第四章 光及其应用-【突破课堂】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册同步单元达标检测卷（教科版）

( 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) ( 姓名 班级 考号 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) 第四章　光及其应用 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。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.下列说法中不正确的是 (　　) A.3D电影利用了光的偏振现象 B.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的干涉现象 C.日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰 D.激光全息照相利用了激光相干性好的特性 2.小红利用如图1所示的装置,观察红光的干涉、衍射现象,其中P是光学元件,且P到光屏的距离恒定,实验中调节双缝间距或单缝宽度,在光屏上得到了如图2所示的甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是 (　　) 　　 A.甲对应的P是双缝,双缝间距较大 B.乙对应的P是双缝,双缝间距较大 C.丙对应的P是单缝,缝的宽度较大 D.丁对应的P是单缝,缝的宽度较小 3.利用光的干涉原理可以检测甲烷、二氧化碳等气体的浓度,具有精度高、操作简便的特点。如图为一甲烷检测仪的工作原理图,其中P点为双缝中垂线与光屏的交点。则 (　　) A.空气室和甲烷室内的介质不同,不能在光屏上观察到干涉条纹 B.P点出现亮条纹,可知此时甲烷室中没有甲烷 C.随着甲烷室中甲烷浓度的变化,光屏上相邻两干涉条纹的间距也相应变化 D.通过测量干涉条纹在光屏上的位移量,可以知道甲烷室中甲烷的浓度 4.一束光线穿过介质1、2、3时,光路如图所示,则 (　　) A.三种介质的折射率大小关系为n3>n1>n2 B.光在三种介质中的传播速度大小关系为v3>v1>v2 C.相对于介质1来说,介质2是光密介质 D.当入射角由45°逐渐增大时,在2、3分界面上可能发生全反射 5.光纤通信是一种现代化的通信手段,它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务。为了研究问题方便,可将光导纤维简化为一根长直玻璃柱,如图所示,设此玻璃柱长为L,折射率为n,已知从玻璃柱左端面射入玻璃内的光线在玻璃柱的侧面上恰好能发生全反射,最后从玻璃柱的右端面射出。设光在真空中的传播速度为c,则光通过此段玻璃柱所需的时间为 (　　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 6.某种透明材料制成的空心球体外径是内径的2倍,其过球心的某截面(纸面内)如图所示,一束单色光(纸面内)从外球面上A点射入,入射角为45°时,光束经折射后恰好与内球面相切于B点。已知真空中的光速为c,下列判断正确的是 (　　) A.该光在该透明材料中的传播速度为c B.该光束从A点入射,入射角变为30°时,恰好在内球面上发生全反射 C.该光束从A点入射,若入射角大于45°会在外球面上发生全反射 D.若用频率更高的单色光照射,光在透明材料中的传播速度可能为c 7.如图所示是一半径为R的固定半圆柱形玻璃砖的横截面,O点为圆心,OO'为水平直径MN的垂线,足够大的光屏PQ水平且与MN之间的距离为R,OO'延长线与光屏的交点为P。一束复色光沿半径方向与OO'成θ=30°角射向O点,已知复色光包含折射率从n1=到n2=的光束,因而光屏PQ上出现了彩色光带(LK)。下列说法不正确的是 (　　) A.P、L两点间的距离为R B.折射率为n2的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角为60° C.彩色光带的宽度为(-1)R D.复色光入射角θ逐渐增大,当θ角大于等于60°时,光屏PQ上的彩色光带将变成一个光点 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有错选的得0分) 8.对如图所示的图片、示意图或实验装置,下列判断准确无误的是 (　　) 　　　 A.甲图是小孔衍射的图样,也被称为“泊松亮斑” B.乙图是薄膜干涉的应用,用来检测平面的平整程度 C.丙图是双缝干涉原理图,若P到S1、S2的光程差是半波长的奇数倍,则P处是暗纹 D.丁图是薄膜干涉现象的实验装置图,在附有肥皂膜的铁丝圈上出现竖直干涉条纹 9.