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专题十六 《光》信息优化卷（能力B）
----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．水波从深水区进入浅水区，水速变小，其折射规律类似于光的折射，若下图中实线代表波峰，则下列
水波折射示意图可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】水波从深水区进入浅水区，水速变小，频率不变，根据
可知，波长变小。
故选B。
2．用剃须刀片在一张扑克牌上紧靠且平行地划两刀，制成简易的双缝装置，竖直放置扑克牌，再用激光
笔发出的激光垂直照射双缝，激光透过双缝后投射到远处的墙上，得到干涉条纹，在估测激光的波长时，
无需测量的物理量是（ ）
A．激光笔到扑克牌的距离
B．扑克牌到墙的距离
C．双缝的中心间距
D．相邻亮条纹的中心间距
【答案】A
【详解】根据
，在估测激光的波长时，需测量的物理量是扑克牌到墙的距离，双缝的中心间距，
相邻亮条纹的中心间距，不需要测量激光笔到扑克牌的距离，故选A。
3．如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射
光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O 是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分
别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O 点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧
面M 和N 位置出射，则（ ）
1
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A．λ1<λ2，M 是波长为λ1的光出射位置
B．λ1<λ2，N 是波长为λ1的光出射位置
C．λ1>λ2，M 是波长为λ1的光出射位置
D．λ1>λ2，N 是波长为λ1的光出射位置
【答案】D
【分析】本题考查折射定律以及双缝干涉实验
【详解】由双缝干涉条纹间距的公式
，可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条
纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知
，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M 光的折射
角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于
，则
，所以N
是波长为λ1的光出射位置，故D 正确，ABC 错误。
故选D。
4．如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81cm，图乙为该大灯结构的简化图。现有一束光从焦点
处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径AB 从C 点射入透镜。已知透镜直径远小于大灯
离地面的高度，AC=
AB，半球透镜的折射率为
，tan15°≈0.27。则这束光照射到地面的位置与大灯间
的水平距离是（ ）
A．3m
B．5m
C．15m
D．45m
【答案】A
【详解】如图所示
2
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设光线从C 点水平射向半球玻璃时的入射角为α，从半球玻璃折射后的出射光线与水平面成β 角，依题意
，由折射定律
，设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x
，
由几何关系
，联立得
，BCD 错误，A 正确；
故选A。
5．一束激光垂直照射在光屏上，形成一圆形光斑如图甲所示。现在光屏前放置一透明的玻璃圆柱体，让
激光垂直圆柱体轴线入射，光束经过圆柱体后照射在光屏上，如图乙所示。则在光屏上观察到的光斑形状
可能为（ ）
A．
B．
3
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C．
D．
【答案】B
【详解】
激光束照在圆柱上，沿圆柱体轴上的光线即水平方向上的光线，经相同的入射角折射，两次折射后，同一
水平方向上的光线折射偏转角度相同，光线平行，故在光屏上水平方向上的光斑宽度不变。如图，竖直方
向上光线通过圆柱体光线有会聚作用，根据光屏与圆柱玻璃柱的位置关系，光斑的长度可能变大，可能变
小，也可能不变。由于图中的入射光束在圆心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈现在光屏的上部
方。综上所述，B 有可能，ACD 均不可能。
故选B。
6．人眼结构的简化模型如图所示，折射率相同、半径不同的两球体共轴，球心分别为
和
，
位于小
球面上。宽为d 的单色平行光束对称地沿轴线方向射入小球，会聚在轴线上P 点，光线的会聚角
。则（ ）
A．不能求出小球的半径
B．可求出球体对该色光的折射率
C．光线射到P 点时可能会发生全反射
D．若大球折射率略减小，光线将会聚在P 点右侧
【答案】B
【详解】AB．已知大圆的弦长d 和张角α，分别连接AO2、AO1，光束中间两球体轴线与小球左边交点为C
点，由几何关系可得
，
，
，由于AB=d，则可得大小球
4
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半径分别为
