新教材2023高中物理章末质量评估四第四章光及其应用粤教版选择性必修第一册 试卷

章末质量评估（四）

（时间：75分钟　分值：100分）

一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分.每小题只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选均不得分）

1.下列应用激光的事例中错误的是（　　）

A.利用激光进行长距离精确测量

B.利用激光进行通信

C.利用激光进行室内照明

D.利用激光加工坚硬材料

解析：激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的.

答案：C

2.单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹（　　）

A.干涉、衍射条纹间距都是均匀的

B.干涉、衍射条纹间距都是不均匀的

C.干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀

D.干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀

解析：干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀，中央亮条纹最宽，D正确.

答案：D

3.对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时（　　）

A.其速度比在水中的大，其波长比在水中的长

B.其速度比在水中的大，其波长比在水中的短

C.其速度比在水中的小，其波长比在水中的短

D.其速度比在水中的小，其波长比在水中的长

解析：由n＝，n玻＞n水，可得v玻＜v水，又v＝λf，f相同，波速越小，波长越短，所以光在玻璃中的波长比水中的短，故只有C项正确.

答案：C

4.有一块玻璃砖，上、下两面光滑且平行，有一束光线从空气射入玻璃砖，下面给出的四个光路图中正确的是（　　）

解析：本题中由于玻璃砖上、下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，上表面能够发生折射，则下表面一定能够发生折射，又因为有折射就有反射，故D正确.

答案：D

5.华裔科学家高锟被誉为“光纤之父”，他于2009年获得诺贝尔物理学奖.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.纤芯的折射率比包层的大，光传播时在纤芯与包层的界面上发生全反射

B.纤芯的折射率比包层的小，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.不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同

解析：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；光频率越高（即波长越短），介质对其的折射率n越大，据v＝知波长越短的光在光纤中传播的速度越小，故C错误；不同频率的光在界面上发生全反射经过的路程相同，但传播速度不同，时间不一样，故D错误.

答案：A

6.某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sin isin r图像如图乙所示.则（　　）

A.光由A经O到B，n＝1.5

B.光由B经O到A，n＝1.5

C.光由A经O到B，n＝0.67

D.光由B经O到A，n＝0.67

解析：由sin isin r图像可知，同一光线sin r＞sin i，即r＞i，故r为光线在空气中传播时光线与法线的夹角，则BO为入射光线，OA为折射光线，即光线由B经O到A，折射率n＝＝＝1.5，故选项B正确，选项A、C、D错误.

答案：B

7.一个等腰直角三棱镜的截面如图所示，一细束蓝光从AC面的P点沿平行底面AB方向射入棱镜后，经AB面反射，再从BC面的Q点射出，且有PQ∥AB（图中未画光在棱镜内的光路）.如果将一细束绿光仍从P点沿平行底面AB方向射入三棱镜，则从BC面射出的光线（　　）

A.仍从Q点射出，出射光线平行于AB

B.仍从Q点射出，出射光线不平行于AB

C.可能从Q′点射出，出射光线平行于AB

D.可能从Q″点射出，出射光线平行于AB

解析：将蓝光换成绿光，其折射率变小，在AC面的折射角变大，光路如图所示，可能从Q″点射出且平行于AB，故D正确.

答案：D

二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分.每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选均不得分）

8.下列有关光现象的解释正确的是（　　）

A.光在同一介质中沿直线传播

B.海市蜃楼是全反射的结果

C.任何两束光都可以发生干涉

D.为了司机在夜间安全行驶，汽车前窗玻璃常采用偏振玻璃

解析：光在同一种均匀介质中才会沿直线传播，选项A错误；海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的，所以选项B正确；只有相干波才可以发生干涉，选项C错误；汽车前窗玻璃采用偏振玻璃，在夜间行驶时可以减弱对面车辆照射过来的光强，选项D正确.

答案：BD

9.用单色光做双缝干涉实验时，下列说法中正确的是（　　）

A.入射光的波长越长，相邻两亮条纹中心的距离越大

B.入射光的频率越高，相邻两亮条纹中心的距离越大

C.把入射光由绿光变成紫光，相邻两亮条纹中心的距离变小

D.把入射光由绿光变成红光，相邻两亮条纹中心的距离变小

解析：由Δx＝λ知，对于一确定的双缝干涉实验装置，单色光的干涉条纹相邻两亮条纹中心的距离Δx跟波长λ成正比，由c＝λf知，光的频率f越大，λ越小，Δx越小，紫光的波长比绿光小；故相邻两亮条纹中心的距离比绿光的小，红光的波长最大，Δx最大.

