章末卷14 光学-【高考领航】2026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．(2024·山东卷)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(　　) 　 图甲　　 　　　　图乙 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 3．如图所示，泳池底有一个点光源P，只有在锥形范围内的光线才能从水面射出，MN为圆锥底面的一条直径。已知池水深1.8 m，圆锥的母线与水平方向所成的角为θ，光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是(　　) A．θ为水的临界角 B．水的折射率为 C．水面上亮斑的面积为 m2 D．光在水中传播的最短时间为8.0×10-9 s 4．如图所示为科学家用某种透明均匀介质设计的“光环”，圆心为O，内、外半径分别为R和2R。AB部分是超薄光线发射板，发射板右侧各个位置均能发射出水平向右的光线，发射板左侧为光线接收器。通过控制发射光线的位置，从C位置发射出一细光束，发现该光束在“光环”中的路径恰好构成一个正方形，且没有从“光环”射出，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是(　　) A．只有从C位置发射的细光束才能发生全反射 B．该光束在“光环”中走过的路程为8R C．“光环”对该光束的折射率可能是1.5 D．该光束在“光环”中运行的时间可能是 5．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 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．如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为1∶3，由a、b、c三种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是(　　) 　　 甲 乙 A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率 B．c光在液体球中的传播速度最大 C．该液体材料对b光的折射率为 D．若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球 9．(2024·广西卷)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，a≪l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。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λ B．光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ 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nλ 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Δx，则该液体的折射率为λ 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)(2024·湖北卷)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： 图(a) 图(b) ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，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MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′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y-x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y-x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”)。 12．(9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 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)(2024·山东卷)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sin θ； (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。 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　单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面、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C正确。 3．D　由光路图知，发生全反射时的临界角为－θ，A错误；由折射率公式知n＝，由图可知sin C＝sin ，故折射率为n＝，B错误；由题知，只有在锥形范围内的光线才能从水面射出，设锥形范围半径为r，PN距离为x，则根据几何关系知sin θ＝，代入数据得x＝＝sin C解得r＝，水面上亮斑的面积为S＝πr2解得S≈4.2π，C错误；由公式知n＝解得v＝×108 m/s，则光在水中传播的最短时间为t＝ s＝8×10-9 s，D正确。 4．C　如图所示，由几何关系可知θ为45°，故CD长度为R，所以正方形总长度为8R；全反射的临界角为sin C＝≤sin 45°，故折射率n≥，因此传播时间为t＝，故C正确。 5．A　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n＝可知，水滴对a光的折射率小于对b光的折射率，故B错误；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；根据v＝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；根据Δx＝λ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。 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，不符合题意；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，不符合题意；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，不符合题意；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－p cos 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，符合题意。 8．BC　根据折射率的公式n＝可知，以相同的入射角射入球中时，a光的折射角较小，故其折射率较大，A错误；以相同的入射角射入球中时，c光的折射角最大，折射率最小，故在液体球中传播的速度最大，B正确；如图所示，可知b光线的折射角sin r＝，故该液体对b光的折射率n＝，C正确；若继续增大入射角i，b光的折射角增大，光线远离同心球形气泡，光线从液体材料射出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光的可逆性可知不会发生全反射，D错误。 9．AD　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，则相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距为Δx＝λ，A正确，B错误；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c＝λf、v＝λ1f、n＝可得出λ1＝，C错误；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Δx，根据相邻两条亮条纹中心间距公式有Δx＝λ2，可得λ2＝，结合C选项的分析可知λ2＝，可得n′＝λ，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＝R－R sin 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)在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率测量的误差减小，A错误；与插针法测量相比，激光的平行度好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。 (2)设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径(玻璃砖半径)为R，则由几何关系可知sin α＝、sin β＝，根据折射定律可得玻璃砖的折射率n＝，结合题图(b)可知y-x图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率n＝≈1.58。 (3)由(2)问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。 答案：(1)B　(2)1.58(1.56～1.60均可)　(3)不变 12．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 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＝＝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)设光在三棱镜中的折射角为α，则根据折射定律有 n＝ 根据几何关系可得α＝30° 代入数据解得sin θ＝0.75。 (2)作出单色光线第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图，则由几何关系可知FE上从D点到E点以θ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 sin C＝ 设D点到FG的距离为l，则根据几何关系有 l＝R sin C 又xDE＝ 联立解得xDE＝R 故光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为0＜x≤R。 答案：(1)0.75　(2)0＜x≤R 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 $