人教版选择性必修第一册 第四章 光及其应用 单元测试卷（含解析）

人教版选择性必修第一册《第四章光及其应用》
单元测试卷
一、单选题（本题共16个小题，每题2分，共32分）
1.（2024-2025高二上·辽宁沈阳·开学考试）如图甲所示，将两块平板玻璃、放在水平桌面上，并在两块玻璃之间右侧边缘垫上两个纸条，用平行单色光竖直向下照射玻璃板，就会在玻璃板上方看到如图乙所示的明暗相间的条纹。下列说法正确的是( )
A. 图乙中的条纹是的上表面、的下表面两列反射光发生干涉的结果
B. 在任意一条明条纹的下方，空气薄膜的厚度都是均匀变化的
C. 如果撤掉一个纸条，则条纹间距增大
D. 若改用频率更高的单色光进行实验，则条纹间距会更大
2.（2023-2024高二上·云南楚雄·期中）当游客站在峨眉山山顶背向太阳而立且前下方又弥漫云雾时，会在前下方的云雾上看到一个外红内紫的彩色光环，这是一种奇特的自然现象。当阳光照射较厚的云层时，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射光在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象。下述现象与“彩色光环”现象成因相同的是( )
A. 雨后的彩虹
B. 透过两支铅笔夹成的狭缝看日光灯，可以看到彩色条纹
C. 路面上的油膜在阳光下呈现彩色
D. 阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑
3.（2023-2024高二上·江苏淮安·阶段练习）夜间骑行时，自行车尾灯能够提高可见性。尾灯内部无电源驱动，其结构通常是由多个直角棱镜组成，自行车后方的汽车灯光线水平射入棱镜后，在棱镜侧面经过两次全反射后水平反射回去。如图所示，根据全反射原理，自行车尾灯棱镜所选用材料的折射率至少为( )
A. B. C. D.
4.（2023-2024高二上·浙江·阶段练习）有一种被称为手性材料的光介质，当激光射入这种介质的时候，将会分离出两种光，一种是左旋圆偏振光，介质对其折射率为，另一种是右旋圆偏振光，介质对其折射率为，其中为选定材料的固有折射率，为一个大于零的参数和大于零，则( )
A. 在该介质中，左旋圆偏振光的传播速度小于右旋圆偏振光的传播速度
B. 左旋圆偏振光偏折比右旋圆偏振光明显
C. 越大，左旋圆偏振光与右旋圆偏振光分离越明显
D. 介质对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的折射率与固有折射率成正比
5.（2023-2024高二上·上海徐汇·阶段练习）如图所示是安置在水立方运动馆游泳池底部的照相机拍摄的一张运动员正在游泳的照片，照相机的镜头竖直向上，照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度，若已知水的折射率为，运动员的实际手到脚的长度约为，，则该游泳池的水深约为( )
A. B. C. D.
6.（2023-2024高二上·陕西西安·期中）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。为标准石英环，为待测柱形样品，的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知的膨胀系数小于的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是( )
A. 劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 B. 劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C. 劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D. 劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
7.（2023-2024高二上·云南昆明·期末）利用如图所示的实验装置可以测定液体中的光速。该装置是由两块平板玻璃组成的劈形，其中倾角很小，其间形成空气薄膜空气可视为真空，光速为，光从平板玻璃上方垂直入射后，从上往下看到干涉条纹，测得相邻条纹间距为；若在两块平板玻璃之间充满透明液体，然后用同种单色光垂直照射玻璃板，测得相邻条纹间距为。则光在该液体中的传播速度为( )
A. B. C. D.
8.（2023-2024高二上·山东菏泽·阶段练习）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是( )
A. B.
C. D.
9.（2025-2026高二上·湖南邵阳·开学考试）某透明均匀介质的横截面如图所示，直角三角形的直角边与半圆的直径重合，，半圆的半径为，一束光线从点射入介质，其延长线过半圆的圆心，且、两点距离为。已知光线在点的折射角为，真空中的光速为，则光线在该透明均匀介质中传播的时间为( )