，
，光线的入射角i 等于
，则球
体对该色光的折射率
，故A 错误，B 正确；
C．因光线在P 点的入射角
小于
，可知光束在P 点的入射角小于临界角，则光线不可能在P 点发
生全反射，选项C 错误；
D．若大球折射率略减小，则光线射出小圆后折射角变大，如图所示则光线向下偏折，则光线将会聚在P
点左侧，选项D 错误。
故选B。
7．某同学欲采用双缝干涉现象测量某单色光的波长，实验装置如图所示，S 为单缝，S1、S2为双缝，O 点
为S 水平正对的中心，即中央零级亮条纹中心，P 点为第3 级亮条纹的中心，且
，
，双缝到屏的距离
，光在真空中的速度为c，下列说法不正确的是（ ）
A．条纹间距为0.4mm
B．该单色光的波长为800nm
C．若将光屏向右移动少许，条纹间距会减小
D．入射到P 点两束光的时间差为
【答案】C
【详解】A．由题意知，
为第3 级亮条纹中心，条纹间距
，
故A 正确，不符合题意；
5
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B．根据双缝干涉条纹间距公式
可得其中，
，
，解得
，故B 正确，
不符合题意；
C．根据
，可知
增大时，
增大，故C 错误，符合题意；
D．亮条纹对应的光程差为波长的整数倍，即
与
的光程差为
，则时间差
，故D 正确，不
符合题意。
故选C。
8．如图1 所示，O 点是一半径为R 的匀质玻璃半球体的球心，平面水平放置，有一束光线从距离O 点为
r=
的P 点入射至玻璃半球内，光线与竖直方向的夹角为θ，当θ=0°时光线恰好在球面发生全反射，若
只考虑第一次射到各表面的光线，则（ ）
A．玻璃的折射率为
B．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，则θ=30°
C．改变夹角θ，光线在半球中传播的最长时间为
D．如图2 所示，若半球球面区域均有光线竖直向下入射，则平面有光出射的面积为
【答案】D
【详解】A．当θ=0°时光线恰好在球面发生全反射，即在球面处入射角恰好等于全反射临界角C，光路图
如图1 所示
6
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根据几何关系可得
根据全反射临界角C 满足的条件可得
解得
，，故A 错误；
B．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，那么出射光线与入射光线，以及法线必在同一平面
内，且入射点与出射点的法线平行，入射光线必须在竖直平面内，光路图如图2 所示，出射点必在O 点的
正上。
根据几何关系可得
解得
根据折射定律可知，光线与竖直方向的夹角θ 必大于
。故B 错误；
C．要使光线在半球中传播的时间最长，因只考虑第一次射到各表面的光线，当θ 临界等于90°时，光线在
半球中传播路程最长，光路图如图3 所示，其中路程s 满足要求。
因入射角临界为90°，故折射角等于C，由余弦定理得
解得
光在介质中传播速度为
7
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最长时间为
，故C 错误；
D．能从平面出射的临界光路图如图4 所示，光线在平面的B 点恰好发生全反射，以OB 的长L 为半径的圆
形区域有光出射。
设临界光线在A 点入射角为
，折射角为
，在B 点出射时入射角等于全反射临界角C。由折射定律得
，由几何关系得
又
解得
可得
由正弦定理得
解得
则平面有光出射的面积为
解得
，故D 正确。故选D。
9．光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影
精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为
1.65，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm，则加上液体后下列说法不正确的是（ ）
8
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A．紫外线进入液体后波长变短，光子能量增加
B．传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的
C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率
D．在液体中的曝光波长约为117nm
【答案】ABC
【详解】D．紫外线在液体中的波长
故D 正确；
A．紫外线进入液体频率不变，根据
可知光子能量不变，根据D 选项分析可知波长变短，故A 错
误；
B．设传播
距离，在真空中的时间
在液体中所需的时间
故B 错误；
C．由A 选项分析可知紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，故C 错误。
故选ABC。
10．利用薄膜干涉原理可以测量金属丝直径，将矩形平行玻璃板AB 放在水平标准工件上面，右侧垫有粗
细均匀的金属丝构成楔形空气膜，用波长为λ 的光，垂直标准工件方向射向玻璃板，在玻璃板上方形成平
行条纹，测出相邻两条纹中心间距离为
，金属丝与标准工件的接触点D 到楔形顶端C 点距离为L，如
图所示，以下说法正确的是（ ）
A．条纹方向平行于CD
9
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B．金属丝的直径
C．当金属丝向右移动少许时，条纹宽度变大
D．在同一位置换用更粗的金属丝时，条纹宽度变小
【答案】CD
