专题19 几何光学-【好题汇编】五年（2020-2024）高考物理真题分类汇编（全国通用）

专题19 几何光学 考点 五年考情（2020-2024） 命题趋势 考点1几何光学 2020年北京卷、全国卷； 2021年北京卷、重庆卷； 2022年江苏卷、湖南卷； 2023年海南卷、北京卷； 2024年上海卷等 几何光学作为物理学的一个重要分支，在高考中的考查力度和趋势一直是广大师生关注的焦点。关于几何光学高考命题的趋势： 基础知识与基本概念的考查：几何光学的基本知识和概念，如光的直线传播、反射、折射等，是高考命题的重点。考生需要对这些基本概念有深入的理解，并能够应用它们解决实际问题。 与生活实际相结合的问题：几何光学与生活密切相关的应用，如光纤通信、猫眼、海市蜃楼等，是高考命题的热点之一。这类问题通常要求考生运用所学的光学知识来解释或解决实际生活中的现象。 平面镜成像与动态成像：平面镜成像的特点以及与动态成像相结合的问题，如查看者与平面镜之间的距离变化导致的成像变化，是高考中的一个重要考点。 全反射与折射率的计算：全反射现象及其条件，以及折射率的计算，是高考中的另一个热点。考生需要掌握全反射的条件，并能够根据折射定律进行相关计算。 透镜成像的动态规律：透镜成像的动态变化规律，如物体与透镜之间的距离变化对成像位置和性质的影响，是高考中的一个难点。考生需要通过作图和计算来解决这类问题。 实验与探究能力的考查：高考中可能会包含一些基本的光学实验，如测量玻璃的折射率等，这要求考生具备实验操作能力和数据处理能力。 现代科技应用：几何光学在现代科技中的应用，如精密测量、增透膜等，也是高考命题的一个方向。这类问题通常要求考生具备较高的物理知识应用能力。 偏振、干涉与衍射：这些是几何光学中的重要现象，虽然在高考中可能不会深入考查，但考生需要对这些现象有所了解，并能够解释一些基本的实验现象。 计算题与作图题：高考中的几何光学计算题可能会涉及光线追迹、成像位置的计算等，而作图题则要求考生能够根据给定的条件作出正确的光路图。 综上所述，几何光学在高考中的命题趋势是强调基础知识的应用，注重理论与实际相结合，考查学生的逻辑推理能力和解决实际问题的能力。同时，高考也会关注物理学在现代科技中的应用，以及学生的实验操作和数据处理能力。 考点2 光学实验 每年每省必考 考点01 几何光学 1.（2024·新课标卷·高考真题）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（　　） A. 蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B. 蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C. 在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度 D. 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 2.（2024·上海·高考真题）车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A. 仅激光是横波 B. 激光与超声波都是横波 C. 仅超声波横波 D. 激光与超声波都不是横波 3.（2024·江苏·高考真题） 用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到（　　） A. 两镜片都变亮 B. 两镜片都变暗 C. 两镜片没有任何变化 D. 左镜片变暗，右镜片变亮 4.（2024·辽宁·高考真题）某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（　　） A. 换用更粗的头发丝 B. 换用红色激光照双缝 C. 增大纸板与墙面的距离 D. 减小光源与纸板的距离 5.（多选）（2024·江苏·高考真题） 现有一光线以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，折射光线如图所示（β1<β2），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. 甲中光线的传播速度大 D. 甲临界角大 6.（多选）（2024·浙江1月·高考真题）下列说法正确的是（　　） A. 相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱 B. 具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同 C. 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量 D. 自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化 7.（多选）（2024·江西·高考真题）某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是（　　） A. 光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件 B. 透镜的作用是使光更集中 C. 单缝的作用是获得线光源 D. 双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目内越多 8.（2024·山东·高考真题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（　　） A. 滚珠b、c均合格 B. 滚珠b、c均不合格 C 滚珠b合格，滚珠c不合格 D. 滚珠b不合格，滚珠c合格 9.（2024·广东·高考真题） 如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若逐渐增大。两束光在NP面上全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（　　） A. 在PQ面上，红光比绿光更靠近P点 B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失 C. 逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射 D. 逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大 10.（多选）（2024·广西·高考真题）如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，，镜面与光屏垂直，单色光波长为。下列说法正确的是（　　） A．光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 B．光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为 C．若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为 D．若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，则该液体的折射率为 11.（多选)（2024·甘肃·高考真题）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（　　） A．该材料对红光的折射率为 B．若，光线c消失 C．若入射光a变为白光，光线b为白光 D．若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 12.（2024·浙江1月·高考真题） 氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 13.（多选）（2024·湖南·高考真题）834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（　　） A．沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B．沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C．若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D．若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 14.（多选）（2023·辽宁·统考高考真题）“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 15．