A. B. C. D.
10.（2023-2024高二上·广东深圳·期中）用图装置测量玻璃的折射率时，俯视图如图所示。在水平木板上插大头针、，透过玻璃砖观察，使把挡住，再插大头针和，使挡住同时挡住玻璃砖中的和，这样就可以确定玻璃砖的入射光线及其出射光线，从而可以测量玻璃的折射率。下列关于该实验时眼睛所看到大头针的情形，可能正确的是( )
A. B.
C. D.
11.（2023-2024高二上·黑龙江鸡西·阶段练习）由于大气层的存在，太阳光线在大气中折射，使得太阳“落山”后我们仍然能看见它。某同学为研究这一现象，建立了一个简化模型。将折射率很小的不均匀大气等效成折射率为的均匀大气，并将大气层的厚度等效为地球半径。根据此模型，一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间是地球自转时间为小时，地球上看到的太阳光可以看成平行光
A. 小时 B. 小时 C. 小时 D. 小时
12.（2023-2024高二上·安徽芜湖·自主招生）如图所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为，一细光束从上表面射入的入射角，折射角，光在真空中的光速为，则( )
A. 玻璃砖的折射率
B. 光从下表面射出时的折射角为
C. 光在玻璃中传播的时间为
D. 增大入射角，光在下表面可能发生全反射
13.（2023-2024高二上·上海虹口·期中）“超”可用于探测人体内脏的病变状况．如图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为式中是入射角，是折射角，， 为别是超声波在肝外和肝内的传播速度，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知，入射点与出射点之间的距离是，入射角为，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度为( )
A. B.
C. D.
14.（2023-2024高二上·陕西西安·期末）如图所示，是底角为的等腰梯形的棱镜截面图，与底边平行的两束单色光、间距可调从边射入后经边反射直接从边射出。已知棱镜对、两束光的折射率满足，下列说法正确的是( )
A. 调整、光的入射位置，可能从边射出
B. 、两束光不可能从边同一位置射出
C. 光从边射出位置一定离底边更近
D. 光从边射入到边射出时间一定更长
15.（2023-2024高二上·上海闵行·期中）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状用阴影表示为( )
A. B. C. D.
16.（2024-2025高二上·广东深圳·期末）竖直放置的三棱镜的横截面为直角三角形，，直角边的长为，足够长的竖直放置的光屏到三棱镜边的距离也为，图中点在点的正上方，和点等高。现有一光源自点由静止开始自由落体运动，若光源下落过程中射出的单色光线始终水平向左，仅考虑从边射出的光线，则照射到屏上的光点首先会向下做匀变速直线运动，已知棱镜的折射率为，重力加速度大小为，照射到屏上的光点向下做匀变速直线运动的加速度大小为( )
A. B. C. D.
二、多选题（本题共3个小题，每题4分，共12分）
17.（2023-2024高二上·湖北武汉·期中）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为，如图所示。他发现只有当大于时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是( )
A. 水的折射率为
B. 水的折射率为
C. 当他以向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于
D. 当他以向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于
18.年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果称洛埃镜实验。某实验小组重做该实验，如图所示，水平放置的平面镜左侧上方有一竖直放置的缝光源，仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为，对光屏上呈现的干涉图样，以下说法正确的是( )
A. 光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹
B. 光屏上呈现的条纹关于点上下对称
C. 若将缝光源水平向右移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
D. 若将缝光源竖直向下移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大
19.（2023-2024高二上·河北唐山·期末）如图所示是一玻璃球，其半径为，为球心，为水平直径。点是玻璃球的最高点，光线自点射入玻璃球又从点射出，出射光线平行于，已知，光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是( )
A. 此玻璃球的折射率为
