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（粤教版）

本讲义聚焦光的传播规律这一核心知识点，系统梳理光的折射、全反射、干涉、衍射等现象及应用，从基础光现象原理到光导纤维、平面平整度检查等实际应用，再到插针法测折射率、双缝干涉测光波长等实验探究，构建完整知识脉络作为学习支架。 该资料特色在于结合“海市蜃楼”“叉鱼”等生活实例及光导纤维通信技术，通过光路图分析、临界角计算等模型建构与科学推理培养科学思维，实验题设计强化科学探究能力。课中辅助教师检测学情，课后助力学生查漏补缺，体现科学态度与责任。

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.(2024·广州市高二期末)关于光现象及其应用，下列说法正确的是(　　) A.采用同一装置做双缝干涉实验，红光比紫光条纹宽度小 B.一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短 C.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象 D.“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体反射的太阳光发生了色散现象 答案　B 解析　根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知，采用同一装置做双缝干涉实验，波长越长，条纹间距越大，红光的波长大于紫光的波长，因此可知红光的条纹间距更大，故A错误；当光从光疏介质射向光密介质时，光将发生折射，且折射率大于1，而根据n=可知，一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，而光在介质中传播时其频率不变，根据v=λf可知，光的波长将变短，故B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，故C错误；“海市蜃楼”是因为大气密度不均匀，物体发出的光在不均匀空气层发生折射或者全反射而造成的，故D错误。 2.(2023·广州市高二期末)如图所示，含单色光b和c的一束复色光Ⅰ沿半圆柱玻璃的半径方向射入玻璃，在柱心O处分成两束光Ⅱ和Ⅲ，光Ⅱ中只有单色光b，光Ⅲ中既有b也有c，则(　　) A.在玻璃中b的折射率比c的大 B.在玻璃中b的传播速度比c的小 C.让光Ⅰ的方向沿逆时针转动仍射到O处，光Ⅱ中可出现c D.保持光Ⅰ不变，让半圆柱玻璃以柱心O为轴沿顺时针转动，光Ⅱ可能消失 答案　D 解析　由光路图可知，c光已发生全反射，故c光的临界角小于b光的临界角，根据sin ic=，则c光的折射率大于b光，选项A错误；根据n=，可知在玻璃中c的传播速度比b的小，选项B错误；光c已经发生全反射，故让光Ⅰ的方向沿逆时针转动仍射到O处，光c仍然是全反射，光Ⅱ中不可能出现c，选项C错误；保持光Ⅰ不变，让半圆柱玻璃以柱心O为轴沿顺时针转动，则光的入射角增大，则光Ⅱ可能会发生全反射，则光Ⅱ可能消失，选项D正确。 3.(2024·广东省部分学校高二期中联考)如图所示，一细束单色光从半圆形玻璃砖上的P点沿半径方向射向圆心O，刚好在玻璃砖的底面发生全反射后从玻璃砖射出，单色光在玻璃砖下表面的反射角为37°，取sin 37°=，则玻璃砖对该单色光的折射率为(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　根据折射率及全反射的临界条件可知n===，B正确。 4.(2025·深圳实验学校高二月考)光的干涉现象在生活中有许多应用。图甲所示是利用干涉现象检查平面平整度的装置，下列说法正确的是(　　) A.图甲中上板是待检测的光学元件，下板是标准样板 B.若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C.若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起 D.如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，单色光从上方竖直射下，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的同心圆环 答案　B 解析　题图甲中上板是标准样板，下板是待检测的光学元件，故A错误；相邻亮条纹之间，空气膜的厚度差等于半个波长，根据条纹间距公式Δxtan θ=，若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则题图乙中的干涉条纹变疏，故B正确；题图丙中条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，应是被检查的平面在此处出现了凹陷，故C错误；空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，光程差是光的半个波长的偶数倍为亮条纹，是光的半个波长的奇数倍为暗条纹，空气膜的厚度变化从中心向周围越来越快，则可以看到内疏外密的明暗相间的同心圆环，故D错误。 5.