第四章《光》单元测试-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第四章《光》单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 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．关于薄膜干涉，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹中的暗条纹是光在薄膜的前后两表面反射形成的两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 B．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的一侧观察 C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等 D．将肥皂膜竖直放置观察酒精灯火焰的干涉条纹时，条纹是等宽的 2．关于光的干涉、衍射、偏振等现象，下列说法正确的是（　　） A．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 B．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑是光的衍射现象 C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样是光的干涉现象 D．利用偏振片可以观察到光的偏振现象，说明光是纵波 3．用双缝干涉实验装置得到自然光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上蓝色滤光片，在光屏上形成了清晰的蓝色干涉条纹。现仅将光源与单缝之间的蓝色滤光片换为红色滤光片，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹消失 B．干涉条纹间距变大 C．中央条纹变成暗条纹 D．彩色条纹中的红色条纹消失 4．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的光包含两种单色光，分别为红光和绿光。光从如图乙所示水面上的圆形区域中射出，该区域分为Ⅰ、Ⅱ两部分，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为绿色单色光 B．区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为红色单色光 C．区域Ⅰ为红色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光 D．区域Ⅰ为绿色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光 5．杨氏双缝干涉实验被誉为史上“最美”的十大物理实验之一、关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　） A．用单色光做杨氏双缝干涉实验时，若仅减小屏与双缝间的距离，则条纹间距变大 B．杨氏双缝干涉实验中，将单缝与双缝的位置互换，仍能得到干涉图样 C．用单色光做杨氏双缝干涉实验时，若将双缝中的一条遮住，光屏上将只剩下一条亮纹 D．用白光做双缝干涉实验时产生的条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同 6．如图，一透明圆柱体轴线上有一点光源向下底面发射红光，下底面恰好有一半的面积有光透出。不考虑二次反射，则下列做法可以使下底面透出光的面积变大的是（　　） A．将点光源向上移动 B．将点光源向下移动 C．将点光源向左移动 D．将点光源发出的光改为绿光 7．沙漠中地面附近的空气温度变化明显，导致空气密度的分布不均，光线传播过程中可能发生折射与全反射现象，从而出现海市蜃楼的奇景。如图所示，在光线从实物到人眼的传播过程中，下列说法正确的是（　　） A．空气对光的折射率逐渐增大 B．空气对光的折射率先增大后减小 C．光的频率先增大后减小 D．光的传播速度先增大后减小 2、 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是（　　） A．彩虹的成因是光的反射 B．彩虹的成因是光的折射 C．彩虹的倒影是由光的折射引起的 D．彩虹的倒影是由光的反射引起的 9．一个均匀的透明圆柱体切成横截面如图所示的柱体，一束平行光从空气垂直平面AB方向射入柱体，关于这束光初次在柱体内到达圆弧形界面ACB时，下列说法正确的是（　　） A．从区域II入射的所有光线都不会发生全反射 B．从区域II入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 C．从区域I、III入射的所有光线都不会发生全反射 D．从区域I、III入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 10．