高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光综合与测试优秀课件ppt

人教版新教材 物理选择性必修第一册 第四章《光》

单元测试

班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________

（考试时间：90分钟  试卷满分：100分）

一、单项选择题（每小题3分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的）

1．（2022·上海·高二学业考试）在单缝衍射实验中，仅减小单缝的宽度，则屏上（　　）

A．条纹变宽，光强增强 B．条纹变窄，光强增强

C．条纹变宽，光强减弱 D．条纹变窄，光强减弱

【答案】C

【解析】在单缝衍射实验中，单缝的宽度越小，衍谢现象越明显，条纹的间距越大；狭缝的宽度越小，通光量越小，视野的亮度会变暗，光强越弱，故仅减小单缝的宽度，条纹会变宽，光强减弱，故ABD错误，C正确。

故选C。

2．（2022·浙江·温州市瓯海区第一高级中学高二期中）炎炎夏日，有时看到远处路面上似有积水，“水面”上还映着汽车的倒影，然而当车开到那边时会发现路面是干燥的。分析这种情景，跟以下哪种物理现象的成因是类似的（　　）

A．水面的倒影 B．放大镜把文字放大了 

C．水面油膜的彩色条纹 D．钻石璀璨的闪光

【答案】D

【解析】

酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，地面附近层的空气，温度比上层高，密度比上层小，折射率也比上层小，光照射时发生全反射；即柏油公路上出现的这种现象是由光的全反射造成的。

A．水面的倒影是光的反射现象，与题意不符，故A错误；

B．放大镜把文字放大了是光的折射现象，与题意不符，故B错误；

C．水面油膜的彩色条纹是光的干涉现象，与题意不符，故C错误；

D．钻石璀璨的闪光是光的全反射现象，与题意相符，故D正确。

故选D。

3．（2022·湖北·麻城市第二中学高二期中）下列关于光的干涉、衍射、偏振以及激光的说法中，不正确的是（　　）

A．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性

B．电影是利用了光的偏振现象

C．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰

D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的干涉现象

【答案】D

【解析】

A．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性，故A正确；

B．电影是利用了光的偏振现象，故B正确；

C．日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰，故C正确；

D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故D错误。

本题选不正确项，故选D。

4．（2022·河北·邢台市第二中学高二阶段练习）某研究性学习小组用激光束照射不同直径的圆孔和不透明圆板后，拍摄了许多屏上的图样，图甲和图乙是学习小组拍摄的图样中的两张，下列说法正确的是（　　）

A．图甲为著名的“泊松亮斑”

B．图甲和图乙都是光线照射到圆孔后的衍射图样，图甲中孔的直径较小

C．图甲和图乙都是光线照射到圆板后的衍射图样，图乙中板的直径较小

D．图甲是光线照射到圆孔后的衍射图样，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样

【答案】D

【解析】

圆孔衍射图样是中央大亮斑，周围为明暗相间的圆环，不透明圆板衍射的图样是背后大阴影中心处有个亮斑，即“泊松亮斑”，因此甲图为光线照射到圆孔后的衍射图样，乙图为光线照射到圆板后的衍射图样，且乙图为“泊松亮斑”，故D正确，ABC错误。

故选D。

5．（2022·吉林省实验中学高二期中）如图，半径为R、球心为O的半球内为真空，M为其顶点，半球外介质的折射率为。一束以为中心，截面半径的光束平行于射到球面上，不考虑多次反射，则能从底面透射出光的面积为（　　）

A． B．

C． D．

【答案】C

【解析】

根据几何关系，光束边缘的光线进入半球时的入射角为30°，根据折射定律可知

解得

到达底面时与点距离为，则有

解得

则能从底面透射出光的面积为

故C正确，ABD错误。

故选C 。

6．（2022·辽宁·抚顺一中高二阶段练习）如图所示，一圆柱形筒直径为12cm，高也为12cm。人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9cm，当筒中装一半某种液体时，恰能看到筒侧的最低点。则光在此液体中的折射率为（　　）

