选1全品2023-2024（上） 全品学练考 高中物理 选择性必修第一册含答案

选1全品2023-2024（上）全品学练考高中物理选择性必修第一册第四章光1光的折射第1课时折射现象与折射定律本栏目为教师专用1.(多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中,发生了如图所示的折射现象(α>β).下列结论中正确的是 (AC)A.光束a比光束b在水中的传播速度大B.光束a比光束b在水中的传播速度小C.水对光束a的折射率比对光束b的折射率小D.水对光束a的折射率比对光束b的折射率大[解析]由公式n=sinisinr,可知折射率na<nb,C正确,D错误;由v=cn,na<nb,可知va2.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成.夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回,标志牌上的字特别醒目.这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的,反光膜内均匀分布着一层直径为10μm的细玻璃珠,所用玻璃的折射率为3.为使入射的车灯光线经玻璃珠折射—反射—折射后恰好和入射光线平行,如图所示,那么第一次入射的入射角应是(D)A.15° B.30°C.45° D.60°[解析]作出光路图如图所示,设入射角为θ,折射角为α,则θ=2α,由n=sinθsinα=2cosα,解得cosα=n2=32,即3.(多选)[2022·浙江嘉兴三中月考]如图所示,一束单色光从A点射入玻璃球内,已知入射角i=45°.现发现有光线恰好能经过A点从玻璃球内折射回空气,且此光线在球内经过两次反射.已知玻璃球的半径为56cm,光在真空中传播速度为3×108m/s.下列选项正确的是 (AD)A.玻璃球对该单色光的折射率为2B.从玻璃球射出的光线相对从A点入射光线的偏向角一定为30°C.经过A点从玻璃球内折射回空气的光在玻璃球内的传播时间为322×10-D.经过A点从玻璃球内折射回空气的光在玻璃球内的传播时间为3×10-9s[解析]作出光路如图所示(只考虑经过A点从玻璃球内折射回空气的光线)由对称性及光路可逆可知,第一次折射的折射角为30°,则由折射定律可知n=sinisinr=sin45°sin30°=2,故A正确;由几何关系可知,光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角α=270°,故B错误;光线从A点进入及第一次从A点射出时在玻璃球中传播的距离s=3×2Rcos30°=452cm,在玻璃中运动的速度v=cn,可得经过A点从玻璃球内折射回空气的光在玻璃球内的传播时间t=sv4.(多选)[2022·浙江绍兴一中月考]如图所示,把一个横截面QMP为等边三角形玻璃棱镜的一个侧面放在水平桌面上,直线SD与QP共线.在S处放一光源,使其发出的直线光束与SQ夹角为30°,该光束射向棱镜的MQ侧面上的一点.调整光源S的位置,使棱镜另一侧面MP射出的光线射在D点,且恰有SQ=PD.不考虑光线在棱镜中的反射,则 (AC)A.玻璃棱镜的折射率n=3B.玻璃棱镜的折射率n=2C.经过棱镜的出射光线与入射光线间的夹角为60°D.经过棱镜的出射光线与入射光线间的夹角为45°[解析]如图,由几何关系知A点的入射角为60°,折射角为30°有n=sin60解得n=3,故A正确,B错误;出射光线与入射光线间的夹角δ=2×30°=60°,故C正确,D错误.5.将自然光引入室内进行照明是一种新型的绿色能源技术.某科技兴趣小组设计了一种接收太阳光的实验装置.如图所示为过装置中心轴线的截面,上部的集光球是半径为R的某种均匀透明材料的半球体,下部为导光管,两部分的交界面是PQ.若只有PQ上方高度h≤32R范围内的光束平行于PQ射入后,能直接通过PQ面进入导光管(不考虑集光球内表面的反射),求该材料的折射率图4-1-5[答案]3[解析]由于不考虑集光球内表面的反射,所以最上面的一条光线的光路图如图所示,由几何关系可知sinθ=hR=解得θ=60°可知入射角θ1=θ=60°折射角θ2=θ2=根据折射定律可知,材料的折射率n=sinθ11光的折射第2课时测量玻璃的折射率本栏目为教师专用1.学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示,在一圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直盘面插下两枚大头针P1、P2,并保持P1、P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中,而且总保持液面与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2的像,同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值.(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处对应的折射率的值为

3.

(2)图中P3、P4两位置中,P4所对应的折射率的值较大.