（多选）（2023·湖南·统考高考真题）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，设激光光束与水面的夹角为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，下列说法正确的是（   ）    A．水的折射率为 B．水的折射率为 C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 16．（多选）（2023·全国·统考高考真题）等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab = ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是（   ）    A．甲光的波长比乙光的长 B．甲光的频率比乙光的高 C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大 D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率 E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大 17．（多选）（2020·山东·统考高考真题）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（　　） A．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 B．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 C．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大 D．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小 18．（多选）（2020·浙江·高考真题）如图所示，波长为和的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（    ） A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能 B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距 C．在水中的传播速度 D．光子动量 19．（2023·江苏·统考高考真题）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（    ） A．   B．   C．   D．   20．（2023·浙江·统考高考真题）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（    ） A．   B．   C．   D．   21．（2023·湖北·统考高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（    ）    A． B． C． D． 22．（2023·浙江·高考真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（　　） A．等于 B．大于 C．小于 D．与棱镜的折射率有关 23．（2022·海南·高考真题）如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1:3。当细光束以的入射角射入球中，其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为（　　） A． B．1.5 C． D．2 24．（2022·辽宁·高考真题）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（   ） A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射 D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射 25．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（　　） A．气泡表面有折射没有全反射 B．光射入气泡衍射形成“亮斑” C．气泡表面有折射和全反射 D．光射入气泡干涉形成“亮纹” 26．（2022·山东·统考高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（       ） A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以 27．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，b、c、d也会随之转动，则（　　） A．光束b顺时针旋转角度小于 B．光束c逆时针旋转角度小于 C．光束d顺时针旋转角度大于 D．光束b、c之间的夹角减小了 28．（2021·江苏·高考真题）某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于面射入，可以看到光束从圆弧面出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（　　） A．1.2 B．1.4 C．1.6 D．1.8 29．（2021·海南·高考真题）如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形，，其折射率为。一束单色光在纸面内以的入射角从空气射向边的中点O，则该束单色光（　　） A．在边的折射角为 B．在边的入射角为 C．不能从边射出 D．不能从边射出 30．（2021·湖北·统考高考真题）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（　　） 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 31．（2021·辽宁·统考高考真题）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（　　） A．频率小，发生全反射的临界角小 B．频率大，发生全反射的临界角小 C．频率小，发生全反射的临界角大 D．频率大，发生全反射的临界角大 32．（2021·天津·高考真题）光刻机是制造芯片的核心装备，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。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　） A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大 33．（2021·浙江·高考真题）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为，则（　　） A．光盘材料的折射率 B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D．光束c的强度小于O点处折射光束的强度 34．（2020·山东·统考高考真题）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（　　） A． B． C． D． 35．（2020·浙江·统考高考真题）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为1.5 B．之间的距离为 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为30° 36．（2020·浙江·高考真题）如图所示，一束光与某材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的倍，则该材料折射率至少为（　　） A． B． C．1.5 D．2 37.（2024·全国甲卷·高考真题）一玻璃柱的折射率，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R，如图所示。截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。 38.（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。 （1）求sinθ； （2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。 39．