A． B． C． D．

【答案】B

【解析】

根据题意画出光路图，如图所示

由几何关系可知

折射率为

解得

7．（2022·江苏·扬州中学高二阶段练习）对图中的甲、乙、丙、丁图，下列说法中正确的是（　　）

A．用单色光垂直照射图甲中的牛顿环，可以得到间距相等的明暗相间的同心圆环

B．图乙中单色光进入平行玻璃砖传播，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从面射出

C．图丙得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的

D．图丁的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动Ｎ时，P上的光亮度将发生变化

【答案】D

【解析】

A．牛顿环是由曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触构成，用单色光垂直照射图甲中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环，圆心附近处明暗相间同心圆环的条纹较宽，随离中心点的距离增加条纹的宽度逐渐变窄，A错误；

B．图乙中单色光进入平行玻璃砖传播，当入射角i逐渐增大，折射角逐渐增大，由于折射角小于入射角，所以不论入射角如何增大，不会产生全反射，玻璃砖中都会有光线，由于射向玻璃砖的光线与射出光线为平行光线，因此可知一定有光线从面射出，B错误；

C．由干涉条纹的特点可知，同一级条纹上的光程差相等，条纹向空气薄膜较薄处弯曲，说明此处空气薄膜变厚，由此可知弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹下的，C错误；

D．因为光是横波，经偏振片会产生偏振现象，因此图丁的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，P上的光亮度将发生变化，D正确。

故选D。

8．（2022·湖南·高平金海高级中学高二期中）某三棱镜的横截面为等腰三角形，∠A=120°，AB边长为2L，空气中一束包含a、b两种单色光的细光束沿平行于BC方向照射到AB边的中点O，经三棱镜折射后分成a、b两束单色光（部分光路图如图所示）。其中，a单色光从O点入射后的折射光平行于AC，已知光在真空中传播速度为c（不考虑ACB面的反射）。下列说法正确的是（　　）

A．在该三棱镜中，单色光a的折射率比b大

B．用单色光a、b分别通过同一单缝进行衍射，单色光b的中央亮纹更宽

C．单色光a的折射率为

D．单色光a在BC边上未发生全反射

【答案】C

【解析】

A．根据折射定律

b光折射角小于a光，可知b光的折射率大于a光的折射率，A错误；

BCD．由几何关系知a、b复合光的入射角为60°，a光的折射角为30°，则a光的折射率为

则单色光a在该三棱镜中发生全反射的临界角C满足

由A选项可知，b光折射率大于a光折射率，则b光频率大于a光频率，根据

可知b光的波长小于a光波长，那么a光更容易发生明显的衍射现象，a光的中央亮纹更宽，由于单色光a在BC边上的入射角为，大于临界角，故在BC边发生全反射，BD错误，C正确。

故选C。

9．（2022·浙江·高二期中）一个矩形玻璃砖与玻璃三棱镜按如图所示放置，棱镜的右侧面A与玻璃砖的左侧面B互相平行。一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光，并进入玻璃砖内，其中单色光a射到C面，单色光b、c射到D面。下列说法正确的是（　　）

A．单色光a的频率最小，在玻璃中的传播速度最小

B．单色光c从玻璃射向空气的全反射临界角最大

C．进入玻璃砖的a光线一定不能从C面射出

D．进入玻璃砖的b、c光线到达D面时，b光线更容易在D面发生全反射

【答案】B

【解析】

A．由图可知，a的偏折程度最大，则折射率最大，所以单色光a的频率最大，由

可知在玻璃中的传播速度最小，故A错误；

B．单色光c的折射率最小，则由

可知单色光c从玻璃射向空气的全反射临界角最大，故B正确；

C．AB面平行，所以进入玻璃砖的a光，与三棱镜中的平行，a光在A面发生折射，则在A面的入射角β小于临界角，则在C面的入射角为，如果 小于临界角，a光就可以从C射出，如果 大于临界角，a光就不可以从C射出，故C错误；

