专题14 光（专题突破练）-【第一梯队】2026年高考物理二轮专项突破教用word

专题十四　光 题型方法 题型48　光路分析 高考真题 1.(2025河南,2,4分)折射率为的玻璃圆柱水平放置,平行于其横截面的一束光线从顶点入射,光线与竖直方向的夹角为45°,如图所示。该光线从圆柱内射出时,与竖直方向的夹角为(不考虑光线在圆柱内的反射) (　B　) A.0°　　　　B.15°　　　　C.30°　　　　D.45° 2.(2025湖南,3,4分)如图,ABC为半圆柱体透明介质的横截面,AC为直径,B为的中点。真空中一束单色光从AC边射入介质,入射点为A点,折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射,下列说法正确的是 (　D　) A.入射角θ小于45° B.该介质折射率大于 C.增大入射角,该单色光在上可能发生全反射 D.减小入射角,该单色光在上可能发生全反射 3.(2024重庆,5,4分)某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所示,其宽度为16 cm,让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角,当反射光与折射光垂直时,测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h,就能得到液体的折射率n。忽略器壁厚度,由该方案可知 (　B　) A.若h=4 cm,则n= B.若h=6 cm,则n= C.若n=,则h=10 cm D.若n=,则h=5 cm 4.(2023湖北,6,4分)如图所示,楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°,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45°。不考虑多次反射,OQ边上有光射出部分的长度为 (　C　) A.d　　　　B.d　　　　C.d　　　　D.d 5.(2023浙江6月,13,3分)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0.9 m,水的折射率n=,细灯带到水面的距离h= m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为 (　C　) A　　　　B　　　　C　　　　D 6.(2025安徽,13,10分)如图,玻璃砖的横截面是半径为R的半圆,圆心为O点,直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光,从横截面上的P点由空气射入玻璃砖,从Q点射出。已知P点到x轴的距离为R,P、Q间的距离为R。 (1)求玻璃砖的折射率; (2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向,使激光能在圆心O点发生全反射,求入射光线与x轴之间夹角的范围。 答案　(1)　(2)0°<θ≤45°或135°≤θ<180° 解题导引　解答本题应注意以下关键点: (1)激光在P点入射,根据折射定律计算玻璃砖的折射率; (2)画图分析激光能在圆心O点发生全反射的临界条件。 解析　(1)画光路图如图1所示, 由几何关系可得α=45°,β=30° 则n=== (2)激光能射到圆心O上,说明入射光线一定沿半径方向射入玻璃砖,画光路图如图2所示。 由sin C=可得C=45°,由图2可知 θ1=45°,θ2=135° 设入射光线与x轴之间夹角为θ时可以在O点发生全反射,则 0°<θ≤θ1或θ2≤θ<180° 即0°<θ≤45°或135°≤θ<180° 7.(2025湖北,13,9分)如图所示,三角形ABC是三棱镜的横截面,AC=BC,∠C=30°,三棱镜放在平面镜上,AC边紧贴镜面。在纸面内,一光线入射到镜面O点,入射角为α,O点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为。 (1)若α=45°,求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。 (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边,并在BC边刚好发生全反射,求此时的α值。 答案　(1)　(2)60° 解题导引　本题中三棱镜的横截面为等腰三角形,有助于推导角度,第(2)问中光线在BC边恰好发生全反射,全反射的临界角可以通过角度逆推求解。 解析　(1)当α=45°时,光路如图1所示,光线在镜面发生反射,由反射定律得θ=α=45°,因为∠C=30°,AC=BC,所以∠A=75°,由几何关系可得∠OO'A=30°,所以光在AB边的入射角γ=60°,由折射定律得n=,解得折射角的正弦值sin β=。 (2)如图2所示,因为光经AB边折射后,到达BC边时恰好发生全反射,则有sin δ==,解得δ=45°,故∠BDO'=45°,又因为∠B=75°,所以∠BO'D=60°,则β=30°,由折射定律得n=,解得sin γ=,则γ=45°,由几何关系可得θ=60°,由反射定律得α=θ=60°。 总结归纳 解答光路分析问题的关键是寻找角之间的关系,有三角形内角和等于180°,互余、互补,外角和关系,三角函数边求角等。 当光从光密介质斜射入光疏介质时必须判断是否发生全反射,否则光路图会出现错误。 8.(2025山东,15,8分)由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示,器件下表面圆弧以O点为圆心,上表面圆弧以O'点为圆心,两圆弧的半径及O、O'两点间距离均为R,点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与OO'平行,到OO'的距离均为R。 (1)B点与OO'的距离为R,单色光线从B点平行于OO'射入介质,射出后恰好经过O'点,求介质对该单色光的折射率n; (2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质,并垂直CH射出,出射点在GE的延长线上,E点在OO'上,O'、E两点间的距离为R,空气中的光速为c,求该光在介质中的传播时间t。 答案　(1)　(2) 易错提醒　由于平时练习遇到的立体圆柱介质较多,所以容易误认为题图是立体图,其实题图所示的是介质的截面图,是平面图。 解析　(1)如图,连接O、B作过B点的法线,从B点向OO'作垂线BN, 在△OBN和△O'BN中,根据BN=R、OB=R可知 ∠OBN=30°,∠BON=60°,ON=R OB=OO'=R,则∠O'BO=∠BON=30° 射入B点的光线平行于OO', 故入射角i=∠BON=60° 折射角r=∠OBO'=30° 得折射率n== (2)设G、E的连线与上表面圆弧的交点为M,过M作法线O'M,如图所示 光线GM的延长线垂直于OO',O'E=R,可知ME=R 光线GM在上表面圆弧上的入射角α=45° 从介质中射入空气的全反射临界角的正弦值sin C==<=sin 45° 故45°>C,光在M点发生全反射,然后在下表面圆弧发生两次全反射,在上表面圆弧再发生一次全反射,最后垂直CH射出介质,在介质中的总路程 s=2×=R 光在介质中传播的速度 v== 光在介质中传播的时间 t== 高考模拟 1.(2025湖南新高考教学教研联盟联考一)平静的湖面上漂浮着一块边长为a的正方形软木片(忽略浸入水中的厚度),木片的正下方有一条小鱼,如图所示。已知水的折射率为,若在水面上方看不到鱼,则鱼离水面的最大距离h为 (　A　) A.a　　　　B.a　　　　C.a　　　　D.a 2.(2025四川联合诊断考二)如图所示,一足够高的长方体玻璃砖abcd和光屏P均竖直放置在水平地面上。用激光笔从ad侧O点以60°入射角照射,激光射到屏上A点,移走玻璃砖,激光射到屏上B点(图上未标出A、B),A、B两点之间距离为l。已知玻璃砖折射率为,不考虑光的反射。则长方体玻璃砖厚度为 (　C　) A.l　　　　B.l　　　　C.l　　　　D.l 3.(2025河南驻马店质检)(多选)如图所示为某透明介质制成的三棱镜的截面,其中∠C=30°,∠B=45°,BC边的长度为L,一细光束由AB边的中点D斜射入棱镜中,入射光线与AB边的夹角为α=30°,其折射光线在棱镜中与BC边平行,sin 105°=,光在真空中的速度为c,不考虑多次反射。则下列说法正确的是 (　BC　) A.该介质的折射率为 B.光线不能从AC边射出 C.光线射出棱镜时,折射角的正弦值为 D.光线在棱镜中的传播时间为 4.(2025安徽合肥二模)某透明柱形材料的横截面是半径为R的四分之一圆,其BC面涂有反光涂层。如图所示的横截面内,一与AB边平行的细光束从圆弧上D点入射,光束进入柱体后射到BC边上的E点,经反射后直接射到A点。已知D到AB的距离为R,光在空气中的速度为c。求: (1)材料的折射率; (2)光从D传播到A的时间。 答案　(1)　(2) 解析　(1)作出光路图如图所示 从D点入射的光线的延长线与BC的交点设为F,令∠BDE=α,∠EDF=β 由几何关系可知∠BAE=β 因BF=R 则DF=,α+β=60° 根据几何关系可知R tan β+ tan β=R 则α=β=30° 根据光的折射定律有n= 解得n=。 (2)光在材料中的传播速度v==c 根据几何关系可知lAE==R,lDE==R 则光从D到A的传播时间t==。 题型49　双缝干涉与薄膜干涉 高考真题 1.(2024黑吉辽,4,4分)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。用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是 (　A　) A.换用更粗的头发丝 B.换用红色激光照射双缝 C.增大纸板与墙面的距离 D.减小光源与纸板的距离 2.(2023河北,2,4分)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后,在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象,下列说法正确的是 (　C　) A.上述现象与彩虹的形成原理相同 B.光在薄膜的下表面发生了全反射 C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D.薄膜厚度发生变化,硅片总呈现深紫色 3.(2023山东,5,3分)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是 (　A　) A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动 B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动 C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动 D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动 4.(2025山东,3,3分)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO'轴对称,光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧,单色平行光沿OO'轴方向入射,在屏上观察到干涉条纹,再将偏振片P2置于双缝右侧,P1、P2透振方向平行。保持P1不动,将P2绕OO'轴转动90°的过程中,关于光屏上的干涉条纹,下列说法正确的是 (　A　) A.