第四章 光——高二物理人教版（2019）选择性必修一单元检测卷（B卷）
一、选择题（本题共10小题，每小题5分，共50分）
1.如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路图的是( )
A. B.
C. D.
2.如图所示，一束复色光从空气中射入水中，分成两束单色光a和b，则下列说法正确的是( )
A.在水中，a光的频率大于b光的频率
B.在水中，a光的光速大于b光的光速
C.在水中，a光的波长大于b光的波长
D.若光从水中射向空气中，a光的临界角大于b光的临界角
3.如图所示，楔形玻璃的横截面为直角三角形，顶角为45°，OA边上的点光源S到点O的距离为L，光在玻璃中的折射率为，光线射向OB边，不考虑多次反射，OB边上有光射出部分的长度为( )
A. B. C. D.
4.光在某种玻璃中的传播速度是真空中的，要使光由真空射入玻璃时折射光线与反射光线垂直，则入射角的正弦值为( )
A. B. C. D.
5.如图，游泳池注水后池底的射灯S发出单色光从水中射向前后表面平行的玻璃侧壁，侧壁右侧为空气，该单色光在水、玻璃、空气中的折射率分别为、、，则光路可能是( )
A. B.
C. D.
6.自行车的尾灯采用了全反射棱镜，虽然它本身不发光，但在夜间骑行时，从后面驶来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯由透明介质制成，其外形如图所示，下列说法正确的是( )
A.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
D.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
7.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前传播方向上放置的装置，以下说法正确的是( )
A.甲是单缝、乙是双缝 B.乙是双缝、丙是小圆孔
C.丙是小圆孔、丁是小圆板 D.甲是双缝、丁是小圆孔
8.制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是( )
A.上述现象与彩虹的形成原理相同
B.光在薄膜的下表面发生了全反射
C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉
D.薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色
9.下列选项中，属于光的衍射现象的是( )
A.泊松亮斑
B.沙漠蜃景
C.等间距条纹
D.太阳光下的肥皂膜3
10.某手机的屏幕由多层胶合而成，最外侧为玻璃层，次外层为触控层，由于高温导致某一侧两层张开进入空气，在激光照射下仔细观察会看到明暗相间的条纹。假设任意一条明条纹或暗条纹所在位置下方的空气层厚度相等；同一明条纹或暗条纹所对应的空气膜厚度恒定。现对开口处外侧边缘施加压力，下列关于干涉条纹的说法正确的是( )
A.条纹变疏，总条纹数增多 B.条纹变疏，总条纹数减少
C.条纹变密，总条纹数增多 D.条纹变密，总条纹数减少
二、探究题（每空2分，共18分）
11.（12分）物理实验一般涉及实验目的、实验原理、实验器材、实验操作、数据分析、实验评价与反思等。如图1所示是双缝干涉测光的波长的实验装置图。某次实验选用的双缝间距为d，毛玻璃屏与双缝间的距离为L，接通电源使光源正常工作。
（1）实验目的与器材：根据已标明的实验器材，可判断出滤光片与双缝之间的M处的实验器材是______。在组装仪器时M处实验器材和双缝应该相互______（选填“垂直”或“平行”）放置。
（2）实验原理与数据：已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，游标尺上有50分度。某同学调整手轮使测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹（如图甲所示），此时测量头上游标卡尺的读数为3.92mm；接着再同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第5条亮纹中心对齐（如图乙所示），此时测量头上游标卡尺的示数如图2所示，则读数为______mm。计算这种色光波长的表达式为λ=______（用题中给出的字母表示）。
（3）实验操作：某同学使用绿色的滤光片，在目镜中观察到了一定数量的绿色条纹。现仅改变一个实验条件，关于实验的操作和光屏上出现的现象的叙述，下列说法正确的是______；
A.仅增大M到双缝的距离，从目镜视野中观察到的条纹数目增加（即减小条纹间距）
B.仅换用间距更大的双缝，从目镜视野中观察到的条纹数目增加
C.仅换用更长的遮光筒，从目镜视野中观察到的条纹数目增加
D.仅换用红色的滤光片，从目镜视野中观察到的条纹数目增加
E.仅去掉滤光片，从目镜视野中观察不到干涉现象
（4）实验评价与反思：干涉实验能够把一些数量级非常小、不便于观测的量（波长λ），放大为便于观测的量（条纹间距）。通过干涉现象还可以观测到一些物理量的微小变化（比如双缝间距d的微小变化），干涉仪就是这类仪器。基于干涉理论的激光干涉仪LIGO于2015年首次观测到引力波的存在，其观测到引力波所引起的尺度上的变化（相当于原子核直径的千分之一），进一步证实了爱因斯坦相对论理论的正确性。请举例写出1个利用将微小量放大的方法进行的实验：______。
