成45°角.向液面发射一束激光,经液面折射和平面镜反射后再折射到刻度尺上的B点,液体的深度h=1m,A、B两点的距离为5.5m.根据以上数据可以测得该液体对激光的折射率为 ()A.523 BC.536 D6.[2022·湖南雅礼中学月考]如图所示,一个玻璃是由半径为2m、弧度为210°的优弧AB构成,其折射率为2.该玻璃有一特殊功能:在弧AB上不能射出玻璃的光线将自动被玻璃吸收,能射出的光线一部分从玻璃射出,另一部分发生反射;在线段AO上,若光线接触AO端,将立即被全部吸收.现在玻璃的正右端60°角射入一均匀水平的光线,则能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为 ()A.(π3+1)m B.(π3+C.(2π3+2)m D.(π6+7.(多选)[2022·深圳中学月考]如图所示,一截面半径为R的14透明圆柱体,放置在水平桌面上.现有一束位于截面内的光,平行于桌面射到圆柱体表面上,折射进入后得从右侧竖直表面射出,已知入射光线与桌面的距离为3R2,且图中AD=OD.则 A.这种材料的折射率为3B.光线从A点射入圆柱体表面的折射角为30°C.OD两点的距离为RD.光线从右侧竖直表面射出时的出射角θ=60°8.(多选)如图所示,一棱镜的横截面为四边形ABCD,其中∠A=∠C=90°,∠ADC=60°,AB、BC面的长度均为d.一细束黄光从距离A点为x的P点垂直AB面由真空射入棱镜后,恰好在CD面发生全反射,已知真空中的光速为c,则下列说法正确的是 ()A.该棱镜对黄光的折射率为2B.若将一细束红光沿同样方向从P点入射,则该光束也可以在CD面发生全反射C.若将一细束紫光沿同样方向从P点入射,则紫光在棱镜中传播的时间比黄光的长D.若将该束黄光沿同样方向从PB之间的某点入射(即x增大),则黄光在棱镜中传播的时间变长二、计算题9.在双缝干涉实验中,若双缝处的两束光的频率均为6×1014Hz,两光源S1、S2的振动情况恰好相反,光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10-6m,如图所示,则:(1)P点是亮条纹还是暗条纹?(2)设O为到S1、S2距离相等的点,则P、O间还有几条亮条纹、几条暗条纹?(不包括O、P两处的条纹)10.如图所示,有一截面圆心角为90°的扇形玻璃棱镜,球心为O,半径为R,轴线OO'垂直于水平面.O点正上方R3高度处的点光源S发出一束与OO'夹角为θ=60°的单色光,射到扇形体上的A点,结果光线以60°的折射角离开扇形体且垂直射到水平面上的B点.不考虑扇形体内光的反射,已知光在真空中的传播速度为c(1)此玻璃棱镜对该单色光的折射率;(2)光在玻璃棱镜中传播的时间.章末学业测评(四)1.D[解析]钱反射出的光线被碗侧壁挡住,人看不见钱了,倒入一些水后,钱反射的光线从水中斜射入空气中时,在水面处发生折射,折射光线远离法线方向,人眼逆着折射光线看去,看到的是变高的钱的像,是光的折射现象,故选D.2.B[解析]光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,A错误;光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维,光在其中传播过程发生全反射,因此光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象,B正确;3D电影技术利用了光的偏振现象,C错误;全息照相利用了光的干涉现象,D错误.3.C[解析]由图可知,光从介质1射入介质2中,折射角大于入射角,则n1>n2,光从介质2射入介质3中,折射角小于入射角,则n2<n3,根据光的可逆性知,光从2射向1或从2射向3时,若入射角相等,从折射角上可判断n3>n1,所以n3>n1>n2,即介质3的折射率最大,故A错误;相对来说,2是光疏介质,故B错误;根据v=cn,因2的折射率最小,所以光在介质2中的传播速度最大,故C正确;当入射角由45°逐渐增大时,光从2到3是从光疏介质到光密介质,所以在此界面上不会发生全反射,故D错误4.B[解析]阳光属于自然光,阳光在水面发生反射后的反射光是偏振光,转动镜片时发现光有强弱变化,是由于镜片相当于检偏器,当偏振光偏振的方向与偏振镜片偏振的方向平行时可以通过偏振片,当二者方向垂直时不能通过偏振光,所以镜片起检偏器的作用,故选B.5.B[解析]该液体对激光的折射率为n=sinθ空sinθ液、sinθ空=sin45°=22,由A、B两点的距离为5.5m,如图,C、D间的水平距离为0.75m,则sinθ液=0.756.A[解析]由公式sinC=1n=12解得,临界角C=30°,设入射光线从某位置P点入射的光线,照射到AB弧面上Q点时,入射角恰好等于临界角,则能射出的光线的区域对应的圆心角为θ=30°,则能射出光线的部分AB面的弧长为L=30°360°×2πR=π3(m).