条纹间距不变,亮度减小 B.条纹间距增大,亮度不变 C.条纹间距减小,亮度减小 D.条纹间距不变,亮度增大 5.(2023重庆,5,4分)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹,发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气,发现a光的折射角比b光的大。则 (　D　) A.在空气中传播时,a光的波长比b光的大 B.在水中传播时,a光的速度比b光的大 C.在水中传播时,a光的频率比b光的小 D.由水射向空气时,a光的全反射临界角比b光的小 高考模拟 1.(2025山东淄博期末)如图所示,把一个凸透镜压在一块平面玻璃上,在凸透镜的下表面和平面玻璃的上表面之间形成一个很薄的狭缝层。单色光从上方垂直凸透镜的上表面射向凸透镜,沿光的入射方向看到明暗相间的干涉条纹,这些条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是 (　B　) A.牛顿环是凸透镜上、下表面的反射光叠加形成的 B.距离中心越远,相邻亮条纹间距越小 C.同一条纹下,狭缝层的厚度不同 D.若换成波长更长的光,条纹分布更加密集 2.(2025江苏扬州中学2月考)某同学使用同一装置、不同波长的单色光a和b进行双缝干涉实验,观察到实验现象,分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是 (　C　) 　 A.a的波长小于b的波长 B.a的频率大于b的频率 C.利用透明薄膜检查元件平整度是利用光的干涉现象 D.用a照射单缝有明显的衍射现象,则b通过同一单缝一定会观察到明显的衍射现象 3.(2025河南南阳一中月考)(多选)如图是双缝干涉实验装置的示意图,S为单缝,双缝S1、S2之间的距离是0.2 mm,P为光屏,双缝到屏的距离为1.2 m。用绿色光照射单缝S时,可在光屏P上观察到第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.5 cm。若相邻两条亮条纹中心间距为Δx,则下列说法正确的有 (　BD　) A.Δx为0.25 cm B.增大双缝到屏的距离,Δx将变大 C.改用间距为0.3 mm的双缝,Δx将变大 D.换用红光照射,Δx将变大 4.(2025山东德州月考)1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图,S为红色单色光源,光源S发出的光和由S发出经过平面镜反射的光照在竖直放置的光屏上形成明暗相间的条纹。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,光屏上相邻n条亮条纹的中心间距为Δx。下列说法正确的是 (　C　) A.该红色单色光源波长为 B.该红色单色光源波长为 C.若把红色单色光源换成绿色单色光源,则光屏上相邻亮条纹的中心间距变小 D.若把平面镜水平向右略微平移,则光屏上相邻亮条纹的中心间距变大 实验聚焦 实验16　测量玻璃的折射率 1.(2024浙江6月,16-Ⅲ,3分)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。 ①在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点; ②将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef; ③在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住　P1和P2　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像;  ④确定出射光线的位置　不需要　(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针;  ⑤撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率n= 　。  解析　③P3如果挡住P1和P2的像,说明经过P1和P2的光线也经过P3,只有这样才能通过P3确定出射光线。 ④如图所示,光线垂直ab射入玻璃砖时不改变传播方向,P1和P2的连线与ef的交点O'为此光线在玻璃砖与空气界面发生折射时的出射点,连接P3与O'可得出射光线,所以不需要第四枚大头针确定出射光线的位置。 ⑤由几何关系可得玻璃砖的折射率n==。 2.(2024湖北,11,7分)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,并用刻度尺分别测量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　B　(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　1.58(1.56~1.60均可)　(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　不变　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析　(1)入射角太小,会导致折射角太小,测量的误差会变大,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)设半圆柱体玻璃砖的半径为R,根据几何关系可得入射角的正弦值为sin i=,折射角的正弦值为sin r=,折射率n==,可知y-x图线的斜率大小等于折射率,即n=≈1.58。 (3)根据(2)中数据处理方法可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R,所以描画的轮廓线半径较大对实验结果没有影响,则折射率的测量结果不变。 