第四章 光 单元检测试卷-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

2025--2026 学年上学期高二年级物理第四章光单元检测试卷 满分：100 分 考试时间：75 分 一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．自然光照射在防蓝光眼镜片上，反射形成蓝紫色的像。原理与下列相同的是（　　） A．光导纤维 B．彩色肥皂膜 C．泊松亮斑 D．立体电影 2．下列四幅光学图像中属于双缝干涉现象的是（　　） A． B． C． D． 3．如图所示，有一束由紫光和红光组成的复色光平行于等边三棱镜截面ABC从空气射向E点，并偏折到G点和F点。已知入射方向与边AB的夹角，E、F分别为边AB、BC的中点，则（　　） A．EG光束为紫光 B．该棱镜对红光的折射率为 C．增大时，在BC外侧观察到红光先消失 D．EG光束和EF光束分别通过同一双缝干涉装置，EG光束产生的干涉条纹间距大 4．如图所示，一束单色光从厚度为的玻璃砖的上表面点射入，在下表面点反射的光线经上表面点射出，出射光线相对入射光线偏转。已知三点连线组成等边三角形。光在真空中传播的速度为。则该单色光在玻璃砖中经MPN传播所需要的时间为（　　） A． B． C． D． 5．为实现高精度环境监测，某团队研发了一款基于光的全反射原理的光纤传感模块，其核心部件为一等腰直角三棱镜，棱镜折射率，光纤射出的一束单色光从边的中点平行于边射入棱镜，传播过程始终在棱镜截面内。已知光在真空中的速度为，下列说法正确的是（　　） A．该棱镜对该单色光的临界角为 B．该单色光在边会发生全反射 C．该单色光在棱镜中的传播速度为 D．若增大棱镜折射率，临界角会变大 6．某同学从圆柱形玻璃砖上截下图甲所示部分柱体平放在平板玻璃上，其横截面如图乙所示，1、2分别为玻璃柱体的上、下表面，3、4分别为平板玻璃的上、下表面。现用单色光垂直照射玻璃柱体的上表面，下列说法正确的是（　　） A．干涉图样是单色光在1界面和2界面的反射光叠加后形成的 B．从上向下，能看到明暗相间的圆环，且内环密外环疏 C．从上向下，能看到干涉图样是左右对称的 D．若干涉图样在某个位置向中间弯曲，表明平板玻璃上表面在该位置有小凸起 7．在芯片制造的晶圆检测环节，技术人员常利用空气劈尖干涉原理检验硅片表面的平整度。检测时将标准玻璃板放在待测硅片上方，两板之间形成空气薄膜，用单色光竖直照射该空气薄膜以观察干涉条纹，如图所示。基于该检测原理，下列说法正确的是（　　） A．若干涉条纹向空气薄膜变薄的方向弯曲，说明硅片对应位置的表面向上凸起 B．若玻璃板与硅片的夹角减小，观察到的干涉条纹间距会增大 C．若换用频率更高的单色光，观察到的干涉条纹间距会增大 D．若将两板间的空气替换为折射率更大的透明气体，观察到的干涉条纹间距会增大 8．下列说法正确的是（　　） A．图①为两种不同频率的单色光通过水滴的光路图，若光分别通过同一双缝干涉装置，光的相邻亮条纹间距较小 B．图②中为在水面上振动的波源，为在水面上的两块挡板，要使处水也能发生振动，则波源的频率应该变大 C．图③是一个单摆做受迫振动时振幅与驱动力的频率的关系图，由此判断出该单摆摆长约为1m D．图④救护车向右运动的过程中，静止的两人听到警笛声的频率为 9．高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被人们尊称为光纤之父。如图所示，光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射，以折线的形式沿着光纤传播。下列说法正确的是（　　） A．纤芯的折射率小于包层的折射率 B．减小光在入射端的入射角i，光在光纤中的传播时间将减小 C．光的波长增大时，纤芯对光的折射率将增大 D．光的波长增大时，其在纤芯中的传播速度将增大 10．