高二物理（粤教版2019）选择性必修一第四章《光及其应用》真题重组（含解析）

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第四章 光及其应用--真题重组卷
(考试时间：75分钟 满分：100分)
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号等填写在答题卡和试卷指定位置上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回
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，1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；8~10题有多项符合题目要求，全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答得0分。）
1．（23-24高二下·广东广州·期末）物理知识在生活中有广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．如图甲，阳光下观察竖直放置的肥皂膜，看到彩色条纹是光的衍射产生的
B．如图乙，光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的
C．如图丙，采用红灯图作为各种交通警示，原因是红光产生了多普勒效应
D．如图丁，立体电影利用了光的干涉现象
2．（23-24高二上·山东济南·期末）小王同学将一肥皂膜摆放在酒精灯的火焰前，发现在肥皂膜上形成上疏下密的彩色条纹，如图所示。据此推测该肥皂膜在竖直方向的侧向截面图是（　　）
A． B．
C． D．
3．（23-24高二下·广东佛山·期中）如图所示为一半径R=6cm的透明半球体，PQ为半球体的直径，O为半球体的球心。现有一束激光垂直半球体的截面入射，入射点从P点沿直径PQ方向缓慢移动，移动2cm后，开始有光线从半球体射出（不考虑光线在半球体内多次反射），则该半球体的折射率为（ ）
A． B． C． D．
4．（22-23高二下·广西贵港·期末）半径为R的半圆柱玻璃砖的截面如图所示，O点为圆心，与直径AB垂直，一束与成θ角的光线在O点反射、折射后，在紧靠玻璃砖且与AB垂直的光屏上形成两个光斑C、D。已知反射光线与折射光线垂直，，此玻璃砖的折射率为（　　）
A． B． C． D．
5．（23-24高二下·江西上饶·期末）如图所示，为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半径为r的半圆柱形，O为半圆的圆心，MN为直径，A点为弧形面上的点，且。一细光束由空气从A点斜射入，入射角，CD为光传感器，用以探测光的强度。已知该透明介质的折射率为，则下列说法正确的是（　　）
A．光束在A点只发生折射现象，没有反射现象
B．光束在A点折射角为30°
C．光束射到MN时发生全反射
D．若仅将光束改为频率更大的光束，光束可能在MN发生全反射不能到达光传感器
6．（2024·广东·高考真题）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．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B．逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C．逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D．逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
7．（2024·山东·高考真题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（　　）
A．滚珠b、c均合格
B．滚珠b、c均不合格
C．滚珠b合格，滚珠c不合格
D．滚珠b不合格，滚珠c合格
8．（22-23高二下·广东深圳·期末）如图所示，渔民在清澈的河水中用鱼叉叉鱼，可改用激光束捕鱼，关于两种捕鱼方法下列说法正确的有（ ）
A．用鱼叉叉鱼时，应该瞄准人所看到鱼的位置
B．用鱼叉叉鱼时，应该瞄准人所看到鱼的下方
C．用激光捕鱼时，应该瞄准人所看到的鱼
D．用激光捕鱼时，应该瞄准人所看到鱼的下方
9．（23-24高二上·重庆·期末）如图所示，在第十四届中国航展上空，歼穿云破雾、呈现了驾“七彩祥云”的壮观景象。因为飞机的发动机喷出高温尾流会使得飞机周围的空气经过机翼后膨胀降温，在飞机表面形成一层水雾。阳光照射到水雾上，由于不同颜色的光折射率不同，就会形成七彩光芒。如下图所示，将原理简化并作出光路图。已知光与界面的夹角为。光的折射率为，光与法线的夹角为，光在空气中的传播速度为，水雾半球的半径为。则下列说法正确的是（ ）
A．光在水雾半球中的传播时间为
B．光在水雾半球中的传播时间为
C．b光从水雾半球进入空气速度变快，波长变长
D．在水雾半球中a光的速度比b光的速度大
10．（23-24高二下·福建南平·期末）如图，平静的水面上漂浮一块保持静止且厚度不计的圆形木板，AB是直径。一条小鱼正好静止在A点正下方的C处。鱼沿着CB方向看向水面，恰好看不到水面上方的任何东西，水的折射率为，忽略小鱼的大小。则（　　）