如图所示，水面下有两个单色光点光源S1、S2，S1离水面的距离比S2小，两个点光源发出的光照亮水面形成的光斑面积相等，则S1发出的光与S2发出的光相比（　　） A．频率高 B．在水中传播速度大 C．在水面发生全反射临界角大 D．经同一干涉装置形成的干涉条纹间距小 3、 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）在利用“插针法”测定玻璃的折射率实验中。 (1)下列操作可以减小实验误差的是___________。 A．、及、之间的距离适当大些 B．入射角适当小些 C．入射角适当大些 D．若有几块厚度不同的玻璃砖，应选用厚度较小的 (2)正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示，此玻璃的折射率计算式 。（用图中的、表示） (3)实验小组内的学生在实验中，为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的和都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图乙所示），以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 12．（8分）某同学要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图甲所示. (1)图甲中虚线框位置的组件名称是 ，它的作用是获得 光； (2)做实验时，该同学先将测量头的分划板中心刻度线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的刻度如图乙所示，读数为 mm； (3)该同学接着转动手轮，当分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐时，读数是17.332mm，已知装置中双缝间距为0.2mm，双缝到屏的距离是1.0m，则测得此单色光的波长为 m（保留两位有效数字）； (4)在其他条件不变的情况下，仅将光的波长换成较大的做实验，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距 （填“变大”“变小”或“不变”）. 13．（10分）如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，其中∠b = 90°，∠c = 60°，bc的长度为6L，某种颜色的细光束从ac边上的d点垂直射入三棱镜，cd = 4L，折射光线射到ab边上的e点，出射光线与ab的夹角θ = 45°，反射光线射到bc边上的f点，已知光在真空中的传播速度为c，求： (1)三棱镜对此单色光的折射率，并通过计算判断bc边是否有光线射出； (2)光线从d点经e点到f点的传播时间。 14．（14分）如图所示，手机防窥膜的原理可以解释为“超微细百叶窗技术”，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对每一个像素单元的可视角度的控制。发光像素单元紧贴手机屏幕，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。若屏障的高度为，相邻屏障的间隙为。求： (1)点光源在透明介质中对应的最大入射角； (2)若要使最大入射角的光线能从透明介质射入空气中，透明介质的折射率应该满足什么条件？ 15．（16分）如图，一个半径为R，折射率为的半球形透明介质，O点为球心，以及一个等腰直角三角形的玻璃砖SMN，B为MN中点，BO垂直斜边，长度为，MN与PQ平行且相等，一束单色光从SM边中点A垂直SM进入玻璃砖，依次到达B、C、D点，光路图如图所示，OC的长度为，光在真空中的传播速度为c。求： (1)玻璃砖的折射率； (2)光线从的时间； (3)不考虑反射光线，如图所示的光路图到达D点是否有光线射出？ 11．（6分） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章《光》单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 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．关于薄膜干涉，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹中的暗条纹是光在薄膜的前后两表面反射形成的两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 B．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的一侧观察 C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜的厚度处处相等 D．将肥皂膜竖直放置观察酒精灯火焰的干涉条纹时，条纹是等宽的 【答案】B 【详解】A．