（2023·山东·统考高考真题）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为，折射率为n（）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 （1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值； （2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。    40．（2023·全国·统考高考真题）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。    41．（2022·重庆·高考真题）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为， （1）求蓝灯到水面的最大距离； （2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？ 考点02 光学实验 1.（2024·上海·高考真题）在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，双缝间距为d，双缝到光强分布传感器距离为L。 （1）实验时测得N条暗条纹间距为D，则激光器发出的光波波长为______。 A． B． C． D． （2）在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片时相比______ A．增加 B．不变 C．减小 （3）移去偏振片，将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有______（多选） A．减小缝宽 B．使单缝靠近传感器 C．增大缝宽 D．使单缝远离传感器 2.（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 844 18.08 根据表中数据，判断单色光1为____________（填“红光”或“绿光”）。 3.（2020·湖北·高考真题） 某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB'的垂线、，、是垂足，并用米尺分别测量、的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出图像，如图（b）所示。 （1）关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。 A. 入射角越小，误差越小 B. 激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C. 选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 （2）根据图像，可得玻璃砖的折射率为_____（保留三位有效数字）。 （3）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 4.（2024·安徽·高考真题） 某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验． （1）为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是________。（填正确答案标号） A. 用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和 B. 在玻璃砖一侧插上大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点 C. 实验时入射角应尽量小一些，以减小实验误差 （2）为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率________（填“大”或“小”） （3）为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________n介质（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 5．（2023·海南·统考高考真题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：    （1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图_________； （2）已经测出AB = l1，OA = l2，S1S2= l3，则折射率n = _________（用l1、l2、l3表示）； （3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会_________（填“变大”，“变小”或“不变”）。 6．（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则： ①a、b分别是( ) A．单缝和双缝        B．双缝和单缝        C．单缝和单缝        D．双缝和双缝 ②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是__________。（用x、d、L表示） 7．（2021·浙江1月·统考高考真题）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i和折射角r，______并写出折射率n的计算式______。 8．（2021·浙江·高考真题）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中: ①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是___________。(单选） A．旋转测量头      B．增大单缝与双缝间的距离      C．调节拨杆使单缝与双缝平行 ②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是___________ (单选） A．减小单缝与光源间的距离      B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离      D．增大双缝与测量头间的距离 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！13 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题19 几何光学 考点 五年考情（2020-2024） 命题趋势 考点1几何光学 2020年北京卷、全国卷； 2021年北京卷、重庆卷； 2022年江苏卷、湖南卷； 2023年海南卷、北京卷； 2024年上海卷等 几何光学作为物理学的一个重要分支，在高考中的考查力度和趋势一直是广大师生关注的焦点。关于几何光学高考命题的趋势： 基础知识与基本概念的考查：几何光学的基本知识和概念，如光的直线传播、反射、折射等，是高考命题的重点。考生需要对这些基本概念有深入的理解，并能够应用它们解决实际问题。 与生活实际相结合的问题：几何光学与生活密切相关的应用，如光纤通信、猫眼、海市蜃楼等，是高考命题的热点之一。这类问题通常要求考生运用所学的光学知识来解释或解决实际生活中的现象。 平面镜成像与动态成像：平面镜成像的特点以及与动态成像相结合的问题，如查看者与平面镜之间的距离变化导致的成像变化，是高考中的一个重要考点。 全反射与折射率的计算：全反射现象及其条件，以及折射率的计算，是高考中的另一个热点。考生需要掌握全反射的条件，并能够根据折射定律进行相关计算。 透镜成像的动态规律：透镜成像的动态变化规律，如物体与透镜之间的距离变化对成像位置和性质的影响，是高考中的一个难点。考生需要通过作图和计算来解决这类问题。 实验与探究能力的考查：高考中可能会包含一些基本的光学实验，如测量玻璃的折射率等，这要求考生具备实验操作能力和数据处理能力。 现代科技应用：几何光学在现代科技中的应用，如精密测量、增透膜等，也是高考命题的一个方向。这类问题通常要求考生具备较高的物理知识应用能力。 偏振、干涉与衍射：这些是几何光学中的重要现象，虽然在高考中可能不会深入考查，但考生需要对这些现象有所了解，并能够解释一些基本的实验现象。 计算题与作图题：高考中的几何光学计算题可能会涉及光线追迹、成像位置的计算等，而作图题则要求考生能够根据给定的条件作出正确的光路图。 综上所述，几何光学在高考中的命题趋势是强调基础知识的应用，注重理论与实际相结合，考查学生的逻辑推理能力和解决实际问题的能力。同时，高考也会关注物理学在现代科技中的应用，以及学生的实验操作和数据处理能力。 考点2 光学实验 每年每省必考 考点01 几何光学 1.