新教材2023版高中物理单元素养评价四第四章光及其应用教科版选择性必修第一册 试卷

单元素养评价(四)

(时间：75分钟　满分：100分)

一、选择题：本题共10小题，共46分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．

1．下列说法正确的是(　　)

A．全息照相利用了激光的衍射成像

B．激光测距是利用激光的平行度好

C．用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光的相干性好

D．激光刻录利用激光的亮度高

2．《康熙几暇格物编》中记载：“置钱碗底，远视若无，及盛满水时，则钱随水光而显见矣”，其中“钱随水光而显见”这种现象形成的原因是(　　)

A．光的直线传播    B．光的反射    C．平面镜成像    D．光的折射

3.如图所示，圆形铁丝圈上附有一层肥皂液膜，灯泡发出一种单色光．先后把铁丝圈水平摆放在灯泡上方的a位置和竖直摆放在灯泡附近的b位置，则观察到的干涉条纹是(　　)

A．a、b位置都是横条纹

B．a、b位置都是环形条纹

C．a位置是横条纹，b位置是环形条纹

D．a位置是环形条纹，b位置是横条纹

4．在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为(　　)

A．2.06×10－7mB．2.06×10－4m

C．1.68×10－4mD．1.68×10－3m

5.一束光从真空进入某介质，如图所示．则下列判断中正确的是(　　)

A．该介质的折射率是

B．该介质的折射率是

C．α增大到90°时，反射光线可能消失

D．α减小时，折射光线可能先消失

6.如图所示，透明介质的截面为长方形，某种颜色的光线从边1射入介质，经边2反射后射到边3上，入射光线与边1的夹角为α，折射光线与边2的夹角为θ，反射光线与边3的夹角为β，该光线对该介质发生全反射的临界角为C，已知β－θ＝30°、C－θ＝15°，则α为(　　)

A．75°    B．60°    C．45°    D．30°

7.有一种魔术道具称为“穿墙而过”．其结构是两片塑料偏振片卷起来，放进空心的透明圆筒内，中间两偏振片重叠区域给观众感觉为一块“挡板”，如图甲所示．当圆筒中的小球从B端滚向A端，居然穿过了“挡板”，如图乙所示．则(　　)

A．该魔术说明光是横波

B．该魔术对观众的观察角度有要求

C．只用一片塑料偏振片也可以完成该魔术

D．该魔术中对两偏振片卷起来的方式无要求

8.把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入(如图)，这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是(　　)

A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏

B．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏

C．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变密

D．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹不变

9．一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则(　　)

A．介质1的折射率最大

B．介质2是光密介质

C．光在介质2中的速度最大

D．当入射角由45°逐渐增大时，在1、2分界面上可能发生全反射

10．共享单车的尾灯反光标志的截面如图甲所示，它是一块锯齿形的透明材料，锯齿形状为等腰直角三角形，直角边长为a，折射率为n1.某同学取来做光学演示，如图乙所示，将尾灯平放在折射率为n2(n1<n2)的液体上方，用平行光束向下竖直照射，有关光学现象的表述及其解释正确的是(　　)

A．尾灯在液面以上时，上表面比较明亮，光在尾灯上表面发生镜面反射

B．尾灯在液面以上时，上表面比较明亮，光在尾灯下表面发生全反射，透明材料折射率n1≥

C．尾灯锯齿状部分入液深度为h时(h<a)，有明暗条纹，明纹总宽度为x＝4a－8h

D．尾灯锯齿状部分全部在液面以下时，上表面比较暗，尾灯上表面无反射光

二、非选择题：本题共5小题，共54分．

11.(8分)如图所示，一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白．

(1)用游标卡尺测出广口瓶瓶口内径d；

(2)在瓶内装满水；

(3)将刻度尺沿瓶口边缘________插入水中；

(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去，若恰能看到刻度尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像B′恰与A点的像相重合；

(5)若水面恰与直尺的C点相平，读出________和________的长度；

(6)由题中所给条件，可以计算水的折射率为________．

12.(8分)如图为双缝干涉测量光的波长的实验示意图，双缝S1和S2间距为0.80 mm，双缝到屏的距离为0.80 m，波长为500 nm的单色平行光垂直入射到双缝S1和S2上，在屏上形成干涉条纹，中心轴线OO′上方第一条亮纹中心位置在P1处，第三条亮纹中心位置在P2处，现有1号、2号虫子分别从S1和S2同时出发，以相同速度沿垂直屏的方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P1，2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P2，假定两只虫子爬行速度均为10－3m/s，则两只虫子运动的时间差为多少？

13.

(10分)如图所示，AB为光导纤维，A、B之间的距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.(已知光在真空中的传播速度为c)

14.(12分)用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图如图所示，左侧ABOD为长方形，右侧DOF为以O为圆心的圆．光线从真空以入射角θ1＝60°射到棱镜AB面，经折射后，光线到达BF面上的O点并恰好不从BF面射出．

(1)画出光路图；

(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c＝3×108m/s)．

15.(16分)如图所示，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.

