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1（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1（含解析）一、单选题（共28分）1．某透明均匀介质的截面图如图所示，直角三角形的直角边BC与半圆形的直径重合，∠ACB=30°，半圆形的半径为R，一束光线从E点射入介质，其延长线过半圆形的圆心O，且E、O两点距离为R，已知光线在E点的折射角为30°，真空中的光速为c，则（　　）A．该介质折射率为B．该介质折射率为C．光线在该透明均匀介质中运动的时间为D．光线在该透明均匀介质中运动的时间为2．人在平面镜前看到站在自己身边朋友在镜中的像时，虽然上下不颠倒，左右却互换了。今将两块相互平行的平面反射镜如图放置，观察者A在图示右侧位置可看到站在图示左侧位置的朋友B，则A看到的像必定是（　　）A．上下不颠倒，左右不互换B．上下不颠倒，左右互换C．上下颠倒，左右不互换D．上下颠倒，左右互换3．用白炽灯通过双缝干涉实验装置得到彩色干涉条纹，若在光源与单缝之间加上红色滤光片后（　　） A．干涉条纹消失 B．中央条纹变成红色C．中央条纹变成暗条纹 D．彩色条纹中的红色条纹消失4．如图1是用光传感器研究激光通过单缝或双缝后光强分布的装置图，铁架台上从上到下依次为激光光源、偏振片、缝、光传感器。实验中所用的单缝缝距为，双缝间距为。光源到缝的距离为，缝到传感器的距离为，实验得到的图像如图2、图3所示，则（　　） A．题图2所用的缝为双缝，题图3所用的缝为单缝B．旋转偏振片，题2、题3两幅图像不会发生明显变化C．仅减小缝到传感器的距离，题2、题3两幅图像不会发生明显变化D．实验中所用的激光波长约为5．如图所示，为一等腰直角棱镜的横截面，其材料的折射率为，同一颜色的光线1、2、3都平行入射到面，经面反射后都能从面射出。不考虑光在棱镜内的多次反射，则下列叙述错误的是（　　）A．三条光线都在面上发生全反射B．三条光线在面上射出后仍平行C．从射出后，光线从上到下的顺序为3、2、1D．若光线3绕入射点逆时针转过一小角度，则可能从面射出棱镜6．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．20cm7．下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是（　　）A．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮B．雨后的彩虹C．透过昆虫的翅膀看阳光呈显彩色D．水面上的油膜在阳光照射下呈彩色二、多选题（共12分）8．半径为R的半圆柱形玻璃砖，其横截面如图所示，O为圆心，已知该玻璃砖对频率为f的红光的折射率为n＝，与MN平面成θ＝45°的平行红光束射到玻璃砖的半圆面上，经玻璃砖折射后，部分光束能从MN平面上射出，不考虑多次反射，已知光在真空中的传播速度为c，下列分析判断正确的是（　　）A．玻璃砖对该红光束全反射的临界角C＝60°B．该红光束在玻璃砖中的传播速度为v＝C．该红光束在玻璃砖中的波长为D．MN平面上能射出光束部分的宽度为RE．MN平面上能射出光束部分的宽度为R9．用单色光做双缝干涉实验和单缝衍射实验，比较屏上的条纹，下列说法中正确的是（　　）A．双缝干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹B．双缝干涉条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹C．单缝衍射条纹是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹D．单缝衍射条纹是等间距的明暗相间的条纹10．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是（　　）A．为了减少作图误差，P3和P4的距离应适当取大一些B．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像C．为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面法线的夹角应适当取大一些D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，有可能在bb′一侧就看不到P1、P2的像三、实验题（共15分）11．图甲为双缝干涉实验的装置示意图，现要利用这套装置来测量某种单色光的波长。 （1）图甲装置示意图中有三个光学元件的名称空缺，关于它们的说法正确的是___________；A．①是双缝，②是单缝，③是滤光片B．①是单缝，②是滤光片，③是双缝C．①是滤光片，②是单缝，③是双缝（2）图乙为实验得到的干涉条纹，用测量头测出了第1条和第6条亮纹中心间的距离为Δx，已知双缝到光屏的距离为l，双缝间距为d，则所测单色光波长的计算式为λ=___________（用题中所给的字母表示）。 12．在用“双缝干涉测光的波长”实验中：（1） 用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是(      )A．改用红色激光       B．增大双缝间距C．将屏幕向远离双缝的位置移动       D．将光源向远离双缝的位置移动（2）转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮条纹，手轮的读数如图甲所示，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮条纹，手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是 _______mm；已量得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900mm，则待测光的波长是________m（结果保留3位有效数字）四、解答题（共45分）13．查阅资料，简述全息照相的原理。14．查阅资料，简述菲涅耳圆孔衍射。15．在双缝干涉实验中，两缝间的距离为0.020cm，双缝到观察干涉条纹的光屏的距离是100.00cm，用一种单色光黄光做此实验，在光屏上测出21条黄色亮条纹间的距离是5.90cm，试求这种黄光的波长。如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有多少条暗条纹。16．如图所示，截面ABCD为矩形的光导纤维放置在真空环境中，AB边长，AD边长，一束频率为的红光从左侧AD边射入，入射光与AD边的夹角为，折射到AB边上恰好发生全反射。已知真空中光速为，，，求：（1）该红光在光导纤维中的波长。（2）该红光从AD边射入到由BC边射出需要的时间。