（2024·新课标卷·高考真题）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（　　） A. 蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B. 蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C. 在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度 D. 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 【答案】A 【解析】AB．由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长大于蓝光的波长，根据 可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量；根据 可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，故A正确，B错误； C．由于红光的折射率小于蓝光，根据 可知在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，故C错误； D．光从一种介质射入另一种介质中频率不变，故D错误 故选A。 2.（2024·上海·高考真题）车载雷达系统可以发出激光和超声波信号，其中（　　） A. 仅激光是横波 B. 激光与超声波都是横波 C. 仅超声波横波 D. 激光与超声波都不是横波 【答案】 B 【解析】车载雷达系统发出的激光和超声波信号都是横波。 故选B。 3.（2024·江苏·高考真题） 用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90度，会观察到（　　） A. 两镜片都变亮 B. 两镜片都变暗 C. 两镜片没有任何变化 D. 左镜片变暗，右镜片变亮 【答案】D 【解析】立体影院的特殊眼镜是利用了光的偏振，其镜片为偏振片，立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，根据可知将手机屏幕旋转90度后左镜片变暗，右镜片变亮。 故选D。 4.（2024·辽宁·高考真题）某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（　　） A. 换用更粗的头发丝 B. 换用红色激光照双缝 C. 增大纸板与墙面的距离 D. 减小光源与纸板的距离 【答案】A 【解析】由于干涉条纹间距，可知： A．换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮纹中央间距变小，故A正确； B．换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮纹中央间距变大，故B错误； C．增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮纹中央间距变大，故C错误； D．减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中央间距，故D错误。 故选A。 5.（多选）（2024·江苏·高考真题） 现有一光线以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，折射光线如图所示（β1<β2），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. 甲中光线的传播速度大 D. 甲临界角大 【答案】A 【解析】入射角相同，由于，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，由可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。 故选A。 6.（多选）（2024·浙江1月·高考真题）下列说法正确的是（　　） A. 相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱 B. 具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同 C. 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量 D. 自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化 【答案】CD 【解析】A．相同温度下，黑体吸收和辐射能力最强，故A错误； B．根据具有相同动能的中子和电子，电子质量较小，德布罗意波长较长，故B错误； C．电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量，故C正确； D．自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，故D正确。 故选CD。 7.（多选）（2024·江西·高考真题）某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是（　　） A. 光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件 B. 透镜的作用是使光更集中 C. 单缝的作用是获得线光源 D. 双缝间距越小，测量头中观察到的条纹数目内越多 【答案】BC 【解析】A．进行双缝干涉测光的波长实验，光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、测量头等元件，故A错误； B．透镜的作用是使光更集中，故B正确； C．单缝的作用是获得线光源，故C正确； D．根据条纹间距公式可知双缝间距越小，相邻亮条纹的间距较大，测量头中观察到的条纹数目内越少，故D错误。 故选BC。 8.（2024·山东·高考真题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（　　） A. 滚珠b、c均合格 B. 滚珠b、c均不合格 C 滚珠b合格，滚珠c不合格 D. 滚珠b不合格，滚珠c合格 【答案】C 【解析】单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。 故选C。 9.（2024·广东·高考真题） 如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若逐渐增大。两束光在NP面上全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（　　） A. 在PQ面上，红光比绿光更靠近P点 B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失 C. 逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射 D. 逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大 【答案】B 【解析】A．红光的频率比绿光的频率小，则红光的折射率小于绿光的折射率，在面，入射角相同，根据折射定律可知绿光在面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误； B．根据全反射发生的条件可知红光发生全反射的临界角较大，逐渐增大时，折射光线与面的交点左移过程中，在面的入射角先大于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确； C．在面，光是从光疏介质到光密介质，无论多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误； D．根据折射定律可知逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。 故选B。 10.（多选）（2024·广西·高考真题）如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，，镜面与光屏垂直，单色光波长为。下列说法正确的是（　　） A．光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 B．光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为 C．若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为 D．