人教版高中物理选择性必修第一册章末综合检测（四）光含答案

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章末综合检测（四） 光(本试卷满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。)1．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　)A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮斑”解析：选C　当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。2．在光的双缝干涉实验中，下列描述正确的是(　　)A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的红光B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的紫光C．相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的D．在双缝干涉实验中，把入射光由红光换成紫光，相邻两个亮条纹间距将变宽解析：选A　条纹间距与光的波长成正比，在可见光中，红光波长最长，紫光波长最短，故偏离中央亮条纹最远的是红光，A正确、B错误。双缝干涉实验中，相邻两亮条纹或两暗条纹是等宽间距的，故C错误。红光的波长比紫光的波长大，所以换成紫光后，相邻两个亮条纹间距将变窄，故D错误。3．把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，形成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示，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．干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，条纹间距都相等B．干涉条纹中的暗条纹是由于两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C．将薄片增厚，条纹变疏D．观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的另一侧解析：选A　干涉条纹的产生是光在空气薄膜的上、下两表面反射形成的两列光波叠加的结果，由于空气膜厚度是均匀变化的，故条纹间距都相等，选项A对；干涉条纹中的暗条纹是两列反射光的波峰与波谷叠加的结果，选项B错；将薄片增厚，条纹变密，选项C错；观察薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的同一侧，选项D错。4.如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出。以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)A.eq \f(1,sin\f(θ,2))　　　　　　　　 B.eq \f(1,sin θ)C.eq \f(1,sin 2θ) D.eq \f(1,2sin θ)解析：选B　由题意，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，说明光线发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，即有i＝C，而入射角i＝θ，则临界角C＝θ。由临界角公式sin C＝eq \f(1,n)得n＝eq \f(1,sin C)＝eq \f(1,sin θ)，故B选项正确。5．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的。如图所示，一光导纤维内芯折射率为n1，外层折射率为n2，一束光信号与界面夹角α由内芯射向外层，要在界面发生全反射，必须满足的条件是(　　)A．n1＞n2，α小于某一值　　 B．n1＜n2，α大于某一值C．n1＞n2，α大于某一值 D．n1＜n2，α小于某一值解析：选A　要使光信号在内芯与外层的界面上发生全反射，必须让内芯折射率n1大于外层折射率n2，同时入射角须大于某一值，故α应小于某一值，故A正确。6.如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是(　　)A．这是光的干涉现象B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度解析：选C　光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，选项A错误；由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知nc＜nb，选项C正确；由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则光束b在真空中的波长较短，选项B错误；根据v ＝eq \f(c,n)知，光束c的折射率小，则光束c在玻璃砖中的传播速度大，选项D错误。7．如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则(　　)A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置解析：选D　由双缝干涉条纹间距的公式Δx＝eq \f(λl,d)可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由题图可知入射时M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越小，由于λ1>λ2，则n1β)。下列结论中正确的是(　　)A．在水中的传播速度，光束a比光束b大B．在水中的传播速度，光束a比光束b小C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大解析：选AC　由公式n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，可得折射率navb，A正确，B错误。三、非选择题(本题共4小题，共54分)11．(9分)由于实验室中矩形玻璃砖的数量不够，部分同学需改用直角三棱镜做“测量玻璃的折射率”实验，实验步骤如下： a．如图所示，先在—张白纸上作相互垂直的直线ab、a′b′作为三棱镜的两个界面，并在直线上标出点O；b．标出P3、P4的位置；c．将三棱镜放在白纸上，使短边跟ab对齐，长边跟a′b′对齐；d．在长边a′b′的外侧透过三棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像完全被P2的像挡住；e．在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像；f．过O点作一垂直ab的线段OA，在OA上垂直纸面插两枚大头针P1、P2；g．移去三棱镜和大头针，连接P3P4交a′b′于O′点，过O′点作与a′b′垂直的直线MN；h．作光路图，计算折射率n。(1)正确的实验步骤顺序为________；(2)请在图中画出准确完整的光路图；(3)请根据图中所给数据，求出该玻璃的折射率n。解析：(1)利用插针法确定光路，注意有时挡住的是物体本身，有时挡住的是物体的像，目的是确定某一入射光线和对应的出射光线，以利用折射定律求解折射率。正确的实验步骤顺序为a、f、c、d、e、b、g、h。(2)光路图如图所示。(3)由几何关系及图中所给的数据，可得玻璃的折射率n＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2)。答案：(1)a、f、c、d、e、b、g、h　(2)光路见解析图　(3)eq \r(2)12．(12分)如图，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高为2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。解析：如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心C点反射。设光线在半球面的入射角为i，折射角为r。由折射定律有sin i＝nsin r①由正弦定理有eq \f(sin r,2R)＝eq \f(sini－r,R)②由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系有sin i＝eq \f(L,R)③式中L是入射光线与OC的距离。由②③式和题给数据得sin r＝eq \f(6,\r(205))④由①③④式和题给数据得n＝eq \r(2.05)≈1.43。答案：1.4313．(15分)(2022·重庆高考)如图所示，水面上有一透明匀质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯(可视为点光源)，匀质球对两种色光的折射率分别为n红和n蓝。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射(不考虑光线在球内反射后的折射)，若红灯到水面的最大距离为h红。(1)求蓝灯到水面的最大距离；(2)两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？解析：(1)为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从水平折射出去，以红光为例，当折射角最大达到临界角C时，光线平行水面折射出去，光路图如图所示。假设半球半径为R，根据全反射定律和几何关系可知sin C红＝eq \f(1,n红)＝eq \f(h红,\r(R2＋h红2))同理可知蓝光sin C蓝＝eq \f(1,n蓝)＝eq \f(h蓝,\r(R2＋h蓝2))两式联立解得h蓝＝eq \r(\f(n红2－1,n蓝2－1))·h红。(2)蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红，根据(1)问结果可得h蓝2＝eq \f(n红2－1,n蓝2－1)·h红2结合n蓝>n红>1，可知h蓝＜h红所以蓝灯应该在红灯的上方。答案：(1)eq \r(\f(n红2－1,n蓝2－1))·h红　(2)上方，理由见解析14．(18分)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上，其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0 cm、深度为1.4 cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。(1)若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？解析：(1)如图所示，若人脚处反射的光恰能成像，则透明介质的折射率最小，由几何关系得此时入射角的正弦值sin i＝eq \f(0.8,1.0)＝0.8，折射角的正弦值sin r＝eq \f(1.0,\r(1.02＋1.42))＝eq \f(5,\r(74))，所以nmin＝eq \f(sin i,sin r)＝eq \f(4\r(74),25)。(2)光从光疏介质向光密介质传播，入射角接近90°时为掠射。分析可知，当掠射的光恰好从洞的边缘射出时折射率最小，则有nmin′＝eq \f(1,sin r)＝eq \f(\r(74),5)。答案：(1)eq \f(4\r(74),25)　(2)eq \f(\r(74),5)