2024-2025学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1

PAGE14-单元素养检测(四)(第四章)(90分钟100分)一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．关于光在传播过程中所表现的现象，下列说法不正确的是()A．用光导纤维束传输图像和信息，利用了光的全反射原理B．白光通过分光镜在光屏上形成的彩色光带是光的色散现象C．光的偏振现象说明光是一种横波D．涂有增透膜的照相机镜头呈淡紫色，说明增透膜增加了对淡紫色光的透色程度【解析】选D。光导纤维束传输图像和信息是利用了光的全反射原理，故A正确；白光通过分光镜在光屏上形成的彩色光带是由于不同色光折射率不同而产生光的色散现象，故B正确；偏振是横波特有的现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故C正确；在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时间谱中其他频率的光将大部分通过，因此进入镜头的光有许多，但以抵消绿光为主，这样照相的效果更好。对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其他波长的光，给定膜层的厚度是绿光在薄膜中的波长的eq\f(1,4)倍，从薄膜前后表面反射的绿光相互抵消，而波长较长的红色光以及波长较短的不能完全抵消，所以镜头呈淡紫色，故D错误。2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是()A．激光是纵波B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同C．两束频率不同的激光能产生干涉现象D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离【解析】选D。光都是横波，故激光是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错；由激光的特点知D项正确。3．单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹()A．干涉、衍射条纹间距都是匀称的B．干涉、衍射条纹间距都是不匀称的C．干涉条纹间距不匀称，衍射条纹间距匀称D．干涉条纹间距匀称，衍射条纹间距不匀称【解析】选D。干涉条纹间距匀称，而衍射条纹间距不匀称，中心亮条纹最宽，D正确。4．下列物理学问说法中错误的是()A．在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越短B．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大C．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响【解析】选C。在真空中传播的电磁波，传播速度不变，由v＝λf得，频率越大的，波长越短，故A正确。让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，因蓝光的波长小于绿光，依据光的干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知它们形成的干涉条纹间距较大的是绿光，故B正确。全息照相不是利用光的全反射，是利用光的干涉，故C错误；玻璃的反射光属于偏振光，加偏振片作用是减弱玻璃反射光的影响，故D正确。5.如图所示，一束细光经玻璃三棱镜折射后分解为相互分别的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知()A．a为波长较长的光B．当它们在真空中传播时，a光的速度最大C．分别用这三种光作光源，运用同样的装置进行双缝干涉试验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小D．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大【解析】选A。由光路图可知，a光的偏转程度最小，则a光的折射率最小，频率最小，依据λ＝eq\f(c,f)知，a光的波长最大，故A正确。不论折射率大小，当它们在真空中传播时，它们的速度一样大，故B错误。a光的频率最小，则波长最大，依据Δx＝eq\f(l,d)λ知，a光干涉条纹之间的距离最大，故C错误。依据sinC＝eq\f(1,n)知，c光的折射率最大，则c光发生全反射的临界角最小，故D错误。故选A。6．光的偏振现象表明白()A．光具有粒子性 B．光是电磁波C．光是一种横波 D．光是一种纵波【解析】选C。偏振是横波特有的一种现象，所以光的偏振现象表明白光是一种横波。7.一半球形玻璃砖，C点为其球心，直线OO′与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线OO′平行且到直线OO′距离相等的ab两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下推断正确的是()A．b光从空气射入玻璃砖后速度变小，波长变长B．