2025-2026学年高中物理人教版选择性必修一单元测试 第四章 光（含解析）

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2025-2026学年高中物理人教版选择性必修一单元测试 第四章 光
一、单选题
1．某科技小组通过设计“水流导光”的实验演示光纤通信的原理。如图甲所示，瓶内装有适量清水，水从小孔中喷出后形成了弯曲的水流。分别将红色和绿色的激光水平射向小孔，使光束与水流保持在同一竖直平面内，经过调整水流喷出的速度后，只观察到一种色光沿着弯曲的水流传播。已知这两种色光从激光器射向P点的路径一致，简化图如图乙所示，下列说法正确的是( )
A.沿着弯曲的水流传播的是绿光
B.绿光比红光在水中的传播速度大
C.红光在P点处发生了全反射
D.光纤通信的物理原理与佩戴3D眼镜观看立体电影的物理原理相同
2．夏季常出现如图甲所示的日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，比较a、b两种单色光，下列说法正确的是( )
A.在冰晶中，b光的波速比a光大
B.通过同一仪器发生双缝干涉，b光的相邻明条纹间距较大
C.若a光能使某金属发生光电效应，则b光也可以使该金属发生光电效应
D.a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的小
3．如图所示，某种频率的单色光以入射角从空气平行入射到半圆形玻璃砖的直径一侧的界面，该种单色光在玻璃砖中的折射率为，玻璃砖的半径为R。则在圆弧界面上有光透出部分的长度为（不考虑光线在圆弧面上的反射）( )
A. B. C. D.
4．如图所示，一束单色光以入射角射到三棱镜的AB面，经折射后到达AC面，为，三棱镜对光的折射率为，光在真空中传播速度为c，不考虑光在BC面上的反射，下列说法正确的是( )
A.光在AB面时的折射角为
B.光在AC面上能同时发生反射和折射
C.光经AC面反射后垂直射到BC面上
D.若光在三棱镜中传播路程为s，则在三棱镜中传播时间为
5．如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率，则下列说法正确的是( )
A.一定有光线从Q的下表面射出
B.从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行
C.光线在P中的波长小于在Q中的波长
D.如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于
6．现有一光线以相同的入射角，打在不同浓度的两杯溶液中，折射光线如图所示，已知折射率随浓度增大而变大。则( )
A.甲折射率大 B.甲浓度小 C.甲速度大 D.甲临界角大
7．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A.内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B.内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C.内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D.内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
8．如图所示，由透明介质构成的半球壳的内、外表面半径分别为R和，O点为球心。一束光线AB入射到半球壳内表面，入射角为，已知透明介质的折射率，不考虑反射，则光线从外表面射出介质时的折射角的正弦值为( )
A. B. C. D.
9．蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到蝴蝶翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下的两片鳞片平行，厚度均匀，结构的示意图如图所示。一束蓝光以入射角i从a点入射，一部分光直接反射，另一部分光经过一系列折射、反射后从b点射出。下列说法正确的是( )
A.a点的反射光线与b点的折射光线平行
B.若入射角i变大，则入射点a与出射点b间的距离将变小
C.若仅将蓝光换为红光，则入射点a与出射点b间的距离不变
D.若仅将蓝光换为紫光，则入射点a与出射点b间的距离变大
10．岫岩玉产自辽宁省鞍山市岫岩满族自治县，为中国四大名玉之一，其玉质温润，透明度高，对钠黄光（波长为589.3纳米）的折射率约为1.55~1.62，一束钠黄光从某块透明度很高的岫岩玉射向空气。如下图，Ⅰ为空气，Ⅱ为岫岩玉，入射角是，则下列光路图可能正确的是（）( )
A. B.
C. D.
11．图为半径R的半圆形玻璃砖的截面图，O为圆心，平行于平面一细光束射向玻璃砖，入射角为，已知玻璃砖对光折射率为，如果有折射发生时不考虑反射，则该光束进入玻璃砖后( )
A.先折射到AOC平面上，接着从AOC平面折射出玻璃砖
B.先折射到AOC平面上，接着被全反射到ABC弧面上，最后从ABC弧面射出玻璃砖
C.先折射到ABC弧面上，接着从ABC弧面折射出玻璃砖
D.先折射到ABC弧面上，接着被全反射到AOC平面上，最后从AOC平面射出玻璃砖
12．如图所示为某透明介质制成的三棱镜的截面，其中边的长度为L，一细光束由边的中点D斜射入棱镜中，入射光线与边的夹角，其折射光线在棱镜中与边平行，，光在真空中的速度为c，下列说法正确的是( )
A.该介质的折射率为
B.光线不能从边射出
C.光线第一次离开棱镜时，折射角的正弦值为
D.光线从D点射入到第一次离开棱镜的时间为
二、多选题
13．“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力.下列现象的物理原理与之相同的是( )
A.插入水中的筷子，看起来折断了 B.阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C.驶近站台的火车，汽笛音调变高 D.振动音叉的周围，声音忽高忽低
14．直角三棱镜能通过折射改变激光束宽度，原理如图所示，三角形ABC为直角三棱镜的横截面，宽度为的光束从AC上以入射角进入三棱镜，之后垂直AB边射出，激光束宽度变为。已知棱镜对光的折射率为n。则( )
A.