D．进入玻璃砖的b、c光线与三棱镜中平行，所以在D面的入射角与A面的入射角相同，不能发生全反射，故D错误。

故选B。

10．（2022·河南郑州·高二期末）民间有“日晕三更雨，月晕午时风”的谚语。日晕也叫圆虹，是多出现于春夏季节的一种大气光学现象，如图甲所示。它形成的原因是在5000m的高空中出现了由冰晶构成的卷层云，太阳光照射着层云中的冰晶时会发生折射和反射，阳光便被分解成了红、黄、绿、紫等多种颜色，这样太阳周围就会出现一个巨大的彩色光环，称为日晕。其原理可简化为一束太阳光射到一个截面为正六边形的冰晶上，如图乙所示，a、b为其折射出的光线中的两束单色光。下列说法正确的是（　　）

A．a光的折射率大于b光折射率

B．在冰晶中a光传播速度小于b光传播速度

C．从冰晶中射入空气发生全反射时b光的临界角较小

D．让a、b光分别通过同一双缝干涉装置，b光的相邻亮条纹间距比a光的大

【答案】C

【解析】A．由图可知，太阳光射入六角形冰晶时，a光的折射角大于b光的折射角，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，故A错误；

B．由公式可知，由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，则在冰晶中a光传播速度大于b光传播速度，故B错误；

C．由公式可知，由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，则从冰晶中射入空气发生全反射时b光的临界角较小，故C正确；

D．a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，由可知，a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式可知，a光相邻条纹间距大，故D错误。

故选C。

二、不定项选择题（每小题4分，共16分。每小题给出的四个选项中，都有多个选项是正确的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分）

11．（2022·吉林省实验中学高二阶段练习）如图所示，为某种玻璃制成的三棱镜的横截面，其，。AB长度为6L。今有一束单色光从距离B点为L的P点垂直BC边入射，从AC边上的M点出射，出射方向与AC的夹角为，不考虑光的多次反射，已知光在真空中传播速度为c，且，。则下列说法正确的是（　　）

A．三棱镜的折射率为 B．三棱镜的折射率为

C．光在AB边发生全反射 D．光从P点入射到M点出射的时间为

【答案】ACD

【解析】ABC．光从BC边射入，从AC边射出，则在AB边发生全反射，由于不考虑光的多次反射，则光线在玻璃中的光路图如图所示

由几何关系可得

光在AC边M点

玻璃的折射率为

故AC正确，B错误；

D．光从P点入射至N点，由几何关系可得

在中，由正弦定理可得

光在P点入射到M点射出的距离为

光在玻璃中的传播速度为

所以光从P点入射到M点射出经历的时间为

故D项正确。

故选ACD。

12．（2022·河北邢台·高二阶段练习）如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料对紫光的折射率，AC为一半径为R的四分之一圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形。在D处有一紫色点光源，在纸面内照射弧面AC，若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，已知光在真空中速度为c，则以下说法正确的是（　　）

