2024-2025年新教材高中物理第四章光单元检测含解析新人教版选择性必修第一册

PAGE10-第四章学业质量标准检测本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．(2024·江苏省南通中学高二下学期线上测试)对下列光学现象的相识，正确的是(D)A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象B．雨后天空中出现的彩虹是光的干涉现象C．用白光照耀不透亮的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高解析：阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干涉现象，选项A错误；雨后天空中出现的彩虹是光的色散现象，选项B错误；用白光照耀不透亮的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，选项C错误；某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，选项D正确。2．(2024·华中师大一附中高二下学期期中)声波与光波有很多可比之处，某同学对此做了一番比较，得到如下结论，下列说法错误的是(D)A．声波是纵波，而光波是横波B．声波的传播依靠于介质，而光可以在真空中传播C．声波和光波都能产生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应等现象D．当声波和光波从空气进入水中时，频率保持不变，波长和波速都变小解析：声波的传播方向与介质质点振动方向在同始终线上，是纵波；而光波的传播方向与振荡的方向垂直，是横波，故A正确；声音的传播须要介质；光的传播不须要介质，光可以在真空中传播，故B正确；声波和光波都有波的共性，所以都能产生反射、折射、干涉、衍射、多普勒效应等现象，故C正确；波的频率由波源确定，与介质无关，所以当声波和光波从空气进入水中时，它们的频率都保持不变，声波由空气进入水中，波速变大，频率不变，由波速公式v＝λf，得知声波的波长变长；光波由空气进入水中，波速变小，频率不变，由波速公式v＝λf,得知光波波长变短，故D错误。3．(2024·浙江省温州中学高二下学期期中)与通常视察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是(C)A．地球上有人用红色激光照耀月球B．太阳照耀到地球的红光反射到月球C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹解析：观看月全食时，看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光经地球大气折射后照耀到月球上，光线再反射射向地球大气时，其他色光被大气汲取掉，红光不易被汲取，故月亮是红色的，选项ABD错误，C正确。4．(2024·河南省南阳市高二下学期3月第一次联考)圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圆形玻璃砖的半径R＝10cm，折射率n＝eq\r(3)，一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角30°，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为(C)A．eq\f(20\r(3),3)cm B．5eq\r(3)cmC．eq\f(40\r(3),3)cm D．20eq\r(3)cm解析：画出如图光路图，设折射角为r，依据折射定律：n＝eq\f(sinr,sinθ)则得：sinr＝nsinθ＝eq\r(3)×sin30°＝eq\f(\r(3),2)，解得：r＝60°依据几何关系，两个光斑之间的距离为：L＝PN＋NQ＝Rtan60°＋Rtan30°＝10×eq\r(3)cm＋10×eq\f(\r(3),3)cm＝eq\f(40,3)eq\r(3)cm，故C正确，ABD错误。5．如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有肯定距离处视察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是(D)A．红光 B．黄光C．蓝光 D．紫光解析：从空气中视察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入视察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如图所示。当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：sinα＝eq\f(d,\r(h2＋d2))，sinβ＝eq\f(d,\r(H2＋d2))，n＝eq\r(\f(H2＋d2,h2＋d2))竖直向下看时，d接近于零，故n＝eq\f(H,h)，即：h＝eq\f(1,n)H因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小。6.1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”。以下哪个试验或现象的原理和光导纤维是相同的(A)A．图甲中，弯曲的水流可以导光B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象解析：图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误。7．(2024·湖北省应城一中高二下学期期中)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是(BC)A．用透亮的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象D．用三棱镜视察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象解析：用透亮的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉，A错误；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射，B正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，C正确；用三棱镜视察白光看到的彩色图样是利用光的色散；D错误。8．(2024·河北省冀州中学高二下学期期中)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(如图甲)，这时可以看到亮暗相同的同心圆(如图乙)，这个现象是牛顿首先发觉的，这些同心圆叫作牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如中心数起的其次道圆环)，则应(AC)A．将凸透镜的曲率半径变大B．将凸透镜的曲率半径变小C．改用波长更长的单色光照耀D．改用波长更短的单色光照耀解析：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。将凸透镜的曲率半径变大，与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小，出现同一亮条纹的厚度由中心向外偏移，同一级圆环的半径变大；相反，凸透镜的曲率半径变小，同一级圆环的半径变小，故A正确，B错误；改用波长更长的单色光照耀，出现同一级亮纹的光程差变大，空气层厚度应变大，所以，同一级圆环的半径变大，因此要使半径变大，可以改用波长更长的单色光照耀，故C正确，D错误，故选AC。9．P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照耀P时能在P的另一侧视察到透射光(ABD)A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。