B.
C.上方光束可能比下方光束先传播到AB边
D.上下两束光同时传播到AB边
15．同一双缝干涉实验装置做了甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹分别如图1、2所示。下列说法正确的是( )
A.图1中，两列光波谷和波谷重叠处出现暗条纹
B.图1中，两列光波峰和波峰重叠处出现亮条纹
C.甲光的波长比乙光的波长长
D.减小实验中的双缝间距，条纹间距会变小
16．如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一单色细光束由真空沿着径向与AB成角射入，对射出的折射光线的强度随角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示。图丙是用这种材料制成的透明实体，左侧是半径为R的半圆柱体，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束该单色光从左侧点沿半径方向且与长方体的上表面成角射入透明实体。已知光在真空中传播的速度为c,以下说法正确的是( )
A.该透明材料的临界角是
B.该透明材料的临界角是
C.该透明材料的折射率为
D.光束在透明实体中传播的总时间为
三、填空题
17．某同学测量某种透明材料的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、一面镀有反射膜的平行透明材料。如图所示，直尺与透明材料平行放置。
第一次测量时，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向透明材料表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读得O、A间的距离，A、B间的距离，图中直尺到透明材料上表面的距离，透明材料厚度，反射膜的厚度可忽略不计。根据所测数据可计算得出该透明材料的折射率_______（计算结果保留3位有效数字）。第二次测量前，仅将透明材料稍向下平移，在直尺上观察到的A、B两个光点将_______（填“左移”“右移”或“不动”），A、B间的距离将_______（填“增大”“减小”或“不变”）。
18．激光的特点及应用
特点 性质 应用
相干性 激光具有频率相同、相位差恒定、振动方向______的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 光纤通信
平行度 激光的平行度非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度 进行精确的测距；读取光盘上记录的信息等
高亮度 它可以在很小的空间和很短的______内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀”；激发核反应等
四、实验题
19．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中（实验装置如图甲），双缝间距，双缝到光屏间的距离，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
(1)下列说法正确的是( )
A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在光屏中心时，应放上单缝和双缝
B.测量某条干涉亮条纹位置时，应使测量头分划板中心刻线与该亮条纹的中心对齐
C.将滤光片由紫色换成红色，干涉条纹间距变宽
D.为方便起见，可用测量头直接测出相邻两条亮条纹间的距离，再根据求出波长
(2)正确操作后，该组同学用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图乙所示，分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为27.50mm，在图中B位置时游标卡尺读数如图丙所示。
①分划板在图乙中A、B位置时，相邻两条亮条纹中心间距___mm。
②该单色光的波长___m（保留两位有效数字）。
(3)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，如图丁所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距时，真实值___（选填“大于”“小于”或“等于”）测量值。
五、计算题
20．如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度θ的控制（可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）.透明介质的折射率，屏障间隙.发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间.不考虑光的衍射.
（ⅰ）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度θ控制为60°，求屏障的高度d；
（ⅱ）若屏障高度，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度θ刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）.