12.（6分）在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，实验装置如图所示。
（1）某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点，下列说法中正确的是________；
A.干涉条纹与双缝垂直
B.单缝和双缝应相互平行放置
C.若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样
D.想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以将单缝向双缝靠近
（2）将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上螺旋测微器示数如图甲所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________mm；
（3）已知双缝间距d为，测得双缝到屏的距离L为0.600m，求所测量光的波长为________m（结果保留三位有效数字）；
三．计算题（共32分）
13.（8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。身高的人站在水平地面上，其正前方处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为、深度为，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。
（i）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？
（ii）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？
14.（8分）如图是半径为R半球形玻璃砖的剖面图，圆心为O，AB为水平直径，S为剖面的最低点，现有一单色细光束从距离O点的点以与坚直方向成的角度射入，光束折射后恰好能到达S点。
Ⅰ.求玻璃砖的折射率n；
Ⅱ.若用该单色光垂直照射整个AB面，求能从半球面射出的光的横截面积。
15.（8分）某种由透明材料制成的直角三棱镜ABC的截面示意图如图所示，，，在与BC边相距的位置放置一平行于BC边的竖直光屏。现有一细光束射到棱镜AB面上的P点，入射光线与AB面的垂线CP的夹角，该光线经棱镜折射后，从BC边射出，透明材料对该光的折射率，光在真空中传播的速度大小，整个装置置于真空中。求：
（1）光线在BC面上的出射点与光屏上光斑的距离x；
（2）光线从P点至传播到光屏上所需的时间t。
16.（8分）如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，其中边与边垂直，，两束颜色相同的单色光1、2从边上的D点射入棱镜，光线1的入射角的正弦值为，其折射光线3与边平行射到边上的E点，光线2的入射角为，其折射光线4射到边上的F点，正好发生全发射，A、D两点之间的距离为L，光在真空中的传播速度为c，、，求：
（1）三棱镜对此种颜色光发生全反射时的临界角C；
（2）光线4从D到F的传播时间.
答案以及解析
1.答案：A
解析：光从空气进入玻璃在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，故B、D错误；光从玻璃进入空气折射角应大于入射角，所以C错误；从光密进入光疏，若满足入射角大于临界角的情况，则会发生全反射，故A正确。
2.答案：A
解析：A.根据折射定律，由图可知，折射角，因此，根据折射率和频率的关系，a光的频率大于b光的频率，故A正确;B.根据折射率公式，可知a光在水中的光速小，故B错误;C.a光在水中的光速小，频率大，由，可知在水中a光的波长小于b光的波长，故C错误;D.若光从水中射向空气中，根据临界角公式，由于，因此，即a光的临界角小于b光的临界角，故D错误。故选:A。
3.答案：C
解析：根据全反射临界角公式有，可知发生全反射的临界角为60°，所以光线可以从O点射出，恰好在OB边发生全反射的光线与OB边的夹角为30°，根据几何关系及正弦定理可知，解得，故选C.
4.答案：B
解析：根据题意光路图如下图所示
设入射角为α，根据
所以玻璃的折射率为n。由折射定律和三角函数知识有
解得
故选B。
5.答案：B
解析：A.光线从左侧水中射入玻璃中，是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，故A错误；B.光线从玻璃射入右侧空气中，是从光密介质射入光疏介质，可能发生全反射，故B正确；CD.假设水玻璃界面入射角为，折射角为，玻璃空气界面折射角为，那么由折射定律得，那么，故CD错误。故选B。
6.答案：C
解析：从题图中取尾灯中的一个凸起为研究对象，作出一条光路如图所示.由图可知，每一个凸起相当于一块全反射棱镜，要想让自行车后的司机看到反射光，光只能从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射，故选项C正确，A、B、D错误.
7.答案：C
解析：衍射与干涉图样的区别：前者中间是亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小圆孔衍射与泊松亮斑的区别可知，小圆孔衍射的图样中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，可知丙图是小圆孔衍射，丁图是泊松亮斑，即小圆孔衍射，所以C正确.