若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，则该液体的折射率为 【答案】AD 【解析】AB．根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据条纹间距公式可知 ，故A正确，B错误； C．若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据 其中c为在真空中的光速，则，故C错误； D．若将整套装置完全没入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，根据条纹间距公式有，可得 结合C选项的分析可知 所以 ，故D正确。 故选AD。 11.（多选)（2024·甘肃·高考真题）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（　　） A．该材料对红光的折射率为 B．若，光线c消失 C．若入射光a变为白光，光线b为白光 D．若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 【答案】ABC 【解析】A．根据几何关系可知从材料内发生折射时光线的折射角为，故折射率为 故A正确； B．设临界角为C，得 故，故若，会发生全反射，光线c消失，故B正确； C．由于光线b为反射光线，反射角等于入射角，故当入射光a变为白光，光线b为白光，故C正确； D．对同种介质，紫光的折射率比红光大，故若入射光a变为紫光，折射角将变大，光线b和c不会垂直，故D错误。 故选ABC。 12.（2024·浙江1月·高考真题） 氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 【答案】C 【解析】A．根据巴耳末公式可知，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽，故A错误； B．光的波长较长，根据可知光的频率较小，则光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，光的侧移量小，故B错误； C．光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较多，真空中单位长度上光的平均光子数多，故C正确； D．若、光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的频率较小，光的光子能量较小，光的光子数较多，则光的饱和光电流大，光的饱和光电流小，故D错误。 故选C。 13.（多选）（2024·湖南·高考真题）834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（　　） A．沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B．沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C．若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D．若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 【答案】BC 【解析】CD．根据题意画出光路图 如图所示，S发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像S′发出的光）是同一列光分成的，满足相干光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可看成双缝干涉，设S与S′的距离为d，则 d = 2aS到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式 ，可得 则若θ = 0°，沿OA向右（沿AO向左）略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误； AB．同理再次画出光路图有 沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 故选BC。 14.（多选）（2023·辽宁·统考高考真题）“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 【答案】BD 【解析】该现象属于波的叠加原理；插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符。 故选BD。 15．（多选）（2023·湖南·统考高考真题）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，设激光光束与水面的夹角为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，下列说法正确的是（   ）    A．水的折射率为 B．水的折射率为 C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 【答案】BC 【解析】AB．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，则说明α = 41°时激光恰好发生全反射，则 则 A错误、B正确； CD．当他以α = 60°向水面发射激光时，入射角i1 = 30°，则根据折射定律有 nsini1 = sini2 折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确、D错误。 故选BC。 16．（多选）（2023·全国·统考高考真题）等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab = ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是（   ）    A．甲光的波长比乙光的长 B．甲光的频率比乙光的高 C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大 D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率 E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大 【答案】ACE 【解析】ABD．根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示    由图可知，乙光的折射角较小，根据折射定律可知乙光的折射率大，则乙光的频率大，根据c = fλ可知，乙光的波长短，A正确、BD错误； C．根据可知在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大，C正确； E．根据几何关系可知光在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大，E正确。 故选ACE。 17．（多选）（2020·山东·统考高考真题）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（　　） A．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 B．光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 C．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大 D．若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小 【答案】AC 【解析】AB．由题可知 可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在 平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误； C．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。 故选AC。 18．（多选）（2020·浙江·高考真题）如图所示，波长为和的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a和b，则这两束光（    ） A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能 B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距 C．