【详解】A．根据薄膜干涉原理，干涉条纹平行等宽，方向应垂直于CD 方向，故A 错误；
B．设金属丝直径为d，玻璃板与标准工件间夹角为α，由几何关系有
，当光垂直标准工件方向射
向玻璃板时，得到干涉条纹，相邻两条纹对应劈尖厚度差为
，由几何关系有
，则
则
，故B 错误；
C．当金属丝向右移动少许时，即L 增大，则
增大，条纹宽度增大，故C 正确；
D．在同一位置换用更粗的金属丝时，L 不变，d 增大，则
减小，条纹宽度变小，故D 正确。
故选CD。
11．某兴趣小组设计了一种检测油深度的油量计，如图1 所示油量计固定在油桶盖上并将油量计竖直插入
油桶，通过油箱盖的矩形窗口可看见油量计的上端面明暗相间的区域。图2 是油量计的正视图，它是一块
锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，腰长为
，相邻两个锯齿连接的竖直短线长
度为
，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，塑料的折射率小于油的折射率。若油面不会超过图2 中的虚
线Ⅰ，不计油量计对油面变化的影响，则（ ）
A．窗口竖直向下射入的光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中，折射光线与反射光线垂直，形成暗
区
B．窗口竖直向下射入的光线在塑料和空气的界面处发生全反射，返回油量计的上端面并射出，形成亮区
C．透明塑料的折射率至少要大于2
10
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D．油的深度h 与明线长度L 满足的关系式为
【答案】BD
【详解】A．窗口竖直向下射入的光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中，人看到的是暗区，但是折
射光线与反射光线不一定垂直，故A 错误；
B．窗口竖直向下射入的光线在塑料和空气的界面处发生全反射，从上端射出，进入人的眼睛，因此人看
到的是亮区，故B 正确；
C．由于锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，故光线从塑料入射到空气时的临界角C 小于等于45°，故
，故C 错误；
D．由题中可知，锯齿总共有n=10 个，等腰直角形锯齿的斜边长度为d，故当明线长度为L 时，发生全反
射的锯齿个数为
因此发生折射的锯齿个数为
由于竖线的长度为
，故油的深度为
故D 正确；故选BD。
12．2021 年12 月9 日，“天宫课堂”第一课正式开讲，某同学在观看太空水球光学实验后，想研究光在
含有气泡的水球中的传播情况，于是找到一块环形玻璃砖模拟光的传播，俯视图如图所示。光线a 沿半径
方向入射玻璃砖，光线b 与光线a 平行，两束光线之间的距离设为x，已知玻璃砖内圆半径为R，外圆半径
为2R，折射率为
，光在真空中的速度为c，不考虑反射光线，下列关于光线b 的说法正确的是
（ ）
A．当
时，光不会经过内圆
B．当
时，光线从外圆射出的方向与图中入射光线的夹角为45°
C．当
时，光线从外圆射出的方向与图中入射光线平行
D．当
时，光从内圆通过的时间为
【答案】AD
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【详解】当折射光线恰好和内圆相切时，光恰好不会通过内圆
根据几何关系得
，
根据折射率公式
代入数据解得
因此当
时，光不会经过内圆，故A 正确；
B．由上式解得
由几何分析可知，光线从外圆射出的方向与图中入射光线的夹角小于45°，故B 错误；
C．当
时，由几何分析可知，光线从外圆射出的方向不可能与图中入射光线平行
根据折射定律
由于
角度较小，可以得到
因此光从内圆通过距离为
光从内圆通过的时间为
，故C 错误，D 正确。
故选AD。
第Ⅱ卷（非选择题）
三、实验题
13．（12 分）利用双缝干涉测定光的波长的实验中，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）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可 ；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
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C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
（2）某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图2 所示，则
①分划板在图中A 位置时游标卡尺的读数为
，在B 位置时游标卡尺读数为
，相邻
两条纹间距
；
②该单色光的波长
m；
（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3 所示，则在这种情况下测量干涉
条纹的间距
时，测量值 实际值，（填“大于”“小于”或“等于”）若要使两者对齐，该同学
应如何调节 。
A．仅左右转动透镜 B．仅旋转滤光片 C．仅拨动拨杆 D．仅旋转测量头
【答案】 B 0.75
大于 D
【详解】（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，由相邻两个亮条纹或暗条纹的间距公式
，可知减小相邻两个亮条纹或暗条纹的间距离，以增加条纹个数，可增大双缝间距d，或减小双
缝到屏的距离l，故选B；
（2）①相邻两条纹间距
②该单色光的波长