21．一种“光开关”的“核心区”构造如图中虚框区域所示，其中1、2是两个完全相同且截面边长均为d的等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行且略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现“开关”功能。若一细束单色光a从1的左侧面上D点垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”。已知棱镜对单色光a的折射率为1.5，D与底面间的距离为，单色光a在真空中的传播速度为c。在两棱镜之间不充入介质情况下：
（1）请通过推导说明是否能实现“开”功能；
（2）求单色光a在棱镜中传播的时间t。
参考答案
1．答案：A
解析:AC.水流导光的原理为光从水中射到水与空气分界面时的入射角大于临界角，发生了全反射，由于红光在水中的折射率比绿光小，根据，可知绿光的临界角比红光的小。由于红光和绿光的入射角相同，且只观察到一种色光发生全反射，可知是绿光发生了全反射，A项正确，C项错误；
B.光在介质中的速度，故绿光在水中的传播速度小于红光在水中的传播速度，B项错误；
D.光纤通信的物理原理是光的全反射，佩戴3D眼镜观看立体电影的物理原理是光的偏振，D项错误。
故选A。
2．答案：C
解析：A.由图可知a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则冰晶对b光的折射率比对a光的折射率大，根据棱镜色散规律可知a光的频率比b光的频率低，根据可知在冰晶中，b光的波速比a光小，故A错误；B.根据所以a光的波长大于b光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式可知用同一装置做双缝干涉实验时，a光条纹间距更大，故B错误；C.由上可知，a光折射率小，频率小，光子能量小，所以a光比b光不容易发生光电效应，若a光能使某金属发生光电效应，则b光也可以使该金属发生光电效应，故C正确；D.水对a光的折射率比对b光的折射率小，根据可知从水中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，故D错误。故选C。
3．答案：A
解析:分析圆心O左右两侧光线射入后在圆弧界面发生全反射的临界情况，在O点左侧若此时从A点射入刚好可以在圆弧界面发生全反射，可知在A左测的光线射入玻璃砖后必定会在圆弧界面发生全反射，单色光在玻璃砖中的折射率为，故临界角为
即
在A处有
解得折射角为
可得图中有
根据几何关系可知；同理，若此时从B点射入刚好可以在圆弧界面发生全反射，可知在B右侧的光线射入玻璃砖后必定会在圆弧界面发生全反射，此时有
根据几何关系可知，故可知圆弧间有光线透出，该段圆弧长度为
故选A。
4．答案：C
解析:A.光从空气折射率以入射角射入三棱镜AB面，三棱镜折射率，根据折射定律有
代入数据解得折射角，故A错误；
B.由几何关系，三棱镜，，则。AB面折射光线与AB的夹角为，因，故折射光线与AC面的夹角为
因此，光在AC面的入射角
全反射临界角满足
即
因入射角，光在AC面发生全反射，无折射光，故 B错误；
C.AC面反射角等于入射角，反射光线与AC面的夹角为
结合，反射光线与BC面的夹角为
即反射光线垂直于BC面，故 C正确；
D.光在三棱镜中的传播速度
传播时间，故D错误。
故选C。
5．答案：D
解析:A.根据全反射临界角与折射率的关系有
由于
可知
则不一定有光线从Q的下表面射出，A错误；
B.若有光线从Q的下表面射出，光线在介质中的夹角相等，根据折射率的定义式有
由于
则可知光线从Q的下表面射出的折射角大于光线从P的上表面射入的入射角，即从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线不平行，且光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于，B错误，D正确；
C.根据折射率的规律有
频率一定，折射率越小，介质中传播的波长越大，则光线在P中的波长大于在Q中的波长，C错误。
故选D。
6．答案：A
解析: 入射角相同，由于折射角，根据折射定律可知 ，故甲浓度大；
根据
可知光线在甲中的传播速度较小；
根据
可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。
故选A。
7．答案：A
解析:光导纤维内芯和外套材料不同，所以具有不同的折射率:要想使光的损失最小，光在光导纤维里传播时一定要发生全反射:发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质，所以内芯的折射率大，据此解答。
8．答案：A
解析:设光线AB在内表面的入射角为i，折射角为r；在外表面的入射角为，折射角为，由得
由正弦定理
得
再由
得
故选A。
9．答案：A
解析: A.图中鳞片平行，厚度均匀，作出光路图，如图所示
由图可知，a点的反射光线与b点的折射光线平行，故A正确;
B.如图所示
由图可知，入射角;变大，则折射角变大，折射光线在下面鳞片的发生反射的位置右移，则b点的位置也右移，a、b两点间的距离变大，故B错
误;
C、若仅将蓝光换为红光，入射光的折射率变小，根据折射定律可知，折射角变大，则入射点“与出射点b间的距离变大，故C错误
D:若仅将蓝光换为紫光，入射光的折射率变大，根据折射定律可知，折射角变小，则入射点与出射点b间的距离变小，故D错误。
故选A。
10．答案：D
解析：设该介质的临界角为C，则
当n取1.55时，
当n取1.62时，
因为
可知大于的最大值，且光从介质射向空气，入射角大于临界角，所以发生全反射，光线全部被反射回原介质，D选项符合题意。
故选D。
11．答案：C
解析：如下图所示
根据折射定律
代入数据解得首次入射的折射角为
由于，则
由几何知识可知，
故
若折射光线恰好射到C点，则
可见首次折射后光射到ABC弧面上的D点，此时入射角为，全反射临界角为，故该处不发生全反射，从ABC弧面射出。
故选C。
12．答案：B
解析:A.由题意作出光路图，如图所示，光线的入射角为，由几何关系可知光线的折射角为，则该介质的折射率为
A错误；
B.光线在棱镜中的临界角为C，则有
光线在边的入射角为，由于
光线在边发生全反射，即不能从边射出，B正确；
C.由几何关系可知光线在边的入射角为，由于
则光束第一次射出棱镜时应从边射出，由折射定律得
解得
C错误；
D.由于光线从边的中点D射入棱镜，又，则，在中由正弦定理得
解得
所以
又
解得
又光在棱镜中的传播速度为
光线从D点射入到第一次离开棱镜的时间为
解得
D错误。
故选B。
13．答案：BD
解析：观察题图中轮船两部件推起的波，两列波发生干涉现象.