参考答案1．B【解析】【详解】 AB．由于则为等腰三角形，∠OEC也为30°，所以入射角有设折射角为，根据折射定律，有A错误，B正确；CD．根据几何关系，可知∠OED=30°则折射光线ED平行于AB，可得光在介质中的传播速度为传播时间为联立得到C、D错误；故选B。2．A【解析】【详解】人在平面镜前看到站在自己身边朋友在镜中的像时，上下不颠倒，左右却互换了，如上图观察者A在图示右侧位置可看到站在图示左侧位置的朋友B，B经过两次平面镜成像，先左右互换一次再左右互换一次，所以两次成像后就没有左右互换了，所以A正确；BCD错误；故选A。3．B【解析】【详解】A．加上红色滤光片后，在双缝中得到是频率相同的红光，因此能发生干涉现象，干涉条纹仍然存在，故A错误；B．加上红色滤光片后，发生干涉的是红光，故中央条纹变成红色，故B正确；C．在中央条纹，满足光程差为零，则是明条纹，并不会变成暗条纹，故C错误；D．得到白光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上红色滤光片，通过光缝的光是红光，由于红光的频率相同，则能发生干涉，但不是彩色条纹，而是明暗相间的红色条纹，故D错误。故选B。4．D【解析】【详解】A．由干涉、衍射图样特点可知题图2所用的缝为单缝，题图3所用的缝为双缝，A错误；B．激光是偏振光，故旋转偏振片，题2、题3两幅图像会发生明显变化，B错误；C．由可知，仅减小缝到传感器的距离，题2、题3两幅图像会发生明显变化，C错误；D．由可知，实验中所用的激光波长约为D正确；故选D。5．D【解析】【详解】A．光线射到AB面上的折射角为则r=30°因临界角则C=45°而射到AB面上的入射角为75°>C，则三条光线都在面上发生全反射，选项A正确；B．由几何关系可知，光线射到AC面上的入射角仍为30°，从AC射出时的折射角仍为45°，则三条光线在面上射出后仍平行，选项B正确；C．根据光路图可知，光线1射到BC边上时的位置离C点最近，则从射出后离C点最近，则从射出后光线从上到下的顺序为3、2、1，选项C正确；D．若光线3绕入射点逆时针转过一小角度，则在AB面上的入射角变大，折射角变大，光线射到BC边上的入射角大于75°，仍能在BC边发生全反射，不可能从面射出棱镜，选项D错误。此题选择不正确的选项，故选D。6．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。7．D【解析】【详解】A．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故A错误；B．雨后的彩虹是光发生折射形成的色散现象，故B错误；C．透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故C错误；D．油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故D正确。故选D。8．BCD【解析】【详解】A．根据sinC＝可得C＝45°选项A错误；B．根据n＝得v＝＝选项B正确；C．该红光束在玻璃砖中的波长λ＝＝选项C正确；DE．此题中有两条特殊光线，如图所示，一条是直接射向圆心的光线Ⅰ，另一条是与半圆形截面相切入射的光线Ⅱ。光线Ⅰ左侧的光线折射后在MN上的入射角大于45°，发生全反射，从半圆面射出。对于光线Ⅱ，根据折射定律得n＝解得β＝45°设折射光线到达MN上A点，则OA＝R光线Ⅰ和光线Ⅱ之间的光线在OA间折射出来，即MN平面上能射出光束部分的宽度为R，选项D正确，E错误。故选BCD。9．AC【解析】【详解】AB．用单色光做双缝干涉实验，所得的是等间距的明暗相间的条纹，故A正确，B错误；CD．用单色光做单缝衍射实验，所得的是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹，故C正确，D错误。故选AC。10．AC【解析】【详解】A．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针之间的距离太小，引起的误差会较大，所以为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大一些，故A正确；B．根据光路可逆可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射反射，则即使P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖仍可以看到P1、P2的像，故B错误；C．为减小测量误差，入射角应当要尽量大一些，这样折射角也会大一些，折射现象更明显，故C正确；D．若P1、P2连线与法线NN′间夹角较大时，由光路可逆性，在bb′一侧一定能看到P1、P2的像，故D错误。故选AC。11．     C     【解析】【详解】（1）[1]为获取单色线光源，光源后面要有滤光片、单缝、双缝，则①是滤光片，②是单缝，③是双缝，故选C；（2）[2]相邻两亮条纹间距为，由干涉条纹与波长间的关系可知得12．     AC     1.50-1.55     5.17-5.22×10-7【解析】【详解】（1）[1]根据条纹间距表达式可知A．改用红色激光，波长变大，则条纹间距变大，选项A正确；B．增大双缝间距，则条纹间距减小，选项B错误；C．将屏幕向远离双缝的位置移动，则条纹间距变大，选项C正确 ；D．将光源向远离双缝的位置移动，条纹间距不变，选项D错误。故选AC。（2）[2][3]甲图读数0.5mm+0.01mm×4.7=0.547mm；乙图读数14.5mm+0.01mm×3.7=14.537mm；相邻两亮条纹的间距是根据 则待测光的波长是13．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。14．见解析【解析】【详解】光源发出的光束照向一小圆孔时，只要小孔的直径小到可以与光的波长相比拟时，光束通过小孔就能产生圆孔衍射图样，光屏上出现一圈一圈明暗相间的同心圆环。波长越长、圆孔越小，衍射现象越明显，衍射范围越大；圆孔越小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱；圆孔衍射进一步证明了光是一种波。15．，16条【解析】【详解】由题意可知，相邻黄色条纹间距为双缝到光屏的距离为设黄光波长为，根据可求得而红光波长为可得所以暗条纹数为故黄光的波长为，如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00cm范围内最多能有16条暗条纹。16．（1）（2）【解析】【详解】（1）根据题意，由折射定律画出光路图，如图所示 则有，根据几何关系有，已知，，联立解得根据可得，红光在真空中的波长根据可得，红光在光导纤维中的波长（2）根据题意，由几何关系可知，光在光导纤维中的传播距离为又有红光从AD边射入到由BC边射出需要的时间