专题14 光学-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（广东专用）

专题14 光学 一、单选题 1．（2024·广东·三模）如图甲所示，自行车后尾灯本身并不发光，但夜晚在灯光的照射下会显得特别明亮，研究发现尾灯内部是由折射率较大的实心透明材料制成，结构如图乙所示，当光由实心材料右侧面垂直入射时，自行车尾灯看起来特别明亮的原因是（　　） A．光的折射 B．光的全反射 C．光的干涉 D．光的衍射 2．（2024·广东惠州·三模）图中有一直杆竖直插入水深为1.2m水池池底，恰好有一半露出水面，太阳光以与水平面成37°角射在水面上，测得直杆在池底的影长EC为2.5m，已知sin37°=0.6，则下列说法正确的是（　　） A．直杆在池底的影长中午比早晨更长 B．直杆在水面的影长为0.9m C．水的折射率为 D．当太阳光和水面的夹角变化时，在水面上有可能发生全反射 3．（2023·广东揭阳·三模）下列说法正确的是（　　）    A．图甲表示声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率增大 B．图乙光导纤维利用光的全反射现象传递信息时外套的折射率比内芯的大 C．图丙检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出P为凸处、Q为凹处 D．图丁为光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样 4．（2024·山东聊城·三模）哈尔滨是中国著名的冰雪旅游城市，每年冬季都会举办盛大的冰雪节。冰雕展则成为了人们探访冬季梦幻之旅的最佳选择，冰雕展上有一块底边长为2L，宽为L，高为L的长方体冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的黄灯，已知冰对黄光的折射率为，光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是（　　） A．由灯直接发出的光照射到冰块上表面时都能从上表面射出 B．由灯直接发出的光照射到冰块四个侧面时都能从侧面射出 C．未经反射直接从玻璃砖中射出的黄光在玻璃砖中传播的最长时间为 D．未经反射直接从玻璃砖中射出的黄光在玻璃砖中传播的最长时间为 5．（2024·福建宁德·三模）雨后天空中出现的弧形彩带，色彩鲜明的叫虹，色彩比虹暗淡的叫霓。如图所示为形成的光路图，一束太阳光射入水滴后，射出彩色光，其中a和b是两种单色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的波长大于b光的波长 B．水滴对a光的折射率大于对b光的折射率 C．在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．在完全相同的条件下做双缝干涉实验，b光对应的干涉条纹间距较宽 一、多选题 6．（2024·河北·三模）折光仪浓度计是利用光的折射原理制成的，光从空气进入某种溶液介质发生偏折，对于不同浓度的溶液，光的偏折程度不同。可以根据预先建立的浓度与折射率之间的标准图像来推测出溶液的浓度。用同一种光照射酒精溶液和氯化钠溶液，折射率n与酒精溶液和氯化钠溶液的浓度c之间的关系图像如图所示。在同一浓度的情况下，下列说法正确的是（    ） A．光通过酒精溶液的偏折程度大于通过氯化钠溶液的偏折程度 B．光在酒精溶液中传播的速度大于在氯化钠溶液中传播的速度 C．若增大光的入射角，则光在酒精溶液中先发生全反射 D．光通过相同距离，在酒精溶液中的时间大于在氯化钠溶液中的时间 7．（2024·河北·三模）如图，由a，b两种单色光组成的细光束，以与平行玻璃砖上表面AB成角射入玻璃砖，并从下表面CD射出；已知玻璃砖的厚度为d，光在真空中的传播速度为c，a光在玻璃砖中的传播速度，b光在玻璃砖中的传播速度，下列说法正确的是（　　） A．玻璃砖对单色光b的折射率为 B．单色光a射入玻璃砖上表面AB后的折射角 C．细光束从玻璃砖下表面CD射出时两出射点间的距离为 D．单色光b的频率可能小于单色光a的频率 8．（2024·重庆九龙坡·三模）图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程。a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中（　　） A．a的折射率比b的小 B．a的频率比b的大 C．a的波长比b的大 D．a的传播速度比b的大 9．（2024·山东青岛·三模）矿井空气中的瓦斯浓度超过1%时，容易发生瓦斯爆炸。某同学通过查阅资料得知含有瓦斯的空气折射率大于干净空气的折射率，他利用光的干涉监测瓦斯浓度。如图，在双缝后面放置两个完全相同的薄壁透明容器A、B，容器A中是干净的空气，容器B与矿井中空气相通。