选项 分析 正误
A 插入水中的筷子看起来折断了，是光的折射现象 ×
B 阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是薄膜干涉现象 √
C 驶近站台的火车汽笛音调变高，是多普勒效应 ×
D 振动音叉的周围声音忽高忽低，是因为音叉的两个振动片产生的波发生干涉现象 √
14．答案：ABD
解析:A.光束在AC上发生折射，根据折射定律有，解得，故A正确；
B.根据几何关系有，解得，故B正确；
CD.设光束在空气中传播速度为c，则光束在三棱镜中的传播速度
在空气中，传播到AC边，上方光束比下方光束所用时间多
在三棱镜中，由AC边传播到AB边，下方光束比上方光束所用时间多
所以上下两束光同时传播到AB边，故C错误，D正确。
故选ABD。
15．答案：BC
解析:AB.根据干涉条纹的规律可知，当两列光波谷和波谷，或者波峰和波峰重叠，在重叠处属于振动加强，则均将出现亮条纹，故A错误，B正确；
C.根据条纹公式有可知，在同一装置中，波长越长相邻明条纹中心之间的间距越大，可知，甲光的波长比乙光的波长长，故C正确；
D.根据上述条纹公式可知，减小实验中的双缝间距，条纹间距会变大，故D错误。
故选BC。
16．答案：BCD
解析：由题图乙可知，时，折射光线开始出现，说明此时对应的入射角应是发生全反射的临界角C,即,A错误，B正确；根据临界角公式,解得该透明材料的折射率,C正确；因为临界角是,由几何关系可知，光线在玻璃砖中发生3次全反射，光路如图所示，则光程为,光在该透明实体中的传播速度为,光在透明实体中运动的总时间,D正确。
17．答案：1.18；右移；不变
解析：作第一次测量时的光路图如图所示，根据几何关系知，激光入射角i的正弦值为，折射角r的正弦值为，根据折射定律得，取。与第一次测量时相比较，第二次测量时，射到透明材料上的入射光线的入射角不变，入射点向右下方移动，则透明材料上表面反射的光线的反射角不变，反射光线照在直尺上的光点右移；因为透明材料厚度不变，则直尺上两光点A、B间的距离不变，即A、B两个光点均将向右移动，而不变。
18．答案：一致；时间
解析：
19．答案：(1)BC
(2)0.60；
(3)小于
解析:（1）A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，不需放单缝和双缝，因为放了会无法调节光束沿遮光筒轴线照在屏中心，故A错误；
B.为减小测量误差，测量某条干涉亮纹位置时，应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐。故B正确；
C.根据
将滤光片由紫色换成红色，波长变长，则干涉条纹间距变宽，故C正确；
D.为了减小测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距
再根据求出波长，故D错误。
故选BC。
（2）在图中B位置时游标卡尺读数为
由图可知，A处为第1条暗条纹，B处为第7条暗条纹，相邻两条纹间距
由
得该单色光的波长为
故填。
（3）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，则测得的偏大，则真实值小于测量值。
20．答案：（ⅰ）
（ⅱ）
解析：（ⅰ）若可视角度为60°，则光线射入空气的折射角为30°，作出光路图如图甲所示，
由折射定律可知，
解得，
由几何关系可知，
解得.
（ⅱ）由题意可知，可视角度刚好为180°时，意味着光线到达界面时恰好发生全反射，
根据全反射规律有，
解得，
则像素单元左边的点射出的光线经过右边屏障顶端时，像素单元的宽度x最小，设为，此时光线与屏障的夹角为30°，如图乙所示，
则有，
解得.
21．答案：（1）不能；（2）
解析:（1）发生全反射的临界角满足
故不充入介质情况下，单色光a在1中发生全反射，不能实现“开”的功能。
（2）单色光a在棱镜中的传播速度为
由几何关系可知单色光a在1中运动的路程
又
代入数据解得
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