第四章 光（高效培优·单元测试）物理人教版选择性必修第一册

**基本信息** 人教版（2019）选择性必修第一册光单元卷，以真实情境与实验探究为核心，覆盖折射、全反射、干涉等光现象，适配单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10/46|全反射（光纤）、偏振、干涉（增透膜）|结合光纤通信等科技情境，基础与提升题梯度分明| |实验题|2/16|测量折射率、双缝干涉|注重操作细节（插大头针）与数据处理，体现科学探究| |解答题|3/38|几何光学计算（水下灯带）|联系夜游青衣江等生活场景，强化模型建构与科学推理|

第四章 光 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第一册第4章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 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．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53°，取，该单色光的折射率为（） A． B． C． D． 2．光纤由内芯和外套组成，让激光束从左侧面斜射入光纤的内芯，在内芯和外套的界面发生全反射，假设内芯对该激光束的折射率为n1，外套对该激光束的折射率为n2，下列说法正确的是（     ） A．n1 = n2 B．n1>n2 C．n1 < n2 D．n1与n2无法比较 3．下列说法正确的是（     ） A．街上的警车响着警笛从行人旁疾驰远去，行人听到警笛声的音调由低变高 B．竖直放置的肥皂膜在日光下呈现彩色条纹这是光的衍射现象 C．光的偏振现象说明光是横波 D．“闻其声而不见其人”是因为声波的干涉效果比光波明显得多 4．在光学仪器的表面镀一层透明介质薄膜，可以增强透射光或减弱透射光，这种薄膜叫增透膜或增反膜。如图所示，在玻璃透镜表面镀一层折射率的透明薄膜，用某单色光垂直照射薄膜表面，该单色光在空气中的波长。则（    ） A．增透膜和增反膜都是利用了光的衍射 B．增透膜和增反膜都是利用透射光干涉 C．若该薄膜是增反膜，薄膜的最小厚度约为 D．若该薄膜是增透膜，薄膜的最小厚度约为 5．在如图所示的双缝干涉实验中，单缝、双缝和连线的中点O、屏上的点均位于和的中垂线上。当入射光的波长为600nm，和到P点的距离差为1200nm时，下列说法正确的是（　　） A．屏上P处为暗条纹 B．增大双缝和之间的距离屏上条纹的间距随之增大 C．若换用波长为300nm的光做实验，P点处形成亮条纹 D．若改用白光做光源，则屏上出现黑白相间的条纹 6．如图甲所示，一顶角较大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的条纹；如图乙所示，用一个曲率半径很大的凸透镜与一个平面玻璃接触，单色光从上方垂直射向凸透镜的上表面时，可看到一些明暗相间的单色圆，下列说法正确的是（    ） A．甲图是干涉现象，乙图是衍射现象 B．甲图的条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀 C．乙图的条纹是由透镜的上、下表面的反射光干涉产生的 D．乙图的条纹疏密均匀，若把乙图的入射光由红色换成紫色，则观察到的条纹数会增加 7．如图所示，某透明均质光学元件的截面ABCD是长为2L、宽为L的矩形。一细束单色光从AB边上中点P，以与AB边夹角的方向由真空中射入该元件，经折射后从CD边上M点（图中未画出）出射。已知该元件对该单色光的折射率，下列说法正确的是（     ）（取，，光在真空中的传播速度为c，不考虑光的反射） A．PM的长度为 B．PM的长度为 C．通过PM的时间为 D．通过PM的时间为 8．（多选）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射，反射光射向PQ面。若逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（　　） A．红光比绿光更容易发生明显衍射 B．红光在此长方体透明均匀介质中的传播速度比绿光的小 C．在NP面上，绿光比红光更靠近N点 D．若逐渐增大，则红光的全反射现象会先消失 9．（多选）如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧的光中，有一部分光不能从AB、BC面直接射出，这部分光照射在圆弧的范围为弧长。下列说法正确的是（    ） A．该种材料折射率 B．该种材料折射率 C．BC界面上有光射出的宽度为 D．AB界面上有光射出的宽度为 10．（多选）如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出不同颜色的光和光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由、两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。设水对光的折射率为，则下列说法正确的是（　　） A．在真空中，光的传播速度比光的大 B．在水中，光的波长比光的长 C．复色光圆形区域的面积为 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，光的干涉条纹间距比光的窄 第Ⅱ卷 非选择题 二、实验题（本题共2小题，每空2分，共16分） 11．某同学做“测量玻璃的折射率”的实验时。 (1)如图1所示，通过插大头针确定入射光线和折射光线，其实验步骤如下： A．在替代入射光的直线上插上大头针、： B．在玻璃砖的另一侧确定大头针、的位置，请用简洁的文字描述出大头针、的插法。 ①插时，应使它__________； ②插时，应使它__________。 (2)某同学在完成了正确的实验操作后，他以入射光线与玻璃砖的交点为圆心，以适当长度为半径作出圆周，与交于，与的延长线交于，如图2所示，从、分别作玻璃砖界面的法线的垂线，图中为垂足，用刻度尺量得，=30.0 mm，则玻璃砖的折射率为__________。 (3)若该同学在实验时不小心将玻璃砖进行了上下平移，则测得的折射率与实际的折射率相比__________（填“偏大”、“偏小”或“不变”） 12．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样： (1)图______（选填“甲”或者“乙”）是单色光的干涉条纹形状示意图。 (2)转动测量头的手轮，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图丙所示，______，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丁所示。 (3)若实验前已获知的数据有：双缝间的间距为，双缝到屏的距离为，经测量，相邻两条亮条纹间的距离为。请写出计算该光波长大小的表达式_____。（用题给物理量的字母表示） (4)代入数据求得待测光的波长是______（结果保留两位有效数字）。 三．解答题（本题共3小题，共38分） 13．如图所示为某种透明介质制成的半径为的圆柱体的截面图，其中半径水平，同颜色的平行细光束甲、乙垂直射入介质，已知细光束甲、乙的入射点到点的距离分别为、，光束乙在弧面恰好发生全反射，光在真空中传播速度为。求： (1)该透明介质的折射率； (2)光束甲在该透明介质中传播的时间。 14．在夜游青衣江项目中，水下灯带沿河岸、桥梁底部、水中礁石等位置布置，勾勒出河道轮廓，与江水相互映衬，营造出梦幻的夜景氛围。若在平静的水面下有一处点光源Q，已知水的折射率，求： (1)这个点光源发出的光能从多大面积的水面射出来； (2)若把若干个与Q相同的点光源组成一条长的细长灯带，这条灯带的光从多大面积的水面射出来； (3)若把若干个与Q相同的点光源组成一条周长为米的圆形灯带，这条灯带的光从多大面积的水面射出来。 15．在半径为R的玻璃球内部挖走一个半径为的小玻璃球，剩余部分的横截面如图所示，、分别是大小圆的圆心，小圆与大圆半径相切于点，一单色光从A点射入玻璃，入射角为45°，折射光线射到小圆上B点，延长线经过，光在真空中的传播速度为c，求： (1)玻璃的折射率； (2)光从A到B传播的时间。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 光 注意事项： 1．测试范围：人教版（2019）： 选择性必修第一册第4章。 2．考试时间：75分钟 试卷满分：100分。 第Ⅰ卷 选择题 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．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53°，取，该单色光的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据全反射的临界条件可知 解得该单色光的折射率 故选C。 2．光纤由内芯和外套组成，让激光束从左侧面斜射入光纤的内芯，在内芯和外套的界面发生全反射，假设内芯对该激光束的折射率为n1，外套对该激光束的折射率为n2，下列说法正确的是（     ） A．n1 = n2 B．n1>n2 C．n1 < n2 D．n1与n2无法比较 【答案】B 【详解】由于激光束在内芯和外套的界面发生全反射，由全反射的条件可知内芯的折射率一定大于外套的折射率，即n1＞n2 故选B。 3．下列说法正确的是（     ） A．街上的警车响着警笛从行人旁疾驰远去，行人听到警笛声的音调由低变高 B．竖直放置的肥皂膜在日光下呈现彩色条纹这是光的衍射现象 C．光的偏振现象说明光是横波 D．“闻其声而不见其人”是因为声波的干涉效果比光波明显得多 【答案】C 【详解】A．根据多普勒效应，当波源（警车）远离观察者（行人）时，观察者接收到的声波频率低于波源固有频率，听到的警笛音调应由高变低，故A错误； B．竖直肥皂膜的彩色条纹是肥皂膜前后表面反射的两列相干光发生薄膜干涉形成的，不属于光的衍射现象，故B错误； C．偏振是横波特有的性质，纵波振动方向与传播方向共线，无法发生偏振，因此光的偏振现象说明光是横波，故C正确； D．“闻其声而不见其人”是因为声波波长较长，衍射现象比波短的光波更明显，更容易绕过障碍物，与干涉无关，故D错误。 故选C。 4．在光学仪器的表面镀一层透明介质薄膜，可以增强透射光或减弱透射光，这种薄膜叫增透膜或增反膜。如图所示，在玻璃透镜表面镀一层折射率的透明薄膜，用某单色光垂直照射薄膜表面，该单色光在空气中的波长。则（    ） A．增透膜和增反膜都是利用了光的衍射 B．增透膜和增反膜都是利用透射光干涉 C．若该薄膜是增反膜，薄膜的最小厚度约为 D．若该薄膜是增透膜，薄膜的最小厚度约为 【答案】C 【详解】A．增透膜和增反膜利用的是光的干涉原理（薄膜干涉），而不是衍射，故A错误； B．增透膜和增反膜是利用光在薄膜前后表面反射形成的两列光波发生干涉，通过控制反射光的干涉情况来改变透射光的强度，而非透射光干涉，故B错误； C．若该薄膜是增反膜，则要求反射光干涉加强。光由空气射入薄膜频率不变，速度满足 结合， 可知该单色光在薄膜中的波长 反射光干涉加强的条件为光程差 当时，薄膜的厚度取最小值，约为，故C正确； D．若该薄膜是增透膜，则要求反射光干涉减弱。反射光干涉减弱的条件为光程差 当时，薄膜的厚度取最小值，约为，故D错误。 故选C。 5．在如图所示的双缝干涉实验中，单缝、双缝和连线的中点O、屏上的点均位于和的中垂线上。当入射光的波长为600nm，和到P点的距离差为1200nm时，下列说法正确的是（　　） A．屏上P处为暗条纹 B．增大双缝和之间的距离屏上条纹的间距随之增大 C．若换用波长为300nm的光做实验，P点处形成亮条纹 D．若改用白光做光源，则屏上出现黑白相间的条纹 【答案】C 【详解】A．双缝和到P点的距离差是入射光的波长的2倍，故P处为亮条纹，故A错误； B．根据，可知增大双缝和之间的距离d，则屏上条纹的间距随之减小，故B错误； C．若换用波长为300nm的光做实验，双缝和到P点的距离差是入射光的波长的4倍，故P处为亮条纹，故C正确； D．白光包含多种波长的光，不同色光的干涉条纹间距不同，屏上会出现彩色干涉条纹，而非黑白相间，故D错误。 故选C。 6．如图甲所示，一顶角较大的圆锥形玻璃体，倒立在表面平整的标准板上，单色光从上方垂直玻璃的上表面射向玻璃体，沿光的入射方向看到明暗相间的条纹；如图乙所示，用一个曲率半径很大的凸透镜与一个平面玻璃接触，单色光从上方垂直射向凸透镜的上表面时，可看到一些明暗相间的单色圆，下列说法正确的是（    ） A．甲图是干涉现象，乙图是衍射现象 B．甲图的条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀 C．乙图的条纹是由透镜的上、下表面的反射光干涉产生的 D．乙图的条纹疏密均匀，若把乙图的入射光由红色换成紫色，则观察到的条纹数会增加 【答案】B 【详解】A．甲、乙两图的本质均是薄膜干涉现象，故A错误； B．甲图中圆锥形玻璃体与标准板的距离是均匀变化的，所以条纹是以顶点为圆心的同心圆，且疏密均匀，故B正确； C．乙图的条纹是由夹在透镜和平面玻璃间的空气层的上、下表面的两束反射光线干涉产生的，故C错误； D．乙图的条纹中间疏、边缘密，若把乙图的入射光由红色换成紫色，波长减小，则条纹间距减小，条纹变密集，条纹数会增多，故D错误。 故选B。 7．如图所示，某透明均质光学元件的截面ABCD是长为2L、宽为L的矩形。一细束单色光从AB边上中点P，以与AB边夹角的方向由真空中射入该元件，经折射后从CD边上M点（图中未画出）出射。已知该元件对该单色光的折射率，下列说法正确的是（     ）（取，，光在真空中的传播速度为c，不考虑光的反射） A．PM的长度为 B．PM的长度为 C．通过PM的时间为 D．通过PM的时间为 【答案】D 【详解】AB．设该单色光从P点入射的折射角为，根据折射定律有 又 解得 可得 根据几何关系可得，故AB错误； CD．单色光在介质中的传播速度 则通过PM的时间为故C错误，D正确。 故选D。 8．（多选）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射，反射光射向PQ面。若逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（　　） A．红光比绿光更容易发生明显衍射 B．红光在此长方体透明均匀介质中的传播速度比绿光的小 C．在NP面上，绿光比红光更靠近N点 D．若逐渐增大，则红光的全反射现象会先消失 【答案】AD 【详解】AB．因红光的折射率小于绿光的折射率，所以红光的频率小于绿光的频率，则红光的波长大于绿光的波长，故红光比绿光更容易发生明显衍射，再根据，可知红光在介质中的传播速度大于绿光在介质中的传播速度，故A正确、B错误； C．在MN面，入射角相同，红光的折射率小于绿光的折射率，根据折射定律，可知绿光在MN面的折射角较小，由题图可知红光比绿光更靠近N点，故C错误； D．根据发生全反射的临界条件可知红光发生全反射的临界角较大，逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移过程中，在NP面的入射角先小于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故D正确。 故选AD。 9．（多选）如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧的光中，有一部分光不能从AB、BC面直接射出，这部分光照射在圆弧的范围为弧长。下列说法正确的是（    ） A．该种材料折射率 B．该种材料折射率 C．BC界面上有光射出的宽度为 D．AB界面上有光射出的宽度为 【答案】AD 【详解】由题意作出光路图如图所示 不能从、面直接射出的光照射圆弧的弧长为，即的弧长为，则 由对称性可知 故该种材料的临界角，折射率 、界面上有光射出的宽度为 故选AD。 10．（多选）如图甲所示，在平静的水面下深处有一个点光源，它发出不同颜色的光和光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由、两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为光的颜色（见图乙）。设水对光的折射率为，则下列说法正确的是（　　） A．在真空中，光的传播速度比光的大 B．在水中，光的波长比光的长 C．复色光圆形区域的面积为 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，光的干涉条纹间距比光的窄 【答案】BC 【详解】A．在真空中，所有单色光传播速度相同，均为c，故A错误； B．a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，可知，a光的临界角较大，根据临界角与折射率的关系有 可知，a光的折射率较小，则a光的频率较小，可知，在水中，a光的波长比b光长，故B正确； C．根据临界角与折射率的关系有 根据几何关系有 则复色光圆形区域的面积为 解得，故C正确； D．结合上述可知，a光的波长比b光长，根据 可知，在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，光的干涉条纹间距比光的宽，故D错误。 故选BC。 第Ⅱ卷 非选择题 二、实验题（本题共2小题，每空2分，共16分） 11．某同学做“测量玻璃的折射率”的实验时。 (1)如图1所示，通过插大头针确定入射光线和折射光线，其实验步骤如下： A．在替代入射光的直线上插上大头针、： B．在玻璃砖的另一侧确定大头针、的位置，请用简洁的文字描述出大头针、的插法。 ①插时，应使它__________； ②插时，应使它__________。 (2)某同学在完成了正确的实验操作后，他以入射光线与玻璃砖的交点为圆心，以适当长度为半径作出圆周，与交于，与的延长线交于，如图2所示，从、分别作玻璃砖界面的法线的垂线，图中为垂足，用刻度尺量得，=30.0 mm，则玻璃砖的折射率为__________。 (3)若该同学在实验时不小心将玻璃砖进行了上下平移，则测得的折射率与实际的折射率相比__________（填“偏大”、“偏小”或“不变”） 【答案】(1) 挡住、的像 挡住和、的像 (2)1.5 (3)不变 【详解】（1）[1] 眼睛在玻璃砖的另一侧观察，移动大头针，使挡住、的像。 [2] 插入大头针，使挡住和、的像。 （2）[3] 设圆的半径为，入射角为，折射角为，由几何关系得 由关系式 由折射定律得 （3）[4] 玻璃砖上下平移后，两界面仍与原位置平行，入射光线和出射光线的方向均不变，作出的入射角和折射角不变，由 可知测得的折射率不变。 12．用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样： (1)图______（选填“甲”或者“乙”）是单色光的干涉条纹形状示意图。 (2)转动测量头的手轮，先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图丙所示，______，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图丁所示。 (3)若实验前已获知的数据有：双缝间的间距为，双缝到屏的距离为，经测量，相邻两条亮条纹间的距离为。请写出计算该光波长大小的表达式______。（用题给物理量的字母表示） (4)代入数据求得待测光的波长是______（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1)甲 (2)2.320 (3) (4) 【详解】（1）双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度；衍射条纹特点是中间宽两边窄、中间亮两边暗，且不等间距，根据此特点知甲图是干涉条纹。 （2）由图丙读出 （3）根据双缝干涉条纹的间距公式，可得 （4）由图丁读出 则相邻亮条纹间距为 代入数据得 三．解答题（本题共3小题，共38分） 13．如图所示为某种透明介质制成的半径为的圆柱体的截面图，其中半径水平，同颜色的平行细光束甲、乙垂直射入介质，已知细光束甲、乙的入射点到点的距离分别为、，光束乙在弧面恰好发生全反射，光在真空中传播速度为。求： (1)该透明介质的折射率； (2)光束甲在该透明介质中传播的时间。 【详解】（1）根据题意光路如图 几何关系可知 解得 因为光束乙在弧面AB恰好发生全反射，则临界角C与相等，则折射率 （2）几何关系可知 解得 可知光在C点发生全反射，根据反射定律，可知其反射光垂直OB射出，几何关系可知 因为 光束甲在该透明介质中传播的时间 14．在夜游青衣江项目中，水下灯带沿河岸、桥梁底部、水中礁石等位置布置，勾勒出河道轮廓，与江水相互映衬，营造出梦幻的夜景氛围。若在平静的水面下有一处点光源Q，已知水的折射率，求： (1)这个点光源发出的光能从多大面积的水面射出来； (2)若把若干个与Q相同的点光源组成一条长的细长灯带，这条灯带的光从多大面积的水面射出来； (3)若把若干个与Q相同的点光源组成一条周长为米的圆形灯带，这条灯带的光从多大面积的水面射出来。 【详解】（1）点光源Q发出的光能透出水面的区域是一个圆，其半径由临界角决定。临界角应满足 则 透过圆半径 透光面积 （2）细长灯带长，每个点光源的透光圆在垂直灯带方向叠加，形成宽度为m的长方形以及两端的半径为0.3m的半圆形。透光面积。 （3）因为圆形灯带周长米，则半径为0.5m。透光区域是外径为半径为0.8m，内径为0.2m的圆环，面积。 15．在半径为R的玻璃球内部挖走一个半径为的小玻璃球，剩余部分的横截面如图所示，、分别是大小圆的圆心，小圆与大圆半径相切于点，一单色光从A点射入玻璃，入射角为45°，折射光线射到小圆上B点，延长线经过，光在真空中的传播速度为c，求： (1)玻璃的折射率； (2)光从A到B传播的时间。 【详解】（1）设折射角为，由几何关系可得， 由折射率的定义可得 解得 （2）由几何关系可得 则 光从A到B的传播时间 由折射率 解得 / 学科网（北京）股份有限公司 $