2026届高三物理二轮专题强化练习：第13讲 光学

第13讲 光学 专题强化练习 基础保分练 1． 选择题： 1.(2025·北京卷·2)下列现象属于光的衍射的是(　　) A.雨后天空出现彩虹 B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D.水中的气泡看上去特别明亮 2.(2025·江苏卷·7)如图所示，一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出)，肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光(　　) A.波长等于亮环的周长 B.频率比在真空中的大 C.在肥皂膜与空气的界面上发生衍射 D.在肥皂膜与空气的界面上发生全反射 3.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(　　) 4.(2025·江苏常州市一模)如图所示，“用双缝干涉测量光的波长”实验中，双缝间距为d，双缝到光屏的距离为l。用激光照射双缝，光屏上出现明暗相间的条纹，A处为暗条纹、B处为亮条纹，且A、B间还有3条暗条纹。测得A、B处条纹中心相距为x，则该激光的波长为(　　) A. B. C. D. 5.(2025·河南卷·2)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)(　　) A.0° B.15° C.30° D.45° 6.(2025·江苏苏州市一模)一透明球体置于空气中，MN是一条穿过圆心的直线，平行单色光a、b平行于MN射向球体且到MN的距离相等，经透明球体折射后交于MN下方的P点，如图所示。则下列说法正确的是(　　) A.a的光子能量较大 B.a的光子动量小 C.a、b经过同一双缝干涉装置，b的条纹间距小 D.a、b照射某种金属表面都能发生光电效应，b照射产生的光电子最大初动能较大 二．计算题： 7.(2025·江苏南京市一模)某学校有一个景观水池，水池底部中央安装有一个可向整个水面各个方向发射红光的LED光源S，如图所示(侧视图)。某同学观察到水面上有光射出的区域是圆形(图中没有画出)，若圆形区域半径为r，水对红光的折射率为n，真空中的光速为c，该光源大小忽略不计，求： (1)红光在水中的速度v； (2)池中水的深度h。 8.(2025·江苏省G4联考调研)如图所示，正三角形ABC为玻璃薄板，以正三角形ABC的几何中心O点为圆心挖出一圆孔(可视为真空)，将一点光源放置在O点处，向各方向均匀发射波长为λ的蓝光，CH为AB边的中垂线，已知光在真空中的传播速度为c，蓝光在正三角形ABC玻璃薄板中传播的波长为λ，求： (1)蓝光在玻璃薄板中速度大小v； (2)射向AB边上的光子能直接射出的比例η。 综合创新练 一.选择题： 9.(2025·江苏省模拟)如图所示，一段弯成四分之一圆弧形状的粗细均匀的透明体截面图，ME=MO，一细束蓝光由ME端面的中点A垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射。下列说法正确的是(　　) A.透明体的折射率小于 B.发生全反射的临界角小于45° C.若只将蓝光换成红光，在弧面EF上能发生全反射 D.若只将入射光向E端平移，在弧面EF上不能发生全反射 10.(2024·湖南卷·9改编)1834年，洛埃利用平面镜得到了杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)。S为单色点光源，平面镜沿OA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θ，如图所示。下列说法错误的是(　　) A.沿OA向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若θ=0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若θ=0°，沿OA向左略微平移平面镜，干涉条纹向B处移动 11.(2025·江苏连云港市一模)如图所示，长方体玻璃砖ad边与屏P平行放置，一细束单色激光从bc边的O点以某角度入射，出射光线射在屏上S1处，移走玻璃砖，光点移到S2处。下列说法正确的是(　　) A.增大入射角，可以使S1、S2间的距离变小 B.增大入射角，可以使光线不从ad边射出 C.换用宽ab更小的玻璃砖，S1、S2间的距离会变大 D.换用形状相同但折射率较大的玻璃砖，S1、S2间的距离会变大 12.(2025·江苏泰州市二模)如图所示，有一横截面为边长为a的正三角形的三棱镜ABC，BC边为吸光材质，一平面光源可发出垂直于光源平面的平行单色光，光源平面与水平方向夹角θ为60°，光源发出的平行光穿过三棱镜的光路图如图所示，图中光线在三棱镜中的光路与BC平行，且垂直打在光屏上，下列说法正确的是(　　) A.三棱镜的折射率n=2 B.从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光的传播时间相等 C.从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光中，从AB中点入射的光线传播时间最短 D.缓慢绕B点顺时针转动光源，所有光线依然都能经过三棱镜传播到光屏 二．计算题： 13.(2025·安徽卷·13)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。 14.(2025·山东卷·15)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。 参考答案： 1.答案　B解析　雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的，属于光的色散现象，故A错误；通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象，故B正确，肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的，属于薄膜干涉，故C错误；水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射，使得更多光线进入人眼，故D错误。 