在水中的传播速度 D．光子动量 【答案】BD 【解析】A．根据光路图可知三棱镜对b光的偏折程度更大，所以b光折射率大，频率高，波长短。根据光电效应方程： 因为，所以，故A错误； B．根据双缝干涉条纹间距公式： 因为，所以，故B正确； C．介质中传播速度： 因为，所以，故C错误； D．根据光子动量的公式： 因为，所以，故D正确。 故选BD． 19．（2023·江苏·统考高考真题）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（    ） A．   B．   C．   D．   【答案】A 【解析】根据折射定律 n上sinθ上 = n下sinθ下 由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则n下 > n上，则θ下逐渐减小，画出光路图如下    则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。 故选A。 20．（2023·浙江·统考高考真题）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（    ） A．   B．   C．   D．   【答案】C 【解析】灯带发出的光从水面射出时发生全反射临界角的正弦值 则 灯带上的一个点发出的光发生全反射的临界角如图所示    根据几何关系可得 则一个点发出的光在水面上能看到的的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，如图所示    等腰直角三角形发光体的内切圆半径满足 解得 故中间无空缺。 故选C。 21．（2023·湖北·统考高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（    ）    A． B． C． D． 【答案】C 【解析】设光线在OQ界面的入射角为，折射角为，几何关系可知，则有折射定律 光线射出OQ界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中    光线在AB两点发生全反射，有全反射定律 即AB两处全反射的临界角为，AB之间有光线射出，由几何关系可知 故选C。 22．（2023·浙江·高考真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（　　） A．等于 B．大于 C．小于 D．与棱镜的折射率有关 【答案】A 【解析】如图所示 设光线在AB边的折射角为，根据折射定律可得 设光线在BC边的入射角为，光线在AC边的入射角为，折射角为；由反射定律和几何知识可知 联立解得 根据折射定律可得 可得 过D点做出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为。 故选A。 23．（2022·海南·高考真题）如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1:3。当细光束以的入射角射入球中，其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为（　　） A． B．1.5 C． D．2 【答案】B 【解析】如图 折射角的正弦值 根据折射定律可得该透明材料的折射率 故选B。 24．（2022·辽宁·高考真题）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（   ） A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射 D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射 【答案】C 【解析】AB．光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，AB错误； CD．如图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有 则可得出光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。 故选C。 25．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（　　） A．气泡表面有折射没有全反射 B．光射入气泡衍射形成“亮斑” C．气泡表面有折射和全反射 D．光射入气泡干涉形成“亮纹” 【答案】C 【解析】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。 故选C。 26．（2022·山东·统考高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（       ） A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以 【答案】A 【解析】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。 保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。 当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得 根据全反射临界角公式得 两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为 故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。 故选A。 27．（2022·浙江·统考高考真题）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，b、c、d也会随之转动，则（　　） A．光束b顺时针旋转角度小于 B．光束c逆时针旋转角度小于 C．光束d顺时针旋转角度大于 D．光束b、c之间的夹角减小了 【答案】B 【解析】A．设入射光线a的入射角为，则反射角为，光束c的折射角为，光束d的反射角也为，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，入射角变为 由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于，故A错误； B．由折射定律有 ， 可得 即光束c逆时针旋转角度小于，故B正确； C．光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于，故C错误； D．光束b顺时针旋转角度等于，光束c逆时针旋转角度小于，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于，故D错误； 故选B。 28．（2021·江苏·高考真题）某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于面射入，可以看到光束从圆弧面出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（　　） A．1.2 B．1.4 C．1.6 D．1.8 【答案】A 【解析】画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示 全反射的条件 由几何关系知 联立解得 故A正确，BCD错误. 故选A. 29．（2021·海南·高考真题）如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形，，其折射率为。一束单色光在纸面内以的入射角从空气射向边的中点O，则该束单色光（　　） A．在边的折射角为 B．在边的入射角为 C．不能从边射出 D．不能从边射出 【答案】C 【解析】A．光线从O点入射，设折射角为，由折射定律有 解得 即该束单色光在边的折射角为，故A错误； B．设边长，则，作出光路图如图所示。 由几何关系可知光在边的入射角为，故B错误； C．设光在玻璃砖与空气界面发生全反射的临界角设为C，有 即，而光在MN边的入射角大于，所以光在MN边发生全反射，不能从边射出，故C正确； D．根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点时的入射角为30°，小于全反射临界角，所以光在B点折射出玻璃砖，故D错误。 故选C。 30．（2021·湖北·统考高考真题）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（　　） 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。 