用某种单色光照射单缝，观察屏上的干涉条纹，就能够大致判断瓦斯的浓度。下列说法正确的是（　　） A．若屏的正中央是亮纹，说明B中的空气一定不含瓦斯 B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的空气一定含有瓦斯 C．同种频率的光在含有瓦斯的空气中比在干净空气中传播的速度小 D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变小 10．（2024·山西吕梁·三模）华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（　　） A．波长越长的光在同种光纤中传播的速度越大。 B．频率越高的光在同种光纤中传播的速度越大 C．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 D．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 一、解答题 11．（2024·山东济南·三模）2024年国产智能手机技术发展迅猛，某一国产手机首次配备了超聚光伸缩摄像头，某同学用一块截面为等腰直角三角形的透明材料替代透镜模拟该摄像头的工作原理。如图所示，光屏与边平行，过中点与顶点A的虚线与光屏交于点。两束单色光平行于射入透明材料。已知透明材料的折射率为，边长为，两束单色光射入点到的距离均为，的距离为，不考虑在直角边上发生的反射，真空中的光速为，，求 （1）光穿过透明材料所用的时间； （2）要使两束单色光经过透明材料后汇聚到光屏上的点，通过计算说明应将透明材料沿向左还是向右移动。 12．（2024·四川凉山·三模）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a的直角透明介质，虚线为透明介质的对称轴，儿童站在介质之间的虚线框位置处，成人位置的光线与对称轴平行。已知介质折射率，光在真空中的传播速度为c。求： （1）完成光线1、2进入观察者范围的光路图，解释成人没被遮挡的原因； （2）光线1进入介质A中的折射角大小和通过介质A的时间。 试卷第2页，共20页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题14 光学 一、单选题 1．（2024·广东·三模）如图甲所示，自行车后尾灯本身并不发光，但夜晚在灯光的照射下会显得特别明亮，研究发现尾灯内部是由折射率较大的实心透明材料制成，结构如图乙所示，当光由实心材料右侧面垂直入射时，自行车尾灯看起来特别明亮的原因是（　　） A．光的折射 B．光的全反射 C．光的干涉 D．光的衍射 【答案】B 【详解】光在自行车后尾灯内部发生了全反射，因此看起来特别明亮。 故选B。 2．（2024·广东惠州·三模）图中有一直杆竖直插入水深为1.2m水池池底，恰好有一半露出水面，太阳光以与水平面成37°角射在水面上，测得直杆在池底的影长EC为2.5m，已知sin37°=0.6，则下列说法正确的是（　　） A．直杆在池底的影长中午比早晨更长 B．直杆在水面的影长为0.9m C．水的折射率为 D．当太阳光和水面的夹角变化时，在水面上有可能发生全反射 【答案】C 【详解】A．中午比早晨的位置高，光线射入水的入射角小，由可知折射角也小，所以直杆在池底的影长中午比早晨更短，故A错误； B．由图可知 解得 故直杆在水面的影长为1.6m，故B错误； C．由直杆在池底的影长EC为2.5m，可得 则 由折射率可得水的折射率 故C正确； D．光从光疏介质射向光密介质时才有可能发生全反射，当太阳光和水面的夹角变化时，在水面上有不可能发生全反射，故D错误。 故选C。 3．（2023·广东揭阳·三模）下列说法正确的是（　　）    A．图甲表示声源远离观察者时，观察者接收到的声音频率增大 B．图乙光导纤维利用光的全反射现象传递信息时外套的折射率比内芯的大 C．图丙检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出P为凸处、Q为凹处 D．图丁为光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样 【答案】D 【详解】A．图甲表示声源远离观察者时，根据多普勒效应可知观察者接收到的声音频率减小，故A错误； B．图乙光导纤维利用光的全反射现象传递信息时外套的折射率比内芯的小，故B错误； C．图丙检验工件平整度的操作中，明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，则P为凹处，同理可知Q为凸处，故C错误； D．光照射到不透明圆盘上，后面会出现一亮斑，这亮斑称为泊松亮斑，图丁为在圆盘后得到的衍射图样，故D正确。 故选D。 4．（2024·山东聊城·三模）哈尔滨是中国著名的冰雪旅游城市，每年冬季都会举办盛大的冰雪节。