第四章　光 单元测试（含答案）-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

这是一份第四章　光 单元测试（含答案）-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册
第四章　光注意事项1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。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符合题意)1.下列有关光现象的说法正确的是(　　)A.用偏振眼镜观看立体电影,说明光是纵波B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉原理C.激光相干性好,任何两束激光都能发生干涉D.刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象2.在光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆板和小圆孔后,得到的四幅图样如图所示,由于操作者疏忽,打乱了图样的顺序,下列说法正确的是(　　)　　　A.甲图是泊松亮斑　　　　B.乙图是单缝衍射图样C.丙图是泊松亮斑　　　　D.丁图是双缝干涉图样3.“国际水下世界摄影大赛”的作品一般是由摄影师在水下对景物进行拍摄而成的,获得了令人赞叹的美学效果。忽略镜头尺寸的影响,假设摄影师由水下竖直向上拍摄,光的传播路径如图所示,进入镜头的光线与竖直方向的夹角θ最大为48.6°,已知sin 48.6°=0.75,空气中的光速c=3.0×108 m/s,下列说法正确的是(　　)A.光线射入水中后频率增大B.摄影师看到的水上景物的位置比实际位置偏低C.水的折射率为43D.光线射入水中后速度变为1.8×108 m/s4.如图所示是利用光学技术指纹识别原理图,其原理是利用光学棱镜的全反射特性,在指纹谷线(凹部),入射光在棱镜界面发生全反射,在指纹脊线(凸部),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到其他地方,这样指纹模块可接收到明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33,玻璃的折射率约为1.5,下列说法正确的是(　　)A.指纹模块接收光线较亮的部位是指纹脊线B.指纹模块接收光线较暗的部位是干涉减弱的地方C.没有手指放入时,若光源正常发光,指纹模块不会接收到光信号D.手指湿润时,指纹识别率会降低5.水池底水平放置四条红色线状灯带构成边长为0.35 m的正方形,灯带平面到水面的距离为715 m,水对红光的折射率为43,有红光射出的水面形状可能为下列图中的(用阴影表示)(　　)　　　　　　　　　　　　6.某实验小组以密度均匀的同心圆玻璃为实验材料,探究其折射率与相关角度的定量关系,实验过程得到下图所示的示意图,其中极细光束自空气从O点入射,轨迹恰好与半径为3R的内圆相切,并从P点出射,光在真空中的传播速度为c,已知sin 37°=0.6。下列说法正确的是(　　)A.增大入射角θ,光束可能在O点发生全反射B.换用波长更长的光束进行实验,光束在玻璃中的传播时间一定小于40Rsinθ3cC.减小入射角θ,光束在传播过程中不可能发生全反射D.从P点出射光束的光强与从O点入射光束的光强一定相等7.利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差(约为微米量级),实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶,A0为标准金属丝,直径为D0;A为待测金属丝,直径为D;两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面,观察到的干涉条纹如图乙所示,测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是(　　) A.|D-D0|=λL2ΔLB.A与A0直径相差越大,ΔL越大C.轻压T1右端,若ΔL增大,则Dθ3B.若n1=1.40、n2=1.35、n3=1.30,则θ1θ1D.若n1=n2=n3=1.35,则θ1=θ2=θ3=θ010.1834年洛埃用平面镜得到了杨氏双缝干涉实验的结果。洛埃镜实验的基本装置如图所示,单色光源S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。已知光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l(a≪l),镜面与光屏垂直,单色光在真空中的波长为λ。整个装置处于真空中,下列判断正确的是(　　)A.将平面镜稍微向下移动Δa时,相邻亮条纹的中心间距为lλ2(a+Δa)B.将平面镜稍微向上移动Δa时,相邻亮条纹的中心间距为lλ2a-ΔaC.将平面镜稍微水平向左移动Δl时,相邻亮条纹的中心间距为(l-Δl)λ2aD.将平面镜稍微水平向右移动Δl时,相邻亮条纹的中心间距为lλ2a三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(9分)用如图甲所示的装置来做“用双缝干涉测量光的波长”的实验。(1)如图甲所示,光具座放在水平桌面上,安装光源和各光学元件应保证其中心在　　　　　　; (2)如图乙所示,在实验中,某同学观察到以下图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差,所以需要对仪器进行调整,使干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上,下面操作中可行的是　　　; A.调节拨杆方向B.其他不动,测量头旋转一定角度C.将遮光筒(连同单缝、双缝)与测量头整体旋转一定角度(3)实验中,选用红色滤光片,测得双缝间的距离d=2 mm,双缝与屏之间的距离L=0.80 m,通过测量头观察分划板的中心刻线对齐第1条亮条纹中心时手轮上的读数为3.645 mm,转动手轮,使分划板向一侧移动,使分划板的中心刻线对齐第6条亮条纹的中心,仪器示数如图丙所示,则其读数为　　　　mm,由此求得红光的波长为　　　　m(计算结果保留3位有效数字); (4)实验中,若用一块薄玻璃片挡在双缝中的一条缝S2的后面,如丁图所示,则原来在P0处的某个条纹将　　　　　　(选填“向上移动”“向下移动”或“位置不动”)。 　