A．紫光在该材料中传播的速度为

B．点光源发出的光射到AB面上的最长时间为

C．照射在AC边上的入射光，有弧长为区域的光不能从AB、BC边直接射出

D．将点光源换成红光，则AB边上有光射出的长度减小

【答案】AC

【解析】A．由

可知，紫光在该材料中的传播速度为

故A正确；

B．由题意可知，沿DB方向到达AB面上的光在材料中的传播距离最大，时间最长，做出如图所示光路图，有几何关系可知光从光源到AC面的传播距离为R，材料中的传播距离为

在材料中的传播时间为

光在空气中传播的时间为

所以点光源发出的光射到AB面上的最长时间为

故B错误；

C．如图所示，若沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，因为临界角满足

即

则

同理沿DG方向射到BC面上的光线刚好发生全反射，则

故

故C正确；

D．将点光源换成红光，因紫光的折射率比红光的大，根据

知紫光的临界角比红光的小，所以换成红光后AB边上刚好发生全反射的入射点将右移，即AB边上有光射出的长度增大，故D错误。

故选AC。

13．（2022·广西·宾阳中学高二阶段练习）如图所示，某玻璃模型的左侧是半径为的半球形，右侧是底面半径和高均为的圆柱形，为该模型的中央轴线，调整入射光线，使反射光线和折射光线恰好垂直，且此时出射光线恰好与平行。已知光在真空中的传播速度为。下列说法正确的是（　　）

A．该玻璃的折射率为

B．该玻璃的折射率为

C．光在玻璃中的传播时间为

D．光在玻璃中的传播时间为

【答案】BC

【解析】AB．假设光线1的入射角为，折射角为，由光路图结合数学几何可知光线3与法线的夹角为，光线4与法线的夹角为，则有

，

解得

所以

故A错误，B正确；

CD．光在玻璃中经过的路程为

又

所以

故C正确，D错误。

故选BC。

14．（2022·重庆一中高二期中）如图，在透明的均匀介质内有一球状空气泡，O为球心；一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b光分别从C、D两点射向介质，细光束在A点的入射角为，a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的光偏转角为，下列说法中正确的是（　　）

A．在该介质中，a光的传播速度比b光的传播速度大

B．当a光通过单缝时，若缝的宽度小于a光波长时，a光不能发生明显衍射现象

C．介质对a光的折射率

D．若逐渐增大图中的入射角i，空气泡中率先消失的是a光

【答案】CD

【解析】A．根据光在A点的折射，可知，a光的偏折角大于b光的偏折角，所以a光的折射率大于b光的折射率，由

可知，在该介质中，a色光的传播速度比b色光的传播速度小，故A项错误；

B．根据明显衍射的条件可知，当a光通过单缝时，若缝的宽度小于a光波长时，a光能发生明显衍射现象，故B项错误；

C．设a光在A点的入射角为i，折射角为r，根据光路可逆性和几何知识可知，a光从C点射出时，入射角和折射角分别等于A点折射角和入射角，则对于偏转角有

解得

由折射定律得

解得

故C项正确；

D．由公式

可知，折射率大的临界角小，而由上述分析可知，a光的折射率大，所以a光的临界角小，a光先发生全反射，故D项正确。

故选CD。

三、非选择题（共6小题，共54分）

15．（6分）（2022·四川成都·高二期末）如图甲，在进行“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪器按照要求安装在光具座上。然后接通电源使光源正常发光，在目镜中可以观察到清晰的干涉条纹。

（1）该小组同学在目镜中观察到的干涉图样为___________（填“A”或“B”）。

（2）移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第2条亮条纹的中心，记下此时手轮的读数为，如图乙所示，则读数___________mm；转动测量头，使分划板的中心刻线对准第5条亮条纹的中心，此时手轮上的读数为，已知双缝到屏的距离为l=80cm，双缝的间距为d=0.2mm，则单色光的波长为___________nm。

【答案】     A     1.700     520

【解析】

（1）[1]AB．干涉条纹是明暗相间的等间距条纹，故A正确，B错误。故选A。

（2）[2] 读数为

[3]由题可知

由可得

16．（8分）（2022·广东·广州市第二中学高二期中）暑假期间小明利用图甲所示生活中的物品，测量了某型号刀片的厚度。

实验过程如下：

①点燃蜡烛，用蜡烛火焰把玻璃片的一面熏黑；

②并齐捏紧两片刀片，在玻璃片的熏黑面划出两条平直划痕；

③如图乙所示，将激光光源和玻璃片固定在桌上，并将作为光屏的白纸固定在距离足够远的墙上。

④打开激光光源，调整光源的高度并使激光沿水平方向射出，恰好能垂直入射在两划痕上，最终在白纸上出现明暗相间的干涉条纹。请回答以下问题：

（1）观察白纸上的干涉条纹如图丙所示。用刻度尺测出a、b两点间的距离为___________cm，则两相邻暗纹中心之间的距离△x=___________cm（计算结果保留两位小数）。

