（2021新人教版）高中物理选修性必修第一册第四章《光》达标检测.docx

1、新人教版选择性必修一 第四章达标检测 (满分:100 分;时间:90 分钟) 一、选择题一、选择题(本题共 8 小题,每小题 6 分,共 48 分。在每小题给出的四个选项中,第 15 小题只有一 个选项符合题目要求,第 68 小题有多个选项符合题目要求。全部选对的得 6 分,选不全的得 4 分, 选错或不答的得 0 分) 1.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列选项符合实际应用的是() A.在光导纤维内传送图像是利用光的色散 B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射 C.光学镜头上的增透膜是利用光的偏振 D.全息照相是利用光的干涉 2.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点

2、,在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激 光的叙述正确的是() A.激光是纵波 B.频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C.两束频率不同的激光能产生干涉现象 D.利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 3.如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球,则() A.小球必须位于缸底中心,才能从侧面看到小球 B.小球所发出的光能从水面任何区域射出 C.小球所发出的光从水中进入空气后频率变大 D.小球所发出的光从水中进入空气后传播速度变大 4.如图所示,玻璃砖的横截面为半圆形,半径为 R,MN 为直径,一束白光从 Q 点沿垂直于直径 MN 的方 向射入玻璃砖,从玻璃砖的

3、圆弧面射出后,打到光屏上得到由红到紫的彩色光带。已知 QM=? 2,如果保 持入射光线和光屏的位置不变,而使玻璃砖沿直径方向向上或向下移动,移动的距离小于? 2,则有 () A.玻璃砖向上移动的过程中,屏上红光最先消失 B.玻璃砖向上移动的过程中,屏上紫光最先消失 C.玻璃砖向下移动的过程中,屏上红光最先消失 D.玻璃砖向下移动的过程中,屏上紫光最先消失 5.如图甲所示,每年夏季,我国多地会出现日晕现象,日晕是太阳光通过卷层云时,发生折射或反射形 成的。如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图,a、b 为其折射出的光线中 的两种单色光,下列说法正确的是() A.在冰晶中,b 光

4、的传播速度较大 B.通过同一装置发生双缝干涉,a 光的相邻条纹间距较大 C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a 光的临界角较小 D.用同一装置做单缝衍射实验,b 光的中央亮条纹更宽 6.如图所示,一束由两种单色光混合的复色光,沿 PO 方向射向一上下表面平行的厚玻璃平面镜的上 表面,得到三束反射光束、,若平面镜的上下表面足够宽,则下列说法正确的是() A.光束仍为复色光,光束、为单色光 B.改变角,光束、仍保持平行 C.通过相同的双缝干涉装置,光束产生的条纹间距要小于光束的 D.在真空中,光束的传播速度小于光束的传播速度 7.如图所示是一玻璃球体,其半径为 R,O 为球心,AB 为水平直径,

5、M 点是玻璃球的最高点,来自 B 点的 光线 BD 从 D 点射出,出射光线平行于 AB,已知ABD=30,光在真空中的传播速度为 c,则() A.此玻璃的折射率为 3 B.光从 B 到 D 需用时3? ? C.若增大ABD,光线不可能在 DM 段发生全反射现象 D.若减小ABD,从 AD 段射出的光线均平行于 AB 8.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 30,介质对 a 光 的折射率 n= 2,下列说法中正确的是() A.在该介质中,a 光

6、的传播速度比 b 光的传播速度小 B.a 光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为 30 C.当 a 光通过单缝时,若缝的宽度小于 a 光的波长,a 光不能发生衍射现象 D.若由 a 光和 b 光组成的一束细光束从空气斜射向水中,在不断增大入射角时,a 的折射光会先消失 二、非选择题二、非选择题(共 5 小题,共 52 分) 9.(8 分)某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图所示)。实验的主要过程如下: A.把白纸用图钉钉在木板上,在白纸上作出直角坐标系 xOy,在白纸上画一条线段 AO 表示入射光线。 B.把半圆形玻璃砖 M 放在白纸上,使其底边 aa与 x 轴重合。 C.用一束平行

7、于纸面的激光从 y0 区域沿 y 轴负方向射向玻璃砖,并沿 x 轴方向调整玻璃砖的位置, 使这束激光从玻璃砖底边射出后,仍沿 y 轴负方向传播。 D.在 AO 线段上竖直地插上两枚大头针 P1、P2。 E.在坐标系 y0 方向侧移了一些,这将导致所测 的玻璃折射率与其真实值相比(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。 (2)若实验中该同学在 y0 的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到 P1、P2的像,为能透过玻璃砖 看到 P1、P2的像,应采取的措施是:。 10.(8 分)某同学在做“用双缝干涉测量光的波长”实验时,第一次分划板中心刻线对齐 A 条纹中心 (图甲),游标卡尺的示数如图乙所示,第

