章末卷14 光学-【高考领航】2025年高考物理总复习四测通关卷

章末卷14　光学 (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求) 1.以下四幅图片是来自课本的插图，结合图片分析下列说法中正确的是(　　) A.图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角θ1逐渐增大到某一值后会在a′界面发生全反射 B.图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离Δx将减小 C.图丙是针尖在灯光下发生的现象，这种现象反映了光的干涉现象 D.图丁是自然光通过偏振片P、Q的实验结果，右边是光屏。当P固定不动缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，此现象表明光波是纵波 2.在判断工件表面的几何形状与设计需求是否存有微小差异时，检测人员可用一个精度很高的平面玻璃板(样板)，放在被检查工件上面，在样板的一端垫一个薄片，使样板的平面与工件平面之间形成一个楔形空气薄膜，如图甲所示。现用两种颜色不同的平行单色光a、b分别从上向下正面照射，结果看到如图乙所示的两种明、暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　) 　 甲　　　　　　　　　　　乙　　 A.该测量原理是光的衍射现象，出现了等单色光间距且平行的明、暗相间的条纹，则证明工件的表面是平整的 B.通过对图乙条纹进行分析可知单色光a、b在空气薄膜中的波长之比约为3∶4 C.若用单色光a照射某金属不发生光电效应，换用单色光b照射该金属可能会发生光电效应 D.单色光a、b分别通过同一装置进行双缝干涉实验时，单色光a形成的相邻明条纹间距比单色光b小 3.如图，在某种液体内，有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC，底面水平，罩内为空气。发光点D位于AB中点，发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是(　　) A.液体的折射率为 B.液体的折射率为 C.D发出的光照射到CB界面时可能发生全反射 D.液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮 4.某同学利用半圆形玻璃砖做了如下实验：将一束复色光由空气射向一块半圆形玻璃砖圆心处，经过折射，光线分成两束单色光a、b，如图所示。下列说法正确的是(　　) A.在玻璃砖中a光的传播速度大于b光的传播速度 B.a、b光射出玻璃砖时，两束光线平行 C.若该复色光由红光与紫光组成，则a光为紫光 D.若用a、b光分别进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距大于b光条纹间距 5.如图所示，一透明材料制成的圆柱形棒，长度为6 m。一束光线从圆柱形棒的一个底面中心垂直射入，经2.5×10－8 s由另一底面圆心射出。保持入射点不变，调整光线的入射方向，使其在材料内部恰好发生全反射，(光在真空中的速度为3×108 m/s)则光通过透明材料的时间为(　　) A.2.5×10－8 s　　　 B.3.3×10－8 s C.3.125×10－8 s D.4.95×10－8 s 6.在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图所示，等腰梯形ABCD是“道威棱镜”的横截面，底角为45°。现有与BC边平行的三束相同单色光从AB边射入棱镜中，已知棱镜材料的折射率为，下列说法正确的是(　　) A.光束从AB边射入棱镜时的折射角为60° B.三束光都不能从底面BC边射出 C.从CD边射出的光线与射入AB边的光线不平行 D.光束1和光束3在棱镜中的传播时间t1>t3 7.如图所示，两束激光束对称地射到上下对称的三棱镜上的A点和B点，光线方向与三棱镜中心轴OO′平行，A、B与三棱镜中心线距离为d。已知每束激光束的功率均为P0。三棱镜的顶角为θ＝30°，对激光的折射率为n＝。假若激光射到三棱镜后全部通过，不考虑反射光，下列说法不正确的是(　　) A.激光通过三棱镜后方向改变30°角 B.增加三棱镜顶角，激光可能不能通过三棱镜 C.若不计三棱镜左右厚度，则两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为d D.激光束对三棱镜水平方向作用力大小为F＝ 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是(　　) 甲　　　　　　乙 A.在水中a光波速小于b光 B.a光的频率小于b光 C.用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小 D.