第四章 光及其应用 单元测试 2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）选择性必修第一册

第四章 光及其应用

一、选择题（共17题）

1．纳米科技是跨世纪新科技，使激光束的宽度在纳米级范围内，可恢复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人类无奈的癌症彻底根除，这主要是利用激光的（　　）

A．单色性 B．方向性 C．高能量 D．偏振性

2．△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示，由此可知（     ）

A．真空中a光的传播速度比b光的大

B．棱镜内a光的波长比b光的大

C．a光的频率比b光的高

D．若a光为绿色光，则b光可能为橙色光

3．关于光现象，下列说法错误的是（　　）

A．用光导纤维传送图象信息，利用了光的全反射原理

B．肥皂泡看起来常常是彩色的，属于色散现象

C．3D电影的播放和观看利用了光的偏振

D．全息照片的拍摄主要利用了光的干涉

4．一般认为激光器发出的是频率为的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，是它的中心频率，它所包含的频率范围是(也称频率宽度)，其中+和-分别称“上限频率”和“下限频率”．某蓝宝石激光器发出的激光(其“上限频率”和“下限频率”对应的分别记为a光和b光)由空气斜射到某平行液膜的上表面，入射方向如图中θ角所示．则下列说法正确的是(            )

A．用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较小

B．b光在液膜中传播速度较小

C．逐渐减小θ角，a光在液膜下表面先发生全反射

D．a光从下表面射出时与入射光线间偏移的距离较大

5．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与AB边的夹角，E、F分别为AB、BC的中点，则

A．该棱镜的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变小

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

6．在双缝干涉实验中保持狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变，用不同的色光照射时，则下列叙述正确的是                 (        )

A．红光的干涉条纹间距最大 B．紫光的干涉条纹间距最大

C．红光和紫光干涉条纹间距一样大 D．用白光照射会出现白色干涉条纹

7．两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为，已知，用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度（ ）

A．

B．

C．

D．

8．在“观察光的干涉现象”实验中，用白光入射双缝时，在光屏上可观察到彩色条纹，若用红色和绿色玻     璃各挡住一条缝，则在光屏上可以观察到

A．黄色的干涉条纹 B．绿色的干涉条纹

C．红绿相间的条纹 D．两种色光叠加，但无干涉条纹

9．下列说法正确的是（　　）

A．光从一种介质进入另一种介质时，一定会发生偏折

B．光从空气进入其他介质时，折射角大于入射角

C．光从空气进入其他介质时，速度要减小

D．折射是指光的传播方向发生改变的现象

10．光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是（　　）

A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光强度发生变化

B．立体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光片可以使景象更清晰

D．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象

11．如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，玻璃砖的下表面有反光薄膜，下列说法正确的是（　　）

A．光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光

B．光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率

C．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ无法保持平行

D．在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅲ的速度

12．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（　　）

A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

13．一束平行单色光，通过双缝后，在屏上得到明暗相间的条纹，则（　　）

A．相邻的明条纹或暗条纹的间距不等

B．将双缝中某一缝挡住，则屏上一切条纹将消失，而出现一亮点

C．将双缝中某一缝挡住，屏上出现间距不等的明、暗条纹

D．将双缝中某一缝挡住，屏上的明、暗条纹位置不变，但亮度减半

14．下列有关光学现象的说法正确的是（　　）

A．光的偏振现象表明光是纵波

B．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹

C．光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，则该光必须是单色光

D．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是光的全反射现象

15．华裔科学家高馄被誉为“光纤之父”，他获得2009年诺贝尔物理学奖。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其纤芯和包层材料不同，光在纤芯中传播。下列关于光导纤维的说法正确的是（ ）

A．纤芯的折射率比外套的大，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射

B．纤芯的折射率比外套的小，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射

C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越低的光在光纤中传播的速度越大

16．关于波的偏振现象，以下说法正确的是(　　)．

A．只有横波才能发生偏振现象

B．只有纵波才能发生偏振现象

C．只有振动方向与透光方向平行的光才能通过偏振片

D．只有振动方向与透光方向垂直的光才能通过偏振片

17．下列说法中正确的是（　　）

A．交通警示灯选用红色是因为红光更容易穿透云雾烟尘

B．光在同一种介质中沿直线传播

C．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，形成的干涉条纹间距较大的是绿光

D．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是多普勒效应

二、填空题

18．干涉条纹和光的波长之间的关系：

（1）亮条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半个波长的______；

（2）暗条纹的条件：屏上某点P到两缝S1和S2的路程差正好是半个波长的______。

19．利用图（a）所示的装置（示意图），观察蓝光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图（b）中甲和乙两种图样。则甲应是______（选填“干涉”或“衍射”）图样。若将蓝光换成红光，干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距______（选填“变长”“变短”或“不变”）。

20．判断下列说法的正误。

（1）衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的。(      )

（2）只有波长长的光才发生明显的衍射现象。(      )

（3）横波和纵波都能产生偏振现象。(      )

（4）自然光通过偏振片可以获得偏振光。(      )