10．(2024·天津市重点中学高二联考)如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的，如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，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(AB)A．在冰晶中，b光的传播速度较小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试验，b光中心亮条纹更宽解析：由题图乙可知，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝eq\f(c,n)知b光的传播速度较小，A正确；由a光的折射率小于b光的折射率，可知a光的频率小于b光的频率，所以a光的波长大于b光的波长，依据Δx＝eq\f(L,d)λ可知，a光相邻条纹间距较大，B正确；a光的折射率较小，由临界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，a光的临界角较大，C错误；波长较长，中心亮条纹越宽，故a光的中心亮条纹更宽，D错误。第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题(2小题，共18分。把答案干脆填在横线上)11．(8分)如图所示，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC；在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧透过棱镜视察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像__让P2的像拦住__，再在视察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3__拦住P1、P2的像__，P4__拦住P3以及P1、P2的像__。登记P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45°。则该透光物质的折射率n＝__eq\r(2)__，并在图中画出正确完整的光路图。解析：通过作图找出BC面上的反射点和AB面上的出射点，则由几何学问可得各角的大小，如图所示，则n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，其试验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故P1的像让P2的像拦住、P3拦住P1、P2的像，P4应拦住P3以及P1、P2的像。12．(10分)(1)如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”试验中，光具座上放置的光学元件依次为①光源、②__滤光片__、③__单缝__、④__双缝__、⑤遮光筒、⑥光屏。对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可实行__增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)__或__减小双缝之间的距离__的方法。(2)假如将灯泡换成激光光源，该试验照样可以完成，这时可以去掉的部件是__②③__(填数字代号)。(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图甲所示。接着转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是__1.610__mm。(4)假如已经量得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900mm，则待测光的波长是__5.37×10－7__m。(取三位有效数字)解析：(1)由试验原理可知②③④分别是滤光片、单缝、双缝。由Δx＝eq\f(l,d)λ可知，要增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可实行的方法有：①增大双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)；②减小双缝之间的距离。(2)由于激光是相干光源，故可以去掉的部件是②、③。(3)甲图读数是0.045mm，乙图读数是14.535mm，它们的差值是14.490mm，中间跨越了10－1＝9个条纹间距，所以相邻两亮条纹间距是Δx＝eq\f(14.490,9)mm＝1.610mm。(4)光的波长λ＝eq\f(Δx·d,l)≈5.37×10－7m。三、论述、计算题(本题共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最终答案不能得分，有数值计算的题，答案中必需明确写出数值和单位)13．(9分)平行光垂直射向一半径为R的透亮介质半球的平面，其截面如图所示，发觉只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，已知光在真空中的传播速度为c＝3.0×108(1)介质球对该入射光的折射率；(2)该光在介质球中的传播速度。解析：(1)由题意知光在介质球界面处的临界角为C＝30°由sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sinC)＝2(2)光在介质球中的传播速度为v＝eq\f(c,n)＝1.5×108m/s答案：(1)2(2)1.5×10814．(10分)登山运动员在登雪山时要留意防止紫外线的过度照耀，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照耀，否则将会严峻地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛损害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消退的紫外线的频率为f＝8.1×1014Hz。(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是什么？(2)这种“增反膜”的厚度是多少？答案：(1)从膜的前后两个表面反射出来的光叠加后加强(2)1.23×10－7解析：为了削减进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的eq\f(1,2)。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m。15．(11分)如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为eq\f(4,3)。(取eq\r(7)＝2.6，eq\r(\f(7,23))＝0.55)(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。答案：(1)2.6m(2)0.7m解析：(1)如图，设到达池边光线的入射角为i。依题意，水的折射率n＝eq\f(4,3)，光线的折射角θ＝90°。由折射定律有nsini＝sinθ ①由几何关系有sini＝eq\f(l,\r(l2＋h2)) ②式中，l＝3m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得h＝eq\r(7)m≈2.6m ③(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°。由折射定律有nsini′＝sinθ′ ④式中，i′是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系得sini′＝eq\f(a,\r(a2＋h2)) ⑤x＋l＝a＋x′ ⑥式中x′＝2m。联立③④⑤⑥式得x＝(3eq