2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第四章 光及其应用 单元检测卷4（含解析）

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2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第一册 第四章 光及其应用 单元检测卷4（含解析）一、单选题（共28分）1．水下一点光源，发出a、b两单色光。人在水面上方向下看，如图所示，水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出，Ⅱ区域只有a光射出。下列判断正确的是（　　）A．a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光的折射角小B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．水对a光的折射率大于对b光的折射率D．水下b光不能射到图中Ⅱ区域2．随着科技的发展，夜视技术越来越成熟。一切物体都可以产生红外线，即使在漆黑的夜里“红外监控”、“红外摄影”也能将目标观察得清清楚楚。为了使图像清晰，通常在红外摄像头的镜头表面镀一层膜，下列说法正确的是（　　） A．镀膜的目的是尽可能让入射的红外线反射B．镀膜的目的是尽可能让入射的所有光均能透射C．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的四分之一D．镀膜的厚度应该是红外线在薄膜中波长的二分之一3．一个军事设施的观察孔，如图所示，其宽度L=30 cm，厚度d=30cm，为了扩大观察视野，将折射率为n=的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内。则嵌入玻璃砖后，军事设施内的人通过这块玻璃砖能看到的视野的最大张角是 （　　） A．60° B．90° C．120° D．180°4．一横截面为等腰直角三角形的三棱镜如图所示，光线（含红光和紫光）从一直角边垂直射入，已知棱镜对红光的折射率为1.5，图中画出的、、三条光线可能存在也可能不存在，则下列说法正确的是（　　） A．光存在且是紫光的出射光 B．光存在且是红光的出射光C．光存在且是红光的出射光 D．光存在且是红光和紫光的出射光5．固定的半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。足够大的光屏盯紧靠在玻璃砖的左侧且垂直于MN。一细束单色光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO'夹角为θ。已知半圆形玻璃砖半径R＝20cm，该玻璃砖的折射率为n＝。刚开始θ角较小时，光屏EF上出现两个光斑（图中未画出）。现逐渐增大θ角，当光屏EF上恰好仅剩一个光斑时，这个光斑与M点之间的距离为（　　）A．10cm B．10cm C．20cm D．20cm6．在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6μm，若分别用频率为f1=5.0×1014Hz和f2=7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现亮、暗条纹的情况是（　　）A．用单色光f1和f2分别照射时，均出现亮条纹B．用单色光f1和f2分别照射时，均出现暗条纹C．用单色光f1照射时出现亮条纹，用单色光f2照射时出现暗条纹D．用单色光f1照射时出现暗条纹，用单色光f2照射时出现亮条纹7．为研究光的干涉规律，小明用激光做双缝干涉实验。他用频率为f的红色激光垂直照射双缝，观察到了干涉条纹。光速为c，下列说法正确的是（　　）A．实验中若将入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变大B．如果将双缝的间距变大，则相邻两个亮条纹的间距将变大C．在光屏的P点出现第三条暗条纹，则P点到双缝的距离之差为D．如果将整个装置放到水中做实验，相邻两个亮条纹间距将变大二、多选题（共12分）8．在做了“测定平行玻璃砖的折射率”的实验（如图）后，某同学得出下列几种结论中，说法正确的是（　　） A．玻璃砖的宽度适当选大些B．入射角应尽量小些，防止在另一侧面发生全反射C．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些D．入射角越大越好，这样测量误差能尽可能的减小E．玻璃砖的折射率与入射角有关，入射角越大，测得折射率越大F．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的正弦值的比值是一个常数G．玻璃砖的折射率与入射角无关，入射角越大，折射角越大，但是入射角与折射角的比值是一个常数9．下列说法正确的是（　　）A．在水中的鱼斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实际位置高B．光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的大C．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射向水中时，一部分光在界面上发生全反射D．全息照相机主要利用了光的衍射现象E．沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的折射＋全反射现象10．下面关于光的偏振现象的应用正确的是（　　）A．自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向B．茶色眼镜利用了光的偏振现象C．立体电影利用了光的偏振现象D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响三、实验题（共15分）11．