(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率的值应为1

[解析](1)根据折射定律n=sin其中θ1=∠EOP3=60°,θ2=∠AOF=30°所以n=sin60°sin30°(2)因为图中P4对应的空气中光线与法线的夹角(入射角)大于P3对应的空气中光线与法线的夹角(入射角),又两入射光线对应的折射角相同,所以P4对应的折射率的值较大.(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率的值应为1.2全反射本栏目为教师专用1.如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段,光缆总长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c,则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程,下列判断中正确的是 (D)A.n1<n2,光通过光缆的时间等于nB.n1<n2,光通过光缆的时间大于nC.n1>n2,光通过光缆的时间等于nD.n1>n2,光通过光缆的时间大于n[解析]光从光密介质射入光疏介质,才可能发生全反射,故n1>n2;光在内芯传播的路程s=Lsinθ,光在内芯的传播速度v=cn1,所以光通过光缆的时间t=sv=2.(多选)一玻璃砖横截面如图所示,其中ABC为直角三角形(AC边未画出),AB为直角边,∠ABC=45°;ADC为一圆弧,其圆心正好为BC边的中点;此玻璃的折射率为1.5.P为一贴紧玻璃砖放置的与AB边垂直的光屏.若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖,则 (BD)A.从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光B.光屏上有一亮区,其宽度小于AB边的长度C.光屏上有一亮区,其宽度等于AC边的长度D.当光屏向远离玻璃砖的方向平行移动时,光屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大[解析]设光在玻璃砖BC面与ADC弧面上的临界角为C,有sinC=1n=23,则C<45°,故光将在整个BC面上发生全反射,也会在ADC弧面上靠近A点和C点附近区域发生全反射,D点附近的射出光线形成会聚光束照到光屏P3.如图所示,半圆玻璃砖的截面半径为R=9cm,折射率为n=3,直径AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.(1)作出光路图(不考虑光沿原路返回);(2)求两个光斑之间的距离;(3)改变入射角,使屏MN上只剩一个光斑,求此光斑离A点的最长距离.[答案](1)如图所示(2)123cm(3)92cm[解析](1)光路图如图所示.(2)设折射角为r,根据折射定律和光路的可逆性可得n=sinrsini=sinrsin30°,解得r=60°,由几何关系可知,△OPQ为直角三角形,所以两个光斑之间的距离为PQ=PA+AQ=Rtan30°+R(3)在入射角增大的过程中,发生全反射时,屏MN上只剩一个光斑,此光斑离A点最远时,光恰好发生全反射,入射角等于临界角,由临界角公式得sinC=1n,此光斑离A点的最长距离d=RtanC=93光的干涉本栏目为教师专用1.(多选)图甲为双缝干涉实验的装置示意图.图乙为用绿光进行实验时在屏上观察到的条纹情况,a为中央亮条纹,图丙为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况,a'为中央亮条纹.已知在红光、绿光和紫光中,红光的波长最长,紫光的波长最短.以下说法不正确的是(CD)A.丙图比乙图条纹的间距大B.丙图可能为用红光实验产生的条纹,表明红光波长较长C.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较长D.丙图可能为用紫光实验产生的条纹,表明紫光波长较短[解析]根据双缝干涉图样的特点可知,入射光的波长越长,同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大.由本题的条件可确定,另一种颜色的单色光比绿光的波长长,A、B正确,C、D错误.2.(多选)[2022·山东潍坊二中月考]杨氏双缝干涉实验证明光的确是一种波.一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波发生干涉,产生的干涉图样如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷.若放置光屏,则下列说法正确的是(ABC)A.A点出现亮条纹 B.B点出现亮条纹C.C点出现暗条纹 D.C点出现亮条纹[解析]波峰与波峰相遇处或者波谷与波谷相遇处振动加强,所以A点与B点出现亮条纹,波峰与波谷相遇处振动减弱,所以C点出现暗条纹,故选项A、B、C正确,D错误.3.在杨氏双缝干涉实验中,下列说法正确的是(n为自然数,λ为光波波长) (D)①到双缝的距离相等的点形成暗条纹②到双缝的距离之差为nλ的点形成亮条纹③到双缝的距离之差为nλ2④到双缝的距离之差为n+1A.①② B.②③ C.③④ D.②④[解析]在杨氏双缝干涉实验中,当某处到双缝的距离之差Δx为波长的整数倍时,该处出现亮条纹;当某处到双缝的距离之差Δx为半波长的奇数倍时,该处出现暗条纹,故选D.4.(多选)如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气膜,让一束单一波长的光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是 (AC)A.干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的B.干涉现象是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的D.干涉条纹越来越密是因为空气膜厚度越来越大[解析]由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜,所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面,故A正确,B错误;由于凸透镜的下表面是圆弧面,所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的,形成不等间距的干涉条纹,若薄膜厚度是均匀变化的,则形成的干涉条纹是等间距的,故C正确,D错误.5.在研究A物体材料的热膨胀特性时,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的上方放一个两面平行的玻璃板B,B与A的上表面平行,在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜.现用波长为λ的单色光垂直照射玻璃板B,同时给A缓慢加热,在B的上方观察到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,亮度再一次增到最亮,则 (B)A.出现最亮时,B上表面反射光与B下表面反射光叠加后加强B.出现最暗时,B下表面反射光与A上表面反射光叠加后减弱C.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加λD.温度从t1升至t2过程中,A的高度增加34[解析]出现最亮时,B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉,叠加后加强,A错误;同理出现最暗时,是叠加减弱,B正确;温度从t1升到t2的过程中,亮度由最亮又变到最亮,由干涉原理可知,当路程差(即薄膜厚度的2倍)等于半波长的偶数倍,出现亮条纹,知路程差减小为λ,则A的高度增加λ2,C、D错误4实验:用双缝干涉测量光的波长本栏目为教师专用1.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母及排列顺序应为C、E、D、B、A.