如图所示,竖直放置的半圆形玻璃砖可绕垂直于纸面且过圆心O的轴转动,圆心O与竖直放置的足够大的光屏距离d=20 cm,初始时半圆形玻璃砖的直径与光屏平行,一束激光对准圆心O、垂直于光屏射向玻璃砖,在光屏上O1点留下一光点。保持入射光不变,让玻璃砖绕O点沿顺时针方向转动α(α<90°)角,光屏上的光点也会移动,当α=30°时,光屏上光点位置距离O1点20 cm,已知sin 75°=。下列说法正确的是 (　　) A.玻璃砖转动后,光屏上的光点相对于O1点向下移动 B.该玻璃砖的折射率为 C.该玻璃砖的折射率为 D.当α满足sin α=时,光屏上的光点消失 10.如图所示,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为直径,一束由蓝光和黄光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃,分成两束单色光分别射到圆柱面的B、C两点,只考虑第一次射向圆弧的光线,下列说法正确的是 (　　) A.射到B、C两点的光分别是黄光、蓝光 B.光从O传到B与光从O传到C的时间相等 C.若从圆弧面只有一处光线射出,则一定是从B点射出 D.仅将复色光的入射点从O平移到D的过程中,可能出现从圆弧射出的两束光线平行 三、非选择题(本题共5小题,共57分) 11.(6分)某实验小组使用半圆柱玻璃砖测定玻璃的折射率,他们的操作步骤如下: A.用毫米刻度尺量出半圆柱玻璃砖的直径d,然后确定圆心的位置,记在玻璃砖上; B.在白纸上画一条直线作为入射光线,并在入射光线上垂直于纸面插两枚大头针P1和P2; C.让入射光线与玻璃砖的直径垂直,入射光线经过圆心O; D.以垂直于纸面且过圆心O的直线为轴,缓慢逆时针转动玻璃砖,同时调整视线方向,直到从玻璃砖下方恰好看不到P2和P1的像,然后沿半圆柱玻璃砖的直径画一条直线AB,以O为圆心、d为直径在白纸上画圆,过圆心O作直线AB的垂线,垂线与圆交于C点,过圆上的C点作垂直于OP1的直线交OP1于D,如图所示: (1)看不到P2和P1的像是因为发生了　　　　;  (2)若实验中只使用毫米刻度尺作为测量工具,要想测定玻璃砖的折射率,还需要测量　　　　(填“OD”或“CD”)的长度,记作l;  (3)玻璃砖的折射率的表达式为n=　　　　。  12.(8分)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图1所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。 　　 (1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左至右,表示各光学元件的字母排列最佳顺序应为C、　　　　、A。  (2)当测量头中的分划板中心刻线对齐某条纹的中心时,手轮上的示数如图2所示,该读数为　　　　 mm。  (3)在双缝干涉实验中,分别用绿色和红色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,绿光的干涉条纹间距Δx1与红光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1　　　　Δx2(填“>”“=”或“<”)。若实验中红光的波长为630 nm,双缝与屏幕的距离为1.00 m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5 mm,则双缝之间的距离为　　　　mm。  13.(12分)为了降低光通过照相机镜头等光学元件表面因反射造成的光能损失,人们在这些光学元件的表面镀上透明的薄膜,即增透膜(如图甲所示)。增透膜上、下两个表面的反射光会因发生干涉而相互抵消,从而增加了透射光的能量。若将照相机镜头的光学元件简化为矩形元件,某单色光垂直于光学元件上增透膜的上表面入射,如图乙所示,其中增透膜的厚度为d1,光学元件的厚度为d2。求: 　 (1)若增透膜对该单色光的折射率为n1,光学元件对该单色光的折射率为n2,光在空气中的速度近似为c,求该光穿过增透膜和光学元件的总时间t; (2)为了增强绿光的透射强度,需要在镜头前镀上折射率为n=1.4的增透膜,绿光在空气中的波长λ=560 nm,求增透膜的最小厚度dmin。 14.(15分)如图所示,一直角玻璃三棱镜置于空气中,∠A=30°,∠B=90°。一束极细的单色光从AB边上的某点射入,在三棱镜内经过一次反射后从BC边的中点D垂直射出。已知CD的长度为a,三棱镜对单色光的折射率为n=,光在真空中传播的速度为c。 (1)求出光在AB面上的入射角i; (2)求光在三棱镜中传播的时间。 15.(16分)如图甲所示,真空中的半圆形透明介质,半径为R,圆心为O,其对称轴为OA,一束单色光沿平行于对称轴的方向射到圆弧面上,光线到对称轴的距离为R,经两次折射后由右侧直径面离开介质。已知该光线的入射角和出射角相等,真空中的光速为c。求: (1)透明介质的折射率n; (2)单色光在介质中传播的时间t; (3)如图乙所示,将透明介质截取下半部分OAB,用黑纸覆盖OB。