A．木板直径为
B．木板直径为
C．若小鱼上浮到A点正下方处，随后以的水平速度匀速游过木板直径正下方，则在水面上任意位置看不到小鱼的时间为
D．若小鱼上浮到A点正下方处，随后以的水平速度匀速游过木板直径正下方，则在水面上任意位值看不到小鱼的时间为
第Ⅱ卷 非选择题
二、非选择题
11．（7分）（23-24高二下·广东肇庆·期末）某同学想通过光的双缝干涉实验来测量单色光的波长。请按照题目要求回答下列问题。
(1)用双缝干涉仪进行实验操作，将表中的光学元件放在如图甲所示的光具座上，用此装置测量红光的波长。
元件代号 A B C D E
元件名称 光屏 双缝 白光光源 单缝 透红光的滤光片
将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的排列顺序应为C、 （填写元件代号）。
(2)已知该装置中双缝间距，双缝到光屏的距离，在光屏上得到的干涉图样如图乙所示，分划板中心刻线在图乙中A位置时记下游标卡尺读数为111.10mm，转动手轮，当分划板中心刻线在B位置时记下游标卡尺读数为 mm，算出相邻两亮条纹中心间距 mm。由以上数据可以得出形成此干涉图样的单色光的波长 m。（后两空均保留两位有效数字）
(3)若该同学利用图甲中装置研究双缝干涉现象时撤去了滤光片，则他 （选填“能”或“不能”）在光屏上观察到干涉条纹。
12．（8分）（23-24高二下·广东清远·期末）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率：
(1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 （填“大”或“小”）的玻璃砖来测量；
(2)该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率 （用图中线段的字母表示）；
(3)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖．他们的其他操作均正确，且均以为界面画光路图．则甲同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”“偏小”或“不变”）．
13．（9分）（23-24高二上·山东日照·期末）如图所示，正三角形AOB为透明介质的横截面，P点为界面OA的中点。一束平行于角平分线OM的单色光由界面OA上的P点射入介质，经界面OA折射的光线恰平行于界面OB射入介质AOB中。已知光速（，不考虑光线在介质内的反射。
（1）画出光线从射入到射出介质的光路图；
（2）求介质的折射率；
（3）求光在介质中的传播速度（结果保留三位有效数字）。
14．（14分）（23-24高二下·浙江湖州·期末）如图甲所示是某款汽车前挡风玻璃的智能雨刮器原理示意图。不下雨时，激光光源发出的红外线在玻璃内斜射到点时刚好发生全反射，然后被接收器（其位置可移动）接收；下雨时，点的外侧有水滴，接收器接收到的光照强度发生变化，从而启动雨刮器。已知光在真空中的传播速度为，前挡风玻璃的厚度为，该玻璃的折射率为。（可能用到的三角函数：）
（1）当点的外侧有水滴时，接收器接收到的光照强度变大还是变小？
（2）求图甲中光由点传播到接收器的时间；
（3）如图乙所示，若前挡风玻璃内有一半径为的球形空气气泡，与玻璃内侧界面相切于点的距离为2R，光从点射向空气泡上与球心等高处的点，穿出空气泡后在外侧界面的点处反射并直接被接受器接收，请在答卷上的图乙中画出光由到再到的光路图（标出光入射到点和点的入射角大小），并求此时接收器到点的距离（不考虑多次反射）。

15.（16分）（23-24高二下·湖南·期末）为了能在紧急情况下从内部观察外面的目标，某地下室墙壁上开有一长方形对外观察孔，设墙壁厚度为，孔的宽度d，孔内嵌入某种型号的玻璃砖，俯视图如图甲所示。（已知），试问：
（1）若地下室的人通过移动位置刚好要能观察到外界范围内的景物，则嵌入的玻璃砖折射率最小为多大？
（2）现保持墙壁厚度不变，且用与第（1）问中相同折射率的玻璃材料，设计嵌入玻璃的俯视图如图乙所示，玻璃平面部分MN正好和墙壁内表面平齐，球冠的边缘恰好和墙壁外表面平齐，EF是半径为R的一段圆弧，圆弧的圆心为O，，如果通过改变墙壁观察孔的左右宽度，使地下室的人通过移动位置刚好也能观察到外界范围内的景物，则此时墙壁观察孔左右宽度至少应该为多大？
答案和解析
参考答案：
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D B B B B C BC AC BC
1．B
【详解】A．如图甲，阳光下观察竖直放置的肥皂膜，看到彩色条纹是光的干涉产生的，故A错误；
B．如图乙，光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的，故B正确；
C．如图丙，采用红灯图作为各种交通警示，原因是红光波长较长，容易发生明显的衍射，故C错误；
D．如图丁，立体电影就利用了光的偏振现象，故D错误。
故选B。
2．D
【详解】薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成的干涉条纹，在入射光为复色光时，出现彩色条纹，因为重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度变化越来越大。
故选D。
3．B