若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光也一定能发生明显衍射现象 9.小明同学做了一个实验，用透明材料做了一个空心球，空心部分是半径为R的球，且空心部分半径与透明球的半径之比为1∶3。如图所示是过球心的截面图，用一单色细光束沿截面以30°的入射角从外球面A点射入，观察发现其折射光线刚好与空心部分的球面(内球面)相切，则(　　) A.单色光在材料中的折射率为1.5 B.单色光在该材料中的传播时间为 C.只要调整好从A点射入的单色光的入射角，光线就能够在外球面发生全反射 D.只要调整好从A点射入的单色光的入射角，光线就能够在内球面发生全反射 10.如图所示，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R的透明半圆柱体，PQ为其直径，O为圆心，轴线OA垂直于光屏，O至光屏的距离＝R，位于轴线上O点左侧R处的点光源S发出一束与OA夹角θ＝60°的光线沿纸面射向透明半圆柱体，经半圆柱体折射后从C点射出。已知∠QOC＝30°，光在真空中传播的速度为c。则(　　) A.该透明半圆柱体的折射率为 B.该透明半圆柱体的折射率为 C.该光线从S传播到达光屏所用的时间为 D.该光线从S传播到达光屏所用的时间为 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11.(7分)如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距d＝0.20 mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700 mm。然后，接通电源使光源正常工作。 甲 (1)已知测量头上主尺的最小刻度是毫米，副尺游标尺为20分度，某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，使分划板中心刻度线与某条纹A中心对齐，如图乙所示，此时测量头上主尺和副尺的示数如图丙所示，此示数为　　　　　mm；接着再转动手轮，使分划板中心刻度线与某条纹B中心对齐，测得A、B条纹间的距离x＝8.40 mm。则经滤光片射向双缝的色光的波长λ＝　　　　 (用题目中所给字母写出表达式)，利用上述测量结果，经计算可得波长λ＝　　　　　m。(保留两位有效数字) 　 乙　　　　　　　　　丙　　 (2)另一同学按实验装置安装好仪器后，观察到光的干涉现象效果很好，若他对实验装置进行了调整后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，则该调整可能是　　　　　。 A.仅增加光源与滤光片间的距离 B.仅增加单缝与双缝间的距离 C.仅将单缝与双缝的位置互换 D.仅将红色滤光片换成绿色滤光片 12.(9分)实验室有一个直角三棱镜，物理小组的同学准备测量它的折射率，实验步骤如下： ①在木板上铺一张白纸，将三棱镜放在白纸上并用细线描出三棱镜的轮廓，如图中△ABC的实线所示。 ②在垂直于AB的方向上插上两枚大头针P1和P2，在棱镜的BC侧透过三棱镜观察两个大头针，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，移去三棱镜和大头针，大头针在纸上的位置如图所示。 请帮他们完成下列实验内容： (1)将实验需要的光路图补充完整。 (2)实验小组用量角器量出光线在BC界面发生折射时，入射光线与BC边夹角为α、折射光线与BC边夹角为β，则三棱镜的折射率n＝　　　　。 (3)若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，如图中虚线所示，则测得的折射率　　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。 13.(10分)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，设激光光束与水面夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，已知sin 41°≈，试求： (1)水的折射率； (2)若此时潜水爱好者离水面的距离为 m，则激光笔能照亮的水面面积是多少。 14.(13分)如图为半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面，其中MN为平面，O为半圆的圆心，现有两细光束甲、乙同时由O、A两点斜射入玻璃砖。已知两细光束与MN的夹角均为α＝30°，OA＝R，玻璃砖的折射率为n＝，光在真空中的传播速度为c，只考虑折射。 (1)求两细光束射入MN界面时的折射角大小； (2)通过分析判断两细光束的出射光线(从圆弧面)平行还是相交，如果平行，求两出射光线之间的距离；如果相交，求两细光束从入射到相交点所需时间的差值。 