用该单色光平行于横截面,与界面OA成30°角入射,若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,求圆弧AB上有光射出的弧长L。 　 答案全解全析 1.B　3D电影利用光的偏振现象使观众观看电影时产生立体感,A说法正确;通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现象,B说法错误;反射光是偏振光,日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片滤掉水面的反射光,使水下的景象更清晰,这是利用光的偏振现象,C说法正确;激光全息照相利用激光相干性好的特性,获得两频率相同的光,进行光的干涉,D说法正确。故选B 2.A　题图2所示的条纹图样中,甲和乙都是平行等距的,是干涉条纹,则甲和乙对应的P是双缝;根据Δx=λ,由于甲条纹间距较小,则甲对应的双缝间距较大,A正确,B错误。题图2所示的条纹图样中,丙和丁中间宽两侧窄,是衍射条纹,则丙和丁对应的P是单缝;因丙的衍射现象较丁更明显,可知丙对应的单缝的宽度较小,C、D错误。 3.D　通过空气室和甲烷室的光的频率相同,能在光屏上观察到干涉条纹,A错误;只要满足光程差是波长的整数倍,就可以在P点出现亮条纹,不能据此判断甲烷室中有没有甲烷,B错误;双缝干涉条纹的间距Δx=λ,由于l、d、λ均不变,可知相邻两干涉条纹间距不变,C错误;光通过的介质浓度改变,干涉条纹相对原位置会在光屏上有位移,通过测量位移量,可以知道甲烷室中甲烷的浓度,D正确。 4.A　由题图可知,光从介质1射入介质2时,折射角大于入射角,则n1>n2,光从介质2射入介质3时,折射角小于入射角,则n2<n3,据光的可逆性知,光从介质2射向介质1或从介质2射向介质3时,入射角相等,从折射角的大小可判断n3>n1,所以有n3>n1>n2,A正确;因介质2的折射率最小,介质3的折射率最大,根据公式n=,可知光在介质2中的传播速度最大,在介质3中的传播速度最小,光在介质中的传播速度大小关系为v2>v1>v3,B错误;由A项分析可知,相对于介质1来说,介质2是光疏介质,C错误;光从介质2到介质3是从光疏介质到光密介质,全反射只有光从光密介质射向光疏介质时才能发生,所以在此界面上不会发生全反射,D错误。 5.A　光在玻璃柱中的传播速度为v=,光在玻璃柱的侧面上恰好发生全反射,则有sin C=,C为临界角,可得光在玻璃中沿玻璃柱方向传播的速度为v'=v sin C=,则光通过此段玻璃柱所需的时间为t==,故选A。 6.B　由题意知,入射角i=45°,光束经折射后恰好与内球面相切于B点,折射角r=∠BAO,由几何关系有sin r==,由折射定律有n==,则该光在透明材料中的传播速度v==c,故A错误;如图所示,设在A点的入射角为i'时,光束经折射后到达内球面上的C点,并在C点恰好发生全反射,则光束在内球面上的入射角∠ACD恰好等于临界角C,sin C=,代入数据得∠ACD=45°,由正弦定理有=,解得sin ∠CAO=,由折射定律有n=,解得sin i'=,可知此时的入射角为i'=30°,故B正确;光束从A点入射,是从光疏介质射入光密介质,不会发生全反射,光束以大于45°的入射角从A点射入透明材料后再从外球面射出时,根据几何关系可知光束在出射点的入射角等于光束在A点的折射角,根据光路的可逆性知光束能在材料内部从外球面射出,不会在外球面发生全反射,C错误;若用频率更高的单色光照射,折射率增大,由v=可知光在透明材料中的传播速度小于c,故D错误。 7.D　折射率为n1=的光射出玻璃砖时折射角最小,即射到L点,则n1=,解得β1=45°,P、L两点间的距离为PL=R tan 45°=R,A说法正确;折射率为n2=的光射出玻璃砖时折射角最大,即射到K点,则n2=,可得β2=60°,故B说法正确;彩色光带的宽度为KL=R tan 60°-R tan 45°=(-1)R,故C说法正确;折射率为n1、n2的两种光的临界角C1、C2分别满足sin C1==、sin C2==,可得C1=45°、C2<45°,故当θ=60°时光都已经发生了全反射,光不能射到光屏上,故D说法错误。 8.BC　题图甲是小孔衍射的图样,而“泊松亮斑”中央是亮点,选项A错误;题图乙是薄膜干涉的应用,用来检测平面的平整程度,选项B正确;题图丙是双缝干涉的原理图,若P到S1、S2的光程差是半波长的奇数倍,则P处是暗纹,若P到S1、S2的路程差是波长的整数倍,则P处是亮纹,选项C正确;题图丁是薄膜干涉现象的实验装置图,因为是等厚干涉,所以在附有肥皂膜的铁丝圈上会出现水平干涉条纹,选项D错误。 9.CD　玻璃砖转动后,画出此时的光路图,如图所示,则光屏上的光点相对于O1点向上移动,A错误;当α=30°时,入射角i=30°,根据几何关系可得θ满足tan θ===1,解得θ=45°,则折射角γ=45°+30°=75°,根据折射定律可得=,解得该玻璃砖的折射率n=,B错误,C正确;发生全反射时,设临界角为C,有sin C==,得α=C,此时恰好发生全反射,光屏上的光点消失,D正确。 