类似光学折射，电场中质子束的“折射”可定义折射率（α为入射角，β为折射角），如图，长方形区域内有竖直电场，ab、cd间电势差质子（质量m、电荷量q）水平速度恒为v，从ab边入射时速度与法线夹角为α，从cd边出射时速度与法线夹角为β，已知ab、cd间距离为L，下列说法正确的是（　　） A．电场的“折射率”n=cosα B．当质子恰好发生“全反射”时，入射角α满足 C．若质子在电场中发生“全反射”，则入射点与出射点的水平距离s满足s≤2L D．仅增大电势差U，“全反射”的临界角会增大 二、实验题 11．在用双缝干涉测光的波长的实验中，请按照题目要求回答下列问题。 (1)甲、乙两图都是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是 （填“甲”或“乙”）。 (2)将下表中的光学元件放在图丙所示的光具座上组装成用双缝干涉测光的波长的实验装置，并用此装置测量绿光的波长。 元件代号 A B C D E 元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透绿光的滤光片 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，表示各光学元件的排列顺序应为 。（填写元件代号） (3)在光屏上得到的干涉图样如图丁所示，分划板在图中A位置时游标卡尺（20分度）如图戊所示，则其读数 mm；在B位置时游标卡尺读数为。 (4)已知该装置中双缝间距d，双缝到光屏的距离L，则实验中计算波长的表达式 （用d、L、x1、x2符号表示） 12．某实验小组用激光笔测量平行玻璃砖的折射率。步骤如下：光屏与玻璃砖平行放置，记录屏MN和玻璃砖abcd的位置；用激光笔以一定角度照射玻璃砖，记录入射点O1和屏上光点S1的位置；移走玻璃砖，记录屏上光点S2的位置；做相应辅助线，其中，，O1、O2、Q在一条直线上；用刻度尺测得：O2S1=9.90cm，O2Q=7.90cm，S1P=7.10cm，PQ=3.85cm。 (1)记录玻璃砖位置时，某同学用铅笔紧靠玻璃砖画线，这种操作 （选填“正确”或“错误”）； (2)根据所测数据计算玻璃砖的折射率n= （结果保留三位有效数字）； (3)若换用频率更大的激光进行实验，其他条件保持不变，观察到S1与S2的间距 （选填“变大”或“变小”）。 三、解答题 13．如图所示光屏竖直放置，一个半径为r的半圆形透明介质水平放置。一束光线由a、b两种频率的单色光组成。该光束与竖直方向成30°沿半径方向从圆周上的某点入射，此时光屏截取到三个光斑，分别位于P、Q、R位置，其中P为a光的光斑，Q为b光的光斑。若已知a光的折射率为，b光的折射率为1.5，真空中光速为c．求： (1)P、R之间的距离； (2)从光线进入介质开始计时，光线a和b到达光屏上P、Q点的时间差。 14．光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图（内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空），玻璃丝长AD=L，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c，求： (1)sinθ的值； (2)光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间。 15．导光管采光系统由采光装置、导光管和漫射装置组成，如图甲所示。某地铁站导光管采光系统中的半球形采光装置和圆柱形导光管过球心的截面如图乙所示，半球的直径，导光管长度，一束平行单色光在该竖直平面内从采光装置上方以与竖直方向成角的方向射入，已知采光装置对该单色光的折射率为，导光管底面到地铁站地面的距离为。求： (1)上有光照射到的区域长度是多少？ (2)当无采光装置和漫射装置（如图丙所示）时地面上左、右两侧光斑的最远距离是多少？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B D C B C B AC BD AB 1．B 【详解】自然光照射在防蓝光眼镜片上，反射形成蓝紫色的像应用的是光的薄膜干涉； A．