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专题十六 《光》信息优化卷（基础A）
----备战2024 年高考物理一轮复习单元信息优化AB 卷
（解析版）
（考试时间90 分钟 试卷满分100 分）
注意事项：
1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。
2．测试范围：人教版（2019） 选择性必修第一册 第四章《光》
第 Ⅰ 卷（选择题）
一、选择题：本题共12 小题，每小题4 分，共48 分。在每小题给出的四个选项中，第1~8 题只有一项符
合题目要求，第9~12 题有多项符合题目要求。全部选对的得4 分，选对但不全的得2 分，有选错或不
答的得0 分。
1．时下广受欢迎的虚拟歌手——初音未来，实际上应用了全息投影技术与大家进行真实般互动，而这项
技术的重中之重就是全息照相技术，其基本原理如图所示：物体在激光照射下形成漫射式的物光束；另一
部分激光作为参考光束射到全息底片上，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从
而将物体光波的全部信息记录下来，底片经过显影、定影等处理程序后，便成为一张全息照片。这一过程
利用光的（ ）
A．干涉现象
B．衍射现象
C．折射现象
D．色散现象
【答案】A
【详解】通过其原理可知，将一束激光通过分光镜分成两束，一束通过平面镜、扩束镜到达全息干板，另
一束通过平面镜、扩束镜后照射物体，反射到全息干板，两束是相干光，会在全息干板上叠加形成干涉图
样。
故选A。
2．手机是当下使用最广泛的通讯工具。人们在使用手机时，经常通过Wi-Fi 联网，有时也会通过蓝牙传输
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数据。Wi-Fi 技术与蓝牙技术同属于短距离无线电技术，所使用的无线电波频率一般在2.4GHz 附近。下列
说法正确的是（ ）
A．蓝牙使用的无线电波是横波
B．Wi-Fi 使用的无线电波传播需要介质
C．紫外线比蓝牙使用的无线电波更易发生衍射
D．Wi-Fi 使用的无线电波不会发生多普勒效应
【答案】A
【详解】A．无线电波属于电磁波，而电磁波是横波，故A 正确；
B．无线电波传播不需要介质，可在真空中传播，故B 错误；
C．紫外线频率比蓝牙使用的无线电波频率高，波长比蓝牙使用的无线电波波长短，因此蓝牙使用的无线
电波更易发生衍射，故C 错误；
D．多普勒效应是波动过程共有的特征，无论是机械波、电磁波还是光波都会发生多普勒效应，故D 错
误。
故选A。
3．川剧变脸艺术是中国国粹，运用光学原理也可以实现“变脸”。如图所示，用透明有机玻璃做成长方
体容器（俯视图），中间用两块有机玻璃把长方体隔离成两个等腰直角三角形，水槽后面内侧贴上“红
脸”图案，水槽右面内侧贴上“蓝脸”图案，平面镜平行于隔离玻璃板放置。在三角形玻璃槽内装满水，
隔离玻璃板之间先不装水，下列说法正确的是（ ）
A．观察者在
区域能看到“蓝脸”
B．观察者在
区域能看到“红脸”
C．在两隔离玻璃板之间装满水，观察者在
区域能看到“红脸”
D．在两隔离玻璃板之间装满水，观察者在
区域能看到“蓝脸”
【答案】D
【详解】AB．隔离玻璃板间为空气时，“红脸”图案发出的光在经水、隔离玻璃板，在与空气的分界面发
生全反射，再经平面镜反射，所以在观察者在
区域能看到“红脸”，同理在
区域能看到“蓝脸”，
AB 错误；
CD．在两隔离玻璃板之间装满水，光线几乎直线传播，所以在
区域能看到“红脸”，“蓝脸”图案经
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水至平面镜反射，所以在
区域能看到“蓝脸”，C 错误，D 正确。
故选D。
4．如图所示，某同学用三根黑色的细塑料条制成一个如图甲所示的简易的双缝，用激光笔射出的激光穿
过双缝到达平整的墙面，在墙面上呈现出如图乙所示的明暗相间的条纹，下列相关说法正确的是（ ）
A．仅增大墙面与双缝的距离，条纹间距变小
B．仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距变大
C．仅减小双缝间距，条纹间距变大
D．条纹间距与所使用的激光颜色无关
【答案】C
【详解】根据条纹间距表达式
可知A．仅增大墙面与双缝的距离l，条纹间距变大，选项A 错误；
B．仅增大激光笔与双缝的距离，条纹间距不变，选项B 错误；
C．仅减小双缝间距d，条纹间距变大，选项C 正确；
D．条纹间距与所使用的激光的波长有关，即与激光的颜色有关，选项D 错误。
故选C。
5．如图所示是指纹识别原理图，其原理是利用光学棱镜的全反射特性，在指纹谷线（凹部），入射光在
棱镜界面发生全反射，在指纹脊线（凸部），入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，这样，在
指纹模块上形成明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33，透明玻璃的折射率约为1.5。下列说法正
确的是（ ）
A．指纹模块接收光线较暗的部位是指纹谷线
B．指纹模块接收光线较亮的部位是指纹谷线
C．没有手指放入时，若光源正常发光，指纹模块会接收到全暗图像