真空中a光的波长大于b光的波长C．a光的频率比b光的频率高D．若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角小于b光【解析】选B。光在两种介质的界面处不变更光的频率，b光从空气射入玻璃砖后，即由光疏介质进入光密介质，由n＝eq\f(c,v)知，光的传播速度变慢，由v＝λf知，波长变短，故A错误；由题分析可知，玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，则b光的频率高，由c＝λf得知，在真空中，a光的波长大于b光的波长，故B正确，C错误；由sinC＝eq\f(1,n)可知，a光的折射率小，则a光发生全反射的临界角大于b光的，故D错误。8.如图所示的双缝干涉试验装置中，当运用波长为6×10－7m的橙光做试验时，光屏中心点P点及其上方的P1点形成两条相邻的亮纹；若换用波长为4×10－7m的紫光重复上述试验，在P和P1点形成的亮、暗纹状况是()A．P和P1都是亮纹 B．P是亮纹，P1是暗纹C．P是暗纹，P1是亮纹 D．P和P1都是暗纹【解析】选B。P点到双缝的路程差为0，出现亮条纹。用600nm的橙色光照耀时，在光屏上的P点和P点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹，则eq\f(Δx,\f(λ1,2))＝2，解得：Δx＝λ1＝600nm，则eq\f(Δx,\f(λ2,2))＝3，可知P1点是暗条纹。故B正确，A、C、D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9.两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()A．在水中的传播速度，光束a比光束b大B．在水中的传播速度，光束a比光束b小C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大【解析】选A、C。由公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，可得折射率na<nb，C正确，D错误。由v＝eq\f(c,n)，na<nb知va>vb，A正确，B错误。10.如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，则下列说法正确的是()A．若a光能使某种金属材料发生光电效应，则b光肯定也能使该金属材料发生光电效应B．分别用a、b光在同一个双缝干涉试验装置上做试验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若变更光束在左侧面的入射方向使入射角渐渐变小，则折射光线a首先消逝【解析】选A、B、C。由光路图可知，a光的偏折程度较小，b光的偏折程度较大，则玻璃砖对a光的折射率小，对b光的折射率大；折射率越大，频率越大，波长越小，则知a光的频率比b光的频率小，依据光电效应发生的条件可知，若a光能使某种金属材料发生光电效应，则b光肯定也能使该金属材料发生光电效应，故A、C正确；依据条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知，由于a光的波长大于b光的波长，所以a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故B正确；当变更光束在左侧面的入射方向使入射角渐渐变小时，光在右侧面的入射角渐渐增大，由sinC＝eq\f(1,n)分析知，a光的临界角大于b光的临界角，所以随着入射角渐渐增大，b光先发生全反射，则b光先消逝，故D错误。11．关于下列光学现象，说法正确的是()A．水中蓝光的传播速度比红光快B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射C．在岸边视察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉试验，用红光时得到的条纹间距更宽【解析】选C、D。光在介质中的传播速度v＝eq\f(c,n)，其中n是折射率，由于蓝光折射率大于红光折射率，所以蓝光传播速度比红光慢，A项错误；光从光密介质向光疏介质传播时，可能发生全反射，所以B项错误；视深h和实际深度H关系为h＝eq\f(H,n)，所以鱼的实际深度比看到的要深，C项正确；条纹间距Δy＝eq\f(l,d)λ，由于红光波长大于蓝光波长，所以红光得到的条纹间距更宽，D项正确。12．某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚间形成的狭缝视察光的现象后，总结出以下几点，你认为正确的是()A．这是光的干涉现象B．若狭缝与灯丝平行，衍射条纹与狭缝平行C．狭缝的宽度越大，该现象越明显D．最中间的条纹宽度最大【解析】选B、D。在用游标卡尺两脚间形成的狭缝视察以线状白炽灯为光源的光的衍射现象时狭缝必需与灯丝平行，这时衍射条纹与狭缝平行，故B正确，而A错误。衍射条纹的间距随狭缝变宽而变小，即狭缝越宽，衍射条纹间距越小，故C错误。衍射条纹，中间条纹宽度最大，故D正确。三、试验题：本题共2小题，共14分。13．(6分)在“用双缝干涉测光的波长”试验中，将双缝干涉试验仪按要求安装在光具座上(如图1)，并选用缝间距为d的双缝屏。