15.(15分)如图所示，等腰梯形ABCD为某透明棱镜的横截面，已知该棱镜材料的折射率为，∠A＝∠B＝75°，且边AB＝L。一单色光从AD边上的E点沿某方向射入棱镜，其折射光照射到AB界面时，恰好发生全反射，并最终从BC界面射出。光在真空中的传播速度为c，不考虑光在每个面上的多次反射，求： (1)该单色光从AD面入射时的入射角； (2)该单色光在棱镜中的传播时间。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 章末卷14　光学 1.B　图甲中，根据几何关系可知上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路的可逆性，无论怎么增大入射角θ1，下表面的入射角不会达到临界角，光线都会从a′面射出，故A错误；图乙中，根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝，可知只减小屏到挡板间距离，两相邻亮条纹间距离Δx将减小，故B正确；图丙是针尖在灯光下发生的现象，这种现象反映了光的衍射现象，故C错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D错误。 2.C　该测量原理是光的干涉现象，出现了等间距且平行的明、暗相间的条纹可以证明工件的表面平整，故A错误；由图乙可知，在空气薄膜中相同的长度下，单色光a、b相邻明条纹的关系满足6Δxa＝8Δxb，解得Δxa∶Δxb＝4∶3，相邻明条纹之间空气薄膜的厚度差等于，由几何关系知Δxsin θ＝，故单色光a、b的波长之比约为4∶3；单色光a、b分别通过同一装置进行双缝干涉实验时，由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，可知，单色光a形成的相邻明条纹间距比单色光b大一些，故B、D错误；根据单色光a、b的波长关系，由公式c＝λf，可知，单色光a的频率小于单色光b的频率，根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，用单色光a、b照射同种金属时，用单色光a照射不发生光电效应，换用单色光b照射可能会发生光电效应，故C正确。 3.A　由几何关系可知，发光点D发出的垂直于BC的光垂直于BC进入液体后，在上边的界面处的入射角等于60°，恰好不能射出液面，则临界角为60°，所以折射率为n＝＝，故B错误，A正确；D发出的光照射到CB界面时，是从光疏介质向光密介质入射，不能发生全反射，故C错误；由题可知，发光点D发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面，可知点D发出的垂直于BC以下部分的光不能射出界面，所以在液面上方不能够看到透明罩所有位置都被照亮，故D错误。 4.C　根据题图可知，入射角相同，a的折射角小，根据n＝可知，a光的折射率大，根据v＝可知，在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度，故A错误；根据几何关系可知，两光背离各自半径射出，出射光不平行，故B错误；a光的折射率大，频率高，波长小，若该复色光由红光与紫光组成，则a光为紫光，故C正确；若用a、b光分别进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，根据Δx＝，a光条纹间距小于b光条纹间距，故D错误。 5.C　设光在该材料中传播速度为v，由L＝vt解得v＝＝2.4×108 m/s，由n＝可知n＝1.25，设全反射临界角为C，则sin C＝＝0.8，光刚好发生全反射，可知光在透明材料中的路程为s＝＝7.5 m，则t′＝＝ s＝3.125× 10－8 s，故选C。 6.B　光线在棱镜中传播时光路图如图所示，根据折射定律有n＝＝，解得r＝30°，故A错误；由几何关系知θ＝90°－(180°－45°－90°－r)＝75°，根据折射率与临界角的关系sin C＝，所以C＝45°<θ，所以三束光都不能从底面BC边射出，故B正确；根据几何关系有α＝r＝30°，所以β＝i＝45°，由此可知，从CD边射出的光线与射入AB边的光线平行，故C错误；由光路的可逆性可知，光束1和光束3在棱镜中的传播路程相同，由于光束1和光束3属于相同单色光，传播速度相同，故传播时间也相等，故D错误。 7.D　激光射出三棱镜时，入射角为30°，根据n＝，出射角为r＝60°，由几何关系可知，激光通过三棱镜后方向改变30°角，A正确；增加三棱镜顶角，则入射角增大至临界角时，发生全反射，不能通过三棱镜，B正确；光路图如图所示，出射光线与OO′夹角为30°，则两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为x＝＝d，C正确；两束激光在Δt时间内通过三棱镜的光子数为N＝，光子的总动量为p＝Nh，水平方向激光的动量的变化量为Δp＝p－pcos 30°，根据动量定理FΔt＝Δp，联立得F＝，根据牛顿第三定律，激光束对三棱镜水平方向作用力大小为，D错误。 