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D．手指湿润时，指纹识别率低，是因为光在棱镜界面不能发生全反射
【答案】B
【详解】AB．在指纹凸部（脊线），入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方，指纹模块接收到光
线较暗，在指纹凹部（谷线），入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块接收到光线较亮，因此指纹模块
接收光线较暗的部位是指纹脊线，较亮的部位是指纹谷线，选项A 错误，选项B 正确；
C．没有手指放入时，若光源正常发光，入射光在棱镜界面发生全反射，指纹模块上会接收到全亮图像，
选项C 错误；
D．因透明玻璃的折射率大于水的折射率，因此，手指湿润时，棱镜界面仍然有部分光能发生全反射，也
可能有部分光无法发生全反射，使得指纹识别率低，选项D 错误。
故选B。
6．虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来演示说明。
两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN 和PQ 两条彩色光带，光路图如图所
示。关于照到M、N、P、Q 点的单色光的说法正确的是（ ）
A．M、N、P、Q 点的光的颜色分别为红、紫、红、紫
B．M 点的光的波长较N 点的大
C．P 点的光的波长较Q 点的大
D．水对P 点的光比对Q 点的光的折射率大
【答案】C
【详解】A．在白光的七色光中红光的折射率最小，紫光的折射率最大，根据折射定律知光进入玻璃球折
射后红光的折射角较大，由玻璃球出来后将形成光带，而两端分别是红光和紫光，根据光路图可知M、
N、P、Q 点的光的颜色分别为紫、红、红、紫，故A 错误；
B．M 点的光是紫光，波长最短，所以M 点的波长较N 点的小，故B 错误；
C．P 点的光是红光，波长最长，所以P 点的波长较Q 点的大，故C 正确；
D．Q 点的光的频率比P 点的光的频率大，所以水对P 点的光比对Q 点的光的折射率小，故D 错误。
故选C。
7．如图所示是一种测量介质折射率的方法。在矩形介质的上表面，覆盖一块毛玻璃，两者之间有很薄的
空气层。光照射到毛玻璃，经毛玻璃透射后可以以任意角度射到待测介质的上表面。在介质的另一个侧面
外有一个目镜，目镜可以在以O 为圆心的轨道上转动，移动目镜时光轴ab 始终指向O 点。测光线量过程
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中，从目镜的视场中出现半目镜轨道明半暗的视野（如图所示），此时对应的θ=60°，目镜再逆时针往上
转，视场中就是全暗的视野了。则（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】若形成半明半暗视野，则说明此时出射光线的折射角最小。由于毛玻璃下发生漫反射，所有方向
的光线都有，折射角最小的情况对应空气层上90°入射的临界情况。此时有
，
，且
由此可计算出
，故选B。
8．导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截
面。上面部分是收集阳光的半径为R 的某种均匀透明材料的半球形采光球，O 为球心，下面部分是内侧涂
有反光涂层的导光管，MN 为两部分的分界面，M、N 为球面两点。若一束平行MN 且与MN 相距
的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N 点。则（ ）
A．绿光在采光球中的传播速度为
B．红光一定能从N 点上方射出
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C．紫光有可能直接折射经过O 点
D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率
【答案】B
【详解】A．如图所示
根据几何关系
，
折射率
绿光在采光球中的传播速度为
故A 错误；
B．红光折射率小，折射角大，则红光一定能从N 点上方射出，故B 正确；
C．紫光不可能直接折射经过O 点，如果过的话，折射角为0°，故C 错误；
D．光由光密到光疏可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D 错误。
故选B。
9．如图1 是用光传感器研究激光通过单缝或双缝后光强分布的装置图，铁架台上从上到下依次为激光光
源、偏振片、缝、光传感器。实验中所用的单缝缝距为
，双缝间距为
。光源到缝的距离为
，缝到传感器的距离为
，实验得到的图像如图2、图3 所示，则下列说法错误的是（ ）
A．题图2 所用的缝为双缝，题图3 所用的缝为单缝
B．旋转偏振片，题2、题3 两幅图像不会发生明显变化
C．仅减小缝到传感器的距离，题2、题3 两幅图像不会发生明显变化
D．实验中所用的激光波长约为
【答案】ABC
【详解】A．由干涉、衍射图样特点可知题图2 所用的缝为单缝，题图3 所用的缝为双缝，A 错误；
B．激光是偏振光，故旋转偏振片，题2、题3 两幅图像会发生明显变化，B 错误；
