第四章 光及其应用 章末检测试卷(四)（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第一册学习笔记（教科版）

本讲义聚焦光的波动性及应用这一核心知识点，系统梳理电磁波与机械波的区别、光的折射规律、双缝干涉原理、光的衍射现象及全反射条件等内容，构建从基础概念到实际应用的完整知识链，为学生提供递进式学习支架。 该资料通过实验题（如测量玻璃砖折射率）培养科学探究能力，计算题（如临界角推导）提升科学思维，结合光导纤维、UV光刻机等实例渗透科学态度与责任。课中辅助教师演示教学，课后助力学生通过典型例题巩固知识，有效查漏补缺。

章末检测试卷(四) (满分：100分) 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.无人驾驶汽车上安装的车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中(　　) A.激光是横波 B.超声波是横波 C.激光是机械波 D.超声波是电磁波 答案　A 解析　激光属于电磁波，电磁波都是横波，故A正确，C错误； 超声波是频率大于20 000 Hz的声波，声波属于机械波，空气中传播的声波是纵波，故B、D错误。 2.在水中同一深度并排放着红、蓝、紫三种颜色的球，若在水面正上方俯视这三个球，感觉最深的(　　) A.紫色球 B.蓝色球 C.红色球 D.三个球同样深 答案　C 解析　光源在水中视深与实际深度的关系是h视=，在视深公式中，h视为看到的深度，h实为实际深度，n为折射率，由于三种颜色球的实际深度相同，而水对红光的折射率最小，所以看到最深的是红色球，故选C。 3.(来自鲁科教材)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，原因是不同色光的(　　) A.传播速度不同 B.强度不同 C.振动方向不同 D.频率不同 答案　D 解析　白光包含各种颜色的光，它们的频率不同，波长不同，通过双缝产生的干涉条纹间距不同，从而呈现彩色，故选D。 4.(2024·成都市高二期中)下列说法正确的是(　　) A.用光导纤维传送图像信息，应用了光的干涉 B.通过两支夹紧的笔杆缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的干涉现象 C.光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象 D.全息照相是利用光的干涉现象 答案　D 解析　用光导纤维传送图像信息，应用了光的全反射现象，故A错误； 通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，故B错误； 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故C错误； 全息照相是利用光的干涉现象，故D正确。 5.如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光a、b，光束a与玻璃砖上表面的夹角为α，光束b与玻璃砖上表面的夹角为β。光束a与光束b在玻璃砖中的折射率比值为(　　) A. B. C. D. 答案　D 解析　设两束单色光的入射角为θ，由折射定律得na==，nb==， 所以=，故选D。 6.用铁环粘上肥皂液，用白炽灯光照射，从反射光的方向去看，呈现如图所示的现象，上部是较宽的黑色条纹，其下是若干彩色条纹图，已知可见光的频率为3.9×1014~7.5×1014 Hz，在真空中光速为c=3×108 m/s，请估算肥皂膜最上面黑色条纹区域的厚度最大值为(　　) A.20 nm B.100 nm C.200 nm D.2 000 nm 答案　B 解析　由于重力作用，肥皂液逐渐向下流动，形成上薄下厚的形状，上部的肥皂膜越来越薄，当厚度恰好等于可见光波长的时，从膜的前表面反射回来的光和从后表面反射回来的光的光程差为波长的，叠加的结果是减弱，所以看起来是黑色。膜的厚度最大值为d=λmin=·=× m=100 nm，故选B。 7.(2024·眉山市高二期末)高压汞灯，UV光刻机的紫外光源，它可以产生365 nm、404 nm、436 nm、546 nm和579 nm五条尖锐的光谱线，但这些光中只有h线(404 nm)是光刻机所需要的。高压汞灯辐射的光通过图中的三棱镜分离后形成a、b、c、d、e五束，其中适合UV光刻机的是(　　) A.a B.b C.d D.e 答案　C 解析　根据折射率的定义式有n=， 由题图可知，五束光在空气中的入射角相等，a、b、c、d、e五束光在介质中的折射角依次减小，可知na<nb<nc<nd<ne，折射率越大，波长越小，则有λa>λb>λc>λd>λe。 由于只有h线(404 nm)是光刻机所需要的，根据题中给出的五条尖锐的光谱线的波长大小关系，可知，只有d光束适合UV光刻机，故选C。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题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。 