21．某同学在做完测定玻璃折射率的实验后，突发奇想，他说受到实验中光路侧移的启示，设计了一个玻璃厚度检测仪，可以用来检测玻璃厚度是否均匀，原理大致是：固定一束激光AO以不变的入射角θ1照射到MN表面，折射后从PQ面射出，最后出射光线照射到光电管C上，光电管C可将光信号转变为电信号，如图所示，依据激光束在C上移的距离，可确定玻璃管厚度的变化，若某次检测中发现光斑在C上左移了Δs，则此玻璃的厚度与原来相比变______．

三、综合题

22．如图，一横截面是四分之一圆形的玻璃砖平放在水平木板上，其半径R=20cm，O为圆心。一细束单色光从A点平行于木板射入玻璃砖，经玻璃砖折射后射到水平木板上的C点，测得A点到O点的距离为12cm，C点到圆弧右端点B的距离为12cm。

（1）求玻璃砖对该光的折射率；

（2）若将入射光线平行于木板上下移动，当光射入玻璃砖的入射点从A点移动到D点（图中未画出）时，圆弧面上恰好没有光线射出，求A、D两点间的距离。

23．如图，半径为R的半球形玻璃砖的折射率为n=，底面镀银，球心为O点，一与底面垂直的细束光线从圆弧表面射入，已知该光线与O点之间的水平距离为R。求：此光线第一次从球面射出的方向相对于初始入射方向的偏角。

24．光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直。（真空中的光速）

（1）光在界面的反射角为多少？玻璃的折射率为多少？

（2）光在玻璃中的传播速度为多少？

（3）当入射角变为45°时，折射角的正弦为多少？

25．如图所示，入射光经平面镜反射后，反射光线与镜面的夹角是30°，请根据光的反射定律画出入射光线，并标出入射角的读数．

参考答案：

1．C

【详解】激光由于能把巨大能量高度集中地辐射出来，所以在医学上作为“光刀”切开皮肤、切除肿瘤或做其他外科手术。故选C。

2．B

【详解】真空中各种色光的传播速度都相同，选项A错误；由光路图看出，光线b在NO面上发生了全反射，而光线a在MO面上没有发生全反射，而入射角相同，则知b光的临界角小于a光的临界角，由分析得知，玻璃对a光的折射率小于b的折射率小， a光的波长比b光的长．故C错误，B正确．若a光为绿色光，因橙色光比绿色光波长大，则b光不可能为橙色光，选项D错误；故选B.

3．B

【详解】光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理，故A正确；肥皂泡看起来常常是彩色的，是由于肥皂泡前、后表面反射回来的光发生干涉，不是色散现象，故B错误；3D立体电影放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装两个偏振轴互成90°的偏振镜，两台放映机同步运转，同时将画面投放在银幕上，形成左像、右像双影，当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映机镜头前的偏振轴相一致，致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼会聚功能将左、右像叠合在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果，故C正确；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，一束直接射向感光片，另一束经被摄物反射后再射向感光片，两束光在感光片上叠加发生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随反光强度不同而不同，而且随两束光的相位关系不同而不同，所以全息摄影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它，人眼透过底片就能看到与原来被拍摄物体完全相同的三维立体像，所以全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，故D说法正确。此题选择错误选项，故选B。

4．D

【详解】由于b光的频率小于a光，则b光的波长大于a光，根据可知，用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的干涉条纹间距较大，A 错误；由于b光的折射率小于a光，根据，则b光在液膜中传播速度较大，B错误；由于两种光在液膜下表面的入射角，等于在上表面的折射角，而此角不可能大于或等于临界角，故两种光在液膜下表面不可能发生全反射，C 错误；由于a光的频率大于b光的频率，液膜对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光通过平行液膜后偏移的距离较大，D正确．故选D.

5．C

【详解】由几何知识得：光线在AB面上入射角为i=60°，折射角为r=30°，则折射率为．故A错误．光线在F点的入射角与AB面上的折射角相等，根据光路可逆性原理，得知光在F点不可能发生全反射，而且从F点出射的光束与BC的夹角为θ，所以从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行．故BD错误．光从空气进入棱镜，频率不变，波速变小，由公式v=λf得知，波长变小．故C正确．故选C．

6．A

【详解】根据△x＝λ得，狭缝间的距离和狭缝到屏的距离都不变，红光的波长比紫光的波长大，所以红光干涉条纹的间距大．故A正确，BC错误．用白光照射会出现彩色条纹．故D错误．

7．A

【详解】根据，结合可得，根据公式，结合可得，故A正确。

8．D

【详解】若用红色和绿色玻璃各挡住一条缝，只有红色光和绿色光通过，由于红色光和绿色光的频率不同，则屏上是两种色光的叠加，但不能发生干涉，故不能看的干涉条纹．故只有D正确．