从仪器注明的规格可知，毛玻璃屏与双缝屏间的距离为L。接通电源使光源正常工作，发出白光。(1)组装仪器时，若将单缝和双缝均沿竖直方向分别固定在a处和b处，则__________。A．可视察到水平方向的干涉条纹B．可视察到竖直方向的干涉条纹C．看不到干涉现象(2)若取下红色滤光片，其他试验条件不变，则在目镜中__________。A．视察不到干涉条纹B．可视察到明暗相间的白条纹C．可视察到彩色条纹(3)若试验中在像屏上得到的干涉图样如图2所示，毛玻璃屏上的分划板刻线在图2中A、B位置时，游标尺的读数分别为x1、x2，则入射的单色光波长的计算表达式为λ＝________。分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如图3所示，则其读数为________mm。【解析】(1)因为该试验是双缝干涉试验，a是单缝，b是双缝，单缝是竖直放置，视察到的是竖直方向的干涉条纹，故B正确，A、C错误。(2)若取下红色滤光片，白光干涉条纹为彩色的，故C正确，A、B错误。(3)条纹间距Δx＝eq\f(x2－x1,6)，又知Δx＝eq\f(L,d)λ，两式联立得：λ＝eq\f(（x2－x1）d,6L)此游标卡尺精度值为0.05mm，读数等于可动刻度读数与游标尺读数之和；故有：x＝31mm＋0.05mm×2＝31.10mm；答案：(1)B(2)C(3)eq\f(（x2－x1）d,6L)31.1014.(8分)在“测定玻璃的折射率”的试验中，试验室可以给同学们供应不同形态的玻璃砖。(1)某小组的同学选择如图甲所示的三角形玻璃砖。但试验时，该小组同学在插好大头针P1、P2后，发觉无论如何都不能在三棱镜的BC边用第三枚大头针同时拦住P1、P2的像，依据图甲分析其缘由可能是__________________________________________________________________。(2)另一小组的同学选择了半圆形玻璃砖。在试验时，他们利用方格坐标纸来测定半圆形玻璃砖的折射率，如图乙所示。其中，AO作为入射光线，是首先画在纸上的直线，该组同学在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图乙，放上玻璃砖(如粗黑线所示)，然后插上P3、P4大头针。①其中他确定P3大头针位置的方法应当是：____________________________________________________________________②若该组同学试验操作规范精确，其记录状况如图乙所示。则该同学利用图示的记录状况可测得玻璃砖的折射率n＝________。(保留两位有效数字)【解析】(1)依据图甲分析其缘由可能是：光沿P1、P2进入玻璃砖后在BC界面发生了全反射。(2)①确定P3大头针位置的方法应当是：大头针P3要同时拦住P1、P2的像。②如图，作出法线NN′，分别过圆与入射光线、折射光线的交点C、D作法线的垂线CE和DB，由数学学问得：入射角和折射角的正弦值分别为：sini＝eq\f(CE,CO)sinr＝eq\f(BD,DO)其中，CO＝DO，则折射率为：n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(BD,CE)＝eq\f(6,4)＝1.5。答案：(1)光沿P1P2进入玻璃砖后在BC界面发生了全反射(2)①大头针P3要同时拦住P1、P2的像②1.5(±0.1)四、计算题：本题共4小题，共46分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。15．(8分)如图所示，一透亮球体置于空气中，球半径R＝10cm，折射率n＝eq\r(2)。MN是一条通过球心的直线，单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，AB与MN间距为5eq\r(2)cm，CD为出射光线。(1)补全光路并求出光从B点传到C点的时间。(2)求CD与MN所成的角α的度数。(需写出求解过程)【解析】(1)连接BC，如图所示，设在B点光线的入射角、折射角分别为θ1、θ2，由几何关系可得sinθ1＝eq\f(5\r(2),10)＝eq\f(\r(2),2)，得θ1＝45°由折射定律得在B点有：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)解得sinθ2＝eq\f(1,2)，故θ2＝30°又有BC＝2Rcosθ2，则t＝eq\f(BC,v)＝eq\f(nBC,c)＝eq\f(2nRcosθ2,c)得：t＝eq\f(\r(6),3)×10－9s(2)由几何关系可知∠COP＝15°又∠ECP＝θ1＝45°由几何关系可得α＝∠ECP－∠COP＝45°－15°＝30°答案：(1)光路见解析图eq\f(\r(6),3)×10－9s(2)见解析16.(8分)如图所示，一足够大的池内装有深度H＝3m的透亮液体，池底中心固定一点光源，可向各个方向发光。已知透亮液体的折射率n＝1.25，光在空气中的传播速度c＝3×108m/s，求：(1)液面被池底点光源照亮的面积；(2)从点光源发出的光传播到液面的最短时间。