设从Q点反射的光线与OA交于S点,则△OQS为直角三角形,且∠OQS=30°,则被AO段吸收的玻璃的长度为OS=Rsin30°=1m,因此能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为s总7.ABD[解析]设入射光线与球体的交点为A,连接OA,OA即为入射点的法线.因此图中的角α为入射角.过A点作球体水平表面的垂线,垂足为B,如图所示.依题意∠AOB=α,又由△OAB知,sinα=32,则α=60°,β=∠AOD=∠BAO=30°,由折射定律得n=sinαsinβ=3ADsin30°=32OD,解得OD=3R3,选项C错误;光线从右侧竖直表面射出时,由折射定律得,sinθsin8.AC[解析]光路如下图甲所示,则根据几何关系可知,α=30°,所以sinα=1n,解得n=2,故A正确;红光的折射率比黄光小,红光发生全反射的临界角大于黄光的,因此若将一细束红光沿同样方向从P点入射,则该光束不会在CD面发生全反射,故B错误;紫光的频率比黄光大,波长小,因此紫光的折射率大,因此一定会发生全反射,紫光和黄光的光路图均如图乙所示,由于紫光的折射率比黄光大,根据v=cn,可知紫光在棱镜中的传播速度比黄光小,故时间更长,故C正确;由C选项可知,黄光在棱镜中传播的距离为s=PP1+P1P2+P2P3=3d-x3+2x3+39.(1)暗条纹(2)6条亮条纹5条暗条纹[解析](1)波长λ=cf=5×10-7n=Δsλ=3×1由于两光源的振动情况恰好相反,所以P点为暗条纹.(2)O点到两光源的路程差为0,此处也是暗条纹,由n=6知O、P间还有5条暗条纹和6条亮条纹.10.(1)3(2)R[解析](1)光从光源S射出经扇形体到达水平面的光路图如图所示.光由空气射向扇形体,由折射定律,有n=sin又θ=60°,γ=∠COD=60°光由扇形体射向空气,由折射定律,有n=sin故a=β由几何知识得α+β=60°故α=β=30°解得n=3(2)光在扇形体中传播的速度为v=cn=3由几何关系知AC=AO=33光在扇形体中传播的时间t=ACv=专题课:几何光学问题的综合分析学习任务一不同色光在介质中的参数比较[科学探究]可见光中,由于不同颜色光的频率并不相同,它们在发生折射和全反射时也有许多不同,如下表:性质红橙黄绿青蓝紫频率低→高波长大→小同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大例1[2022·石家庄二中期中]a、b两种单色光以相同的入射角从某种介质射向真空,光路如图所示,则下列叙述正确的是 ()A.增大入射角,a光先发生全反射B.a光的频率小于b光的频率C.在真空中a光的传播速度大于b光的传播速度D.在真空中a光的波长小于b光的波长变式1[2022·大连二十四中月考]如图所示,两束单色光a、b从水面下射向A点,光线经折射后合成一束光c,则下列说法正确的是 ()A.在水中a光的频率比b光的频率大B.水面上方介质的折射率大于水的折射率C.保持a、b两束光的夹角不变的情况下,都绕A点顺时针方向旋转某一角度,出射后依然可以合成一束光D.a光的的波长比b光的波长大学习任务二几何光学的综合问题[科学思维]1.确定光是由光疏介质进入光密介质,还是由光密介质进入光疏介质.若光是由光密介质进入光疏介质,根据公式sinC=1n确定临界角2.画光路图,利用几何知识分析边、角关系并注意判断能否发生全反射,找出临界角.根据折射定律、全反射规律、正弦定理、三角函数等进行有关计算.例2老师上课喜欢用红色激光笔,它发出的红光用来投映一个光点或一条光线指向物体,如图甲所示,AB为半圆的直径,O为圆心,在O点左侧用红色激光笔从E点垂直AB射入的红光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为45°.(1)求半球形介质的折射率;(2)若取用半球形介质同种材质制成环状介质砖,如图乙所示,内径为R、外径为R'=2R的环状介质砖的圆心为O,一束平行于水平轴O'O的光线由A点进入介质砖,到达B点(图中未标出)刚好发生全反射,求A点处光线的入射角和折射角.变式2(多选)[2022·济南外国语学校期中]在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转.如图,ABCD是棱镜的横截面,截面是底角为45°的等腰梯形.