如图所示为双缝干涉实验原理图，单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点位于双缝S1和S2的中垂线上，入射光波长为600 nm，实验屏上P0和P处为两条相邻的亮条纹。下列说法正确的是(　　) A.双缝S1和S2到P点的距离差为300 nm B.仅增加双缝和屏之间的距离，条纹间距将随之减小 C.若换成波长为400 nm的入射光，则P点处将形成暗条纹 D.遮住S1，则屏上不能形成明暗相间的条纹 答案　C 解析　由题可知，来自双缝的光传播到P点处的路程差为λ，即双缝S1和S2到P点的距离差为600 nm，A错误；根据条纹间距公式Δx=λ可知，仅增加双缝和屏之间的距离，条纹间距将随之增大，B错误；若换成波长为400 nm的入射光，则满足Δs=(2n+1)·=(2×1+1)× nm=600 nm=λ'，故P点处将形成暗条纹，C正确；遮住S1，光通过S2发生单缝衍射现象，屏上能形成明暗相间的条纹，D错误。 6.光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108 m/s，sin 53°=0.8，cos 53°=0.6。则(　　) A.光在该有机玻璃中的折射率为1.6 B.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53° C.光在该有机玻璃中传播速度为3×108 m/s D.将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3 s 答案　A 解析　由几何关系可知，入射角为53°，折射角为30°，由光的折射定律得n===1.6，A正确；由sin ic===可知，ic不等于53°，B错误；由v=，可知光在该介质中传播速度为1.875×108 m/s，C错误；当速度为3×108 m/s时，传播300 km用时1×10-3 s，但光在该介质中传播速度不为3×108 m/s，D错误。 7.如图甲所示是一“足球”玻璃球，某次实验过程中将一束蓝光水平向右照射且过球心所在的竖直截面，其正视图如图乙所示，AB是沿水平方向的直径。当光束从C点射入时恰能从右侧射出且射出点为B，已知玻璃球的半径为R，C点到AB竖直距离h=R，且球内的“足球”是不透光体，不考虑反射光的情况下，下列说法正确的是(　　) A.继续增加h(h<R)，则光一定不会在右侧发生全反射 B.B点的出射光相对C点入射光方向偏折了30° C.将蓝光换成红光后，光在玻璃球中传播时间将变长 D.用该蓝光做双缝干涉实验，减小双缝间距，其他条件不变，则屏上干涉条纹间距变小 答案　A 解析　根据几何关系，结合光路可逆，作出光路图如图所示， 根据几何关系有sin θ=sin 2α==，可得θ=60°，α=30°，由于B点入射光线与法线的夹角α=30°，则出射光线与法线的夹角β=60°，所以B点的出射光相对C点入射光方向偏折了60°，B错误；继续增加h(h<R)，结合上述可知，第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角，根据光路可逆原理可知，第二次折射的折射角一定等于第一次折射的入射角，即光一定不会在右侧发生全反射，A正确；由于红光的波长比蓝光长，所以红光在介质中的折射率比蓝光要小，红光在介质中的传播的距离比蓝光短，根据光在介质中传播速度的公式可知v=，红光在玻璃球中的传播速度比蓝光大，因此，将蓝光换成红光后，光在玻璃球中传播时间将变短，C错误；根据Δx=λ可知，减小双缝间距，其他条件不变，则屏上干涉条纹间距变大，D错误。 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18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。 8.(2024·广州市高二期中)以下四幅图片中，图甲是光的衍射图样，图乙是双缝干涉示意图，图丙是一束复色光进入水珠后传播的示意图，图丁是自然光通过偏振片M、N的实验结果，右边是光屏P，当M固定不动缓慢转动N时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化。下列说法中正确的是(　　) A.图甲中，中央条纹特别宽特别亮，两侧的亮条纹比较窄比较暗 B.图乙中，若只增大屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离将减小 C.图丙中，a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度 D.图丁中，这种现象表明光波是横波 答案　ACD 解析　光通过单缝发生衍射时，衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最亮、最宽，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低，故A正确；题图乙是双缝干涉示意图，由双缝干涉条纹间距Δx=λ可知，若只增大屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间距离Δx将增大，故B错误；根据折射率和光的传播速度之间的关系n=可知，折射率越大，传播速度越小，从题图丙中可以看出，b光线在水中偏折程度大，即b的折射率大于a的折射率，则a在水中的传播速度大于b在水珠中的传播速度，故C正确；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确。 