【解析】(1)液面上有光射出的范围是半径为r的圆，如图所示：光在液面发生全反射的临界角为C，则有：sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,1.25)＝eq\f(4,5)解得：C＝53°依据几何关系可得：r＝HtanC＝3×eq\f(4,3)m＝4m，液面上有光射出的面积S＝πr2＝16πm2；(2)光在液体中的速度为v＝eq\f(c,n)从点光源发出的光垂直于液面传播到液面的时间最短，最短时间为t，则有：vt＝H，解得：t＝eq\f(nH,c)＝eq\f(1.25×3,3×108)s＝1.25×10－8s。答案：(1)16πm2(2)1.25×10－8s17．(14分)杨氏双缝干涉试验中，缝间距为5.0mm，缝离屏幕1.0m，在屏上看到两个干涉花样。一个是由500nm的光产生，另一个是由600nm的光产生。问在屏上的两个不同花样的第三级干涉条纹间的距离是多少？【解析】依据干涉条纹的宽度公式有：Δx1＝eq\f(l,d)λ1＝eq\f(1,5×10－3)×500×10－9m＝1×10－4mΔx2＝eq\f(l,d)λ2＝1.2×10－4m由于屏上的第三级干涉条纹到中心条纹之间的距离为3倍的条纹宽度，所以屏上的两个不同花样的第三级干涉条纹间的距离：L＝3(Δx2－Δx1)＝3×(1.2×10－4－1.0×10－4)m＝6.0×10－5m答案：6.0×10－5m18.(16分)一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n＝eq\r(2)。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜，求射出的点的位置(不考虑光线沿原光路返回的状况)。【解析】设入射角为i，折射角为r，由折射定律得eq\f(sini,sinr)＝n①由已知条件及①式得r＝30°②假如入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为F，由几何关系可得MF垂直于AB，故AF＝eq\f(3,8)a③即出射点在AB边上离A点eq\f(3,8)a的位置。假如入射光线在法线的左侧，光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。由几何关系可知，在D点的入射角θ＝60°④设全反射的临界角为θC，则sinθC＝eq\f(1,n)⑤由⑤和已知条件得θC＝45°⑥因此，光在D点全反射。设此光线的出射点为E，由几何关系得∠DEB＝90°BD＝a－2AF⑦BE＝BDsin30°⑧联立③⑦⑧式得BE＝eq\f(1,8)a⑨即出射点在BC边上离B点eq\f(1,8)a的位置。答案：见解析【补偿训练】1.如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成，一单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角为60°，玻璃的折射率n＝eq\r(2)。求：(1)这束入射光线的入射角为多大。(2)该束光线第一次从CD面射出时的折射角。【解析】(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为θ1、θ2，则θ2＝30°依据n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)解得：sinθ1＝nsinθ2＝eq\f(\r(2),2)，θ1＝45°(2)光路图如图所示，光线ab在AB面的入射角为45°Ｋ设玻璃的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，C＝45°因此光线ab在AB面会发生全反射由几何关系得光线在CD面的入射角θ1′＝30°依据折射定律可知，光线在CD面的折射角θ2′＝45°。答案：(1)45°(2)45°2.一个水池内盛有某种透亮液体，液体的深度为H。在水池的底部中心放一点光源S，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图所示。求：(1)光在该液体中的传播速度大小。(2)液体表面被光源照亮区域的面积。【解析】(1)由题意知：入射角θ1＝30°，由几何关系得折射角θ2＝45°n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)＝eq\r(2)v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3×108,\r(2))m/s≈2.12×108m/s。(2)若发生全反射，入射角C应满意sinC＝eq\f(1,n)，即C＝45°由题意知，液体表面被照亮区域为一个圆形区域。区域半径R＝HtanC＝H区域面积S＝πR2＝πH2。答案：(1)2.12×108m/s(2)πH23.如图所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角i应满意的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。【解析】(1)入射角为i，设折射角为r，光线到达玻璃丝侧面的入射角为θ，全反射临界角为C，由折射定律得n＝eq\f(sini,sinr)①由几何关系得