冰雕展则成为了人们探访冬季梦幻之旅的最佳选择，冰雕展上有一块底边长为2L，宽为L，高为L的长方体冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的黄灯，已知冰对黄光的折射率为，光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是（　　） A．由灯直接发出的光照射到冰块上表面时都能从上表面射出 B．由灯直接发出的光照射到冰块四个侧面时都能从侧面射出 C．未经反射直接从玻璃砖中射出的黄光在玻璃砖中传播的最长时间为 D．未经反射直接从玻璃砖中射出的黄光在玻璃砖中传播的最长时间为 【答案】C 【详解】AB．由折射率公式知 代入得 故临界角等于，由题意知，底边边长为2L，高为L，如图所示 ，则点光源刚好在上表面A点发生全反射，由几何关系知，，，则 代入得 则可知，故可知其照射范围如图所示 由灯直接发出的光照射到冰块上表面时部分不能从上表面射出，同理得，当光照射到冰块四个侧面时部分不能从侧面射出，A、B错误； CD．最长光路长度为，传播速度为，则 传播速度为 则传播最长时间为 故未经反射直接从玻璃砖中射出的黄光在玻璃砖中传播的最长时间为，C正确，D错误； 故选C。 5．（2024·福建宁德·三模）雨后天空中出现的弧形彩带，色彩鲜明的叫虹，色彩比虹暗淡的叫霓。如图所示为形成的光路图，一束太阳光射入水滴后，射出彩色光，其中a和b是两种单色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的波长大于b光的波长 B．水滴对a光的折射率大于对b光的折射率 C．在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．在完全相同的条件下做双缝干涉实验，b光对应的干涉条纹间距较宽 【答案】A 【详解】B．根据光路图可知，两束光的入射角相等，在介质中a光的折射角大，b光的折射角小，根据折射定律 可知，水滴对a光的折射率小于对b光的折射率，故B错误； A．由于水滴对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，所以a光的波长大于b光的波长，故A正确； C．根据 可知，在该介质中a光的传播速度大于b光的传播速度，故C错误； D．根据 可知，在相同的条件下，a光的波长大于b光的波长，所以a光对应的干涉条纹间距较宽，故D错误。 故选A。 一、多选题 6．（2024·河北·三模）折光仪浓度计是利用光的折射原理制成的，光从空气进入某种溶液介质发生偏折，对于不同浓度的溶液，光的偏折程度不同。可以根据预先建立的浓度与折射率之间的标准图像来推测出溶液的浓度。用同一种光照射酒精溶液和氯化钠溶液，折射率n与酒精溶液和氯化钠溶液的浓度c之间的关系图像如图所示。在同一浓度的情况下，下列说法正确的是（    ） A．光通过酒精溶液的偏折程度大于通过氯化钠溶液的偏折程度 B．光在酒精溶液中传播的速度大于在氯化钠溶液中传播的速度 C．若增大光的入射角，则光在酒精溶液中先发生全反射 D．光通过相同距离，在酒精溶液中的时间大于在氯化钠溶液中的时间 【答案】AD 【详解】A．由题图可知，光通过酒精溶液的折射率更大，则光通过酒精溶液的偏折程度大于通过氯化钠溶液的偏折程度，A正确； B．光通过酒精溶液的折射率大于光通过氯化钠溶液的折射率，由光在介质中的传播速度公式可知，光在酒精溶液中传播的速度小于在氯化钠溶液中传播的速度，B错误； C．由于光从空气进入某种溶液介质发生偏折，即光从光疏介质进入光密介质，因此光不会产生全反射，C错误； D．由于光在酒精溶液中传播的速度小于在氯化钠溶液中传播的速度，因此光通过相同距离，在酒精溶液中的时间大于在氯化钠溶液中的时间，D正确。 故选AD。 7．（2024·河北·三模）如图，由a，b两种单色光组成的细光束，以与平行玻璃砖上表面AB成角射入玻璃砖，并从下表面CD射出；已知玻璃砖的厚度为d，光在真空中的传播速度为c，a光在玻璃砖中的传播速度，b光在玻璃砖中的传播速度，下列说法正确的是（　　） A．玻璃砖对单色光b的折射率为 B．单色光a射入玻璃砖上表面AB后的折射角 C．细光束从玻璃砖下表面CD射出时两出射点间的距离为 D．单色光b的频率可能小于单色光a的频率 【答案】BC 【详解】A．玻璃砖对b光的折射率为 故A错误； B．由题意知光的入射角 玻璃砖对a光的折射率为 根据光的折射定律有 解得 故B正确； C．由光的折射定律有 解得 光束在玻璃砖内的光路图如图所示 细光束从玻璃砖下表面CD射出时两光点G、H间的距离为 故C正确； D．根据折射率越大频率越高，可知单色光b的频率一定大于单色光a的频率，故D错误。 故选BC。 8．（2024·重庆九龙坡·三模）图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程。a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中（　　） A．