【解析】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。 31．（2021·辽宁·统考高考真题）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（　　） A．频率小，发生全反射的临界角小 B．频率大，发生全反射的临界角小 C．频率小，发生全反射的临界角大 D．频率大，发生全反射的临界角大 【答案】C 【解析】由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由全反射可知折射率越小发生全反射的临界角越大。 故选C。 32．（2021·天津·高考真题）光刻机是制造芯片的核心装备，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。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　） A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大 【答案】A 【解析】紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据 可知波长变短；根据 可知，光子能量不变。 故选A。 33．（2021·浙江·高考真题）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为，则（　　） A．光盘材料的折射率 B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D．光束c的强度小于O点处折射光束的强度 【答案】D 【解析】 A．如图所示由几何关系可得入射角为 折射角为 根据折射定律有 所以A错误； B．根据 所以B错误； C．光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，因为在Q处光还有反射光线，所以C错误； D．光束c的强度与反射光线PQ强度之和等于折身光线OP的强度，所以D正确； 故选D。 34．（2020·山东·统考高考真题）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】光在玻璃中的传播速度为 可知时间差 故选A。 35．（2020·浙江·统考高考真题）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为1.5 B．之间的距离为 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为30° 【答案】C 【解析】AB．作出两种情况下的光路图，如图所示 设，在A处发生全反射故有 由于出射光平行可知，在B处射出，故 由于 联立可得，，故AB错误； C．由 可得，故C正确； D．由于 所以临界角不为30°，故D错误。 故选C。 36．（2020·浙江·高考真题）如图所示，一束光与某材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的倍，则该材料折射率至少为（　　） A． B． C．1.5 D．2 【答案】A 【解析】设入射光能量为E，如果光能够折射进入某材料，则一部分能量发生反射（kE），一部分能量进入该材料。根据题意，最终进入材料的能量为，说明光只经过两次界面的反射与折射，第三次发生全反射，画出光路图如图所示 则有 ， 联列可得 解得 则有 故选A。 37.（2024·全国甲卷·高考真题）一玻璃柱的折射率，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R，如图所示。截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。 【答案】 【解析】如图，画出光路图 可知 设临界角为C，得 ， 根据可得 解得 故可得 故可知 38.（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。 （1）求sinθ； （2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。 【答案】（1）；（2） 【解析】（1）由题意设光在三棱镜中的折射角为，则根据折射定律有 由于折射光线垂直EG边射出，根据几何关系可知 代入数据解得 （2）根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图 则根据几何关系可知FE上从P点到E点以角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有 设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有 又因为 联立解得 所以光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为 39．（2023·山东·统考高考真题）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为，折射率为n（）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 （1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值； （2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。    【答案】（1）；（2） 【解析】（1）由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设光在M下端与竖直方向的偏角为α，此时 可得 又因为 所以 （2）根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示    则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应该为 当距离最近时有 当距离最远时有 根据（1）可知 联立可得， 所以满足条件的范围为 40．（2023·全国·统考高考真题）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。    【答案】 【解析】由题意可知做出光路图如图所示    光线垂直于BC方向射入，根据几何关系可知入射角为45°；由于棱镜折射率为，根据 有 则折射角为30°；，因为，所以光在BC面的入射角为 根据反射定律可知 根据几何关系可知，即为等腰三角形，则 又因为与相似，故有 由题知 联立可得 所以M到A点的距离为 41．（2022·重庆·高考真题）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为， （1）求蓝灯到水面的最大距离； （2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？ 【答案】（1）；（2）上方，理由见解析 【解析】（1）为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从折射出去，以红光为例，当折射角最大达到临界角时，光线垂直水面折射出去，光路图如图所示 假设半球半径为，根据全反射定律和几何关系可知 同理可知蓝光 两式联立解得 （2）蓝光的折射率大于红光的折射率，根据（1）问结果结合可知 所以蓝灯应该在红灯的上方。 考点02 光学实验 1.（2024·上海·高考真题）在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，双缝间距为d，双缝到光强分布传感器距离为L。 （1）实验时测得N条暗条纹间距为D，则激光器发出的光波波长为______。 A． B． C． D． （2）在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片时相比______ A．增加 B．不变 C．减小 （3）移去偏振片，将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有______（多选） A．减小缝宽 B．使单缝靠近传感器 C．增大缝宽 D．使单缝远离传感器 【答案】 ①. B ②. B ③. AD 【解析】 [1]条暗条纹间距为，说明条纹间距 又 解得 故选B。 [2]加偏振片不会改变光的波长，因此条纹间距不变，B正确。 故选B。 [3]移去偏振片，将双缝换成单缝，则会发生单缝衍射现象，根据单缝衍射规律，减小缝的宽度、增加单缝到光屏的距离可以增大中央亮纹宽度。 故选AD。 2.