光导纤维利用的是光的全反射现象，故A错误； B．彩色肥皂膜原理也是薄膜干涉，故B正确； C．泊松亮斑是光的衍射现象，故C错误； D．用偏振眼镜观看立体电影，原理是光的偏振现象，故D错误。 故选B。 2．B 【详解】A．图A是光的圆孔衍射图样，其特点是中央亮斑周围是明暗相间的同心圆环，且条纹不等间距，外侧条纹较密，故A错误； B．图B是光的双缝干涉图样，其特点是明暗相间、等间距、等宽度的平行直条纹，故B正确； C．图C是光经过圆形障碍物产生的衍射图样，即泊松亮斑，其特点是在阴影中心有一个亮斑，故C错误； D．图D是光的单缝衍射图样，其特点是中央亮条纹又宽又亮，两侧条纹较窄较暗，且条纹不等间距，故D错误。 故选B。 3．D 【详解】A．根据题图可知， EF光束的偏折角度大于EG光束，紫光折射率大于红光折射率，所以EF光束为紫光，故A错误； B．由几何知识知，对于EF光束，入射角为，折射角为，所以该棱镜对紫光的折射率为，故B错误； C．根据临界角与折射率的关系，紫光的临界角更小，所以增大时，在BC外侧观察到紫光先消失，故C错误； D．EG光束和EF光束分别通过同一双缝干涉装置，EG光束为红光，波长更大，根据条纹间距公式，所以EG光束产生的干涉条纹间距大，故D正确。 故选D。 4．C 【详解】由题意可知，光线在M点的入射角为，折射角为，折射率 单色光在玻璃砖中的速度 单色光在玻璃砖中经MPN传播所需要的时间 故选C。 5．B 【详解】A．根据临界角公式 代入数据解得，因此临界角并非60°，故A错误； B．该单色光平行于边射入边，因边与边垂直，该单色光垂直边入射，传播方向不变，沿水平方向到达边。等腰直角三棱镜中，该单色光到达边时的入射角等于45°（通过几何关系推导，入射光线与边的法线夹角为45°）。由于（临界角），满足全反射条件（光从光密介质射向光疏介质，且入射角≥临界角），因此该单色光在边会发生全反射，故B正确； C．光在介质中的传播速度与真空中光速的关系 解得，故C错误； D．由临界角公式可知，折射率增大时，减小，临界角会变小，故D错误。 故选B。 6．C 【详解】A．该情境下看到的干涉图样是薄膜干涉，是由单色光在2界面和3界面的反射光叠加后形成的，故A错误； B．从上向下看到的干涉图样应该是条状的，因中间圆弧面的倾角小，而两侧的倾角大，故中间稀疏，两侧密集，故B错误； C．左右两侧对称位置的薄膜厚度相同，条纹的明暗情况应相同，所以干涉图样是左右对称的，故C正确； D．干涉条纹在薄膜厚度相同的地方是连续的，当干涉图样在某个位置向中间弯曲时，表明可能玻璃板上表面在该位置有小凹陷，故D错误。 故选C。 7．B 【详解】A．根据空气劈尖干涉原理，干涉条纹向空气薄膜变薄的方向弯曲时，说明硅片对应位置的表面向下凹陷，而不是向上凸起，故A错误； B．当玻璃板与硅片的夹角减小时，空气薄膜的厚度变化变缓，根据干涉条纹间距与薄膜厚度变化的关系，观察到的干涉条纹间距会增大，故B正确； C．换用频率更高的单色光，其波长变短，根据干涉条纹间距与光的波长的关系，观察到的干涉条纹间距会减小，故C错误； D．将两板间的空气替换为折射率更大的透明气体，光在其中的传播速度变慢，波长变短，根据干涉条纹间距与光的波长的关系，观察到的干涉条纹间距会减小，故D错误。 故选B。 8．AC 【详解】A．图①中a光偏折程度比b光的大，说明a光折射率比b光的大，a光频率f比b光的高，由可知，a光波长更短，根据可知，若a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小，故A正确； B．图②中要使A处振动，则需要波的衍射更加明显才行，即波长更长才行，根据（v为波在介质中的波速）可知，频率越小、波长越长，则波的衍射更加明显，故B错误； C．图③为单摆受迫振动的共振曲线，共振时驱动力频率等于单摆固有频率。图像可知单摆固有频率等于0.5Hz，则单摆周期为，根据 解得，故C正确； D．图④中救护车向右运动，根据多普勒效应：声源靠近观察者时，观察者接收到的频率升高；远离时，频率降低，故，故D错误。 