（2）测量玻璃片到光屏的距离L=3.00m，已知该红色激光的波长λ=700nm，利用公式求出双划痕间距d=___________mm，即为刀片厚度（结果保留两位有效数字）。

（3）若采用绿色激光作为光源，要使条纹间距保持不变，则需要___________（填“增大”或“减小”）玻璃片到光屏的距离。

【答案】     6.70     0.84     0.25     增大

【解析】

（1）[1] a、b两点间的距离

[2]两相邻暗纹中心间的距离与两相邻亮纹中心间的距离相等，为

（2）[3]根据

可得

（3）[4] 由于

需要增大玻璃片到光屏的距离L。

17．（8分）（2021·河南省杞县高中模拟预测）如图所示，足够宽的水槽下而有与水平方向夹角的平面镜、一束光从水槽左壁水平向右射出，在平面镜上O点反射后打在右壁P点，现向水槽中注入某种透明液体，光经液体折射后打在右壁M点，此时液面与右壁相交于N点，测得、，O点到右壁水平距离为1.5m。已知光在真空中的传播速度为，求：（结果可保留根号）

①该透明液体的折射率n；

②加入透明液体后，光从O点传播到M点所用的时间。

【答案】①；②

【解析】

①液体注入后光沿传播，光在发生折射

在中

由题意知

因为

可知是的角分线。

即有

（入射角度）

（折射角度）

根据折射定律可知

②由几何关系知

则光从O→M传播的时间

解得

18．（10分）（2022·云南昆明·一模）以正三角形的各顶点为圆心，以其边长a为半径作圆弧，由这三段圆弧组成的曲边三角形称为“勒洛三角形”。如图所示的“勒洛三角形”ABC是一透明柱体的横截面，点D、E、F分别为圆弧AB、BC、CA的中点。一单色细光束平行于AE从D点射入柱体，沿直线到达E点，E点F点均有光线射出，已知光在真空中的传播速度为c，求∶

（1）该透明材料的折射率n；

（2）光线从D点射入，第一次到达F点的传播时间t。

【答案】（1）；（2）

【解析】

（1）光路图如图，由几何关系得

该透明材料的折射率

（2）根据几何关系

光线从D点射入，第一次到达F点的传播时间

19．（10分）（2022·重庆一中模拟预测）单反相机（图甲）取景器的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，十分有利于摄影，让我们能够直观地取景构图。如图乙是单反照相机取景器的光路示意图，其核心部件为屋脊五棱镜。图丙为屋脊五棱镜的横截面，部分角度如图中所示。光线垂直AB射入，依次经过CD、DE和EA，最后光线从BC射出，若光恰好能够在CD上发生全反射。求：

（1）五棱镜的折射率多大？

（2）判断光线能够在AE发生全反射吗？说明理由。

【答案】（1）；（2）刚好发生全反射，理由见解析

【解析】

（1）刚好在CD面发生全反射，由几何关系可得入射角

刚好全反射时

解得折射率

（2）分析光路图可知

由几何关系可知光在AE上入射角也为30°，可判断可以刚好在AE发生全反射。

20．（12分）（2022·湖南·高考真题）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。透明介质的折射率，屏障间隙。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射。

（1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度控制为60°，求屏障的高度d；

（2）若屏障高度，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。

【答案】（1）1.55mm；（2）0.35mm

【解析】（1）发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ=60°，则

在介质中的入射角为i，则

解得

由几何关系

解得

（2）若视角度刚好被扩为180°，则，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射角

解得

C=30°