（2024·河北·高考真题）某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图1所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 844 18.08 根据表中数据，判断单色光1为____________（填“红光”或“绿光”）。 【答案】绿光 【解析】根据，可得 由图表带入数据可知 故 则 已知绿光的波长小于红光波长，则单色光1是绿光。 3.（2020·湖北·高考真题） 某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图（a）所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB'的垂线、，、是垂足，并用米尺分别测量、的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出图像，如图（b）所示。 （1）关于该实验，下列说法正确的是_____（单选，填标号）。 A. 入射角越小，误差越小 B. 激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C. 选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 （2）根据图像，可得玻璃砖的折射率为_____（保留三位有效数字）。 （3）若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 【答案】（1）B （2）1.57 （3）不变 【解析】（1）A．入射角适当即可，不能太小，入射角太小，导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误；B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；C．相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。故选B。 （2）设半圆柱体玻璃砖的半径为，根据几何关系可得入射角的正弦值为 折射角的正弦值为 折射率 可知图像斜率大小等于折射率，即 （3）根据（2）中数据处理方法可知若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果不变。 4.（2024·安徽·高考真题） 某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验． （1）为测量玻璃的折射率，按如图所示进行实验，以下表述正确的一项是________。（填正确答案标号） A. 用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和 B. 在玻璃砖一侧插上大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点 C. 实验时入射角应尽量小一些，以减小实验误差 （2）为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面．保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示．此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关．频率大，折射率________（填“大”或“小”） （3）为探究折射率与介质材料的关系，用同一束微光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角，测得折射角分别为、，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃________n介质（填“”或“”）。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。 【答案】（1）B （2）大 （3） 【解析】（1）A．在白纸上画出一条直线a作为界面，把长方体玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边与a对齐。用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和，故A错误； B．在玻璃砖一侧插上大头针、，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使把挡住，这样就可以确定入射光线和入射点。在眼睛这一侧，插上大头针，使它把、都挡住，再插上大头针，使它把、、都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点，故B正确； C．实验时入射角应尽量大一些，但也不能太大（接近），以减小实验误差，故C错误； 故选B。 （2）由图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律 可知绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。 （3）根据折射定律可知，玻璃的折射率为 该介质的折射率为 ，其中 ，所以 5．（2023·海南·统考高考真题）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处，回答下列问题：    （1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图_________； （2）已经测出AB = l1，OA = l2，S1S2= l3，则折射率n = _________（用l1、l2、l3表示）； （3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会_________（填“变大”，“变小”或“不变”）。 【答案】      变小 【详解】（1）[1]根据题意画出光路图如下图所示    （2）设光线入射角为θ、折射角为α，则在C点根据折射定律有 nsinθ = sinα 由于射入玻璃砖的入射角是射出玻璃砖的折射角，则 S1S2= CB 根据几何关系可知 联立解得 （3）[3]若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则画出光路图如下    可看出S1S2间的距离变小。 6．（2022·海南·高考真题）在用双缝干涉测量光的波长的实验中，如图所示，则： ①a、b分别是( ) A．单缝和双缝        B．双缝和单缝        C．单缝和单缝        D．双缝和双缝 ②如果双缝间距是d，双缝到毛玻璃的距离是L，第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则光的波长是__________。（用x、d、L表示） 【答案】 A 【详解】①[1]由双缝干涉原理可知，先用滤光片得到单色光，然用单缝得到细长的光源，最后用双缝得到两束相干光，故a、b分别单缝和双缝。 故选A。 ②[2]第一条亮纹到第六条亮纹间距是x，则相邻亮条纹间距为 根据可得光的波长是 7．（2021·浙江1月·统考高考真题）小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3枚大头针，他把大头针A、B、C插在如图所示位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i和折射角r，______并写出折射率n的计算式______。 【答案】 【详解】光路图如图所示 根据折射定律可知。 8．（2021·浙江·高考真题）图示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中: ①观察到较模糊的干涉条纹，要使条纹变得清晰，值得尝试的是___________。(单选） A．旋转测量头      B．增大单缝与双缝间的距离      C．调节拨杆使单缝与双缝平行 ②要增大观察到的条纹间距，正确的做法是___________ (单选） A．减小单缝与光源间的距离      B．减小单缝与双缝间的距离 C．增大透镜与单缝间的距离      D．增大双缝与测量头间的距离 【答案】 C D 【详解】①[1]若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行。 故选C。 ②[2]根据 可知要增大条纹间距可以增大双缝到光屏的距离l，减小双缝的间距d； 故选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！13 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$