3.(2023海南,14,6分)如图所示,在用激光测玻璃砖折射率的实验中,玻璃砖与光屏P平行放置,从另一侧用激光笔以一定角度照射,此时在光屏上的S1处有激光点,移走玻璃砖,光点移到S2处。 (1)请在图中画出激光束经玻璃砖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)若改用宽度比ab更小的玻璃砖做实验,则S1、S2间的距离会　变小　(填“变大”“变小”或“不变”)。  解析　(1)光线穿过平行玻璃砖的出射光线和入射光线平行,过S1作BS2的平行线,交ad于C点,连接OC,光路图如图所示。 (2)设入射角为i,折射角为γ,根据几何关系可知,入射角的正弦值sin i=,折射角的正弦值sin γ=,根据折射定律有n==。 (3)若玻璃砖的宽度变小,ad边与两条光线的交点距离变小,即BC变小,则S1、S2间的距离也会变小。 实验17　用双缝干涉实验测量光的波长 1.(2024江西,9,6分)(多选)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 (　BC　) 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越多 2.[2024河北,11(1)]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 x1/mm x6/mm 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据,判断单色光1为　绿光　(填“红光”或“绿光”)。  解析　根据双缝干涉条纹间距Δx=λ可知,在其他条件不变时,波长越长,条纹间距越宽,红光的波长更长,由表中数据可知单色光1条纹间距较窄,故单色光1为绿光。 3.[2022海南,14(1),4分]用双缝干涉实验测量某单色光的波长。 ①如图所示的实验装置中,a、b器材分别为　A　(填“A”或“B”)。  A.单缝、双缝　　B.双缝、单缝 ②测得第1条亮条纹中心到第6条亮条纹中心的距离为x,双缝到毛玻璃屏的距离为L,已知双缝间的距离为d,则该单色光的波长λ= 　(用x、L和d表示)。  解析　①由双缝干涉原理可知,先用滤光片得到单色光,然后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分别为单缝、双缝,A正确。 ②第一条亮纹中心到第六条亮纹中心间距是x,则相邻亮条纹间距为Δx=,根据Δx=可得光的波长λ==。 4.[2021浙江6月,17(2)]如图所示是“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　C　(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　D　(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 解析　①旋转测量头只能调节分划板的刻线与干涉条纹是否平行,不能调节清晰程度,A错误;增大单缝与双缝之间的距离既不能调节干涉条纹间距,也不能调节清晰程度,B错误;调节单缝与双缝平行,更容易发生清晰的双缝干涉现象,C正确。 ②根据双缝干涉条纹间距公式Δx=可知,增加双缝到屏幕(测量头)的距离L、光的波长λ,减小双缝间距d都可以增大条纹间距,由此可知,D正确。 培优提升 提分策略 高考中对光学的考查主要为光路分析和光的波动性两大方面,备考过程中要关注在不同情境(新颖的透光材料、基于教材例题的情境等)的光路分析中对光的折射定律和全反射临界状态的运用,较复杂的光路分析中注意对数学知识的联系运用,通过折射率与光的频率的关系进行光的相关特性的比较,创新情境下的双缝干涉或薄膜干涉等。 1.(核心考法·立体空间+临界态)(2025安徽一模)如图所示为一款新型玻璃艺术灯具,灯具为一正四棱柱,在底面中心有一点光源。已知该玻璃灯具的折射率n=2,若在上表面刚好全部有光射出,则正四棱柱的高与上下底面棱长的比值为 (　C　) A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.2 2.(创新考法·转动的装置+临界态)(2025浙江1月,10,3分)测量透明溶液折射率的装置如图1所示。在转盘上共轴放置一圆柱形容器,容器被透明隔板平分为两部分,一半充满待测溶液,另一半是空气。一束激光从左侧沿直径方向入射,右侧放置足够大的观测屏。在某次实验中,容器从图2(俯视图)所示位置开始逆时针匀速旋转,此时观测屏上无亮点;随着继续转动,亮点突然出现,并开始计时,经Δt后亮点消失。已知转盘转动角速度为ω,空气折射率为1,隔板折射率为n,则待测溶液折射率nx为(光从折射率n1的介质射入折射率n2的介质,入射角与折射角分别为θ1与θ2,有=) (　A　) A.　　　　　　　　B. C.　　　　　　　　D. 3.(创新考法·新颖材料+光路分析)(2025重庆部分学校一模)如图所示,某种均匀介质制成的圆柱形透明物体,其上表面为水平圆,圆心为O1,半径为6d;下表面为倾斜椭圆,椭圆的中心为O2,MN为长轴,长8d,短轴方向平行于上表面。圆柱形透明物体左侧线段PM的长度最长。在O1正下方4d处放置一点光源。从上表面射出的光形成一半径为3d的圆形亮斑,A为直径PQ与亮斑边缘的交点。已知光在真空中的传播速度为c。 (1)求该介质的折射率; (2)光线SA经侧面反射后到达椭圆中心O2,求其从S发出至到达O2的时间。 答案　(1)　(2) 解析　(1)由题意知,光在A点恰好发生全反射,设光发生全反射的临界角为α,则n= 由几何关系得 sin α= 联立解得n=。 (2)根据题意,画出光路图,如图所示 由折射率与速度的关系得v= 又有SA+AE+EO2=vt 其中SA=5d,AE=,= 解得t=。 第 15 页 共 15 页 $