B. 光线从到需用时
C. 若增大，光线不可能在段发生全反射现象
D. 若减小，从段射出的光线均平行于
三、实验题（本题共2个小题，每空2分，共20分）
20.（2023-2024高二·全国·课后作业）现有毛玻璃屏、双缝、白光光源、单缝和透红光的滤光片等光学元件，要把它们放在如图甲所示的光具座上组装成双缝干涉装置，以测量红光的波长。
将白光光源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字母排列顺序应为 ______、______、______。
本实验的步骤有：
取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能沿遮光筒的轴线把屏照亮；
按合理的顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
用刻度尺测量双缝到屏的距离；
用测量头其读数方法同螺旋测微器测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤时还应注意______和______。
某同学以线状白炽灯为光源，对实验装置进行调节并观察了实验现象后，总结出以下几点：
A.灯丝与单缝和双缝必须平行放置
B.干涉条纹与双缝垂直
C.干涉条纹的疏密程度与单缝宽度有关
D.干涉条纹的间距与光的波长有关
以上几点中，你认为正确的是______。
如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图乙所示。则在这种情况下来测量干涉条纹的间距时，测量值______实际值。选填“大于”“小于”或“等于”
21.（2024-2025高二上·浙江·期末）如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针、确定入射光线，并让入射光线过圆心，在玻璃砖图中实线部分另一侧垂直纸面插大头针，使挡住、的像，连接 图中为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称，、分别是入射光线、折射光线与圆的交点，、均垂直于法线并分别交法线于、点。
设的长度为，的长度为，的长度为，的长度为，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量______，则玻璃砖的折射率可表示为______。
该同学在插大头针前不小心将玻璃砖以为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将______填“偏大”、“偏小”或“不变”。
四、计算题（本题共3个小题，共36分）
22.（2023-2024高二上·江苏淮安·阶段练习）如图，玻璃球用两个折射率不同、半径均为的半球拼合在一起，拼合面为，球心为，为的中点，垂直交左半球于点。一束单色光从点以跟反向延长线成方向射入。该单色光在左、右半球的折射率分别为和，真空中的光速为。则：
通过计算说明此单色光能否从右半球射出？
此单色光在玻璃球中传播第一次到达右半球与空气交界面所用时间是多少？
23.（2024-2025高二上·江苏泰州·期中）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的位置，海豚的眼睛在位置，位置和位置的水平距离为，位置离水面的高度为。训练员将小球向左水平抛出，不计空气阻力，入水点在位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为。小球在位置发出的一束光线经水面折射后到达位置，折射光线与水平方向的夹角也为。已知水的折射率，，；求：
的值；
位置到水面的距离。
24.（2024-2025高二上·浙江·期中）随着、智能车以及算力需求等爆发，有着“电子产品之母”之称的电子级特种树脂高速化发展。如图所示为一电子产品取下的半径为的半球形电子级特种树脂，球心为点，点为半球面的顶点，且满足与底面垂直。一束单色光平行于射向半球面的点，折射后在底面点图中未画出处恰好发生全反射，已知透明树脂的折射率为，求：
点处入射角的正切值；
该束光在树脂中从点传播到点所用的时间。
答案和解析
1.【答案】
【解析】、乙图中的条纹是单色光分别在的下表面和的上表面的反射光发生干涉而形成的，故A错误；
B、在任意一条明条纹的下方，反射光的光程差相等，所以空气薄膜的厚度都是相等的，故B错误；
C、若抽去一张纸片，同一位置沿着斜面的方向，光程差的变化变缓，条纹间距将变宽，故C正确；
D、根据可知，改用频率更高的光，波长变短，条纹间距变窄，故D错误；
故选：。
2.【答案】
【解析】雨后的彩虹属于光的折射而不是衍射，故A错误；
B.透过狭缝看日光灯可以看到彩色条纹为单缝衍射，与“彩色光环”现象成因相同，故B正确；
C.油膜在阳光下呈现彩色是由于薄膜干涉，属于光的干涉，故C错误；
D.树影中的圆形光斑为太阳的像，属于小孔成像，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】由图可知，光线在棱镜内发生两次全反射，则
根据
可得
故折射率至少为，故A正确，BCD错误。
故选：。
4.【答案】