10.BD　由于OB光的偏折程度比OC光的大,所以OB光的折射率较大,可知OB光是蓝光,OC光是黄光,故A错误;作光路图如图甲,设任一光线在O点处的入射角为i,折射角为r,光在玻璃中第一次传播到圆弧面的路程是s,半圆柱的半径为R,光在玻璃中的传播速度为v=,由几何知识得s=2R cos (90°-r)=2R sin r,则光在玻璃中传播的时间为t===,由折射定律得n sin r=sin i,得t=,由题意知两束光在O点处的入射角i相同,R、c相等,所以光从O传到B与光从O传到C所用的时间相等,故B正确;黄光在圆弧面的入射角小于蓝光的入射角,而且由sin C=可知黄光的临界角较大,所以蓝光比黄光更容易发生全反射,因此若从圆弧面只有一处光线射出,则一定是从C点射出,故C错误;设复色光的入射点从O平移到D的过程中,在某位置射入并从圆弧射出的两束光线入射角分别为i1、i2,折射角分别为r1、r2,如图乙所示,由数学知识可知,可能出现从圆弧射出的两束光线平行且满足n蓝=,n黄=,故D正确。 甲 乙 11.答案　(1)全反射(2分)　(2)CD(2分)　(3)(2分) 解析　(1)当玻璃中的入射角等于光全反射的临界角时,空气中的折射光线恰好消失,故看不到P2和P1的像是因为发生了全反射。 (2)根据n=,C为光线发生全反射的临界角,在本实验中,∠DOC等于临界角,sin∠DOC=,其中OC=,为了计算临界角正弦值,需要测量CD的长度。 (3)玻璃砖的折射率n===。 12.答案　(1)E、D、B(2分)　(2)0.695(0.694~0.696均可)(2分)　(3)<(2分)　0.3(2分) 解析　(1)为获取单色线光源,白光光源后面要有滤光片、单缝、双缝,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、E、D、B、A。 (2)固定刻度读数为0.5 mm,可动刻度读数为19.5×0.01 mm=0.195 mm,该读数为0.5 mm+0.195 mm=0.695 mm。 (3)绿光的波长小于红光的波长,由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ,可知绿光的干涉条纹间距Δx1小于红光的干涉条纹间距Δx2。红光的波长λ=630 nm=6.3×10-7 m,双缝与屏幕的距离为l=1.00 m,干涉条纹间距Δx= mm=2.1×10-3 m,由公式Δx=λ解得双缝之间的距离d=3×10-4 m=0.3 mm。 13.答案　(1)　(2)100 nm 解析　(1)单色光在增透膜中的传播速度v1满足n1= (1分) 单色光在光学元件中的传播速度v2满足n2= (1分) 又因为t=+ (1分) 解得t=。 (2分) (2)增透膜上、下两个表面的反射光因发生干涉而相互抵消,则光程差等于半波长的奇数倍,设绿光在增透膜中的波长为λ',则有2d=(2k+1)(k=0,1,2,3,…) (2分) 又n= (1分) 解得d=(2k+1)(k=0,1,2,3,…) (2分) 当k=0时增透膜厚度最小,dmin= (1分) 代入数据解得dmin=100 nm。 (1分) 14.答案　(1)45°　(2) 解析　(1)根据题意,作光路图如图所示。 (1分) 根据几何关系有α=60°,r=30° (2分) 根据折射定律得n= (1分) 解得i=45°。 (2分) (2)由几何关系得DF==a (1分) AF=2×EF×cos 30° (1分) AF=CF=2a (1分) 解得EF=a (1分) 光在棱镜中的路程s=EF+DF (1分) 光在棱镜中传播的速度v= (1分) 则光在棱镜中传播的时间t= (1分) 联立解得t=。 (2分) 15.答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)如图所示,设第一次折射的入射角和折射角分别为i1和r1,第二次折射的入射角和折射角分别为i2和r2,由于光线到对称轴的距离为R,则有sin i1=,得i1=60° (2分) 由几何知识知i1=r1+i2=60° (1分) 解得r1=i2=30° (1分) 则透明介质的折射率n==。 (1分) (2)光在介质中的传播速度v= (1分) 光在介质中传播的距离L= (1分) 则单色光在介质中传播的时间t==。 (1分) (3)设从O点入射到透明介质的光线由圆弧的C点出射,如图所示 (1分) 则n= (1分) 解得α=30° (1分) 设从D点入射的光线经折射后到达E点时,刚好发生全反射,则sin β== (1分) 解得β=35° (1分) 由几何知识可得r=35° (1分) 则圆弧AB上有光射出的是,弧长为L=×2πR=。 (2分) 学科网（北京）股份有限公司 $$