薄膜前后两个面反射的光波的光程不同，在一些地方，波峰（波谷）与波峰（波谷）相遇，相互加强，出现亮条纹，在另一些地方，波峰（波谷）与波谷（波峰）相遇，相互削弱，出现暗条纹，A错误； B．人眼观察到的条纹是膜前、膜后反射光波叠加的结果，因此人应与入射光在同一侧观察，B正确； C．干涉条纹是等间距的平行线时，说明薄膜是理想的劈尖干涉，即薄膜厚度是均匀变化的，C错误； D．将肥皂膜竖直放置,由于重力的作用，使下侧的肥皂膜厚度厚些，而上侧肥皂膜厚度薄些，从而形成干涉条纹，但宽度不同，肥皂膜厚的地方条纹较宽，肥皂膜薄的地方条纹较窄，D错误。 故选B。 2．关于光的干涉、衍射、偏振等现象，下列说法正确的是（　　） A．因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 B．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑是光的衍射现象 C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样是光的干涉现象 D．利用偏振片可以观察到光的偏振现象，说明光是纵波 【答案】B 【详解】A．衍射是波的特有现象，激光的方向性好，激光仍然能发生衍射现象，故A错误； B．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑，这是泊松亮斑，是光的衍射现象，故B正确； C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样是光的衍射现象，故C错误； D．利用偏振片可以观察到光的偏振现象，说明光是横波，故D错误。 故选B。 3．用双缝干涉实验装置得到自然光的干涉条纹后，在光源与单缝之间加上蓝色滤光片，在光屏上形成了清晰的蓝色干涉条纹。现仅将光源与单缝之间的蓝色滤光片换为红色滤光片，下列说法正确的是（   ） A．干涉条纹消失 B．干涉条纹间距变大 C．中央条纹变成暗条纹 D．彩色条纹中的红色条纹消失 【答案】B 【详解】ACD．仅将光源与单缝之间的蓝色滤光片换为红色滤光片，则在光屏上形成红色干涉条纹，中央条纹仍为亮条纹，故ACD错误； B．根据 由于红色光的波长大于蓝色光的波长，所以干涉条纹间距变大，故B正确。 故选B。 4．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的光包含两种单色光，分别为红光和绿光。光从如图乙所示水面上的圆形区域中射出，该区域分为Ⅰ、Ⅱ两部分，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为绿色单色光 B．区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为红色单色光 C．区域Ⅰ为红色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光 D．区域Ⅰ为绿色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光 【答案】B 【详解】由题意可知，光线发生全反射时，临界角满足 因为红光和绿光的折射率，所以红光和绿光的临界角。所以绿光先发生全反射，红光后发生全反射，故区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为红色单色光。 故选B。 5．杨氏双缝干涉实验被誉为史上“最美”的十大物理实验之一、关于杨氏双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　） A．用单色光做杨氏双缝干涉实验时，若仅减小屏与双缝间的距离，则条纹间距变大 B．杨氏双缝干涉实验中，将单缝与双缝的位置互换，仍能得到干涉图样 C．用单色光做杨氏双缝干涉实验时，若将双缝中的一条遮住，光屏上将只剩下一条亮纹 D．用白光做双缝干涉实验时产生的条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同 【答案】D 【详解】A．由双缝干涉条纹间距公式可知，用单色光做杨氏双缝干涉实验时，若仅减小屏与双缝间的距离，则条纹间距变小，故A错误； B．杨氏双缝干涉实验的主要困难是得到相干光源，用单缝得到线光源，然后利用双缝得到相干光源，将单缝与双缝的位置互换，无法发生双缝干涉现象，故B错误； C．若将双缝中的一条遮住，将发生衍射现象，光屏上有明暗相间的条纹，中央亮纹亮且宽，其余亮纹的亮度逐渐减弱，故C错误； D．用白光做双缝干涉实验时产生的条纹是彩色的，其原因是不同色光的波长不同，条纹间距不同，故D正确。 故选D。 6．如图，一透明圆柱体轴线上有一点光源向下底面发射红光，下底面恰好有一半的面积有光透出。不考虑二次反射，则下列做法可以使下底面透出光的面积变大的是（　　） A．将点光源向上移动 B．将点光源向下移动 C．将点光源向左移动 D．将点光源发出的光改为绿光 【答案】A 【详解】设光线在底面A点刚好发生全反射，如图所示 A．