9.(2024·肇庆市高二期中)根据报道，光纤通信速率每秒可以传达1.84 Pbit，这相当于每秒可以传输约236个1 TB硬盘的数据。目前正常的网速想要传输1 TB硬盘的数据，需要花费四到八小时以上，如果这项技术能大规模商用，网速将得到大幅提升。光纤通信中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点O以α=60°的入射角射入一直线光导纤维内，恰好在光导纤维的侧面(侧面与过O的法线平行)发生全反射，如图乙所示。下列说法中正确的是(　　) A.光纤是利用了光的全反射原理 B.光从左端空气中进入光纤纤芯后，其频率不变 C.频率越大的光在光纤中传播的速度越大 D.纤芯对这种激光的折射率n= 答案　ABD 解析　光纤是利用了光的全反射原理，故A正确；光从左端空气中进入光纤纤芯后，波长和波速会发生变化，但频率和周期不变，故B正确；频率越大的光，纤芯对它的折射率越大，根据v=，光在光纤中传播的速度越小，故C错误；根据折射定律n=，根据折射率与临界角的关系n=，联立解得n=，D正确。 10.(2024·湛江市第二十中学高二期中)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'C'C的光。下列说法正确的是(　　) A.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 C.若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大 D.若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小 答案　AC 解析　由题可知sin ic=，可知临界角为45°，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光恰好是出射光的边缘，同时C点也恰好是出射光的边缘，如图所示， 因此光只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在AA'C'C面上有一半的面积有光射出，A正确，B错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点左上方也会有光出射，因此有光出射的区域面积将增大，C正确，D错误。 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11.(8分)(2024·湛江市高二联考)某同学采用插针法测量玻璃的折射率。实验步骤如下： (1)在方格纸上画出一条直线a作为界面(线)，过a上的一点O画出界面的法线MN，并画一条线段AO作为入射光线，再把玻璃砖放到方格纸上，画出玻璃砖的下界面b的位置。 (2)在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2。 (3)(2分)在玻璃砖的另一侧确定大头针P3、P4的位置，请用简洁的文字描述大头针P3、P4的插法：插P3时，应使它　　　　　　；插P4时，应使它　　　　　　。  (4)(4分)请在图中补充完整光路图，并求出该玻璃砖的折射率为　　　　　　(结果保留三位有效数字)。  (5)(2分)该同学在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，之后才画上界面b，则所测得的折射率将　　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  答案　(3)挡住P1、P2的像　挡住P3和P1、P2的像　(4)见解析图　1.50(1.48、1.49、1.51、1.52均可)　(5)偏大 解析　(3)根据光路的可逆性原理及光在均匀介质中沿直线传播的特点，插P3时，应使它挡住P1、P2的像；插P4时，应使它挡住P3和P1、P2的像。 (4)完整光路图如图所示 假设每小格边长为1， 则有n===≈=1.50。 (5)在实验过程中画出界面a后，不小心将玻璃砖向上平移了一些，导致界面b画到图中虚线位置，而在作光路图时界面a仍为开始所画的，实际光线如图中带箭头的实线所示，而作图光线如图中虚线所示，导致折射角偏小，所测得的折射率将偏大。 12.(8分)(2024·惠州市龙门县高级中学高二期中)如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d=0.20 mm的双缝屏，从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L=700 mm。然后接通电源使光源正常工作。 (1)(6分)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，游标卡尺为20分度，某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主尺和游标尺的示数如图丙所示，此示数为　　　　　　 mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻线与某条纹B中心对齐，测得A、B条纹间的距离x=8.40 mm。