第四章 光 单元检测（三）-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第四章 光 单元检测（三） 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4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，8-10题每小题6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6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）。 1．炎热的夏天，远处的公路表面看起来像有积水，这种现象被称为“公路蜃景”，其成因是（　　） A．光的干涉 B．光的折射与全反射 C．光的偏振 D．光的衍射 2．下列四种情形中，与其余三种所涉及的光学原理不同的是（　　） A．透镜上方看到牛顿环 B．泊松亮斑 C．光经过大头针尖时产生条纹 D．抽制高强度纤维细丝时用激光监控其粗细变化 3．某兴趣小组用如图所示的装置做双缝干涉实验，图中单缝S到双缝、距离相等，光屏上O点到、距离也相等，一单色点光源发出的光经单缝、双缝到达光屏，形成明暗相间的等间距条纹。水平向左移动光屏少许，则O点处的条纹（　　） A．宽度变宽 B．宽度变窄 C．宽度不变 D．由亮条纹变成暗条纹 4．水中的气泡看起来特别明亮，这种现象属于光的（    ） A．全反射现象 B．折射现象 C．偏振现象 D．干涉现象 5．如图所示，一束太阳光入射至一六角形冰晶的表面，经折射后从侧面射出，已知图中为红光，为紫光。下列光路示意图可能正确的是（　　） A． B． C． D． 6．某同学利用如图所示的装置测量红光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，从目镜中可以观察到干涉条纹。已知光源所发的光为自然光。下列说法正确的是（　　） A．撤去单缝，依然可以观察到明暗相间的条纹 B．撤去滤光片，依然可以观察到明暗相间的条纹 C．撤去双缝，依然可以观察到明暗相间的条纹 D．减小双缝距离，可增加目镜中观察到的条纹个数 7．夏天的雨后经常可以看到美丽的彩虹。从物理学角度看，彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，如图是彩虹成因的简化示意图，a、b是两种不同频率的单色光出现的霓虹现象。入射光从P点以45°入射角射入球形雨滴，入射光线与出射单色光a之间的夹角为30°。已知球形雨滴的半径为R，真空中的光速为c，则下列说法中正确的是（　　） A．雨滴对a单色光的折射率为 B．a单色光在雨滴内的速度为 C．a单色光在雨滴内经历的时间为 D．a单色光的折射率比b单色光的折射率小 8．某科研小组对光的折射、全反射探究，从实验室找来匀质透明球体如图，球心为，半径为。通过激光笔发射一条沿平行于直径激光射向球体，图中，激光从射入球体经一次反射后由点（图中未标出）再次折射回，此时的出射光线刚好与入射光线平行，已知光在真空中的速度为，则（　　） A．球体的折射率为 B．球体的折射率为 C．光线从点射入到从点射出球体的总时间为 D．适当改变入射点的位置，光线进入球体后，可在球体内发生全反射现象 9．如图所示，有一横截面为正三角形的三棱镜，边为吸光材质，一平面光源可发出垂直于光源平面的平行单色光，光源平面与水平方向夹角为，光源发出的平行光穿过三棱镜的光路如图所示，图中光线在三棱镜中的光路与平行，且垂直打在光屏上，下列说法正确的是（   ） A．三棱镜的折射率 B．从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光，传播时间相等 C．缓慢绕点顺时针转动光源，所有光线依然都能经过三棱镜传播到光屏 D．从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光中，从中点入射的光线传播时间最短 10．圆柱形水井底部中央有一只小青蛙，关于小青蛙能看见的天空范围，下列正确的是（　　） A．若井中无水，小青蛙看到的天空范围和井口一样大 B．若井中无水，井越深，小青蛙看到的天空范围越小 C．若井中水是满的，小青蛙有可能看到整个天空 D．若井中水的深度是井深的一半，小青蛙看到的天空范围是井中水满时的一半 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（10分）如图甲为“用双缝干涉实验测定绿光的波长”的装置。 （1）调整手轮使测量头中的目镜的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，并将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，读得______； （2）用该装置测得相邻亮纹间的距离，双缝间距，双缝到屏的距离，则根据公式，可算出该绿光的波长______m（结果保留二位有效数字）； （3）为了增加屏上相邻亮纹（或暗纹）间的距离，可采取∶①______，②______，③______的方法。 