答案：AC

10.如图所示，实线为空气和水的分界面，一束红光从空气中的A点沿AO1方向（O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出）射向水中，折射后通过水中的B点.图中O点为A、B连线与分界面的交点，下列说法正确的是（　　）

A.O1点在O点的右侧

B.红光从空气中射入水中时，速度变小

C.若沿AO方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点

D.若红光从水中的B点沿BO方向射向界面，则红光在界面处有可能发生全反射

解析：当光由空气射入水中时入射角大于折射角，画出大致光路图如图所示，可见O1点在O点的左侧，故A错误；红光在真空中速度最大，当红光从空气中射入水中时，速度变小，故B正确；若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，水对紫光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律可知，紫光的偏折程度大于红光的偏折程度，所以折射光线有可能通过B点正下方的C点，故C错误；若红光从水中的B点沿BO方向射向界面，入射角可能大于临界角，红光在界面处有可能发生全反射，故D正确.

答案：BD

三、非选择题（共5小题，共54分）

11.（6分）如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②、③、④、⑤遮光筒、⑥毛玻璃.

（1）②、③、④三个光学元件依次为　　　　（填正确答案的标号）.

A.滤光片、单缝、双缝　 B.单缝、滤光片、双缝

C.单缝、双缝、滤光片   D.滤光片、双缝、单缝

（2）如果实验时将红光滤光片换为绿光滤光片，则相邻亮纹（暗纹）间的距离　　　　（选填“变大”或“变小”）.

（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm，则所测单色光的波长λ为　　　　nm（结果保留3位有效数字）.

解析：（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝，故A正确.

（2）根据Δx＝λ知，将红光滤光片换为绿光滤光片，波长减小，则相邻亮纹（暗纹）间的距离变小.

（3）根据Δx＝λ得λ＝＝ m＝0.63×10－6 m＝630 nm.

答案：（1）A　（2）变小　（3）630

12.（8分）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸.

（1）（多选）下列哪些措施能够提高实验准确程度　　　.

A.选用两光学表面间距大的玻璃砖

B.选用两光学表面平行的玻璃砖

C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

（2）该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是　　　.

（3）该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝　　　　.（用图中线段的字母表示）

解析：（1）采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此A、D正确；光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误；应选用细一点的大头针，因此C错误.

（2）根据光的折射定律可知，当选用平行的玻璃砖时，出射光和入射光应是平行光；又因发生了折射，因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移.因此D正确，A、B、C错误.

（3）由折射定律可知折射率n＝，

sin∠AOC＝，sin∠BOD＝，

联立解得n＝.

答案：（1）AD　（2）D　（3）

13.（12分）2018年12月6日，中科院光电技术研究所宣布，其承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收.这是世界上首台用紫外光源实现了22 纳米分辨率的光刻机.光刻机是生产大规模集成电路（芯片）的核心设备， 光刻机的曝光波长越短，分辨率越高.“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长提高分辨率的技术.如图所示，若浸没液体的折射率为1.40，当不加液体时光刻胶的曝光波长为189 nm.

（1）求加上液体时光在液体中的传播速度.

（2）加上液体时光刻胶的曝光波长变为多少nm？（光在真空中的传播速度c＝3.0×108 m/s，计算结果保留三位有效数字）

解析：（1）光在液体中的传播速度为v＝＝ m/s≈2.14×108 m/s.

（2）加上液体时光刻胶的曝光波长为λ＝，

不加液体时，有c＝λ0f，

联立可得λ＝＝·＝＝ nm＝135 nm.

答案：（1）2.14×108 m/s　（2）135

14.（14分）宝石外观光彩夺目，部分原因是其特殊的成品形状可发生多种光学效应.如图为某宝石的剖面图，一条光线由MN边从空气中射入宝石，入射角i为60°，经过折射后，折射角正弦值sin r＝，该折射光线第一次射到OQ边，刚好发生全反射.求：

（1）角β的大小；

（2）该光线在宝石中的速度大小（已知空气中的光速约为c＝3×108 m/s）.

解析：（1）设该光线在该宝石中的折射率为n，速度为v，

光在MN边折射，由折射定律n＝，

计算得n＝2，

光在OQ边全反射，有n＝，

计算得sin β＝，即β＝30°.

（2）由n＝，得v＝1.5×108 m/s，

该光线在宝石中的速度为1.5×108 m/s.

答案：（1）30°　（2）1.5×108 m/s

15.（14分）半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，与直径AB垂直的足够大的光屏CD紧靠住玻璃砖的左侧，OO′与AB垂直.一细光束沿半径方向与OO′成θ＝30°角射向O点，光屏CD区域出现两个光斑，两光斑间的距离为（＋1）R.

（1）求此玻璃的折射率；

（2）两光斑恰好变为一个时，θ变为多大？

解析：（1）细光束在AB界面，一部分反射，另一部分折射，设折射角为β，光路图如图所示，

由几何关系得：L1＝＝＝R，

根据题意两光斑间的距离为（＋1）R，

所以L2＝R，

由几何关系知β＝45°，

根据折射定律，折射率n＝＝＝.

（2）若光屏CD上恰好只剩一个光斑，则说明该光束恰好在AB面发生全反射.

由sin C＝，

得临界角为C＝45°，

即当θ＝45°时，光屏上恰好只剩下一个光斑.

答案：（1）　（2）θ≥45°