(1)求池内的水深．(可用根号表示)

(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．(可用根号表示)

单元素养评价(四)

1．解析：全息照相利用了激光相干性好的特性，A错误；激光测距是利用激光的平行度好，B正确；用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光的能量较高、沿直线传播的特点，C错误；激光刻录利用激光的平行度好，D错误．

答案：B

2．解析：钱反射出的光线被碗侧壁挡住，人看不见钱了，倒入一些水后，钱反射的光线从水中斜射入空气中时，在水面处发生折射，折射光线远离法线方向，人眼逆着折射光线看去，看到的是变高的钱的像，是光的折射现象，故选D.

答案：D

3．解析：单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，在a位置，单色光垂直照射肥皂液膜，在凸面和平面反射形成，可知距离圆心相等的位置的光程差相同，不同位置在前后面的反射符合牛顿环干涉的特点，故为环形条纹；在b位置，单色光垂直照射肥皂液膜，同一条水平线上的薄膜的厚度大致相同，光程差基本相同，会形成干涉横条纹，D正确．

答案：D

4．解析：根据双缝干涉实验中相邻两明纹中心间距公式有：Δx＝λ，解得：d＝λ＝×589×10－9m＝1.68×10－4m，故C正确，A、B、D错误．

答案：C

5．解析：该介质的折射率是n＝＝，A错误，B正确；α增大到90°时，入射光与界面垂直，此时反射光线不可能消失，C错误；因光线由光疏介质射向光密介质，则不可能发生全反射，即α减小时，折射光线不可能先消失，D错误．

答案：B

6．解析：由几何关系可得β＋θ＝90°由题意可得β－θ＝30°，C－θ＝15°，综合解得β＝60°，θ＝30°，C＝45°，由折射率定义可得n＝，n＝，解得α＝45°，C正确．

答案：C

7．解析：光的偏振现象说明光是横波，A正确；任何角度的光都会发生偏振现象，故不同角度的观众看到的现象相同，故对观察角度无要求，B错误；偏振片的特点为当偏振片偏振方向与偏振光的方向平行时，偏振光可以全部通过偏振片，当偏振片偏振方向与偏振光的方向垂直时，偏振光不能通过偏振片，则在中间区域放垂直偏振片和水平偏振片，将两偏振片卷起来，且部分重合，自然光通过两片偏振方向互相垂直的偏振片时，光强减弱，形成黑影，看起来就像一道墙，一片偏振片无法完成实验，C、D错误．

答案：A

8．解析：由于薄膜干涉中相邻亮条纹对应的薄膜厚度差恒定，将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏，A、D错误，B、C正确．

答案：BC

9．解析：由题可知n3>n1>n2，则光在介质中的速度v2>v1>v3，所以A、B错误，C正确；由于n1>n2，根据全反射发生的条件可知D正确．

答案：CD

10．解析：尾灯在液面以上时，光线垂直射到上表面后沿直线射到下表面的直角边上，然后通过镜面反射到另一直角边上，再通过另一直角边的反射竖直向上射出上表面，则可看到下表面比较明亮，光在尾灯下表面发生全反射，此时满足C≤45°，即n1≥，A错误，B正确；光线射到直角边上时，在液体上部分的光线仍然发生全反射，通过另一直角边射回到空气中，我们看到的此部分是明纹，而射到液面以下部分的光线，由于n1<n2可知部分光线会发生折射而射入液体中，我们看到的是暗条纹，则由几何关系可知，四个等腰三角形中看到的亮纹总宽度是x＝4×2(a cos 45°－h)＝4a－8h，C正确；尾灯锯齿状部分全部在液面以下时，尾灯上表面仍有反射光，但是上表面比较暗，D错误．

答案：BC

11．解析：(3)将直尺沿瓶口边缘竖直插入水中．

(5)若水面恰与直尺C点相平，读出AC和BC的长度．

(6)设从A点发出的光线射到水面时入射角为i，折射角为r，根据数学知识得知sin i＝，sin r＝，根据对称性有B′C＝BC，则折射率为n＝＝.

答案：(3) 竖直　 (5) AC　BC　(6)

12．解析：相邻亮条纹的间距为Δx＝λ＝0.5 mm

O′P1的间距为x＝0.5 mm

O′P2的间距为x′＝3x＝1.5 mm

1号虫子爬行的时间为t1＝

2号虫子爬行的时间为t2＝

两只虫子飞行的时间相同，因此两只虫子运动的时间差为Δt＝t2－t1＝＝0.2 s.

答案：0.2 s

13．解析：设介质的折射率为n，则有

sin α＝sin C＝

n＝

t＝＝

由以上三式解得t＝＝，所以n＝

答案：

14．解析：(1)光路图如图所示

(2)设光线在AB面的折射角为θ2，折射光线与OD的夹角为C，则n＝

由题意可知，光线在BF面恰好发生全反射sin C＝

由图可知，θ2＋C＝90°

联立以上各式解得n＝

又n＝，

可解得v＝×108 m/s.

答案：(1)见解析图　(2) 　×108 m/s

15．解析：(1)如图所示，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

n sin i＝sin θ　①

由几何关系有sin i＝　②

式中，l＝3.0 m，h是池内水的深度．

联立①②式并代入题给数据得

h＝ 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n＝　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x0，由几何关系得

sin i′＝　⑤

x＋l＝x0＋x′　⑥

式中x′＝2.0 m

联立③④⑤⑥式得x＝(3)m.

答案：(1) m　(2)(3)m