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C．由
可知，仅减小缝到传感器的距离，题2、题3 两幅图像会发生明显变化，C 错误；
D．由
可知，实验中所用的激光波长约为
，D 正确；
故选ABC。
10．如图所示，a、b 和c 都是厚度均匀的平行玻璃板，a 和b、b 和c 之间的夹角都为
，一细光束由红光
和蓝光组成，以入射角
从O 点射入a 板，且射出c 板后的两束单色光射在地面上P、Q 两点，由此可知（
）
A．射到Q 点的光在玻璃中的传播速度较小，波长较短
B．若稍微增大入射角
，射出c 板后的两束单色光与入射光不平行
C．若射出后的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到P 点的光形成干涉条纹的间距小
D．若稍微增大入射角
，光从b 板上表面射入到其下表面时，在该界面上不可能发生全反射
【答案】CD
【详解】A．根据红光和蓝光的折射率特点，P 点出射的应该是蓝光，Q 点出射的应该是红光，由
可
知，红光在玻璃中的折射率小，因而其在玻璃中的传播速度较大，波长较长，A 错误；
B．根据光的折射规律，画出光线经过两平行玻璃砖折射后的光路图
由几何关系可知在平行玻璃板上下两侧的入射光线和出射光线应该是平行的，即使平行玻璃板增加到三
块，这个规律仍然存在，故射出板后的两束单色光仍与入射光平行，B 错误；
C．由
可知，蓝光形成干涉条纹的间距小，故C 正确；
D．光从空气射入平行玻璃板时入射角大于折射角，入射角达不到90°，则玻璃中的折射角就小于全反射临
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界角，根据光路可逆性，光从b 板上表面射入到其下表面时，其入射角也一定小于全反射临界角，故在该
界面上不可能发生全反射，D 正确。
故选CD。
11．如图所示是某款手机防窥屏的原理图，在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，
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）。发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。不
考虑光的反射。下列说法正确的是（ ）
A．屏障的高度d 越大，可视角度θ 越小
B．透明介质的折射率越大，可视角度θ 越大
C．防窥屏实现防窥效果主要是因为光发生了全反射
D．防窥屏实现防窥效果主要是因为防窥屏使光的波长发生了变化
【答案】AB
【详解】A．如果屏障越高，则入射角变小，使折射角变小，θ 角变小，故A 正确；
B．由图可知，可视角度θ 是光线进入空气中时折射角的2 倍，透明介质的折射率越大，折射角越大，θ 角
越大，故B 正确；
CD．防窥屏实现防窥效果主要是因为某些角度范围内的光被屏障吸收，能射出到空气中的光其入射角都小
于临界角，没有发生全反射，且与光的波长无关，故CD 错误。
故选AB。
12．如图甲所示，发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域
具有广泛的用途。LED 的原理结构如图乙所示，管芯的发光面紧贴半球形透明介质，人们能从半球形表面
看到发出的光。已知半球球心O 点为发光面AB 的中点，半球和发光面的半径分别为R 和r，则（ ）
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A．发光面射出的光进入透明介质后，光的颜色发生了变化
B．若半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，则介质折射率应小于
C．若透明介质的折射率为1.7，发光面的直径为2 mm，为使半球形表面（弧面）的任意位置都有整个
发光面的光射出，R 必须大于1.7 mm
D．无论R 和r 大小关系如何，不可能在半球形表面（弧面）任意位置都有整个发光面的光射出
【答案】BC
【详解】A．光的颜色由频率决定，所以光进入透明介质后，光的颜色不变，故A 错误；
BD．从发光面的两端点A 或B 沿垂直于AB 方向射出的光线有最大的入射角，如果此时不发生全反射，那
么任意位置都有整个发光面的光射出，由
，解得
，即介质折射率应小于
，故B 正
确，D 错误；
C．若n=1.7，r=1 mm，则由n<
，解得R>nr=1.7 mm，即R 必须大于1.7 mm，故C 正确。
故选BC。
第Ⅱ卷（非选择题）
二、实验题
13．（12 分）在测量玻璃折射率的实验中：
（1）小明同学在测某梯形玻璃砖的折射率，画玻璃砖边界时操作如图甲所示，请指出其不当之处：
（写出一点即可）。
（2）小强同学在测量玻璃砖的折射率实验时，以通过入射光线P1P2（图片中未标出）的直线与玻璃砖的
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交点O 为圆心，以某一适当长度R 为半径画圆，与OA 交于P，与OO′的延长线交于Q，从P 和Q 分别作
玻璃砖界面的法线NN′的垂线，P′和Q′分别为垂足，如图乙所示，用刻度尺量得PP′=45mm，QQ′=30mm，
则玻璃砖的折射率n= 。
