高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光综合与测试同步测试题

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．下列有关光学现象的说法正确的是(　A　)

A．肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现彩色是光的衍射现象

B．光的偏振现象说明光是一种纵波

C．光导纤维利用了光的干涉原理

D．用同一装置做红光和紫光的双缝干涉实验，在形成的干涉图样中，紫光的条纹间距比红光宽

解析：肥皂泡呈现彩色是光的干涉现象，通过狭缝看太阳光呈现彩色是光的衍射现象，选项A正确；光的偏振现象说明光是一种横波，选项B错误；光导纤维利用了光的全反射原理，选项C错误；红光的波长大于紫光的波长，根据Δx＝λ可知，用同一装置做红光和紫光的双缝干涉实验，在形成的干涉图样中，紫光的条纹间距比红光窄，选项D错误。

2．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则(　D　)

A．小球必须位于缸底中心，才能从侧面看到小球

B．小球所发出的光能从水面任何区域射出

C．小球所发出的光从水中进入空气后频率变大

D．小球所发出的光从水中进入空气后传播速度变大

解析：当发光小球不在缸底中心时，仍有光线从侧面射出，A错误；光从水面射入空气时，当入射角大于或等于临界角时，会发生全反射现象，B错误；光从一种介质进入另一种介质时，频率保持不变，C错误；光在水中传播速度v＝，光在空气中的传播速度近似等于真空中的传播速度c，D正确。

3．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是(　D　)

甲：单色光通过劈尖产生明暗条纹

乙：单色光通过牛顿环产生明暗条纹

丙：单色光通过双缝产生明暗条纹

丁：单色光通过单缝产生明暗条纹

A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹

B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹

C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大

D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹

解析：丁实验中，单色光通过单缝产生的明暗条纹为光的衍射条纹，其他三个均为光的干涉条纹，选项A错误，D正确；牛顿环产生明暗条纹是不等距的，选项B错误；丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的波长越大，频率越小，选项C错误；故选D。

4．一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，经下表面反射从玻璃砖上表面射出，光线分为a、b两束，如图所示。下列说法正确的是(　C　)

A．在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度

B．在真空中，遇到障碍物时a光更容易产生明显的衍射现象

C．a、b光在涂层表面一定不会发生全反射

D．在真空中用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距

解析：光路图如图所示，在玻璃砖上表面折射时，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，由v＝知，在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度，但在真空中，a光的传播速度等于b光的传播速度，故A错误；b光的波长较长，波动性较强，遇到障碍物时b光更容易产生明显的衍射现象，故B错误；a、b光在涂层表面的入射角等于在玻璃砖上表面的折射角，由光路可逆性可知，a、b光在涂层表面一定不会发生全反射，故C正确；a光的折射率大，频率大，则波长小，根据Δx＝λ知，a光的条纹间距小于b光的条纹间距，故D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一定距离处观察，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：

从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，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：

sin α＝，sin β＝，

n＝

竖直向下看时，d接近于零，故n＝，

即：h＝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”。以下哪个实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．(2020·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．用透明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．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象

解析：用透明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；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散；D错误。

8．(多选)如图所示，真空中有一均匀介质球，一束复色光平行于BOC从介质球的A点折射进入介质球内，进入介质球后分成光束Ⅰ、Ⅱ，其中光束Ⅰ恰好射到C点，光束Ⅱ射到D点，∠AOB＝60°，则(　AB　)

A．介质球对光束Ⅱ的折射率大于

B．进入介质球的光束Ⅰ一定比同时进入介质球的光束Ⅱ先射出介质球

C．当入射角大于某一特定角度时，光束Ⅱ可能会发生全反射

D．用光束Ⅰ和光束Ⅱ分别射向同一双缝干涉装置，光束Ⅱ的条纹间距比光束Ⅰ大

解析：对于光束Ⅰ，在A点的入射角θ1＝60°，折射角θ2＝＝30°，则介质球对光束Ⅰ的折射率为n1＝＝，光束Ⅱ和光束Ⅰ入射角相同，但光束Ⅱ的折射角小，所以介质球对光束Ⅱ的折射率大于，A对；由v＝，结合A选项分析可知光束Ⅱ比光束Ⅰ在介质球中传播速度小，且路程大，所以进入介质球的光束Ⅰ一定比同时进入介质球的光束Ⅱ先射出介质球，B对；从A点入射的光束Ⅱ，再射到界面时，入射角等于A点的折射角，根据光路可逆原理知道，不会发生全反射，C错；介质球对光束Ⅱ的折射率大，且折射率与光的频率成正比，故光束Ⅱ的频率大，波长短，而干涉条纹间距与波长成正比，则光束Ⅱ的条纹间距比光束Ⅰ小，D错。