【详解】由题意作出光路图如图所示
入射点移动2cm，该入射点位置为A，此时光从半球体出射时的入射角为C，由几何关系可知
由全反射临界角公式可得
可得该半球体的折射率为
故选B。
4．B
【详解】根据题意作出光路图如图所示
已知反射光线与折射光线垂直，根据几何关系可知折射角为
根据折射定律可得此玻璃砖的折射率为
故选B。
5．B
【详解】A．光束在A点既发生折射现象，又有反射现象，故A错误；
B．设光束在A点折射角为，如图所示
由折射定律
得
故
故B正确；
C．该光束发生全反射的临界角的正弦值
因为
故光束射到MN时入射角小于临界角，不会发生全反射，故C错误；
D．若仅将光束改为频率更大的光束，则折射率更小，由
但是当
时，才等于发生全发射的临界角，因为
一定小于临界角，若仅将光束改为频率更大的光束，光束不可能出现在MN发生全反射不能到达光传感器的现象，故D错误。
故选B。
6．B
【详解】A．红光的频率比绿光的频率小，则红光的折射率小于绿光的折射率，在面，入射角相同，根据折射定律
可知绿光在面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误；
B．根据全反射发生的条件可知红光发生全反射的临界角较大，逐渐增大时，折射光线与面的交点左移过程中，在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B正确；
C．在面，光是从光疏介质到光密介质，无论多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；
D．根据折射定律可知逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。
故选C。
8．BC
【详解】AB．用鱼叉叉鱼时，从鱼身上发出的光，经水面出射到空气中后会发生折射，折射角大于入射角，人眼逆着折射光线看去，会看到鱼的位置比实际高了，则应该瞄准人所看到鱼的下方，故A错误，B正确；
CD．用激光捕鱼时，因为光路可逆，所以光线会沿同路径折射回去，人看到鱼的位置就是实际位置，则应该瞄准人所看到的鱼，故C正确，D错误。
故选BC。
9．AC
【详解】AB．对b光根据折射定律
则
i=30°
则a光的折射率
光在水雾半球中的传播速度
传播时间为
选项A正确，B错误；
C．b光从水雾半球进入空气速度变快，根据
可知，周期不变，波长变长，选项C正确；
D．根据
因a光的折射率大于b光，可知在水雾半球中a光的速度比b光的速度小，选项D错误。
故选AC。
10．BC
【详解】AB．依题意，做出小鱼恰好看不到水面上方的任何东西的光路图，如图所示
根据几何关系，可得
又
联立，解得
故A错误；B正确；
CD．若小鱼上浮到A点正下方处，随后以的水平速度匀速游过木板直径正下方，则在水面上任意位置看不到小鱼的时间为
根据题意可知，当小鱼反射的光在木板边缘水面上发生全反射时，则在水面上看不到小鱼，光路图如图所示
根据
可得
则在水面之上看不到小鱼运动的位移可表示为
又
联立，解得
故C正确；D错误。
故选BC。
11．(1)EDBA
(2) 115.60 0.64
(3)能
【详解】（1）为获取单色线光源，并形成相干光发生干涉，白色光源需依次通过透红光的滤光片、单缝、双缝、光屏，各光学元件的排列顺序应为EDBA。
（2）[1] 分划板中心刻线在B位置时记下游标卡尺读数为
[2] 双缝干涉条纹间距为
[3]根据双缝干涉条纹间距公式
可得
此干涉图样的单色光的波长为
（3）撤掉滤光片后，光屏上能看到由同种色光干涉形成的彩色条纹。
12．(1)大
(2)
(3) 偏小 不变
【详解】（1）为了减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，即应选用宽度大的玻璃砖来测量。
（2）根据折射定理
（3）[1]甲同学所作折射光线与实际折射光线如图所示，此时所测折射角比实际折射角偏大，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。
[2]虽然乙同学所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
13．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）光路图如图所示
（2）由几何知识可知，入射角，折射角
根据折射定律得
代入得
（3）根据折射率与光速关系
代入得
14．（1）变小；（2）；（3）见解析图；
【详解】（1）当点的外侧有水滴时，外侧介质折射率变大，则光线射到N点时不能再发生全反射而从玻璃中折射出去，则接收器接收到的光照强度变小；
（2）由
光线在玻璃中的速度
则光由点传播到接收器的时间
解得
（3）光路如图，光线在B点的入射角为i=45°，则根据光的折射定律
解得折射角为
r=60°
则射到C点的光线的入射角为60°，折射角为45°，由几何关系可知从C点射到M点的光线与竖直方向夹角为15°，即射到M点的光线的入射角为15°，则
15．（1）2；（2）2.5d
【详解】（1）光路图如图所示
在B点，根据折射定律有
根据几何关系有
解得
（2）光路图如图所示
在F点，根据折射定律有
其中
，
又
解得
即此时墙壁观察孔左右宽度应该增加为。
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