12.(9分)某同学利用“插针法”测定玻璃砖的折射率,作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。(1)下列措施能够提高实验准确度的是　　　　　。 A.P3和P4之间的距离适当减小B.P1、P2连线与玻璃砖分界面法线的夹角适当增大C.选用宽度较大的玻璃砖D.平行移动玻璃砖在纸上的位置(2)该同学在插P4针时不小心插得偏左了一点,则折射率的测量值　　　　(选填“偏大”“不变”或“偏小”)。 (3)另一同学操作正确,根据实验记录在白纸上画出光线的径迹,过入射光线上A点作法线NN'的平行线交折射光线的反向延长线于B点,再过B点作法线NN'的垂线,垂足为C点,如图乙所示,其中OB∶OA∶BC=3∶2∶2,则玻璃砖的折射率n=　　　　。 13.(10分)如图,一个圆柱形储油桶的底面直径与高度均为d。当桶内没油时,从某点A恰好能看到桶侧面的E点,当桶中装满油时,仍沿AE方向看去,恰好看到桶底边缘的B点。已知B、E两点相距d2,光在真空中传播的速度为c,不考虑桶壁的反射,求:(1)油的折射率;(2)来自B点的光在油中传播的最长时间。14.(12分)石英玻璃作为光纤材料,可以显著降低光信号的衰减,这一发现开启了光纤通信的新时代,使得长距离数据传输成为可能,极大地促进了全球信息技术的进步。如图模拟光纤通信,将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成34圆环,已知玻璃的折射率为2,光在真空中传播的速度为c。光纤在转弯的地方不能弯曲太大,要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求:(1)圆环内径R的最小值;(2)在(1)问的情况下,从A端最下方入射的光线,到达B端所用的时间。15.(14分)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射,折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。(1)求sin θ;(2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。答案1.B　偏振现象是横波特有的,用偏振眼镜观看立体电影,说明光是横波,A错误;增透膜通过薄膜干涉使从膜前后表面反射的两列反射波干涉相消,光学镜头上的增透膜是利用光的干涉原理,B正确;发生干涉需满足频率相同、相位差恒定、振动方向相同,激光相干性好,但并非任意两束激光都能发生干涉,C错误;刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象,D错误。2.C　甲图是圆孔衍射图样,乙图是双缝干涉图样,丙图是圆盘衍射形成的“泊松亮斑”,丁图是单缝衍射图样,故选C。3.C　光线射入水中,光的频率不变,A错误;光路图如图所示,摄影师看到的光源的位置S'比实际位置S偏高,B错误;当光线在水面的入射角为90°时,水中光线与竖直方向的夹角达到最大值,即临界角C,则水的折射率n=1sinC=43,C正确;光线射入水中后速度v=cn=2.25×108 m/s,D错误。4.D　在指纹凸部(脊线),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到其他地方,指纹模块接收到光线较暗,并不是因为干涉而光线较暗;在指纹凹部(谷线),入射光在棱镜界面发生全反射,指纹模块接收到光线较亮,因此指纹模块接收光线较暗的部位是指纹脊线,较亮的部位是指纹谷线,A、B错误。没有手指放入时,若光源正常发光,入射光在棱镜界面发生全反射,指纹模块上会接收到全亮图像,C错误。因玻璃的折射率大于水的折射率,手指湿润时,棱镜界面仍然有部分光能发生全反射,也有部分光无法发生全反射,使得指纹识别率降低,D正确。5.B　取线状灯带上某一点作为点光源,点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形,设此圆形的半径为R,点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图甲所示。由sin C=1n=34,可得tan C=37,根据几何关系可得R=h tan C=715×37 m=0.2 m,则一个点发出的光在水面上能看到R=0.2 m的圆,光射出的水面形状边缘为弧形。因为2R>0.35 m,所以四条红色线状灯带构成的发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图乙所示,故选B。　6.B　空气相对于玻璃是光疏介质,不满足全反射发生的条件,故光束不可能在O点发生全反射,A错误;由题图可知光束在O点的折射角为37°,玻璃的折射率n=sinθsin37°,光束在玻璃中的传播速度为v=cn=csin37°sinθ=3c5sinθ,由几何关系可知,该光束在玻璃中的传播路程为x=8R,光束在玻璃中的传播时间t=xv=40Rsinθ3c,换用波长更长的光束,玻璃对其折射率减小,光束在玻璃中的传播速度变大、传播路程减小,则传播时间t'D0,C错误;当A0与A直径相等时,sin θ=0,空气薄膜的厚度处处相等,不能形成图乙中的干涉条纹,D错误。8.BC　两束相同的单色细光线以相同的入射角θ射入不同浓度的甲、乙两杯乙醇水溶液中,由图2的偏折程度可知,甲溶液对光的折射率大于乙溶液对光的折射率,结合图1可知,甲溶液中的乙醇浓度高于乙溶液中的乙醇浓度,故A错误;由于甲溶液对光的折射率大于乙溶液对光的折射率,根据v=cn,所以光在甲溶液中的传播速度低于在乙溶液中的传播速度,B正确;根据λ=vf=cnf,所以光在甲溶液中的波长小于在乙溶液中的波长,C正确;光从空气(光疏介质)射入溶液(光密介质)不可能发生全反射现象,D错误。9.AB　光在分界面上发生折射时,根据折射定律有sinθ0sinθ1=n1、sinθ1sinθ2=n2n1、sinθ2sinθ3=n3n2,由此可得,若n1θ3,所以折射率越大,折射角越小,A、B正确,C错误;若n1=n2=n3=1.35,则sin θ1=sin θ2=sin θ3=sinθ0n1,由于θ1