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射P时能在P的另一侧观察到透射光(　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．(2021·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实验，b光中央亮条纹更宽

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＝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，根据Δx＝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sin C＝可知，a光的临界角较大，C错误；波长较长，中央亮条纹越宽，故a光的中央亮条纹更宽，D错误。

第Ⅱ卷(非选择题　共60分)

二、填空题(2小题，共18分。把答案直接填在横线上)

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面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像 让P2的像挡住 ，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3 挡住P1、P2的像 ，P4 挡住P3以及P1、P2的像 。记下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＝  　 ，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，则由几何知识可得各角的大小，如图所示，则n＝＝，其实验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故P1的像让P2的像挡住、P3挡住P1、P2的像，P4应挡住P3以及P1、P2的像。

12．(10分)如图甲所示，是用双缝干涉测光的波长的实验装置示意图，其中A、B、C、D分别表示滤光片、单缝、双缝、光屏。图乙a是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙b是实验时用红色滤光片和缝间距d＝0.18 mm的双缝在光屏上得到的图样；图乙c是实验时用蓝色滤光片和双缝间距d＝0.36 mm的双缝在光屏上得到的图样，则

(1)比较图乙a和图乙b，可以说明 对相同色光，双缝间距减小，相邻条纹间距增大 。

(2)比较图乙a和图乙c，可以说明 对相同双缝，光波长变短，相邻条纹间距减小 。

(3)能进行上述比较的前提是做这三次实验时不改变 C 和 D 的位置(从“A”“B”“C”“D”中选填)。

解析：(1)根据Δx＝λ，当L、λ一定时，Δx与d成反比。

(2)根据Δx＝λ，当L、d一定时，Δx与λ成正比。

(3)根据实验要求，双缝间距d和双缝到光屏的距离L不变。

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，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

13．(9分)平行光垂直射向一半径为R的透明介质半球的平面，其截面如图所示，发现只有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 m/s，求：

(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。

答案：(1)2　(2)1.5×108 m/s

解析：(1)由题意知光在介质球界面处的临界角为 C＝30°

由sin C＝得n＝＝2

(2)光在介质球中的传播速度为v＝＝1.5×108 m/s

14．(10分)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。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伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014 Hz。

(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”的厚度至少是多少？

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 m

解析：为了减少进入眼睛的紫外线，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。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7 m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7 m，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m。

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3.0 m。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。(取＝2.6，＝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2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接收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)2.6 m　(2)0.7 m

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＝，光线的折射角θ＝90°。由折射定律有

nsin i＝sin θ  ①

由几何关系有sin i＝  ②

式中，l＝3 m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得

h＝ m≈2.6 m  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nsin i′＝sin θ′                            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

sin i′＝  ⑤

x＋l＝a＋x′  ⑥

式中x′＝2 m。

联立③④⑤⑥式得x＝m≈0.7 m

16．(12分)[2020·山东省潍坊七县(市)高二联考]如图所示，为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝10 cm的四分之一圆弧，AB与水平面屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1＝，n2＝。

(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；

(2)求两个亮斑间的距离。

答案：(1)在AM处产生的亮斑颜色为红色，在AN处产生的亮斑颜色为红色与紫色的混合色

(2)(5＋10)cm

解析：(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，sin C1＝＝，C1＝60°，同理C2＝45°，i＝45°＝C2，i＝45°<C1所以紫光在AB面发生全反射，而红光在AB面一部分折射，一部分反射，且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色与紫色的混合色

(2)画出如图光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1、P2。根据折射定律

n1＝

求得sin r＝

由几何知识可得：tan r＝，解得AP1＝5 cm

由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，

解得AP2＝10 cm，所以P1P2＝(5＋10)cm