将点光源向上移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射底面A点向左移动，即底面透出光的圆形半径变大，则底面透出光的面积变大，故A正确； B．将点光源向下移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射底面A点向右移动，即底面透出光的圆形半径变小，则底面透出光的面积变小，故B错误； C．将点光源向左移动，则图中透出光的圆形向左移动，不会使底面透出光的面积变大，故C错误； D．将点光源发出的光改为绿光，由于绿光的频率大于红光的频率，圆柱体对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据全反射临界角公式 可知绿光发生全反射的临界角小于红光发生全反射的临界角，则底面透出光的圆形半径变小，底面透出光的面积变小，故D错误。 故选A。 7．沙漠中地面附近的空气温度变化明显，导致空气密度的分布不均，光线传播过程中可能发生折射与全反射现象，从而出现海市蜃楼的奇景。如图所示，在光线从实物到人眼的传播过程中，下列说法正确的是（　　） A．空气对光的折射率逐渐增大 B．空气对光的折射率先增大后减小 C．光的频率先增大后减小 D．光的传播速度先增大后减小 【答案】D 【详解】AB．光线下行过程中，折射角逐渐增大，上行过程中，折射角逐渐减小，则空气对光的折射率先减小后增大，故A、B错误； C．光的频率由光源决定，光发生折射时，光的频率不变，故C错误； D．根据 光线传播过程中，光的传播速度先增大后减小，故D正确； 故选D。 2、 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是（　　） A．彩虹的成因是光的反射 B．彩虹的成因是光的折射 C．彩虹的倒影是由光的折射引起的 D．彩虹的倒影是由光的反射引起的 【答案】BD 【详解】AB．彩虹的成因是光的折射引起的，故A错误，B正确； CD．倒影的形成是因为光在水面上发生了反射，故C错误，D正确。 故选BD。 9．一个均匀的透明圆柱体切成横截面如图所示的柱体，一束平行光从空气垂直平面AB方向射入柱体，关于这束光初次在柱体内到达圆弧形界面ACB时，下列说法正确的是（　　） A．从区域II入射的所有光线都不会发生全反射 B．从区域II入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 C．从区域I、III入射的所有光线都不会发生全反射 D．从区域I、III入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关 【答案】BC 【详解】AB．II部分光线垂直AB射入圆柱体，方向不变射到圆柱体的内表面上，能否全部射出圆柱体，要看光线能否发生全反射，根据全反射的条件：入射角大于等于临界角，可知，II部分光线能否全部射出与透明体的临界角有关，由全反射临界角公式，知临界角与折射率有关，所以II部分光线能否全部射出与透明体的折射率有关，故A错误，B正确。 CD．I、Ⅲ两部分光线射入圆柱体时的折射角等于再射到圆柱体内表面上的入射角，根据光路可逆性分析可知，光线不能发生全反射，一定能从透明体射出，故C正确，D错误。 故选BC。 10．如图所示，水面下有两个单色光点光源S1、S2，S1离水面的距离比S2小，两个点光源发出的光照亮水面形成的光斑面积相等，则S1发出的光与S2发出的光相比（　　） A．频率高 B．在水中传播速度大 C．在水面发生全反射临界角大 D．经同一干涉装置形成的干涉条纹间距小 【答案】BC 【详解】AC．由于光斑面积相同，根据几何关系可知发出的光在水面发生全反射临界角大，根据 可知发出的光折射率小，频率低，故A错误，C正确； B．根据 可知发出的光在水中传播速度大，故B正确； D．根据 可知波长长，由条纹间距公式 可知经同一干涉装置发出的光形成的干涉条纹间距大，故D错误。 故选BC。 3、 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）在利用“插针法”测定玻璃的折射率实验中。 (1)下列操作可以减小实验误差的是___________。 A．、及、之间的距离适当大些 B．入射角适当小些 C．入射角适当大些 D．若有几块厚度不同的玻璃砖，应选用厚度较小的 (2)正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示，此玻璃的折射率计算式 。（用图中的、表示） (3)实验小组内的学生在实验中，为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的和都比实际的折射面向外侧平移了一些（如图乙所示），以后的操作都正确无误，并仍以和为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的值将 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】(1)AC (2) (3)偏小 【详解】（1）A．