8、二次分划板中心刻线对齐 B 条纹中心(图丙),游标卡尺的示 数如图丁所示,已知双缝间距离为 0.05 mm,双缝到屏的距离为 1 m,则图乙中游标卡尺的读数为 mm,则图丁中游标卡尺的读数为mm。实验时测量多条干涉条纹间距的目的是,所 测光波的波长为m(保留两位有效数字)。 11. (10 分)如图,一半径为 R 的玻璃半球,O 点是半球的球心,虚线 OO表示光轴(过球心 O 与半球底 面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能 从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求 ()从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值; ()距光

9、轴? 3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 12.(12 分)如图所示,ABCD 是某种透明材料的截面,AB 面为平面,CD 面是半径为 R 的圆弧面,O1O2为对 称轴。一束单色光从 O1点斜射到 AB 面上,折射后照射到圆弧面上 E 点刚好发生全反 射,=30,DO2CO2,透明材料对单色光的折射率为2 3 3 ,光在真空中传播的速度为 c,求: (1)单色光在 AB 面上入射角的正弦值;(结果可以用根号表示) (2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在 BC 面的反射)。(结果可以用根号表示) 13.(14 分)如图所示,一个截面为矩形的水池,池底有一垂直于池边的线形发

10、光体,长度为 L。当池中 未装水时,一高为 h 的人站在距池边 h 的 A 点,只能看到发光体的一个端点。当将水池加满水时,人 需移到距池边 2 2h 的 B 点时,才只能看到发光体的一个端点。已知光在真空中传播的速度为 c,发 光体的一端紧靠人站一方的池边,人站的位置与发光体在同一竖直面内,不计人眼到头顶的距离, 求: (1)水池中水的折射率; (2)当水池加满水时,站在 B 点的人看到的发光体端点发出的光传到人眼的时间。 答案全解全析答案全解全析 一、选择题 1.D在光导纤维内传送图像是利用光的全反射,故 A 错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利 用光的色散,故 B 错误;光学镜头上的

11、增透膜是利用光的干涉,减弱反射光的强度,增加透射光的强度, 故 C 错误;全息照相是利用光的干涉,故 D 正确。 2.D光是一种电磁波,属于横波,故 A 错误;光在不同介质中的传播速度不同,频率相同的激光在不 同介质中的波长不同,故 B 错误;频率相同的光才可能发生干涉现象,故 C 错误;激光方向集中,也就 是平行度好,可用于测量月球到地球的距离,D 正确。 3.D设发光小球在 P 点,如图甲,当发光小球不在缸底中心 O 时,仍有光线从侧面射出,所以 A 错误。 光从水面射入空气时,当入射角大于或等于临界角时,会发生全反射现象,如图乙,只有在入射角小 于临界角 C 的范围内光才能从水面射出,B

12、 错误。光从一种介质进入另一种介质时,频率保持不变,C 错误。光在水中的传播速度 v=? ?,光在空气中的传播速度近似等于真空中的传播速度 c,所以 D 正确。 4.D当玻璃砖上移时,光从玻璃进入空气的入射角减小,所以不管哪种色光都不会发生全反射,故 A、 B 错误;当玻璃砖向下移动时,光从玻璃进入空气的入射角在增大,因为紫光的折射率最大,其临界角 最小,所以紫光最先发生全反射,在屏上消失,故 C 错误,D 正确。 5.B由题图乙可知,太阳光射入冰晶时,a 光的偏折角小于 b 光的偏折角,由折射定律可知,冰晶对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率,由 v=? ?知,在冰晶中 a 光的传播速度

13、较大,A 错误;由于 a 光的折射率 小于 b 光,可知 a 光的波长大于 b 光的波长,根据x=? ?可知,B 正确;同种玻璃对 a 光的折射率较小, 由临界角公式 sin C=1 ?可知,a 光的临界角较大,C 错误;用同一装置做单缝衍射实验,由于 a 光的波长 较长,故中央亮条纹更宽,D 错误。 6.ABC在平面镜的上表面所有色光都能发生反射,反射角相同,则由图可知光束是复色光;而光束 、是由于玻璃对不同色光的折射率不同而导致偏折分离,因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行 的,根据光路的可逆性和对称性,知两光束仍然平行射出,光束、是单色光,故 A 正确。因为光反 射时的反射角与入射角相等,所