8.(2024·成都市高二期中)霓是大气中有时和虹一起出现的一种光的现象，也叫“副虹”。它的形成原理与彩虹大致相同，太阳光在水珠中的反射比彩虹多了一次，是经过水珠的两次折射和两次反射形成的，其成因的简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，则a、b两光相比较(　　) A.b光的频率更低 B.在同一介质中，a光的传播速度更快 C.分别照射同一狭缝，a光通过狭缝时的衍射现象更明显 D.从水中射入空气时，b光发生全反射的临界角更大 答案　AD 解析　由题图可知，在第一次折射时，a、b两光的入射角相同，b光的折射角大于a光的折射角，由折射率公式n=，可知b光折射率小，频率也小，故A正确；在相同介质中传播时，由v=可知，由于b光折射率小于a光折射率，所以在同一介质中，a光的传播速度更慢，故B错误；分别照射同一狭缝，由产生明显衍射现象的条件可知，a、b光相比，波长越长衍射现象越明显，因为b光的频率小，波长大，所以b光的衍射现象更明显，故C错误；从水中射入空气，满足从光密介质射入光疏介质的条件，由临界角公式sin C=可知，由于b光折射率小于a光折射率，b光临界角更大，故D正确。 9.激光被誉为“神奇的光”，关于激光的应用，下列说法正确的是(　　) A.激光用来控制核聚变，是因为它的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度 B.激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息 C.能用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响 D.能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好 答案　ABD 解析　激光的方向性好，光源的能量能集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，所以可以用来控制核聚变，故A正确； 激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确； 能用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光方向性好、能量高，故C错误； 能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好、方向性好，在传播很远距离后还可以保持一定的强度，故D正确。 10.如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样(图中阴影部分表示暗条纹)。下列说法正确的是(　　) A.图乙是光的衍射图样，图丙是光的双缝干涉图样 B.遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将增加 C.照射双缝时，仅增加L，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大 D.照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是亮条纹 答案　BC 解析　双缝干涉图样的相邻亮或暗条纹的间距不变，故题图乙为双缝干涉图样，而衍射图样有中间宽、两侧窄的特点，故题图丙为光的衍射图样，故A错误； 狭缝越小，衍射的范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度减小，则题图丙中亮条纹宽度将增加，故B正确； 根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，可知仅增加L，题图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，故C正确； 照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，则两束光波在P点振动减弱，即P点处为暗条纹，故D错误。 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11.(6分)(2024·成都市双流中学高二月考)某实验小组在用激光笔测量截面为半圆形的玻璃砖折射率的实验中，足够长的光屏与半圆的直边平行，O点为半圆圆心，OO'为法线。当激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑；当激光沿BO方向入射时光屏上C点出现光斑，如图所示。 (1)(3分)激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑的原因是　　　　　。  (2)(3分)过B点作OO'的垂线，垂足为D。测得BD=l1、BO=l2、O'C=l3和OC=l4，则该玻璃砖的折射率n=______(用l1、l2、l3和l4表示)。  