8.AC　如图，在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，根据sin C＝，知a光的折射率较大，由v＝，知a光在水中的传播速度比b光小，a光的频率高于b光，故A正确，B错误；由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，可知a光波长更短，条纹间距更小，故C正确；单缝的尺寸小于光波的波长，或与波长差不多能发生明显的衍射，由于a的波长小于b的波长，所以若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光不一定能发生明显衍射现象，故D错误。 9.AD　根据题意，由几何关系可得，折射角的正弦值sin r＝，根据折射定律可得该透明材料的折射率n＝＝1.5，故A正确；根据题意，由几何关系可得，光在透明材料中传播的距离为s＝2＝4R，由公式n＝可得，光在透明材料中传播速度为v＝＝，则单色光在该材料中的传播时间为t＝＝，故B错误；根据光路可逆原理，调整A点射入的单色光的入射角，不能够在外球面发生全反射，故C错误；根据题意，若能够在内球面发生全反射，设新的入射角为i′，折射角为r′，则n＝＝，在内球面上，由正弦定理得＝，联立解得sin i′＝，即当从A点射入的单色光的入射角正弦值为时，光线就能够在内球面发生全反射，故D正确。 10.BC　光从光源S射出经半圆柱体到达光屏的光路如图所示，光由空气射向半圆柱体，由折射定律，有n＝，在△OBC中，由正弦定理有＝，而OB＝tan θ，解得β＝30°，由几何关系得α＝30°，解得n＝，故A错误，B正确；光由半圆柱体射向空气，由折射定律，有n＝，解得r＝60°，即出射光线与轴线OA平行，与光屏垂直，光从光源S出发经透明半圆柱体到达光屏所用的时间t＝＋＋，根据几何知识可得SB＝，BC＝R，CD＝R－Rsin 30°＝R，光在半圆柱体内的传播速度v＝，解得t＝，故C正确，D错误。 11.解析：(1)图丙中游标卡尺的最小分度值为0.05 mm，主尺示数为0，游标尺的第7刻度线与主尺刻度线对齐，则示数为0＋7×0.05 mm＝0.35 mm，A、B条纹间的距离为5倍相邻亮(暗)条纹间的距离，故Δx＝，根据相邻亮(暗)条纹间的间距公式有Δx＝λ，解得λ＝，代入数据可得λ＝4.8×10－7 m。 (2)该同学对实验装置调节后，在像屏上仍能观察到清晰的条纹，且条纹数目有所增加，可知相邻条纹间的宽度减小，由公式Δx＝λ可知，该调节可能是更换波长更短的光做实验，即将红色滤光片换成绿色滤光片，其他调节都达不到该实验效果。故选D。 答案：(1)0.35　　4.8×10－7　(2)D 12.解析：(1)根据实验原理，由折射定律和反射定律，画出光路图，如图所示。 (2)根据题意，由折射定律可得，折射率为n＝。 (3)若实验中三棱镜的位置发生了微小的平移，实际光路图如图所示，由图可知，测量的α角偏小，则测得的折射率小于真实值。 答案：(1)见解析　(2)　(3)小于 13.解析：(1)由题意可知，全反射的临界角为 C＝90°－41°＝49° 由题意有sin 41°≈ 则sin 49°＝cos 41°＝ ＝ 则水的折射率为n＝＝＝。 (2)当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则根据几何知识有 tan 41°＝ 则激光笔能照亮的水面区域的半径为 r＝＝d＝3 m 则激光笔能照亮的水面面积为S＝πr2＝9π m2。 答案：(1)　(2)9π m2 14.解析：(1)设两束光线射入MN界面时的折射角为β，则 ＝n 代入数据得β＝30°。 (2)根据几何知识可知光线甲从B点沿直线射出，光线乙在O′点再次折射，则两光线最终相交，设交点为D，由于光线乙在O′点的入射角为30°，则折射角应该为60°，则△OO′D为等腰三角形，且O′D＝R BD＝OD－R＝2Rcos 30°－R＝(－1)R AO′＝R 光在介质中的速度v＝＝ 两细光束从入射到相交点所需的时间差 Δt＝(＋)－(＋)＝。 答案：(1)30°　(2)相交　 15.解析：(1)作出光在棱镜中的光路图如图所示。 设光在AD面的入射角θ1，折射角θ2，根据折射定律可得 n＝ 由题意在AB面F点恰好全反射，设临界角为C，则 sin C＝ 临界角为C＝45° 由几何关系知θ2＋C＝75° 可得θ2＝30° 联立以上几式解得θ1＝45°。 (2)在△AEF中，设AF长LAF，EF长LEF，由正弦定理 ＝ 在△BFG中，设BF长LBF，FG长LFG，由正弦定理 ＝ 根据对称性有θ2＝θ3 光在棱镜中传播距离s＝LEF＋LFG 光在棱镜中传播速度v＝ 则光在棱镜中传播时间t＝ 联立以上几式解得t＝。 答案：(1)45°　(2) 学科网（北京）股份有限公司 $$