【解析】、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知：根据，在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度，故A错误；
B、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知：则右旋光的偏折比左旋光明显，故B错误；
C、越大，左旋光与右旋光的折射率相差越大，分离的现象越明显，故C正确；
D、根据题中所给折射率表达式，两种折射率均与固有折射率不成正比，故D错误；
故选：。
5.【答案】
【解析】依题意，水立方运动馆的景象实际范围的半径，解得
根据全反射临界条件，临界角的正弦
根据几何关系有
解得，故A正确，BCD错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】温度升高时，和均发生热膨胀，体积增大，已知的膨胀系数小于的膨胀系数，温度升高，比膨胀明显，石英板上升的高度比上表面上升的高度大，则劈形空气层厚度变大；
从劈形空气层的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹。根据条纹的位置与空气层的厚度是对应的，劈形空气层厚度变大，同一厚度的空气层向劈尖移动，条纹向劈尖移动，即条纹向左移动，故A正确，BCD错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】根据薄膜干涉原理，当光垂直射向玻璃板时，得到干涉条纹，根据薄膜干涉明条纹的条件可知，相邻两条纹对应劈尖厚度差
其中为光在介质中的波长。
由于很小，根据几何关系有
则
所以
又
同种单色光频率相同，则
则
故B正确，ACD错误。
故选：。
8.【答案】
【解析】因为地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则太阳光斜射向地面的过程，总是由折射率较小的空气射向折射率较大的空气，即由光疏介质斜射入光密介质，光线始终会向靠近法线的方向偏折，法线为竖直方向上，故光线始终会向竖直方向偏折，故A正确，BCD错误。
故选：。
9.【答案】
【解析】一束光线从点射入介质，其延长线过半圆的圆心，且、两点距离为，由几何关系可得，光线在点的入射角为
由题意知，光线在点的折射角为
由折射定律可得
光的传播路径如图
由几何关系可得，点的折射光线和垂直。由几何关系可得，光在点的入射角为，由折射定律可得，光线在点的折射角为。光线在该透明均匀介质中的传播速度
光线在该透明均匀介质中运动的路程为
所以光线在该透明均匀介质中运动的时间为，故A正确，BCD错误
故选：。
10.【答案】
【解析】玻璃的折射率大于空气的折射率，所以当光从空气进入玻璃时，折射角会小于入射角；大头针、和、的位置符合光的折射定律，即光从空气进入玻璃时，折射角小于入射角；光从玻璃进入空气时，折射角大于入射角。对图进行分析：因为为实线且重叠，所以眼睛是从下侧观察大头针。
故ABD错误，C正确；
故选：。
11.【答案】
【解析】太阳光是平行光，临界光路图如图所示
由几何关系可得折射角为
则；
根据折射定律
可得
由几何关系可知，地球多转角度便看不见太阳了，有
一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间为
故ABC错误，D正确；
故选：。
12.【答案】
【解析】、由折射定律有，故A错误；
B、由于光在面上的入射角等于光在面上的折射角，由折射定律可得，光从下表面射出时的折射角为，故B正确；
C、光在玻璃中传播的速度为，由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为，则光在玻璃中传播的时间为，故C错误；
D、光在面上的折射角一定小于临界角，在面上的入射角也一定小于临界角，可知光在面一定不能全反射，故D错误。
故选：。
13.【答案】
【解析】已知入射角为，设折射角为，根据题意有：
、，而，解得：，故ABC错误，D正确。
故选：。
14.【答案】
【解析】光路如图所示
根据折射定律有
解得
根据几何知识可知，两条光在面的入射角为
根据
解得
临界角
所以调整、光的入射位置，光在面发生全反射，不可能从边射出，故A错误；
B.由于，可知光束进入棱镜时偏折较大，、光束的间距可调，故光束上移，光束下移，、光束就有可能从同一位置射出，故B错误；
C.由图可知光束从边射出可能离底边更远，故C错误；
D.根据图中光束的光路图，根据正弦定理有
解得
同理可得
光在玻璃中的速度为，解得：
光在玻璃中的路程为，解得：
光在玻璃中的运动时间为
同理可得
由于
可知
则
则有
可知
故D正确。
故选：。
15.【答案】
【解析】取细灯带上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为，点光源出的光线在水面恰好全反射的光路图如图所示。
由，可得：
三角形发光体的每一条细灯带发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图所示。
三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图所示