a的折射率比b的小 B．a的频率比b的大 C．a的波长比b的大 D．a的传播速度比b的大 【答案】ACD 【详解】A．由图可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则a的折射率比b的小，A正确； B．因为a的折射率比b的小，所以a的频率比b的小，B错误； C．因为a的频率比b的小，所以a的波长比b的大，C正确； D．由 可知a的传播速度比b的大，D正确。 故选ACD。 9．（2024·山东青岛·三模）矿井空气中的瓦斯浓度超过1%时，容易发生瓦斯爆炸。某同学通过查阅资料得知含有瓦斯的空气折射率大于干净空气的折射率，他利用光的干涉监测瓦斯浓度。如图，在双缝后面放置两个完全相同的薄壁透明容器A、B，容器A中是干净的空气，容器B与矿井中空气相通。用某种单色光照射单缝，观察屏上的干涉条纹，就能够大致判断瓦斯的浓度。下列说法正确的是（　　） A．若屏的正中央是亮纹，说明B中的空气一定不含瓦斯 B．若屏的正中央是暗纹，说明B中的空气一定含有瓦斯 C．同种频率的光在含有瓦斯的空气中比在干净空气中传播的速度小 D．用频率更大的单色光照射单缝时，屏上出现的干涉条纹间距变小 【答案】BCD 【详解】A．若屏的正中央是亮纹，如果容器A、B中气体相同，则折射率相同，到屏的中央光程相同，所以中央为亮纹，若B中含有瓦斯，但是到屏的中央光程恰好相差波长的整数倍，中央也为亮纹，故B中可能含瓦斯，也可能不含，故A错误； B．如果屏的正中央是暗纹，必有光程差，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，一定含有瓦斯，故B正确； C．同种频率的光在含有瓦斯的空气中的折射率大于在干净空气中的折射率，根据 可知同种频率的光在含有瓦斯的空气中比在干净空气中传播的速度小，故C正确； D．根据 用频率更大的单色光照射单缝时，由于单色光的波长变小，则屏上出现的干涉条纹间距变小，故D正确。 故选BCD。 10．（2024·山西吕梁·三模）华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（　　） A．波长越长的光在同种光纤中传播的速度越大。 B．频率越高的光在同种光纤中传播的速度越大 C．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 D．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 【答案】AC 【详解】A．波长越长的光，介质对它的折射率 n越小，根据公式，光在光纤中传播的速度越大，故A 正确。 B．频率越低的光，介质对它的折射率 n越小，根据公式，光在光纤中传播的速度越大，故B错误。 CD．当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射。故C正确，D 错误。 故选AC。 一、解答题 11．（2024·山东济南·三模）2024年国产智能手机技术发展迅猛，某一国产手机首次配备了超聚光伸缩摄像头，某同学用一块截面为等腰直角三角形的透明材料替代透镜模拟该摄像头的工作原理。如图所示，光屏与边平行，过中点与顶点A的虚线与光屏交于点。两束单色光平行于射入透明材料。已知透明材料的折射率为，边长为，两束单色光射入点到的距离均为，的距离为，不考虑在直角边上发生的反射，真空中的光速为，，求 （1）光穿过透明材料所用的时间； （2）要使两束单色光经过透明材料后汇聚到光屏上的点，通过计算说明应将透明材料沿向左还是向右移动。 【答案】（1）；（2）应将透明材料沿向右移动 【详解】（1）设光在透明材料中的光速为 由几何关系可知 解得 （2）根据折射定律可得 解得 在三角形中 两点间的距离 由于，所以应将透明材料沿向右移动。 12．（2024·四川凉山·三模）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a的直角透明介质，虚线为透明介质的对称轴，儿童站在介质之间的虚线框位置处，成人位置的光线与对称轴平行。已知介质折射率，光在真空中的传播速度为c。求： （1）完成光线1、2进入观察者范围的光路图，解释成人没被遮挡的原因； （2）光线1进入介质A中的折射角大小和通过介质A的时间。 【答案】（1）见解析；（2）， 【详解】（1）完成光线1、2进入观察者范围的光路图如图所示 根据折射定律可得 则光线在介质中的折射角为 可得1、2光线最后射出介质A的折射角为，可得光线1、2平行射出介质A、B，显然成人不可能被“隐身装置”遮挡。 （2）结合（1）问，可得光线1进入介质A中的折射角大小 通过介质A的路程为 光在该介质中的传播速度为 则光线1通过介质A的时间 试卷第2页，共20页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$