(2)本实验的步骤有:①取下遮光筒左侧的元件,调节光源亮度,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用刻度尺测量双缝到屏的距离;④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮条纹间的距离.在操作步骤②中还应注意单缝和双缝相互平行.

(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮条纹中心对齐,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13.870mm,求得相邻亮条纹的间距Δx为2.310mm.

(4)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=

dlΔx,求得所测红光波长为6.6×10-4mm[解析](3)根据螺旋测微器的读数方法知,图乙示数为x6=13.5mm+37.0×0.01mm=13.870mm,图甲示数示为x1=2mm+32.0×0.01mm=2.320mm,相邻亮条纹的间距Δx=x6-x16(4)λ=dΔxl=6.6×10-2.[2022·浙江萧山二中月考]某同学利用如图甲所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.

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0.4mm,测得屏与双缝间的距离为0.5m,用某种单色光实验得到的干涉条纹如图乙所示,分划板在图中A、B位置时游标卡尺的读数也如图乙中所示,则A位置对应的读数为10.9mm.已知B位置对应的读数为15.6mm,则相邻条纹中心的间距为0.78mm,所测单色光的波长为624nm.

(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,如图丙所示,在这种情况测量相邻条纹间距Δx时,测量值大于实际值.(填“大于”“小于”或“等于”)

[解析](1)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;若增加从目镜中观察到的条纹个数,则条纹的宽度Δx将减小,根据相邻亮条纹间的距离为Δx=Ldλ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;同理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(2)已知B位置对应的读数为15.6mm,故该游标卡尺的精度为0.1mm,则在A位置时游标卡尺读数为xA=10mm+9×0.1mm=10.9mm;由图乙知若A位置处为第1条暗纹,则B位置处为第7条暗纹,可得相邻条纹中心的间距为Δx=xB-xA7-1=15.6-10.97-1mm≈0.78mm,由Δx=Ldλ(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,在这种情况测量相邻条纹间距Δx时,将导致测量值Δx大于实际值,由λ=dΔxL可知,5光的衍射本栏目为教师专用1.(多选)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象,发生沙尘暴时能见度只有十几米,天气变黄变暗,这是由于这种情况下 (BD)A.只有波长较短的一部分光才能到达地面B.只有波长较长的一部分光才能到达地面C.只有频率较大的一部分光才能到达地面D.只有频率较小的一部分光才能到达地面[解析]根据光发生明显衍射的条件,发生沙尘暴时,只有波长较长的一部分光线能到达地面,根据λ=cf可知,到达地面的光是频率较小的部分2.如图所示,在“观察光的衍射现象”实验中,保持缝到光屏的距离不变,增加缝宽,屏上衍射条纹间距将减小(选填“增大”“减小”或“不变”);该现象表明,光沿直线传播只是一种近似规律,只有在障碍物的尺寸比光的波长大得多情况下,光才可以看成是沿直线传播的.

[解析]增加缝宽,可以使条纹间距减小;当障碍物的尺寸比光的波长大得多时,光的衍射现象不明显,光可以看成沿直线传播.6光的偏振激光本栏目为教师专用1.(多选)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮,则 (BD)A.图中a光为偏振光B.图中b光为偏振光C.以SP为轴将B转过180°后,在P处将看到光亮D.以SP为轴将B转过90°后,在P处将看到光亮[解析]自然光在垂直于传播方向的平面内,沿各个方向的振动是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,故A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,故B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,而B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,则P点无光亮,将B转过180°后,P处仍无光亮,故C错误;将B转过90°,则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,故D正确.2.如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置,一束偏振光射入光纤,由于温度的变化,光纤的长度、芯径、折射率发生变化,从而使偏振光的振动方向发生变化,光接收器接收的光强度就会变化.设起偏器和检偏器透振方向相同.关于这种温度计的工作原理,下列说法正确的是 (B)A.到达检偏器的光的振动方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大B.到达检偏器的光的振动方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越大C.到达检偏器的光的振动方向变化越小,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小D.到达检偏器的光的振动方向变化越大,光接收器所接收的光强度就会越小,表示温度变化越小[解析]根据题意知,温度变化越大,光通过光纤时振动方向变化越大,起偏器和检偏器的透振方向是相同的,光从光纤中通过时振动方向变化越大,透过检偏器的光强度就会越小,所以光接收器接收的光强度也就会越小,选项B正确.专题课:几何光学问题的综合分析本栏目为教师专用1.红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气,若黄光在界面上恰好发生全反射,则下列判断正确的