章末达标检测4 光（Word练习）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册（人教版）江苏专版

(时间：75分钟　满分：100分) 一、单项选择题(共11小题，每小题4分，共44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．以下说法正确的是(　　) A．真空中蓝光的波长比红光的波长长 B．天空中的彩虹是由光的干涉形成的 C．光纤通信利用了光的全反射原理 D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变 解析　红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度相同，由λ＝，得红光波长比蓝光波长长，故选项A错误；天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B错误；光纤通信利用了光的全反射原理，选项C正确；机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v＝λf知，波长也不同，选项D错误。 答案　C 2．光从介质a射向介质b，如果要在a、b介质的分界面上发生全反射，那么必须满足的条件是(　　) A．b是光密介质，a是光疏介质 B．光在介质a中的速度必须大于在介质b中的速度 C．光的入射角必须大于或等于临界角 D．必须是单色光 解析　光从介质a射向介质b，要在a、b介质的分界面上发生全反射，则a是光密介质，b是光疏介质，故A错误；由上分析得知，a的折射率大于b的折射率，由v＝c/n得知，光在介质a中的速度小于在介质b中的速度，故B错误；要发生全反射，则光的入射角必须大于或等于临界角，故C正确；此光可以是单色光，也可以是复色光，故D错误。 答案　C 3．如图所示，一小孩在家长的陪同下，在游泳池的水面上沿直线以0.5 m/s的速度游泳，已知泳池内水的深度为 m，不考虑水面波动对视线的影响。t＝0时刻他看到自己正下方的水底有一小物块，t＝6 s时他恰好看不到小物块了，下列说法正确的是(　　) A．6 s后，小孩会再次看到水底的物块 B．水的折射率n＝ C．水的折射率n＝ D．t＝0时小孩看到的物块深度为 m 解析　t＝6 s时他恰好看不到小物块，则知光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角C，6 s后，入射角大于临界角，光线仍发生全反射，所以小孩不会看到池底的物块，故A错误；6 s内小孩通过的位移为s＝vt＝0.5×6 m＝3 m，根据全反射临界角公式得sin C＝，sin C＝＝＝，则n＝，选项B错误，C正确；t＝0时小孩看到的物块深度为h视＝＝ m，故D错误。 答案　C 4．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图，a、b光相比(　　) A．玻璃球对a光的折射率较小 B．玻璃球对a光的临界角较小 C．b光在玻璃球中的传播速度较大 D．b光在玻璃球中的传播时间较短 解析　由题图知，光线通过玻璃球后，b光的偏折角大，则玻璃球对b光的折射率较大，对a光的折射率较小，故A正确。因为a光的折射率较小，根据sin C＝知，玻璃球对a光的临界角较大，故B错误。因为b光的折射率较大，根据v＝知，b光在玻璃球中的传播速度较小，故C错误。b光在玻璃球通过的路程较大，传播速度较小，由t＝知，b光在玻璃球中的传播时间较长，故D错误。 答案　A 5．如图，一个三棱镜的截面为等腰直角△abc，∠a为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于bc边的方向射到ab边，进入棱镜后直接射到ac边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为(　　) A．　　　　　　　 B． C． D． 解析　设三棱镜的折射率为n，如图所示，由折射定律得n＝，又n＝，θ1＝45°，θ2＋C＝90°，联立以上各式解得：n＝，A对。 答案　A 6．如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带，a、b是其中的两单色光。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失。下面说法正确的是(　　) A．紫光最先消失 B．红光最先消失 C．a光在玻璃中的传播速度小于b光在玻璃中的传播速度 D．通过同一双缝发生干涉，a光相邻条纹间距小于b光相邻条纹间距 解析　玻璃对紫光的折射率最大，由sin C＝可知，紫光发生全反射的临界角最小，故紫光最先消失，选项A对，B错；由题图可知，玻璃对a光的折射率比对b光的折射率小，由n＝得v＝，故a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度 ，选项C错；由题图可知，玻璃对a光的偏折程度较小，故a光波长较长，若通过同一双缝发生干涉，a光相邻条纹间距大于b光相邻条纹间距，选项D错。 答案　A 7．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，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图所示。设此玻璃管长为L，折射率为n。已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出。设光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃管所需的时间为(　　) A． B． C． D． 解析　用C表示临界角，则有sin C＝，则光在玻璃管中的传播速度为v＝。光在沿玻璃管轴线的方向上做匀速传播。所用时间为t＝＝＝。故A正确。 答案　A 8．在用双缝干涉实验测量光的波长时，选用波长为6.0×10-7 m的橙光，光屏上P点恰好出现亮纹，如图所示，现仅改用其他颜色的可见光做实验，P点是暗纹。已知可见光的频率范围是3.9×1014～7.5×1014 Hz，则入射光的波长可能是(　　) A．8.0×10-7 m　　　　　 B．4.8×10-7 m C．4.0×10-7 m D．3.4×10-7 m 解析　光源发射波长为6.0×10-7 m的橙光时，光屏上的P点恰是距中心条纹的第二亮纹，当路程差是光波波长的整数倍时，出现亮条纹，则有光程差Δd＝2×6.0×10-7 m＝12×10-7 m 现改用其他颜色的可见光做实验，路程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹，光屏上的P点是暗条纹的位置，那么·n＝Δd＝12×10-7 m，(n＝1，3，5…) 当n＝1时，则λ1＝24×10-7 m，由f＝可知，f1＝1.25×1014 Hz； 当n＝3时，则λ2＝8×10-7 m，由f＝可知，f2＝3.75×1014 Hz； 当n＝5时，则λ3＝4.8×10-7 m，由f＝可知，f3＝6.25×1014 Hz； 当n＝7时，则λ4＝3.42×10-7 m，依据f＝可知，f4＝8.77×1014 Hz，故B可能，ACD不可能。 答案　B 9．平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有如图所示圆心角为θ的一段圆弧上有光射出(不考虑光在玻璃内的多次反射)。已知当入射光为a光时，θ＝60°，当入射光为b光时，θ＝90°，则(　　) A．该玻璃对a光的折射率为 B．该玻璃以b光的折射率为 C．在该玻璃中a光的速度比b光的速度大 D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小 解析　由题知a光全反射临界角为30°，由临界角公式sin C＝得该玻璃对a光的折射率na＝＝2，故A错误；由题知b光全反射临界角为45°，由临界角公式sin C＝得该玻璃对b光的折射率nb＝＝，故B错误；该玻璃对b光的折射率较小，根据v＝分析知，在该玻璃中b光的速度比a光的速度大，故C错误；该玻璃对a光的折射率较大，可知a光的频率较大，波长较短，而双缝干涉条纹的间距与波长成正比，所以用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距小，故D正确。 