用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住和P2的像，P4挡住P3和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图所示（O为两圆弧圆心；图中已画出经P1、P2点的入射光线）。（1）在图上补画出所需的光路图，为了测出玻璃砖的折射率，需要测量入射角i和折射角γ，请在图中标出这两个角_______；（2）用所测物理量计算折射率的公式是_________；（3）为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当________（填“小一些”、“无所谓”、“大一些”）。12．如图所示，在测定玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC的三棱镜，并确定AB和AC界面的位置，然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从棱镜的右侧观察P1和P2的像。（1）此后正确的操作步骤是________。A．插上大头针P3，使P3挡住P2的像B．插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像C．插上大头针P4，使P4挡住P3的像D．插上大头针P4，使P4挡住P3以及P1和P2的像（2）正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P3、P4的位置(图中已标出)，为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干条辅助线，如图甲、乙所示，能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是图________(填“甲”或“乙”)，所测玻璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母ED、FG表示)。四、解答题（共45分）13．查阅资料，简述牛顿环的产生原理。14．如图所示，深H=2.0m的游泳池注满水，池底有一点光源P，它到池边的水平距离为L=3.5m。一个小孩站在池边观察，他的眼睛到地面的高度为h=1.5m，点光源发出的光经水面上离池边距离l=2.0m的Q点折射后恰好射入小孩的眼睛。（1）若小孩从点光源的正上方向下观察，他看到的点光源与水面的距离为多少；（2）若点光源以速度v=0.5m/s向上运动，试写出水面上光斑的面积随时间的变化关系式。15．查阅资料，简述全息照相的原理。16．一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形，容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示，容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率以及光在液体中传播的时间。
参考答案1．A【解析】【详解】AC．根据题述，b光在Ⅱ区域发生全反射而a光没有，发生全反射的临界角较小，由sinC=，可知水对b光的折射率较大，对a光的折射率较小，a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光折射角小。故A正确，C错误；B．由折射率随光的频率的增大而增大可知，a光的频率较小，波长较长。故B错误；D．水下b光能射到题图中Ⅱ区域，由于在题图中Ⅱ区域发生了全反射，Ⅱ区域只有a光射出。故D错误。故选A。2．C【解析】【详解】AB．镀膜的目的是尽可能让红外线能够透射，而让红外线之外的光反射，从而使红外线图像更加清晰，故AB错误；CD．当红外线在薄膜前、后表面的反射光恰好干涉减弱时，反射光最弱，透射光最强，根据干涉相消的规律可知，此时红外线在薄膜前、后表面反射光的光程差应为半波长的奇数倍，而为了尽可能增加光的透射程度，镀膜的厚度应该取最薄的值，即红外线在薄膜中波长的四分之一，故C正确，D错误。故选C。3．B【解析】【详解】军事设施内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标，光路如图所示。由几何关系有sin r==解得r=30°根据折射定律有=n解得i=45°则最大张角为θ=2i=90°故选B。4．D【解析】【详解】A．棱镜对红光的折射率为1.5，根据可知红光的临界角小于，紫光的临界角也小于，由图知，入射角等于，红光和紫光均发生全反射，a光不存在，故A错误；BCD．根据反射定律，c光不存在，光存在且是红光和紫光的出射光，故BC错误，D正确。故选D。5．C【解析】【详解】A. 当θ较小时，由于反射和折射现象，所以EF屏上拙现两个光斑。当θ逐渐增大到一个值C时，即θ＝C，光屏上两个光斑恰好变成一个（如图所示）说明此时光线恰好在MN面发生全反射，由临界角公式此时θ＝C，则设A为屏上光斑，在△OMA中由几何关系可知MO＝R＝20cmAO＝ cm且代入可得MA＝cm故C正确，ABD错误。故选C。6．C【解析】【详解】单色光f1的波长单色光f2的波长因P点到双缝的距离之差Δx=0.6μm=λ1所以用单色光f1照射时P点出现亮条纹。又所以用单色光f2照射时P点出现暗条纹，故ABD错误，C正确。故选C。7．C【解析】【详解】AB．将入射光由红光换成紫光，则波长变短，根据双缝干涉条纹间距公式可知，波长变短，相邻亮条纹间距变小；若将双缝的间距变大，相邻亮条纹间距变小，A、B错误；C．光屏上P点出现第三条暗条纹，P点到双缝的矩离之差为C正确；D．真空（或空气）中波长为λ的光，在折射率为n的水中波长变为光线到水中时波长变短，相邻亮条纹间距变小，D错误。故选C。8．ACF【解析】【详解】A．为了减小测量的误差，玻璃砖的宽度适当大一些，故A正确；BD．为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，效果会更好，但不是越大越好，BD均错误．C．