（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，则在这种情况下测量干涉条纹的间距
时，由于条纹是倾斜的，所以测量值大于实际值；发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两
者对齐，该同学应旋转测量头，故选D。
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四、解答题
14．（8 分）手机屏会发出一种对眼睛危害较大的蓝光。某同学用所学知识为眼镜设计“增反膜”来减小
蓝光对眼睛的伤害，制作前他利用如图甲所示的装置测量蓝光的波长，光源架在铁架台的上端，中间是刻
有双缝的挡板，下面是光传感器，接受到的光照信息经计算机处理后，在显示器上显示出干涉图像的条纹
信息如图乙所示，根据x 轴上的光强分布可以算出光的波长。已知双缝间距d，双缝到光传感器的距离L，
选用的薄膜材料对蓝光的折射率为n。求：
（1）被测蓝光的波长
；
（2）镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）由图乙可知，相邻两个波峰之间的距离为
，即相邻两条亮条纹中心的距离
根据双缝干涉条纹的间距公式
可得被测蓝光的波长
（2）当蓝光在膜中的光程差恰好等于光在薄膜中的波长时，即
则出现明条纹，此时镜片表面所镀“增反膜”的厚度最小，为该蓝光在膜中波长的一半，即
又因为
联立可得，镜片表面所镀“增反膜”的最小厚度为
15．（10 分）如图甲所示，“隐身装置”可以将儿童的身体部分隐去，却对后面的成人没有形成遮挡；简
化模型的俯视图如图乙所示，A、B 为两个厚度均为
的直角透明介质，虚线为透明介质的对称
轴，儿童站在介质之间虚线框位置处，人体反射的光线均视为与对称轴平行。已知介质折射率
，光
在真空中的传播速度c=3.0×108m/s，sin15°=0.26。求：
（1）光线在两透明介质中传播的时间t；
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（2）儿童身体能被隐身，身体宽度的最大值d。
【答案】（1）
；（2）d=0.52m
【详解】（1）光在透明介质A 中传播的光路如图所示，入射角α=45°，设折射角为β，
由折射定律得
光在透明介质A 中运动的路程
光在两介质中需要的时间
又光在透明介质中的速度
联立解得
（2）儿童身体能被隐身时，光从介质A 中射出时恰好不被儿童身体遮挡，如图所示
根据几何关系有
解得d=0.52m
16．（10 分）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
的控制（可视角度
定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后
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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。
（1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度
控制为60°，求屏障的高度d；
（2）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
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）。
【答案】（1）1.55mm；（2）0.35mm
【详解】（1）发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界
面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ=60°，则
在介质中的入射角为i，则
解得
由几何关
解得
（2）若视角度
刚好被扩为180°，则
，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射
角
解得C=30°
此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为
像素单元宽度x 最小为
17．（12 分）如图所示，自左向右依次固定放置半径为
的半圆形玻璃砖
、平面镜
和长方形玻璃
砖
，两玻璃砖材料相同。
为半圆形玻璃砖的圆心，
，
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。一束光从A 点射入，光束与
夹角为45°，光线经折射后从
上
点射
出，
，然后再经过平面镜反射进入长方形玻璃砖并从长方形玻璃砖右侧射出。不考虑光在玻璃砖
界面的反射，真空中光速为。求：
（1）半圆形玻璃砖的折射率；
（2）光从长方形玻璃砖右侧
表面射出的位置；
（3）光从A 点进入半圆形玻璃砖到从长方形玻璃砖右侧射出需要的时间。
【答案】（1）
；（2）距E 点
；（3）
【详解】（1）作出光路如图
由几何关系有
由折射定律有
（2）由几何关系可知
则
所以
又
17
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解得
所以
则
所以光从长方形玻璃砖右侧
表面射出的位置
即光从长方形玻璃砖右侧
表面射出的位置距E 点
。
（3）光线在圆形玻璃砖中传播时有
其中
在圆形玻璃砖与长方形玻璃砖之间传播时有
在长方形玻璃砖中传播时，有
光从A 点进入半圆形玻璃砖到从长方形玻璃砖右侧射出需要的时间为
联立解得
18
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