12．（6分）某小组用如图甲所示的双缝干涉实验装置测定光的波长。 (1)某同学在实验过程中干涉条纹由图乙变为图丙，他的操作可能是（　　） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．红色滤光片换成紫色滤光片 (2)在测定某单色光波长的实验中，测得光源到双缝间距为L1，双缝到光屏间距为L2，单缝宽为d1，双缝间距为d2，测得连续五条亮纹位置，其中第一条纹位置为x1，第五条纹为x5（x5>x1），则该单色光的波长为=___________。 (3)某同学观察到如图所示图像，即分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值___________（填“大于”“小于”或“等于”）实际值。 三、解答题 13．（8分）如图，水池底部有一个点光源，在水面上可看到该光源形成的光斑。现让光源在水池底部两点间沿水平方向做简谐运动，点为中点。光源从点运动至点的过程中，光斑的最右侧从点运动至点。已知水深为，简谐运动的振幅为，光斑的最右侧从点运动到点的最短时间为，水的折射率。当光源经过点时开始计时，求： (1)光源在内的路程； (2)光源运动过程中的任意时刻光斑的面积。 14．（14分）柱状透明介质的横截面是半径为的半圆面，如图甲所示。截面内一细束单色光从圆心射入介质时，与直线边界的夹角为，反射光线垂直于折射光线。单色光在真空中的速度为，不考虑光线在介质内的反射。 (1)求单色光在介质中的折射率； (2)求单色光在介质中的传播时间； (3)若为截面直边上一点，如图乙所示。从点向截面内各方向发射这种单色细光束，光线均能从弧形边射出，则P、O两点的距离不能超过多少。 15．（16分）如图所示，某探测器的半圆柱形观测窗的半径为，圆心为，观测窗长为为横截面直径，为横截面圆弧中点。单色平行光以与观测窗面夹角射入，其中入射点距离点的光束经界面折射后恰好能从点射出。不考虑反射后射出的光线，求： (1)观测窗材料对光的折射率； (2)判断上入射点距离点左侧的光束能否从圆弧形下表面射出； (3)光束在观测窗中的最长传播时间及能从观测窗圆弧形下表面射出的光在面射入时的面积。 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 《第四章 光 单元检测（三）》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B A B A B C C BC AB BC 1．B 【详解】A．光的干涉是两列频率相同的光波叠加产生明暗条纹的现象，如薄膜干涉，与公路蜃景无关。故A错误； B．夏天路面温度高，靠近路面的空气温度高、密度小、折射率小，上层空气温度低、密度大、折射率大。远处物体发出的光线射向路面时，是从光密介质射向光疏介质，发生折射，入射角逐渐增大，当入射角大于临界角时发生全反射，人眼逆着反射光线看去，就看到了远处物体的倒影，看起来像积水。故B正确； C．光的偏振说明光是横波，与蜃景成因无关。故C错误； D．光的衍射是光绕过障碍物继续传播的现象，与蜃景成因无关。故D错误。 故选B。 2．A 【详解】A．牛顿环是利用了两个表面反射光的干涉，故A正确； B．泊松亮斑是利用了光的圆盘衍射，故B错误； C．光经过大头针尖时遇到障碍物致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹，为光的衍射现象，故C错误； D．抽制高强度纤维细丝时根据障碍物尺寸不一样形成的衍射条纹不一样而控制粗细，利用了光的衍射现象，故D错误。 故选A。 3．B 【详解】根据条纹间距表达式 则水平向左移动光屏少许，则l减小，条纹间距减小，则O点处的条纹宽度变窄，但仍是亮条纹。 故选B。 4．A 【详解】水的折射率约为1.33，是光密介质，气泡内空气的折射率约为1，是光疏介质。光从水射向气泡界面时，若入射角大于等于临界角会发生全反射，射向气泡的光大部分经全反射后进入人眼，因此气泡看起来特别明亮。 故选A。 5．B 【详解】同种介质对不同色光的折射率不同，紫光频率大于红光，因此冰晶对紫光（）的折射率大于对红光（）的折射率，即 故紫光偏折程度更大、侧移量更大；光从空气进入冰晶时，折射率越大，折射角越小，越靠近法线，因此冰晶内部紫光（）比红光（）更靠上；光从冰晶射出到空气时，折射率越大侧移量越大，因此最终出射后，红光（）偏折小、位置靠下，紫光（）偏折大、位置靠上，出射方向不同。 故选B。 6．C 【详解】ABC．若撤去单缝，则透过双缝的光为非相干光，不能发生双缝干涉现象，故不能观察到明暗相间的条纹；若撤去滤光片，透过单缝的光包含各种波长的光，观察到的应是彩色条纹；若撤去双缝，会发生单缝衍射，依然可以观察到明暗相间的条纹，故A、B错误，C正确； D．根据可知，减小双缝距离，相邻明条纹（或暗条纹）间距增大，目镜中观察到的条纹个数将减少，故D错误。 