9．C

【详解】光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生变化，当垂直入射时，传播方向不改变，A错误；当光从空气斜射入其他介质时，折射角小于入射角，B错误；根据，可知光从空气进入其他介质时，速度要减小，C正确；光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向会发生变化，这是光的折射现象，并不是说光的传播方向发生改变就是折射，光的反射也能改变方向，D错误。故选C。

10．D

【详解】一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，当看到透射光的强度发生变化时，则说明光的振动方向与传播方向相垂直，能反映光的偏振特性，故A正确；立体电影是利用了光的偏振现象，能反映光的偏振特性，故B正确；在日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片，由于反射光太强，偏振光强，加偏振片可以将反射的偏振光过滤，使图像更清晰，故C正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，与光的偏振无关，故D错误。由于本题选择错误的，故选D。

11．A

【详解】两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束Ⅰ是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确；由图可知光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度，根据折射定律可知玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，故B错误；一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射入，经过折射、反射、再折射后，光线仍平行，这是因为光反射时入射角与反射角相等，改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，故C错误；由图可知，光束Ⅱ折射率更大，根据c=vn，在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度小于光束Ⅲ的速度，故D错误。故选A。

12．B

【详解】当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，A错，B对；

波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n越大，根据公式，光在光纤中传播的速度越小，CD错。故选B。

13．C

【详解】双缝干涉实验中明暗相间的条纹是等间距的，如果挡住一缝则变成单缝衍射，这时的条纹中央部分较宽，明暗相间的条纹间距不相等。故选C。

14．B

【详解】光的偏振现象表明光是横波，故A错误；在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，遮住一条缝后成为单缝衍射，仍有明暗相间的条纹，故B正确；光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，则该光可以是单色光，也可以是复合光，故C错误；雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是光的干涉现象，故D错误。故选B。

15．AD

【详解】光发生全反射的必要条件是光必须从光密介质（折射率较大的介质）射向光疏介质（折射率较小的介质），所以纤芯的折射率比外套的大，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射，故A正确，B错误；

光频率越低（即波长越长），介质对其的折射率n越小；光频率越高（即波长越短），介质对其的折射率n越大。根据，可知波长越短的光在光纤中传播的速度越小，频率越低的光在光纤中传播的速度越大，故C错误，D正确。

16．AC

【详解】偏振是横波的特性，只有振动方向与透光方向一致时，光才能通过偏振片．

17．AC

【详解】交通警示灯选用红色是因为红光的波长较长，更容易穿透云雾烟尘，A正确；光在同一种均匀介质中沿直线传播，B错误；因为绿光的波长大于蓝光，所以根据条纹间距公式Δx=λ可知，让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，形成的干涉条纹间距较大的是绿光，C正确；围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是声波的干涉现象，D错误。故选AC。

18．     偶数倍     奇数倍

19．     衍射     变长

【详解】干涉图样的条纹宽度相等，衍射图样的条纹宽度不等、中央最宽。故甲应是衍射图样，乙是干涉图样。干涉图样中相邻两个亮条纹的中心间距与波长成正比，若将蓝光换成红光，则波长变长，因此条纹间距也变长。

20．     错误     错误     错误     正确

【详解】（1）衍射条纹和干涉条纹都是明暗相间的，但二者是不同的，单缝衍射条纹中间宽、两边窄，呈现不等间距，而双缝干涉条纹等宽、等间距，故说法错误。

（2）只要波的波长比障碍物或孔缝的尺寸大或相差不大时，就能发生明显的衍射现象，故说法错误。

（3）只有横波才能产生偏振现象，故说法错误。

（4）自然光通过偏振片后，从而得到在某一方向振动的光，这就是偏振光，故说法正确。

21．厚

【详解】如图所示，虚线表示增厚以后PQ的位置，实线是原来所采用的光路图，入射角和折射角没有变化，但增厚后光斑会左移，则此玻璃的厚度与原来相比变厚。

22．（1）1.6；（2）0.5cm

【详解】

（1）光路图如图所示，设光线从E点折射出，入射角为θ，则有

由几何关系可知AE=16cm，OC=32cm，则∆OEC为等腰三角形，光线从E点折射出的折射角等于入射角的2倍，则有

（2）光线从D点射入，射到圆弧面上的入射角的正弦值时恰好产生全反射，从圆弧面上没有光线射出，则有

解得

则有

AD=OD−AO=12.5cm−12cm=0.5cm

23．120°

【详解】

依据题意作光路如下图所示

则有

由折射定律可得

由几何知识可得光线从D点射出玻璃砖，且D点位于O点正上方，又由折射定律可得

解得

故光线第一次从球面射出的方向相对于初始入射方向的偏角为

180°-60°=120°

24．（1），；（2）；（3）

【详解】

（1）根据反射定律有

由几何关系可得折射角为

根据折射定律有

（2）根据

可得

（3）根据折射定律有

当入射角变为45°时，折射角的正弦为

25．如图所示.

【详解】

试题分析：经过入射点作出法线．因为反射光线与镜面的夹角是30°，所以反射角为90°-30°=60°．根据反射角与入射角相等作出入射光线并标出入射角的度数．如图所示：