设直角边的长度为，由几何关系可得此三角形的内切圆的半径
而，可知：，则由图可知有光射出的水面形状在三角形中央区域无空缺部分，故C正确，ABD错误。
故选：。
16.【答案】
【解析】如图，设上有一点，，光源从到的过程中，有：，由几何关系可知，由于，，，，根据，解得：，所以，则有为等边三角形，所以，其中，解得，则有，根据运动学公式得：，联立解得：，故D正确，ABC错误。
故选：。
17.【答案】
【解析】、他发现只有当大于时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，由此可知当时激光恰好能发生全反射，根据全反射的临界公式可得：
解得：，故B正确，A错误；
、当他以向水面发射激光时，根据几何关系可知，此时的入射角为，根据折射定律可得：
由此可知，折射角大于，因此岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于，故C正确，D错误；
故选：。
18.【答案】
【解析】光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相千光，该干涉现象可以看成双缝干涉，故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹，故A正确；
在点下方没有反射光线照射，故不会有干涉条纹，条纹不会关于点对称，故B错误；
光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离，光源到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式，将缝光源水平向右移动一小段距离，则变小，故光屏上的条纹间距将变小，故C错误；
光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离，光源到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式，若将缝光源竖直向下移动一小段距离，则变小，则光屏上的条纹间距将变大，故D正确。
故选：。
19.【答案】
【解析】、完成光路图如图所示。
由几何知识可得入射角，折射角，则此玻璃球的折射率为，故A正确。
B、长度，光在玻璃球内传播的速度，故光线从传到的时间为，故B正确。
C、由，则临界角，光线从射到时，入射角等于，所以若增大，入射角可能大于临界角，所以光线可能在段发生全反射现象，故C错误。
D、要使出射光线平行于，入射角必为，若减小，入射角减小，则从段射出的光线与不平行，故D错误。
故选：。
20.【答案】 单缝和双缝间距要适当 单缝与双缝相互平行 大于
【解析】为获取单色线光源，白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝。表示各光学元件的字母排列顺序应为。
在操作步骤时应注意单缝和双缝间距要适当，使单缝与双缝相互平行，使一个线光源变为频率相等的两个线光源；
、在用狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的干涉现象时狭缝必需与灯丝平行，这时干涉条纹与狭缝平行，狭缝与灯丝垂直时观察不到明显的干涉条纹．故A正确，B错误；
C、干涉条纹的间距公式为：；条纹间距与单缝的缝宽无关，故C错误；
D、干涉条纹的间距公式为：；同一个双缝干涉实验，波长越大条纹间距越大，干涉条纹的间距与光的波长有关，故D正确。
故选：。
如果测量头中的分划板中心刻度线与干涉条纹不在同一方向上，条纹间距测量值偏大；
根据干涉条纹的间距公式为：，波长测量值也是偏大。
故答案为：、、；单缝和双缝间距要适当；单缝与双缝相互平行；；偏大。
21.【答案】和 偏大
【解析】根据几何知识得，入射角的正弦，折射角的正弦，根据折射定律得，玻璃砖的折射率，所以需要用刻度尺测量和。
该同学在插大头针前不小心将玻璃砖以为圆心顺时针转过一小角度，折射光线将顺时针转动，而作图时仍以为边界，为法线，则入射角不变，折射角减小，由折射率公式律可知，测得玻璃砖的折射率将偏大。
故答案为：和，，偏大。
22.【解析】如图，根据题意和几何关系可知单色光在点的入射角为：
设单色光在点的折射角为，根据折射定律有：
代入数据解得：
即折射光线沿方向，由几何关系可知单色光在右半球与空气交界面的入射角为，单色光在右交界面发生全反射时的射临界角满足：
解得：
则，即单色光在右交界面不会发生全反射，能够从右半球射出。
单色光在左、右半球的传播速度分别为：，
根据几何关系可知单色光在左、右半球的传播距离相等，均为：
单色光在玻璃球中传播所用时间：
答：此单色光能够从右半球射出；
此单色光在玻璃球中传播第一次到达右半球与空气交界面所用时间是。
23.【解析】由平抛运动的规律可知，，
解得
由可知
从点射到水面的光线的入射角为，折射角为
则由折射定律可知
解得
由几何关系可知
解得
答：；
位置到水面的距离。
24.【解析】作出该束光的光路图如图所示
则有
其中为临界角，则有
联立解得：
该束光在树脂中的光速大小为：
由几何关系有
故该束光在树脂中从点射向点所用的时间为：
联立解得：
答：点处入射角的正切值大小为；
该束光在树脂中从点传播到点所用的时间为。