故选AC。 9．BD 【详解】A．发生全反射的条件是光由光密介质进入光疏介质，则纤芯的折射率大于包层的折射率，故A错误； B．减小光在入射端的入射角i，则光进入纤芯的折射角r减小，设光导纤维的长度为，根据几何关系可知光在纤芯中传播的路程为 可知光在纤芯中传播的路程变短，则传播时间将减小，故B正确； CD．光的波长增大时，光的频率减小，纤芯对光的折射率n将减小，根据可知，光在纤芯中的传播速度将增大，故C错误，D正确。 故选BD。 10．AB 【详解】A．定义折射率，质子水平速度恒为v，故入射速度 出射速度 由动能定理得 将代入，得 联立得n=cosα，故A正确； B．“全反射”类比光学，当折射角β=90°时恰好发生全反射，此时质子沿cd边运动，竖直分速度为0，此时 由动能定理得 又 将代入，得 化简得，故B正确； C．若质子恰好发生全反射，则 竖直方向初速度 由于恰好发生全反射，故竖直方向末速度为零，则 发生全反射时，质子从ab边射出，质子在电场中运动的总时间 质子水平方向的运动距离 这种情况水平位移最大，故，故C错误； D．当恰好发生全反射时，粒子运动到cd边时竖直方向的速度恰好减为零，有 将代入，得 当仅增大U时，减小，即减小，则“全反射”的临界角会减小，故D错误。 故选AB。 11．(1)甲 (2)CEDBA (3)101.10 (4) 【详解】（1）干涉条纹间距相等，明条纹宽度相等，衍射条纹中央明条纹最宽，两侧明条纹逐渐变窄，可知干涉图样是甲。 （2）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，表示各光学元件的排列顺序应为透绿光的滤光片、单缝、双缝、光屏，即由左至右，表示各光学元件的排列顺序应为CEDBA。 （3）根据游标卡尺的精确度为0.05mm，该读数为 （4）根据上述可知，相邻明条纹中心之间的间距 由于 解得 12．(1)错误 (2) (3)变大 【详解】（1）记录玻璃砖位置时，某同学用铅笔紧靠玻璃砖画线，这种操作错误。不能用玻璃砖替代直尺画线，避免划伤和污染玻璃的光学面，可以先在白纸上描出玻璃砖每个界面的两个点，然后取下玻璃砖再用直尺连成线。 （2） 如图所示，根据折射定律有 其中，，又O2S1=9.90cm，O2Q=7.90cm，S1P=7.10cm，PQ=3.85cm，可得折射率 （3）根据第（2）问的分析可知激光的入射光线和出射光线平行，换用频率更大的激光进行实验，折射率更大，则折射角更小，可知出射点O2向右偏移，可知屏上光点S1的位置向右偏移，可得S1与S2的间距变大。 13．(1) (2) 【详解】（1）设光线a在O点折射后的折射角为 ，根据折射定律可得 其中 解得，折射角为 则 解得 根据反射定律，反射角等于入射角，为，则 解得 所以，P、R之间的距离为 （2）光线a在介质中速度为 传播的时间为 光线a在真空中传播的路程为 传播时间为 光线a到达光屏上P点的时间为 光线b在介质中速度为 传播的时间为 设光线b在O点折射后的折射角为，则 光线b在真空中传播的路程为 传播时间为 光线b到达光屏上Q点的时间为 光线a和b到达光屏上P、Q点的时间差为 14．(1) (2) 【详解】（1）根据光的折射规律可得 由几何知识可得 结合题意可得 联立解得 （2）光在玻璃丝中传播的速度 作出光的折射光路图，如图所示 由几何关系有 传播时间 解得 15．(1) (2)6.45m 【详解】（1）根据题意，由折射定律画出光路图，如图所示 根据题意，由折射定律可得，解得 即r=45°，由几何关系可得 则AB界面有光照射到的区域长度为AC=AO+OC= （2）无采光装置和漫射装置时，根据题意有 可知单色光将在导光管中发生全反射，根据题意画出光路图，可得单色光由导光管中射出时的光路图如图所示 根据几何知识可知CD=3mtan45°=3m 由于对称性可得，无采光装置和漫射装置时地面上左、右两侧光斑的最远距离为x=2CD+d 解得x=6.45m 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $