第4章 光（单元测试）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理选择性必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 聚焦高中物理“光”单元核心知识，通过实验情境与科技应用融合，适配单元复习的基础巩固与能力提升，覆盖光的干涉、衍射、折射等核心概念。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选题|10题40分|双缝干涉、全反射、薄膜干涉、偏振等|结合生活（日出红光）与科技（雾化玻璃），考查物理观念与科学思维| |非选择题|5题60分|折射率测定实验、全反射临界角计算、玻璃砖折射综合|注重科学探究（实验步骤设计）和科学推理（临界角与传播时间计算），贴合真题命题趋势|

第四章 光 班级_____ 姓名_____ 学号_____ 成绩_____ 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 一、单选题(共 10 题，每题 4 分，共 40 分) 1. 下列四幅图为光的相关现象，关于它们的说法正确的是( ) 第 1 题 A. 图甲为 a、b 两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样,在同种均匀介质中, a 光的传播速度比 光的大 B. 图乙为光导纤维示意图, 内芯的折射率比外套的折射率小 C. 图丙为薄膜干涉示意图, 两玻璃板的中间一端用薄片垫起, 构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 D. 图丁中，用自然光照射透振方向(箭头所示)互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮 2. 日出和日落时太阳看起来特别红, 这是由于 ( ) A. 光的色散 B. 光的全反射 C. 光的折射 D. 红光的波长长 3. 利用图甲所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图乙中a 和 b 两种图样. 下列关于 处放置的光学元件的说法正确的是 ( ) 第 3 题 A. 对应单缝， 对应双缝 B. a 对应双缝，b 对应单缝 C. 都是单缝，a 对应的缝宽较大 D. 都是双缝，a 对应的双缝间距较大 4. 在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后, 在光屏上得到如下四幅图样, 关于光屏前传播方向上放置的装置, 以下说法正确的是 ( ) 第 4 题 A. 甲是单缝、乙是双缝 B. 乙是双缝、丙是小圆孔 C. 丙是小圆孔、丁是小圆板 D. 丁是小圆孔、甲是双缝 5. 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用, 下列说法错误的是 ( ) A. 在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象 B. 激光全息照相是利用了激光相干性好的特性 C. 日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰 D. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 6. 冰晶是一种结晶体, 由水分子组成, 在适宜的湿度和温度条件下, 冰晶会形成六角形的晶体结构. 一束太阳光射到六角形冰晶上, 其中 a、b 两种单色光的光路图如图所示. 比较 a、b 两种单色光, 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 在空气中, a 光的波长较小 B. 冰晶对 a 光的折射率较大 C. b 光在冰晶中的传播速度较大 D. 通过同一装置发生双缝干涉, a 光的相邻亮条纹的间距较大 7. 1834 年英国物理学家洛埃设计了洛埃镜实验, 如图所示. 水平放置的平面镜 左上方有一点光源 ,仅发出单一频率的光,平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏, 平面镜所在水平线与光屏的交点为 ,则 ( ) 第 7 题 A. 光屏上可以看到干涉条纹 B. 光屏上可以看到衍射条纹 C. 光屏上 处呈现亮条纹 D. 光屏上 处呈现暗条纹 8. 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象. 图甲是点燃的酒精灯 (在灯芯上撒些盐), 图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转, 观察到的现象是( ) 第 8 题 A. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 30° B. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 90° C. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 30° D. 干涉条纹保持不变 9. 如图所示,一束激光射入肥皂泡后 (入射激光束未在图中标出), 肥皂膜内出现一亮环. 肥皂膜内的激光 ( ) 第 9 题 A. 波长等于亮环的周长 B. 频率比在真空中的大 C. 在肥皂膜与空气的界面上发生衍射 D. 在肥皂膜与空气的界面上发生全反射 10. 通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间, 经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品, 被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域, 能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求.我们将其工作原理简化为如图所示的模型, 在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明， 像一块毛玻璃; 通电以后, 弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列, 整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃. 结合以上内容和所学知识, 关于通电雾化玻璃, 你认为下列叙述比较合理的是 ( ) 第 10 题 A. 不通电时, 入射光在液晶层发生了全反射, 导致光线无法通过 B. 不通电时，入射光在液晶层发生折射，光线能够通过 C. 通电时, 入射光在通过液晶层后方向发生了改变 D. 通电时, 入射光在通过液晶层后按原来方向传播 二、非选择题(共 5 题，共 60 分.其中第 12 题～第 15 题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤, 只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位) 11. (15 分) 如图甲所示, 某同学在 “测定玻璃的折射率” 的实验中, 先将白纸平铺在木板上并用图钉固定, 玻璃砖平放在白纸上, 然后在白纸上确定玻璃砖的界面 和 为直线 与 的交点,在直线 上竖直地插上 两枚大头针. 第 11 题 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有_____. A. 插上大头针 ,使 仅挡住 的像 B. 插上大头针 ,使 挡住 的像和 的像 C. 插上大头针 ,使 仅挡住 D. 插上大头针 ，使 挡住 和 、 的像 (2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针 应在图甲中的位置_____(选填“A”“B”或“C”). (3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角 和折射角 ， 并写出计算玻璃折射率 的表达式 _____. (4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面 和 的间距画得过宽, 若其他操作正确, 则折射率的测量值_____ (选填“大于”“小于”或“等于”)准确值. 12. (8分)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的. 光从挡风玻璃内侧 点射向外侧 点再折射到空气中,测得入射角为 ,折射角为 ; 光从 点射向外侧 点, 刚好发生全反射并被 接收,求光从玻璃射向空气时临界角 的正弦值表达式. 第 12 题 13. (10 分) 将两块半径均为 、完全相同的透明半圆柱体 、 置于正对位置, 圆心上下错开一定距离, 如图所示. 用一束单色光沿半径照射半圆柱体 ,设圆心处入射角为 . 当 时, 右侧恰好无光线射出; 当 时,有光线沿 的半径射出,射出位置与 的圆心相比下移 . 不考虑多次反射,求: (1)半圆柱体对该单色光的折射率; (2)两个半圆柱体之间的距离 . 第 13 题 14. (12 分) 如图所示,直角三角形 是一玻璃砖的横截面, , . 一束单色光 从 边上的 点射入玻璃砖,入射角为 ,折射光 恰好射到玻璃砖 边的中点 ,已知光在真空中的传播速度为 . 求: 第 14 题 (1)玻璃砖的折射率； (2)该光束从 边上的 点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需的时间. 15. (15 分) 如图所示,一透明玻璃半球竖直放置, 为其对称轴, 为球心,球半径为 ,球左侧为圆面,右侧为半球面. 现有一束平行光从其左侧垂直于圆面射向玻璃半球,玻璃半球的折射率为 ,设真空中的光速为 ,不考虑光在玻璃中的多次反射,求: (1)从左侧射入能从右侧射出的入射光束面积占入射面的比例; (2 )从距 点 的入射光线经玻璃半球偏折后直到与对称轴 相交的传播时间. 第 15 题 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 光 班级_____ 姓名_____ 学号_____ 成绩_____ 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 一、单选题(共 10 题，每题 4 分，共 40 分) 1. 下列四幅图为光的相关现象，关于它们的说法正确的是( ) 第 1 题 A. 图甲为 a、b 两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样,在同种均匀介质中, a 光的传播速度比 光的大 B. 图乙为光导纤维示意图, 内芯的折射率比外套的折射率小 C. 图丙为薄膜干涉示意图, 两玻璃板的中间一端用薄片垫起, 构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果 D. 图丁中，用自然光照射透振方向(箭头所示)互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮 【答案】 A 【解析】根据双缝干涉条纹的间距公式 ,可知 a 光条纹间距大,则 光的波长较长,根据 可知, 光的频率较小,则 光的折射率小,根据 可知, 光的传播速度较大， 正确；图乙为光导纤维示意图，根据光的全反射条件，可知，内芯的折射率比外套的折射率大，B 错误；图丙为薄膜干涉示意图，两玻璃板的中间一端用薄片垫起，构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在空气薄膜的上下两表面反射形成的两列光波叠加的结果, C 错误; 自然光通过偏振片后形成偏振光, 因两个偏振片的透振方向相互垂直, 所以没有光射到光屏上, 光屏发黑, D 错误. 故选 A. 2. 日出和日落时太阳看起来特别红, 这是由于 ( ) A. 光的色散 B. 光的全反射 C. 光的折射 D. 红光的波长长 【答案】 D 【解析】可见光中, 红光的波长最长, 最容易发生衍射现象. 太阳东升和西落时, 阳光通过比较厚的空气层, 射到地面来的红光最多, 因此太阳看起来呈红色. 故选 D 3. 利用图甲所示的装置，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图乙中a 和 b 两种图样. 下列关于 处放置的光学元件的说法正确的是 ( ) 第 3 题 A. 对应单缝， 对应双缝 B. a 对应双缝，b 对应单缝 C. 都是单缝，a 对应的缝宽较大 D. 都是双缝，a 对应的双缝间距较大 【答案】A 【解析】由题图可知, 同一光源发出的光经过光学元件, 且形成的图样为明暗相间的条纹, 说明可能发生衍射或干涉, 根据单缝衍射的条纹间距不相等, 双缝干涉的条纹间距相等可知, a 对应单缝, b 对应双缝, 故选 A. 4. 在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后, 在光屏上得到如下四幅图样, 关于光屏前传播方向上放置的装置, 以下说法正确的是 ( ) 第 4 题 A. 甲是单缝、乙是双缝 B. 乙是双缝、丙是小圆孔 C. 丙是小圆孔、丁是小圆板 D. 丁是小圆孔、甲是双缝 【答案】C 【解析】衍射与干涉图样的区别: 前者是中间亮条纹, 越向两侧条纹宽度越小, 后者是明暗条纹宽度相等, 可知图甲是双缝干涉条纹，图乙是单缝衍射条纹；根据圆孔衍射与泊松亮斑的区别可知，圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的, 周围是明暗相间的圆环, 可知图丙是圆孔衍射, 图丁是泊松亮斑，即小圆板，C 正确. 故选 C. 5. 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用, 下列说法错误的是 ( ) A. 在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象 B. 激光全息照相是利用了激光相干性好的特性 C. 日落时分拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰 D. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 【答案】D 【解析】在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象, A 正确; 激光全息照相利用了激光相干性好的特性, B 正确; 日落时, 拍摄水面下的景物, 在照相机镜头前装上偏振滤光片, 将反射光过滤, 减少反射光的影响, 可以使景象更清晰，C 正确；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，D 错误. 故选 D. 6. 冰晶是一种结晶体, 由水分子组成, 在适宜的湿度和温度条件下, 冰晶会形成六角形的晶体结构. 一束太阳光射到六角形冰晶上, 其中 a、b 两种单色光的光路图如图所示. 比较 a、b 两种单色光, 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 在空气中, a 光的波长较小 B. 冰晶对 a 光的折射率较大 C. b 光在冰晶中的传播速度较大 D. 通过同一装置发生双缝干涉, a 光的相邻亮条纹的间距较大 【答案】 【解析】 、 两种单色光进入冰晶时,入射角相同，但 光的偏折程度大，故冰晶对 b 光的折射率较大，B 错误；因冰晶对 光的折射率较大，故 光的频率较大，由 可知，在空气中 光的波长较小， 错误；根据 可知， 光在冰晶中的传播速度较小，C 错误；根据 可知，通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻亮条纹的间距较大，D 正确. 故选 D. 7. 1834 年英国物理学家洛埃设计了洛埃镜实验, 如图所示. 水平放置的平面镜 左上方有一点光源 ,仅发出单一频率的光,平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏, 平面镜所在水平线与光屏的交点为 ,则 ( ) 第 7 题 A. 光屏上可以看到干涉条纹 B. 光屏上可以看到衍射条纹 C. 光屏上 处呈现亮条纹 D. 光屏上 处呈现暗条纹 【答案】A 【解析】光源 直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光发生干涉，光屏上呈现干涉条纹， 正确， 错误； 反射光线不能照射到 点，故 点不会有干涉条纹， 、 错误. 故选 A. 8. 用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象. 图甲是点燃的酒精灯 (在灯芯上撒些盐), 图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈.将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转, 观察到的现象是( ) 第 8 题 A. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 30° B. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 90° C. 当金属线圈旋转 时,干涉条纹同方向旋转 30° D. 干涉条纹保持不变 【答案】D 【解析】在本实验中肥皂液薄膜之所以产生干涉条纹, 是因为在重力作用下肥皂液薄膜上薄下厚，前后两面的反射光叠加而互相加强，金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转时，肥皂液薄膜依然保持上薄下厚，干涉条纹保持不变. 故选 D. 9. 如图所示,一束激光射入肥皂泡后 (入射激光束未在图中标出), 肥皂膜内出现一亮环. 肥皂膜内的激光 ( ) 第 9 题 A. 波长等于亮环的周长 B. 频率比在真空中的大 C. 在肥皂膜与空气的界面上发生衍射 D. 在肥皂膜与空气的界面上发生全反射 【答案】 D 【解析】激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，A、B错误；在肥皂泡内侧出现一个亮环，是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射, C 错误, D 正确. 故选 D. 10. 通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间, 经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品, 被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域, 能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求.我们将其工作原理简化为如图所示的模型, 在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明， 像一块毛玻璃; 通电以后, 弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列, 整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃. 结合以上内容和所学知识, 关于通电雾化玻璃, 你认为下列叙述比较合理的是 ( ) 第 10 题 A. 不通电时, 入射光在液晶层发生了全反射, 导致光线无法通过 B. 不通电时，入射光在液晶层发生折射，光线能够通过 C. 通电时, 入射光在通过液晶层后方向发生了改变 D. 通电时, 入射光在通过液晶层后按原来方向传播 【答案】D 【解析】根据题意, 当不通电时, 由于液晶分子排列不规则, 则入射光在液晶层发生了漫反射, 导致光线无法通过, A、 B 错误; 通电时, 液晶分子排列规则, 整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃, 故入射光在通过液晶层后按原来方向传播, C 错误, D 正确. 故选 D. 二、非选择题(共 5 题，共 60 分.其中第 12 题～第 15 题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤, 只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位) 11. (15 分) 如图甲所示, 某同学在 “测定玻璃的折射率” 的实验中, 先将白纸平铺在木板上并用图钉固定, 玻璃砖平放在白纸上, 然后在白纸上确定玻璃砖的界面 和 为直线 与 的交点,在直线 上竖直地插上 两枚大头针. 第 11 题 (1)该同学接下来要完成的必要步骤有_____. A. 插上大头针 ,使 仅挡住 的像 B. 插上大头针 ,使 挡住 的像和 的像 C. 插上大头针 ,使 仅挡住 D. 插上大头针 ，使 挡住 和 、 的像 (2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针 应在图甲中的位置_____(选填“A”“B”或“C”). (3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角 和折射角 ， 并写出计算玻璃折射率 的表达式 _____. (4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面 和 的间距画得过宽, 若其他操作正确, 则折射率的测量值_____ (选填“大于”“小于”或“等于”)准确值. 【答案】(1) BD(3 分) (2) B(3 分) (3)见解析(3 分) (3 分) (4)小于(3 分) 【解析】(1)应该使 挡住 的像和 的像, 挡住 和 的像,只有这样 、 才在同一条光路上,因此 正确, 错误. 故选 BD. (2)由于 和 两个界面平行，因此出射光线与入射光线也应平行,因此 的位置在 点. (3) 光路图及入射角 和折射角 如图甲所示,玻璃的折射率 . 甲 第 11 题答图 (4)由图乙可知,当 和 的间距画得过宽时,折射角 偏大, 因此折射率的测量值小于准确值. 乙 第 11 题答图 12. (8分)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的. 光从挡风玻璃内侧 点射向外侧 点再折射到空气中,测得入射角为 ,折射角为 ; 光从 点射向外侧 点, 刚好发生全反射并被 接收,求光从玻璃射向空气时临界角 的正弦值表达式. 第 12 题 【答案】 【解析】根据光的折射定律有 (2 分)，根据光 的全反射规律有 (2 分)，联立解得 (4 分). 13. (10 分) 将两块半径均为 、完全相同的透明半圆柱体 、 置于正对位置, 圆心上下错开一定距离, 如图所示. 用一束单色光沿半径照射半圆柱体 ,设圆心处入射角为 . 当 时, 右侧恰好无光线射出; 当 时,有光线沿 的半径射出,射出位置与 的圆心相比下移 . 不考虑多次反射,求: (1)半圆柱体对该单色光的折射率; (2)两个半圆柱体之间的距离 . 第 13 题 【答案】 ( 1 ) ( 2 ) 【解析】( 1 )当 时，A 右侧恰好无光线射出,即光线发生全反射,根据全反射条件可知 ,半圆柱体对该单色光的折射率 分). (2) 作出光路图如图所示,入射光在半圆柱体 上发生折射时,由折射定律有 ,其中 ,解得 (1 分),入射光在半圆柱体 上发生折射时,由折射定律有 ,解得 ,则 分),由几何关系可知 (1 分),联立解得 (2 分). 第 13 题答图 14. (12 分) 如图所示,直角三角形 是一玻璃砖的横截面, , . 一束单色光 从 边上的 点射入玻璃砖,入射角为 ,折射光 恰好射到玻璃砖 边的中点 ,已知光在真空中的传播速度为 . 求: 第 14 题 (1)玻璃砖的折射率； (2)该光束从 边上的 点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需的时间. 【答案】(1) (2) 【解析】(1)作出光路图，如图所示，过 点的法线是三角形的中位线，由几何关系可知 为等腰三角形， ，由几何知识可知光在 边折射时折射角为 (2 分)，所以玻璃砖的折射率为 (2 分). (2)设临界角为 ，有 ,解得 ,由光路图及几何知识可判断,光在 边上的入射角为 ，大于临界角，则光在 边上发生全反射. 光在 边的入射角为 ，小于临界角，所以光从 边第一次射出玻璃砖,根据几何知识可知 (2 分)，则光束从 边射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需要的时间 (1 分)，而 (1 分)，解得 (2 分). 第 14 题答图 15. (15 分) 如图所示,一透明玻璃半球竖直放置, 为其对称轴, 为球心,球半径为 ,球左侧为圆面,右侧为半球面. 现有一束平行光从其左侧垂直于圆面射向玻璃半球,玻璃半球的折射率为 ,设真空中的光速为 ,不考虑光在玻璃中的多次反射,求: (1)从左侧射入能从右侧射出的入射光束面积占入射面的比例; (2 )从距 点 的入射光线经玻璃半球偏折后直到与对称轴 相交的传播时间. 第 15 题 【答案】(1) (2) 【解析】(注)从左侧圆面垂直入射，光线不偏折,考虑玻璃半球的一个截面,如图所示,设从左侧的 点入射的光,在右侧半球面刚好发生全反射,则由折射定律有 (1 分),解得 (1 分), (2 分),从左侧射入能从右侧射出的光束是以 为圆心, 长为半径的圆,其面积 (1 分),而左侧入射面的面积 (1 分),解得 (1 分). (2) 设距 点 的入射点为 ,射到半球面上的点为 点,入射角为 ,折射角为 . 在 中有 , (1 分),考虑在 点折射,由折射定律有 , 代入数据解得 (1 分),设从 点的出射光线交 轴于 点,由图可知在 中, ,可得 (2 分),光在玻璃中传播速度 (1 分),光从 点传播到 点的时间 (1 分),将 及 代入解得 (2 分). 第 15 题答图 学科网（北京）股份有限公司 $