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些；C正确；EFG．玻璃砖的折射率是由玻璃本身的材料决定，与光的入射角和折射角无光，根据折射定律知折射率等于入射角的正弦与折射角的正弦之比，故EG错误，F正确；故选ACF。9．ABE【解析】【详解】A．岸边物体的反射光经过水的折射进入鱼的眼睛，根据折射定律，折射角小于入射角，鱼看到的虚像将在实像之上，A正确；B．光纤通信是应用光的全反射来传播信号的，为了保证光在光导纤维中发生全反射，内芯的折射率要比外壳的大，B正确；C．光线从气泡射向水中时是从光疏介质到光密介质，不能发生全反射，C错误；D．全息照相机主要利用了光的干涉现象，D错误；E．大气在竖直方向密度不同，折射率不同，光线会发生折射，当入射角增大至临界角后发生全反射，出现蜃景，E正确。故选ABE。10．ACD【解析】【详解】A．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向，故A正确；B．茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变色而形成的色彩，故B错误；C．立体电影放映的时候是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片。观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像，故C正确；D．拍摄日落时水面下的景物时，为防止反射光影响，在镜头的前面装一个偏振片，可以减弱水面反射光的影响，故D正确。故选ACD。11．               小一些【解析】【详解】（1）[1]标出需要测量的入射角i和折射角γ连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线，作出光路图如图。（2）[2]根据折射定律得，玻璃折射率的公式为n＝（3）[3]为防止光线在弧面CD发生全反射，光线在弧面AB的入射角应适当小一些。12．     BD##DB     乙     【解析】【详解】（1）[1]此后正确的操作步骤是：插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像；插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，故BD正确。（2）[2][3]能够仅通过测量ED、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图乙13．将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心环，叫做牛顿环。凸透镜的凸球面和玻璃板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气薄膜，当平行光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。【解析】【详解】将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心环，叫做牛顿环。凸透镜的凸球面和玻璃板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气膜，当平行光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。14．（1）1.5m；（2），其中【解析】【详解】（1）画出光路如图由几何关系可知则折射率   根据如图所示的光路图。在点光源正上方观察时，α、β都很小。根据折射定律有 由几何关系可得∠AP′B=β，∠APB=α又因为在θ角很小时，近似认为tanθ=sinθ则tanβ≈sinβtanα≈sinα故即 （2）临界角水面上光斑的半径为面积为解得其中15．全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束光直接射向感光片，另一束光经被摄物反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的相位关系而不同。所以全息照相不仅记录了物体上的反光强度，也记录了相位信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射感光底片，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。【解析】【详解】全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束光直接射向感光片，另一束光经被摄物反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的相位关系而不同。所以全息照相不仅记录了物体上的反光强度，也记录了相位信息。人眼直接去看这种感光的底片，只能看到像指纹一样的干涉条纹，但如果用激光去照射感光底片，人眼透过底片就能看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。一张全息摄影图片即使只剩下一小部分，依然可以重现全部景物。16．（1）1.55；（2）【解析】【详解】设从光源发出直射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1，在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接CD，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点，光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示： 设液体的折射率为n，由折射定律依题意联立解得由几何关系联立解得n≈1.55根据几何关系，由反光壁反射到射出液面的那束光在液体中的传播距离为又联立解得