答案　(1)激光在O点发生全反射　(2) 解析　(1)激光沿AO方向入射时光屏上未出现光斑的原因是激光在O点发生全反射； (2)由图标出折射角和入射角 由图可知sin θ1==，sin θ2==， 由折射定律可知，该玻璃砖的折射率为n==。 12.(8分)(2024·成都市高二期中)一同学用以下装置探究光的干涉现象： (1)(4分)如图(a)所示，对双缝干涉实验装置进行调节并观察实验现象。 ①图(b)中甲、乙两图是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是　　　　　(选填“甲”或“乙”)。  ②在实验中，仅将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变　　　　　(选填“宽”或“窄”)。  (2)(4分)如图(c)所示，为观察白光薄膜干涉的演示实验，竖直放置的铁丝圈上覆有一层肥皂薄膜，观察者可以观测到肥皂膜上有明暗相间的彩色条纹。 ①为了更好地观察干涉条纹，光源应该在　　　　　。  A.观察者同侧 B.观察者的对面 ②下列对实验结论的说法正确的是　　　　　。  A.若缓慢旋转铁丝圈，观察者看到的条纹将跟着旋转 B.若发现条纹是等间距的，说明肥皂膜是等厚的 C.若发现条纹是上疏下密的，说明肥皂膜从上往下变厚是越来越快的 答案　(1)①甲　②宽　(2)①A　②C 解析　(1)①双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮两边暗，且不等间距，由此可知题图甲是干涉条纹。 ②将滤光片由蓝色换成红色，频率减小，波长变长，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx=λ，可知干涉条纹间距变宽。 (2)①光源发出的光射入薄膜，薄膜的前后表面两列反射光发生干涉，形成干涉条纹，所以光源应与观察者在同侧，故选A。 ②缓慢旋转铁丝圈，薄膜从上到下的厚度不变，由干涉原理可知干涉条纹不会发生变化，A错误； 如果发现条纹是等间距的，可知肥皂膜的厚度从上到下均匀增加；同理，若发现条纹是上疏下密的，说明肥皂膜从上往下变厚是越来越快的，B错误，C正确。 13.(10分)(来自人教教材)如图为光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为l，折射率为n(n<)，AB代表端面。为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光在端面AB上的入射角应满足的条件。 答案　见解析 解析　设当入射光线入射角为i时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示， 则有sin C=，n=，C+r=90°。 解以上各式得sin i=，i=arcsin 。 由于n<，所以当i<arcsin 时，光线就能传到另一端。 14.(14分)(2024·广元市高二期中)如图所示，某玻璃砖的截面由半圆和正三角形组成，半圆的直径为d，正三角形的边长也为d。一束单色光从AB边的中点D垂直于BC射入玻璃砖中，折射光线刚好通过半圆的圆心O。已知光在真空中传播速度为c。求： (1)(7分)玻璃砖的折射率； (2)(7分)光从D点第一次射到玻璃砖半圆弧的传播时间。 答案　(1)　(2) 解析　(1)根据题意作出光路图， 设光在AB上的入射角为i，折射角为r，玻璃砖折射率为n，由几何关系，有i=60°，r=30°， 根据折射定律有n===。 (2)由几何关系可知，光在玻璃砖中传播的路程为s=+=d， 设光在玻璃砖中传播速度为v，则n=， 设光从D点第一次射到玻璃砖半圆弧的传播时间为t，则t===。 15.(16分)(2024·广元市高二期中)如图所示，一个半径为R的半球形玻璃砖，O为球心，AB为直径，玻璃的折射率n=。 (1)(8分)一束平行光从下表面垂直底面向上射入玻璃砖，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束的最大横截面积为多少？ (2)(8分)一束细光线从AB上O'点垂直底面向上射入半球形玻璃砖，OO'=R，求此光线在玻璃砖中传播的最短时间。(真空中光速为c) 答案　(1)　(2) 解析　(1)在O点左侧取一点E，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于临界角C，如图甲所示，则有sin C==，可知C=45°， 则半径为r=OE的圆形区域内的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，由几何关系得r=OE=Rsin C=R，则入射光束的最大横截面积为S=πr2=。 (2)设光线从O'点射入后，在上表面的入射角为α，光路如图乙所示，已知OO'=R，由几何关系得α=60°>C，所以光线在玻璃砖内会发生全反射，由几何关系可得光线在玻璃砖中传播的路程为s=2Rsin 30°+2R=3R，光在玻璃砖内传播的速度为v=，又t=，联立解得t=。 学科网（北京）股份有限公司 $