答案　D 10．如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列说法不正确的是(　　) A．光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B．光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率 C．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行 D．在真空中，光束Ⅱ的速度等于光束Ⅲ的速度 解析　两种色光都在玻璃砖的上表面发生的反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束Ⅰ是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确；由图知，光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度，根据折射定律可知玻璃对光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的折射率，故B错误；一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射入，经过折射、反射、再折射后，光线仍平行，这是因为光反射时入射角与反射角相等，改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，故C正确；在真空中，所有光的速度都相等，故D正确。 答案　B 11．(2024·山东卷)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　) A．滚珠b、c均合格 B．滚珠b、c均不合格 C．滚珠b合格，滚珠c不合格 D．滚珠b不合格，滚珠c合格 解析　单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的不相等，即滚珠c不合格，C正确。 答案　C 二、非选择题(共5小题，共56分) 12．(12分)(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： 图(a) 图(b) ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图(b)所示。 (1)关于该实验，下列说法正确的是__________(单选，填标号)。 A．入射角越小，误差越小 B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 (2)根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为________________(保留三位有效数字)。 (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 解析　(1)在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率测量的误差减小，A错误；与插针法测量相比，激光的平行度好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。 (2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R，则由几何关系可知sin α＝＝、sin β＝＝，根据折射定律可得玻璃砖的折射率n＝＝，结合题图(b)可知y-x图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率n＝＝1.58。 (3)由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。 答案　(1)B　(2)1.58(1.56～1.60均可) (3)不变 13．(8分)一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光源S，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为90°，如图所示。求： (1)液体的折射率； (2)液体表面亮斑的面积。 解析　(1)由几何关系r＝180°－30°－90°＝60° 则n＝＝。 (2)因为sin C＝＝， 则tan C＝，则r＝H 面积S＝πr2＝πH2。 答案　(1)　(2)πH2 14．(8分)(2024·山东卷)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。 解析　(1)设光在三棱镜中的折射角为α，则根据折射定律有n＝ 根据几何关系可得α＝30° 代入数据解得sin θ＝0.75。 (2)作出单色光线第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图所示 由几何关系可知FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有 sin C＝ 设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有 l＝R sin C 又xPE＝ 联立解得xPE＝R 故光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为。 答案　(1)0.75　(2) 15．(13分)如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射。已知θ＝15°，BC边长为2L，该介质的折射率为。求： (1)入射角i； (2)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c，可能用到：sin 75°＝或tan 15°＝2－)。 解析　(1)根据全反射定律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得 sin C＝① 代入数据得C＝45°② 设光线在BC面上的折射角为γ，由几何关系得 γ＝30°③ 由折射定律得n＝④ 联立③④式，代入数据得 i＝45°。⑤ (2)在△OPB中，根据正弦定理得＝⑥ 设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得 ＝vt⑦ v＝⑧ 联立⑥⑦⑧式，代入数据得t＝L。 答案　(1)45°　(2)L 16．(15分)如图所示，某透明介质的截面为直角三角形ABC，其中∠A＝30°，AC边长为L，一束单色光从AC面上距A为的D点垂直于AC面射入，恰好在AB面发生全反射，已知光速为c。 (1)求出该介质的折射率n； (2)画出该光束从射入该介质到穿出该介质的光路并求出相应的偏转角； (3)求出该光束从射入该介质到第一次穿出该介质经历的时间t。 解析　(1)由于光线垂直于AC面射入，故光线在AB面上的入射角为30°，由题意知，光线恰好在AB面上发生全反射，所以入射角等于临界角，则全反射临界角C＝θ＝30°，由全反射条件可求得 n＝＝＝2。 (2)如图所示光路图，原光线垂直于AC面射入，即DF方向(EO方向)，光线在BC面出射时与BC面垂直，即EG方向，所以偏转角为∠OEG＝60°。 (3)由图可知DF＝AD tan 30°＝， FE＝2DF＝，DE＝AD＝， 则EC＝，EG＝EC cos 30°＝。 故光在介质中的传播距离为 s＝DF＋FE＋EG＝， 光在介质中的传播速度v＝＝ 光在介质中的传播时间t＝＝。 答案　(1)2　(2)光路图见解析　60°　(3) 学科网（北京）股份有限公司 $