、及、之间的距离适当大些，可以减小在确定光线方向时的误差，A正确； BC．入射角适当大些可减小测量角度时的误差，B错误，C正确； D．若有几块厚度不同的玻璃砖，应选用厚度较大的，可减小确定光线方向时的误差，D错误。 故选AC。 （2）根据光路图可得玻璃的折射率计算式 （3）如图所示，该同学画出的和都比实际侧面向外侧平移了一些，但在画光路图时，将入射点、出射点分别确定在、上，如图，实线表示实际的光路图，虚线表示该同学画出的光路图，可见入射角测量没有误差，而折射角偏大，则根据折射定律得知，测出的折射率将偏小。 12．（8分）某同学要用双缝干涉测量某种单色光的波长，其实验装置如图甲所示. (1)图甲中虚线框位置的组件名称是 ，它的作用是获得 光； (2)做实验时，该同学先将测量头的分划板中心刻度线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的刻度如图乙所示，读数为 mm； (3)该同学接着转动手轮，当分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐时，读数是17.332mm，已知装置中双缝间距为0.2mm，双缝到屏的距离是1.0m，则测得此单色光的波长为 m（保留两位有效数字）； (4)在其他条件不变的情况下，仅将光的波长换成较大的做实验，则光屏上相邻两亮条纹的中心间距 （填“变大”“变小”或“不变”）. 【答案】(1) 滤光片 单色 (2)2.331/2.332/2.333/2.334 (3)6.0×10-7 (4)变大 【详解】（1）[1][2]图甲中虚线框位置的组件名称是滤光片，它的作用是获得单色光； （2）手轮上的刻度读数为2mm+0.01mm×33.2=2.332mm （3）条纹间距 根据 可得 （4）在其他条件不变的情况下，仅将光的波长换成较大的做实验，根据 则光屏上相邻两亮条纹的中心间距变大。 13．（10分）如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，其中∠b = 90°，∠c = 60°，bc的长度为6L，某种颜色的细光束从ac边上的d点垂直射入三棱镜，cd = 4L，折射光线射到ab边上的e点，出射光线与ab的夹角θ = 45°，反射光线射到bc边上的f点，已知光在真空中的传播速度为c，求： (1)三棱镜对此单色光的折射率，并通过计算判断bc边是否有光线射出； (2)光线从d点经e点到f点的传播时间。 【答案】(1)，没有 (2) 【详解】（1）光线在e点的入射角为i = 30°，折射角 则折射率 因为临界角满足 可知 光线射到f点的入射角为60° > C，可知光线bc边发生全反射，无光线射出； （2）由几何关系可知，ac = 12L，ad = 8L，则 则光线从d点经e点到f点的传播路程 根据 则时间 14．（14分）如图所示，手机防窥膜的原理可以解释为“超微细百叶窗技术”，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对每一个像素单元的可视角度的控制。发光像素单元紧贴手机屏幕，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。若屏障的高度为，相邻屏障的间隙为。求： (1)点光源在透明介质中对应的最大入射角； (2)若要使最大入射角的光线能从透明介质射入空气中，透明介质的折射率应该满足什么条件？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）当光线沿着屏障上边缘射向透明介质与空气的分界面时入射角最大 由几何关系可得，入射角满足 故最大入射角为 （2）当光线在透明介质与空气的分界面发生全反射时，则有 解得 若要使最大入射角的光线能出射到空气中，则透明介质的折射率 15．（16分）如图，一个半径为R，折射率为的半球形透明介质，O点为球心，以及一个等腰直角三角形的玻璃砖SMN，B为MN中点，BO垂直斜边，长度为，MN与PQ平行且相等，一束单色光从SM边中点A垂直SM进入玻璃砖，依次到达B、C、D点，光路图如图所示，OC的长度为，光在真空中的传播速度为c。求： (1)玻璃砖的折射率； (2)光线从的时间； (3)不考虑反射光线，如图所示的光路图到达D点是否有光线射出？ 【答案】(1) (2) (3)D点无光线射出 【详解】（1）光路如图所示 设在MN面上光线的折射角为，在直角三角形BOC中，由几何知识可知 所以玻璃砖的折射率 解得 （2）光线在玻璃砖中的传播速度为 由几何知识可知，光线在玻璃砖和半球形透明介质中的传播路程分别为 ， 故光线从的时间 解得 （3）设在PQ面上光线的折射角为，半球形透明介质的折射率 解得 在三角形OCD中，设角ODC为，根据正弦定理有 解得 在圆弧PQ界面光线发生全反射的临界角满足 解得 则 故D点恰好无光线射出。 11．（6分） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$