则经滤光片射向双缝的色光的波长λ=　　　　　　(用题目中所给字母写出表达式)，代入数据得波长为　　　　　　。  (2)(1分)另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好，若他对实验装置进行调整后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，则该调整可能是　　　　　。  A.仅增加光源与滤光片间的距离 B.仅增加单缝与双缝间的距离 C.仅将单缝与双缝的位置互换 D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片 (3)(1分)图丁为上述实验装置的简化示意图。S为单缝，S1、S2为双缝，屏上会出现明暗相间的干涉条纹。若实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，则可以观察到　　　　　。  A.干涉条纹消失 B.仍能看到干涉条纹，且条纹整体向上平移 C.仍能看到干涉条纹，且条纹整体向下平移 答案　(1)0.35　　4.8×10-7 m　(2)D　(3)B 解析　(1)题图丙中游标卡尺的分度值为0.05 mm，主尺整毫米示数为0，游标尺的第7刻度线与主尺刻度线对齐，则示数为0+7×0.05 mm=0.35 mm，A、B条纹间的距离为5倍相邻亮(暗)条纹间的距离，故Δx=，根据相邻亮(暗)条纹间的间距Δx=λ，解得λ=，代入数据可得λ=4.8×10-7 m (2)该同学对实验装置进行调整后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可知相邻条纹间的间距减小，由Δx=λ可知，该调节可能是更换波长更短的光做实验，或将红色滤光片换成绿色滤光片，其他调节都达不到该实验效果，故选D。 (3)实验时单缝偏离光轴，向下微微移动，通过双缝S1、S2的光仍是相干光，仍可产生干涉条纹，A错误；对于中央亮条纹来说，从单缝S经过S1、S2到中央亮条纹的路程差仍等于0，如图所示 则有SS1>SS2，SS1+S1P=SS2+S2P，解得S1P<S2P可知，中央亮条纹O的位置略向上移动，故B正确，C错误。 13.(10分)(2024·广东省实验中学深圳学校高二月考)某同学为增强室内照明效果，在水平屋顶上开一个厚度为d=20 cm、直径L=40 cm的圆形透光孔，将形状、厚度与透光孔完全相同的玻璃砖嵌入透光孔内，玻璃砖的折射率n=，如图为透光孔的侧视图。求： (1)(6分)入射到透光孔底部中央A点处的光范围比嵌入玻璃砖前增加了多少度； (2)(4分)嵌入折射率至少多大的玻璃砖可使入射到透光孔底部中央A点处的光范围最大。 答案　(1)60°　(2)2 解析　(1)由几何关系知折射角为r=30° 根据折射定律n= 解得sin i= 入射角i=60° 则入射角比嵌入玻璃砖前增大2×(60°-30°)=60° 所以入射光范围比嵌入玻璃砖前增加了60°。 (2)要使入射到透光孔底部中央A点处的光范围最大，则入射光范围接近180°，即入射角为90°，而折射角r=30°不变，则折射率n==2。 14.(12分)(2024·江门市高二期末)江门新会陈皮茶有消暑、理气健脾等功效。如图所示为一杯没有满的陈皮茶，现用一束激光从A点发射，刚好从陈皮茶的上表面B点射入，激光射在杯子底面最左端的C点，过B点作底边CE的垂线交于D点。DE的长度为2.6 cm，CD的长度为2.0 cm，AB与BC的长度相等都为3.0 cm，求： (1)(5分)陈皮茶的折射率n； (2)(7分)激光从B到C的时间与从A到B的时间比值。 答案　(1)1.3　(2)1.3 解析　(1)入射角的正弦值为sin α== 折射角的正弦值为sin β== 根据折射定律，陈皮茶的折射率为n==1.3 (2)激光从B到C的时间t1= 激光在水中的传播速度为v= 激光从A到B的时间t2= 激光从B到C的时间与从A到B的时间比值==n=1.3。 15.(16分)(2023·深圳市高二期末)赫哲族是我国古老的少数民族之一，世居东北，赫哲族擅长叉鱼，抛叉取鱼，十拿九稳。如图，某次捕鱼时，湖水深约1 m，湖面O点左侧均被浮萍遮盖，渔民站在O点右侧的湖水中，眼睛在A点，恰好通过O点看到B点处有一条鱼静止不动，B点离浮萍距离h=45 cm，B点离O点水平距离L=60 cm。(已知湖水的折射率n=，≈2.646)问： (1)(8分)忽略鱼在人眼中成像沿水平方向稍微靠近的因素，鱼在浮萍下方的实际深度是多少？ (2)(8分)若渔民缓慢下蹲观察(眼睛不没入水中)，仍没有观察到鱼，则鱼在水平方向至少游了多远？ 答案　(1)80 cm　(2)30.7 cm 解析　(1) 由题意可知，B点为人所观察到的鱼的虚像，即B、O、A三点在一条直线上，鱼的实际位置应在B点下方，设鱼的位置发出的光在O点的入射角为i，折射角为r，如图所示，根据几何关系可得 sin r== 根据折射定律有n==， 联立解得sin i= 所以鱼在浮萍下方的实际深度是H==80 cm (2)当鱼的位置发出的光在O点恰好发生全反射时，鱼在水平方向游的距离最短，此时鱼的位置发出的光在O点的入射角的正弦值为sin i'== 此时鱼到O点的水平距离为 L'=Htan i'≈90.7 cm 鱼在水平方向至少游的距离为 s=L'-L=30.7 cm。 学科网（北京）股份有限公司 $