现有与底面BC平行且频率相同的两束单色光a、b射入AB面,经折射反射,使从CD面射出的光线发生了翻转.已知棱镜材料对该色光的折射率n=2,下列说法正确的是 ()A.两束光中,有一束可能会从底面BC射出B.两束光都不能从底面BC射出,光将从CD面平行于BC射出C.若光a、b从CD面平行于BC射出,a光离底面BC更近D.两束光在棱镜中的传播时间相同例3[2022·河北卷]如图所示,一个半径为R的玻璃球,O点为球心.球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出,出射光线AB与球直径SC平行,θ=30°.光在真空中的传播速度为c.求:(1)玻璃的折射率;(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间.1.(几何光学的综合应用)(多选)如图所示,一由玻璃制成的直角三棱镜ABC,其中AB=AC,该三棱镜对红光的折射率大于2.一束平行于BC边的白光射到AB面上,光束先在AB面折射后射到BC面上,接着又从AC面射出.下列说法正确的是 ()A.各色光在AB面的折射角都小于30°B.各色光在BC面的入射角都大于45°C.有的色光可能不在BC面发生全反射D.射到AC面的有色光束中红光在最上方2.(全反射的应用)为建设“最美城市”打造宜居环境.在城市中心花园建设一人工湖,湖的形状像一个正立的碗,截面为半圆形,如图所示,半径R=90m,在湖底A处有一单色LED灯S,将湖内注满水.已知水对该单色光的折射率n=54,光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s,不计湖底对光的反射(1)从LED灯发出的单色光射出水面所需的最短时间?(2)要使在湖的周围和上方均能看到LED灯发出的光,LED灯可移动到距水面的最小距离约为多少?3.(几何光学的综合应用)[2022·广东卷]一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.章末学业测评(四)1.D[解析]钱反射出的光线被碗侧壁挡住,人看不见钱了,倒入一些水后,钱反射的光线从水中斜射入空气中时,在水面处发生折射,折射光线远离法线方向,人眼逆着折射光线看去,看到的是变高的钱的像,是光的折射现象,故选D.2.B[解析]光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,A错误;光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维,光在其中传播过程发生全反射,因此光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象,B正确;3D电影技术利用了光的偏振现象,C错误;全息照相利用了光的干涉现象,D错误.3.C[解析]由图可知,光从介质1射入介质2中,折射角大于入射角,则n1>n2,光从介质2射入介质3中,折射角小于入射角,则n2<n3,根据光的可逆性知,光从2射向1或从2射向3时,若入射角相等,从折射角上可判断n3>n1,所以n3>n1>n2,即介质3的折射率最大,故A错误;相对来说,2是光疏介质,故B错误;根据v=cn,因2的折射率最小,所以光在介质2中的传播速度最大,故C正确;当入射角由45°逐渐增大时,光从2到3是从光疏介质到光密介质,所以在此界面上不会发生全反射,故D错误4.B[解析]阳光属于自然光,阳光在水面发生反射后的反射光是偏振光,转动镜片时发现光有强弱变化,是由于镜片相当于检偏器,当偏振光偏振的方向与偏振镜片偏振的方向平行时可以通过偏振片,当二者方向垂直时不能通过偏振光,所以镜片起检偏器的作用,故选B.5.B[解析]该液体对激光的折射率为n=sinθ空sinθ液、sinθ空=sin45°=22,由A、B两点的距离为5.5m,如图,C、D间的水平距离为0.75m,则sinθ液=0.756.A[解析]由公式sinC=1n=12解得,临界角C=30°,设入射光线从某位置P点入射的光线,照射到AB弧面上Q点时,入射角恰好等于临界角,则能射出的光线的区域对应的圆心角为θ=30°,则能射出光线的部分AB面的弧长为L=30°360°×2πR=π3(m).设从Q点反射的光线与OA交于S点,则△OQS为直角三角形,且∠OQS=30°,则被AO段吸收的玻璃的长度为OS=Rsin30°=1m,因此能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为s总7.ABD[解析]设入射光线与球体的交点为A,连接OA,OA即为入射点的法线.因此图中的角α为入射角.过A点作球体水平表面的垂线,垂足为B,如图所示.依题意∠A