14、以改变角,经过折射、反射、再折射后,光线、仍保持平 行,故 B 正确。由图知,光束的偏折程度大于光束的偏折程度,根据折射定律可知,玻璃对光束 的折射率大于对光束的折射率,则光束的频率大于光束的频率,光束的波长小于光束的波 长,而其他条件相同时,双缝干涉条纹间距与波长成正比,则用相同装置做双缝干涉实验,光束产生 的条纹间距比光束的小,故 C 正确。在真空中,光束的传播速度与光束的传播速度都为 310 8 m/s,故 D 错误。 7.AB如图,由几何知识可得,入射角 i=ABD=30,折射角 r=2ABD=60,则此玻璃的折射率为 n=sin? sin?= sin60 sin30= 3,故 A 正

15、确;BD 长度 s=2R cos 30=3R,光在玻璃球内传播的速度 v=? ?,故光从 B 传到 D 所用的时间为 t=? ?= 3? ? ,B 正确;由 sin C=1 ?= 3 3 2 2,得临界角 C0 方向侧移了一些,这将导致光在玻璃砖的弧面发生折射,射到 aa面的 入射角变大,而作图时其边界和法线不变,故所测的入射角偏小,折射角偏大,导致所测的玻璃折射率 与其真实值相比偏大。 (2)在 y0 的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到 P1、P2的像,是由于光线在底边 aa上发 生了全反射,所以应重新画线段,减小 AO 与 y 轴的夹角。 10.答案11.4(2 分)15.7(2 分

16、)减小测量误差(或提高测量的精确度)(2 分)5.410 -8(2 分) 解析游标卡尺读数等于主尺读数加上游标尺读数,图乙中主尺读数为 11 mm,游标尺的第 4 条刻线 与主尺某刻线对齐,读数为 0.1 mm4=0.4 mm,故图乙中游标卡尺的读数为 11 mm+0.4 mm=11.4 mm; 同理,图丁中游标尺第 7 条刻线与主尺某刻线对齐,故读数为 15 mm+0.1 mm7=15.7 mm;相邻条纹间 距为x=15.711.4 4 mm=1.075 mm。 实验时测量多条干涉条纹间距的目的是减小测量误差(或提高测量的精确度);根据双缝干涉的 条纹间距公式x=? ?,可得= ? ? =1

17、.07510 -30.0510-3 1 m5.410 -8 m。 11.答案()2 3R ()3(2 2+ 3) 5 R(或 2.74R) 解析 ()如图,从底面上 A 处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为 i,当 i 等于全反射临界角 iC时, 对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为 l。 i=iC(1 分) 设 n 是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有 n sin iC=1(1 分) 由几何关系有 sin i=? ? (1 分) 联立式并利用题给条件,得 l=2 3R (1 分) ()设与光轴相距? 3的光线在球面 B 点发生折射时的入射角和折射角分别为 i1和 r1,由折射定

18、律 有 n sin i1=sin r1(1 分) 设折射光线与光轴的交点为 C,在OBC 中,由正弦定理有 sin? ? =sin(180?1) ? (1 分) 由几何关系有 C=r1-i1(1 分) sin i1=1 3 (1 分) 联立式及题给条件得 OC=3(2 2+ 3) 5 R2.74R(2 分) 12.答案(1) 3 3 (2)( 6+ 3)R 3? 解析(1)光在圆弧面上刚好发生全反射,设临界角为 C,有 sin C=1 ?= 3 2,则 C=60(2 分) 由几何关系可知+=C,因此=30(1 分) 由折射定律得 n=sin? sin?(2 分) 解得 sin = 3 3(1

19、分) (2)由几何关系可知 O1E=R(1 分) 光在 E 点的反射光线 EF 平行于 AB,则 EF=R sin 45-R sin 30=( 2-1)R 2 (2 分) 光在材料中传播的速度 v=? ?= 3 2c(1 分) 因此光在材料中传播的时间为 t=?1E+EF ? =( 2+1)R 3c =( 6+ 3)R 3? (2 分) 13.答案(1)4 3 (2)4 2L+9h 3? 解析(1)设水池加满水时,站在 B 点的人看到发光体端点发出的光,在池中的光线与竖直方向的夹 角为 r,在空气中的光线与竖直方向的夹角为 i,水池中水的折射率为 n。 由折射定律得 n=sin? sin?(2 分) 由题意和几何关系得 sin r= ? ?2+?2(2 分) sin i= 2 2h 2 2h 2+?2(2 分) 联立以上各式得 n=4 3(1 分) (2)设水池加满水时,站在 B 点的人看到发光体端点发出的光,在水中传播的速率为 v,在水中和 空气中传播经历的时间分别为 t1、t2,总时间为 t。 t1= ? sin? ? (2 分) v=? ?(1 分) t2= 2 2h 2+?2 ? (2 分) t=t1+t2(1 分) 联立以上各式得 t=4 2L+9h 3? (1 分)