2.答案　D解析　激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故A、B错误；一束激光打进一个肥皂泡，发现在肥皂泡内侧出现一个亮环，是因为激光在肥皂膜与空气分界面处发生了全反射，故C错误，D正确。 3.答案　A解析　由n1sin θ上=n2sin θ下可知，越靠近地球表面，空气的折射率越大，从光疏介质射入光密介质的光路如图所示，随着折射率不断变大，太阳光不断向法线方向偏折，A正确。 4.答案　C解析　由几何关系可知，A、B间距离x=(3+)Δx，则相邻两个亮条纹间的距离为Δx=，根据公式Δx=，解得λ=，故选C。 5.答案　B解析　设光线射入圆柱体时的折射角为θ，根据光的折射定律可知n==，解得θ=30°，如图，根据几何关系可知光线射出圆柱体时的入射角i=θ=30°，则法线与竖直方向的夹角α=θ+i=60°，根据光的折射定律n=，解得光线射出圆柱体时的折射角r=45°，光线从圆柱体内射出时，与竖直方向的夹角为β=α-r=15°，选项B正确。 6.答案　A解析　由题图可知平行单色光a的偏折程度大，则折射率比平行单色光b大，根据折射率与光的频率关系可得a的频率比b的大，E=hν，a光子能量比b光子能量大，A正确；光子动量p=，a光频率大，波长小，则动量大，B错误；根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，由a光子频率大，波长短可得当a、b经过同一双缝干涉装置，a的条纹间距小，C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0，因为a光子的频率较大，所以a照射发生光电效应产生的光电子最大初动能较大，D错误。 7.答案　(1)　(2)r 解析　(1)红光在水中的速度v= (2)光恰好发生全反射处为圆形区域的边缘，如图 全反射临界角满足sin C= 水深h= 解得h=r 8.答案　(1)c　(2)50% 解析　(1)由波速公式可得c=λf，v=f 解得v=c (2)由临界角公式可得sin C= 又n= 解得C=30° 射向AB边上的光子对应的角度为120°，能直接射出的光子对应的角度为60° 可得η=×100%=50% 9.答案　A解析　如图所示，透明体的折射率n===<，故A正确；因sin C==>=sin 45°，所以临界角C>45°，故B错误；蓝光的折射率大于红光的折射率，所以蓝光临界角小于红光临界角，蓝光在弧面EF上恰好发生全反射，则红光在弧面EF上不能发生全反射，故C错误；入射光向E端平移，在弧面EF上入射角大于临界角，能发生全反射，故D错误。 10.答案　A解析　根据题意画出光路图，如图甲所示，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=2a，S到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式Δx=λ， 可得Δx=λ，则若θ=0°，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。由光的反射可知，沿OA向左略微平移平面镜，反射光线向B移动，则条纹向B移动，所以C、D正确；同理再次画出光路图如图乙所示，沿OA向右略微平移平面镜，即图乙中从①位置→②位置，由图乙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，即图乙中从②位置→①位置，由图乙可看出干涉条纹向上移动，所以A错误，B正确。 11.答案　D解析　当入射角接近90°时，S1、S2间的距离趋近无穷大，当入射角为0°时，S1、S2间的距离为零，故增大入射角，可以使S1、S2间的距离变大，A错误；由几何关系可知，增大入射角，仍然可以使光线从ad边射出，且出射光线与入射光线平行，B错误；如图，由几何关系可知换用宽ab更小的玻璃砖，S1、S2间的距离会变小，C错误；换用形状相同但折射率较大的玻璃砖，会使折射角更小，S1、S2间的距离会变大，D正确。 12.答案　B解析　根据题意，作出法线如图所示，由几何关系可得α=60°，β=30°，由折射定律可得n==，故A错误； 根据题意，设BO的长度为L，由几何关系和对称性可知，光线在三棱镜外传播的距离为L，在三棱镜内传播的距离为a-L，由公式n=，可得光在三棱镜内传播速度v==，则传播时间为t=+=，可知从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光的传播时间相等，故B正确，C错误；缓慢绕B点顺时针转动光源，结合上述分析可知，光线在AB面的入射角逐渐减小，则光线在AB面的折射角逐渐减小，折射光线向下偏移，可能出现折射光线打在BC面被吸收，此时不是所有光线都能经过三棱镜传播到光屏，故D错误。 13.答案　(1)　(2)(0，45°] 解析　(1)根据题意画出光路图如图甲所示 根据几何关系可得sin α=，cos γ=，α=θ 可得θ=45°，γ=30° 根据折射定律n== (2)发生全反射的临界角满足sin C= 可得C=45° 要使激光能在圆心O点发生全反射，激光必须指向O点射入，如图乙所示 只要入射角大于等于45°，即可发生全反射，则使激光能在圆心O点发生全反射，入射光线与x轴之间夹角的范围为(0，45°]。 14.答案　(1)　(2) 解析　(1)如图甲所示， 根据题意可知B点与OO'的距离为R，OB=R，所以sin θ1== 可得θ1=60° 又因为射出后恰好经过O'点，O'点为该光学器件上表面圆弧的圆心，则该单色光从B点沿直线BO'射到O'点；因为OB=OO'=R，所以根据几何关系可知θ2=30° 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，第一次射出介质的点为D，且O'E=R，可知sin θ== 由于sin θ=>sin C== 所以光线在上表面D点发生全反射，光路图如图乙 根据几何关系可知光在介质中传播的距离为L=2(GE+AF)=R 光在介质中传播的速度为v== 所以光在介质中的传播时间t===。 学科网（北京）股份有限公司 $