（3）在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，小明、小强二位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位
置的关系分别如图丙中①、②所示，其中小明同学用的是矩形玻璃砖，小强同学用的是梯形玻璃砖。他们
的其它操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则小明同学测得的折射率与真实值相比 填
（“偏大”、“偏小”或“不变”）；小强同学测得的折射率与真实值相比 （填“偏大”、
“偏小”或“不变”）。
【答案】 ①用手直接触摸玻璃砖的光学面；②用玻璃砖代替直尺画边界线（写出一点即可） 1.5
偏小 不变
【详解】（1） ①用手直接触摸玻璃砖的光学面；②用玻璃砖代替直尺画边界线（写出一点即可）；
（2）玻璃砖的折射率
（3）图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线如下图中虚线所示，
实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，折射率将偏小；
题图②测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
二、计算题
14．（8 分）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A 位置，海豚的眼
睛在B 位置，A 位置和B 位置的水平距离为d，A 位置离水面的高度为
d。训练员将小球向左水平抛出，
入水点在B 位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A 位置发出的一束光线经水面折
射后到达B 位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。
已知水的折射率
，求:
（1）tanθ 的值；
（2）B 位置到水面的距离H。
10
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【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）由平抛运动的规律可知
解得
（2）因
可知
，从A 点射到水面的光线的入射角为α，折射角为
，则由折射定律
可知
解得
由几何关系可知
解得
15．（10 分）某同学在做水流导光实验时，将塑料瓶下侧开一个小孔，瓶中灌入清水，水从小孔流出。用
激光水平射向塑料瓶小孔，可观察到光在水流内传播。如图所示，已知水的折射率
，小孔直径
，重力加速度
，瓶内水足够多，忽略空气对水的阻力。若要顺利完成此实验使水平射
入的激光被约束在水流中，求：
（1）激光临界角的正弦值；
（2）A 处流出的水流速度应满足什么条件？
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【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）由
得
（2）当通过小孔最底端的光线在水流外侧发生全反射时，所有光线都能在水流中传播。此时入射角为
从A 处出来的水做平抛运动
由
解得
当
时不漏光
16．（10 分）如图所示，一透明材料块，下部是半径为R、高3R 的圆柱体，上部为半径为R 的半球，O1
为球心，O1O2为中心轴，在O1正下方距离R 处有一个点光源S，向各个方向发光。
（1）若该材料的折射率
，光线SA 与轴成α 角，照射到表面A 点后恰能平行中心轴出射，求α 角的
大小；
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（2）不考虑光的反射，若要使该透明材料块表面各处均有光线出射，该材料的折射率不能超过多大？
【答案】（1）30°；（2）
【详解】（1）根据几何关系可得，光从A 点射出时的折射角为2α，如图所示
根据折射定律有
解得
（3）如图所示，若光线恰好从B 点射出，此时该材料的折射率最小；
根据几何关系有
所以折射率为
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所以，若要使该透明材料块表面各处均有光线出射，该材料的折射率不能超过
。
17．（12 分）如图，某潜水员在海中潜水，处于距离海岸7m 海面下4m 的E 点，潜水员观察岸上的竖直
放置的标尺杆F，标尺杆F 长6m，潜水员能看到杆的一半刻度。已知海面CD 到海岸AB 的高度为3m，标
尺杆F 到岸边A 点的距离为4m。
（1）求海水的折射率为多少？
（2）若涨潮海面CD 上升3m 与海岸AB 平齐，潜水员相对海岸位置不变，则此时能看到的标尺杆长度为
多少？
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）最低可以观察位置如右图
由图中几何关系可得
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所以
（2）若涨潮后最低观察位置如图
由几何知识可以得出
由几何知识得
可以观察的最大长度为
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