8.答案：C
解析：根据光的干涉中相互加强的条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的波长也会发生改变，导致硅片呈现不同的颜色，硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，C正确，BD错误；彩虹的形成原理主要为光的折射，A错误。
9.答案：A
解析：A.泊松亮斑是光的衍射现象，A符合题意;B.沙漠蜃景是光的全反射现象，B不符合题意;C.等间距条纹是光的干涉现象，C不符合题意;D.太阳光下的肥皂膜是光的干涉现象，D不符合题意。故选A。
10.答案：B
解析：两层间形成空气劈尖，光线在空气膜的上下表面反射，并发生干涉，形成明暗相间的条纹，设空气膜顶角为θ，两相邻亮条纹的间距为，光的波长为λ，由光的干涉知识可知，三者间的关系为，当按压开口处外侧边缘时，θ角减小，增大，条纹变疏，总条纹数减少，B正确。
11.答案：（1）单缝；平行（2）15.02；（3）B（4）油膜法测分子直径，卡文迪许扭秤实验（库仑扭秤实验），微小形变的观察
解析：（1）为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝，然后让单色线光源通过双缝在光屏上形成干涉图样，M处的实验器材是单缝；
只有单缝和双缝互相平行，这样才能在屏上出现明暗相间的条纹，故在组装仪器时单缝和双缝应该相互平行放置。
（2）游标卡尺的示数如图2所示，则读数
条纹间距
根据
可得
（3）A.仅增大M到双缝的距离，没有改变干涉条纹宽度的条件，则干涉条纹间距不变，从目镜视野中观察到的条纹数目不变，故A错误；B.换一个两缝之间距离较大的双缝，由可知，干涉条纹间距变窄，从目镜视野中观察到的条纹数目增加，故B正确；C.仅换用更长的遮光简，由可知，可增大条纹间距，从目镜视野中观察到的条纹数目减少，故C错误；D.红光的波长大于绿光的波长，根据公式可知将绿色滤光片换成红色滤光片，波长变长，则相邻亮纹间的距离变宽，从目镜视野中观察到的条纹数目减少，故D错误；E.去掉滤光片，通过双缝和单缝的光为白光，白光仍然能发生干涉现象，在光屏上出现彩色干涉条纹，故E错误。故选B。
（4）运用微小量放大的方法进行的实验还有：油膜法测分子直径；卡文迪许扭称实验；库仑扭称实验；微小形变的观察及测量等。
12.答案：（1）BC（2）13.870（3）
解析：（1）A.干涉条纹与双缝平行，A错误；
B.单缝和双缝应相互平行放置，B正确；
C.若取下滤光片，光屏上可观察到白光的干涉图样，C正确；
D.想增加从目镜中观察到的条纹个数，则要条纹间距减小，由相邻两条纹间距公式可知，可以将双缝的距离d增大，或减小双缝到屏的距离L，或用波长小的光做实验，若将单缝向双缝靠近，不会改变条纹的间距，不会改变目镜中观察到的条纹个数，D错误。
故选BC。
（2）由图乙可知，螺旋测微器固定刻度读数为13.5mm，可动刻度的读数为
则有手轮上的示数为
（3）由图甲可知，螺旋测微器的固定刻度读数为2mm，可动刻度的读数为
则有手轮上的示数为
则有两相邻亮条纹间距为
由，可得所测量光的波长为
13.答案：（i）1.38（ii）1.7
解析：（i）根据题意作出如下光路图
当孔在人身高一半时有
，，
，
由折射定律有
（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，则可画出如下光路图
根据几何关系有
14.答案：Ⅰ.
Ⅱ.
解析：Ⅰ.由几何关系可知，折射角满足
得
根据折射定律可知，该玻璃砖的折射率为
Ⅱ.当某光线在右侧面出现全反射，临界角为C，由全反射条件得
如图所示
此光线与O的距离为
在此范围内的光线可从右侧射出，则能从玻璃砖射出的入射光的横截面积为
15.答案：（1）（2）
解析：（1）画出光路图如图所示
由折射定律可知
由几何关系有
则光线在BC面上的入射角，同理有
由几何关系有
解得
（2）光在介质中传播的速度大小
由几何关系可知光在介质中的路程为
则光在介质中的传播时间
光在真空中的传播时间
又
解得
16.答案：（1）见解析（2）
解析：（1）由题意可得光线1在D的折射角为
三棱镜对此种颜色光的折射率为
折射率与临界角的关系为
结合，综合解得、、
（2）由几何关系可得，
在中，由正弦定理可得，
结合，综合解得
又、，
综合解得