故选C。 7．C 【详解】AB．由几何关系可知，a光线在P点的折射角为30°，则折射率为 a单色光在雨滴内的速度为，AB错误； C．a单色光在雨滴内经历的时间为，C正确； D．由光路可知，a光的偏折程度大于b光，可知a单色光的折射率比b单色光的折射率大，D错误。 故选Ｃ。 8．BC 【详解】AB．作出光路如图所示，光线经反射后到达介质与空气的界面时，由几何关系和折射定律得， 折射光线与入射光线平行，则 则 所以 由图可知，则得折射角 故球的折射率为，故A错误，B正确； C．光从射入到射出通过的路程是 光在介质中传播速度 则该光从射入到从射出的总时间，故C正确； D．根据几何知识得知，第一次的折射角等于第二次的入射角，根据光路的可逆性原理，不可能在介质球内发生全反射，故D错误。 故选BC。 9．AB 【详解】A．根据题意，作出法线如图所示 由几何关系可得， 由折射定律可得 故A正确； BD．根据题意，设的长度为，三棱镜的每边长为a，由几何关系和对称性可知，光线在三棱镜外传播的距离为，在三棱镜内传播的距离为，由公式 可得，光在三棱镜内传播速度 则传播时间为 可知，从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光的传播时间相等，故B正确，D错误； C．缓慢绕B点顺时针转动光源，结合上述分析可知，光线在面的入射角逐渐减小，则光线在面的折射角逐渐减小，折射光线向下偏移，可能出现折射光线打在面被吸收，则不是所有光线都能经过三棱镜传播到光屏，故C错误。 故选AB。 10．BC 【详解】A．井中无水时光沿直线传播，天空光线经井口边缘射入青蛙眼睛，天空位于无穷远处，对应的可见天空范围远大于井口面积，故A错误； B．井中无水时，设井口半径为、井深为，视线与竖直方向夹角满足 井越深越大则越小，可见天空的视场角越小、范围越小，故B正确； C．根据全反射以及光的可逆性可知，当青蛙处的光源发出的光射到井的边缘时发生全反射，此时青蛙恰能看见整个天空，此时满足，故C正确； D．水深为井深的一半时，光线先在空气段沿直线传播，到达水面后发生折射，由BC分析可知，视场角与水满时不满足线性关系，可见范围不可能为水满时的一半，故D错误。 故选BC。 11． 2.325 增加双缝到光屏的距离 减小双缝间的距离 换用波长更长的光 【详解】（1）[1]螺旋测微器不动尺读数为2mm，可动尺读数为，则可得 （2）[2]根据双缝干涉的条纹间距公式 可得 （3）[3][4][5]为了增加屏上相邻亮纹（或暗纹）间的距离，根据条纹间距公式，则可采取增加双缝到光屏的距离，减小双缝间的距离或换用波长更长的光。 12．(1)D (2) (3)大于 【详解】（1）由题意可知，干涉条纹由图乙变为图丙，相邻亮条纹中心间距变小。 A．根据可知，换用长度更长的遮光筒，即变大，相邻亮条纹中心间距变大，故A错误； B．相邻亮条纹中心间距与单缝到双缝的距离无关，故B错误； C．根据可知，换用间距更小的双缝，即变小，相邻亮条纹中心间距变大，故C错误； D．根据可知，红色滤光片换成紫色滤光片，即变小，相邻亮条纹中心间距变小，故D正确。 故选D。 （2）相邻亮条纹中心间距为 根据 可得该单色光的波长为 （3）测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，相邻亮条纹中心间距实际值与测量值的关系为 根据 可知波长的测量值大于实际值。 13．(1) (2) 【详解】（1）光源振动的周期与光斑振动周期相等，光斑的最右侧从点运动到点的最短时间为，是半个周期，则光源的周期 内的路程 （2）临界角 光斑半径为 则 14．(1) (2) (3) 【详解】（1）由题意可得，光路图如图所示 由几何关系可知，入射角为折射角为 折射率为 （2）单色光在介质中的光速为 路程为，所以，单色光在介质中的传播时间 联立解得 （3）从P点到截面内任意方向的一条光线的光路图如图所示 根据正弦定理 可知，当最大时，最大，即当入射光线与垂直时，入射角最大，即若此时未发生全反射，从P点向截面内各方向发射的光线均能从弧形边射出，根据几何关系 且 解得 15．(1) (2)不能 (3) 【详解】（1）光线从点射出的光路图如图所示 由折射定律可得 解得 （2）设上入射点距离点左侧的光束在圆弧形下表面的入射角为 由几何关系可得，则由正弦定理可得 解得 光束在材料中的全反射角满足，解得 故上入射点距离点左侧的光束恰好在下表面发生全反射，故不能从圆弧形下表面射出 （3）有光束射入与射出的范围如图所示 光束在观测窗中的传播速度为 光束从点射出时在观测窗中的传播路程最长，为 传播时间 设上入射点距离点右侧的光束在圆弧形下表面恰好发生全反射，则 则面射入光能从观测窗圆弧形下表面射出对应的宽度为 能从观测窗圆弧形下表面射出的光在面射入时的面积 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 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