2026届高三物理二轮复习培优专项训练：专题11光学

2026届高三物理二轮复习培优专题 专题十一 光学 一、光的折射和反射 1.如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线1和2，从扇形材料的A点传播，光线1传到圆弧（圆）AC的中点B．光线2传播到C点偏上，则两光线发生下列哪种情况（　　） A．1不全反射，2全反射 B．都不全反射 C．都全反射 D．1全反射，2不全反射 2.如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为（　　） A． B． C． D． 3.物理老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖（玻璃较厚）折射分成两束单色光a、b，下列说法正确的是（    ） A．若增大入射角i，则a光可能先消失 B．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 C．a光的频率比b光的频率大 D．若a光照射到某金属上恰能发生光电效应，则b光也一定能使该金属发生光电效应 4．牛顿在剑桥大学读书时，对光的颜色问题颇感兴趣，于是在1664年初做了一个三角形玻璃棱镜，对太阳光进行了实验研究。牛顿的实验如图甲所示，太阳光通过三角形玻璃棱镜后，在光屏上形成一条彩色的光带。图乙为其中一种单色光在三角形玻璃棱镜中传播的情况，角A为棱镜顶角，θ称为偏向角。下列说法正确的是（　　） A．根据牛顿的实验可知，同种介质对不同波长的光的折射率不同 B．折射率越大，偏向角θ越小 C．偏向角θ与棱镜顶角A无关 D．入射角i3越大，折射角i4越大，所以光一定能够在图乙中棱镜右侧表面发生全反射 5．如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，OD为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿AO方向从直径上非常靠近O点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C两点。则下列说法中正确的是（    ） A．两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等 B．到达B点的光可能是红光 C．两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间不相等 D．在B、C两点中，若紫光能射出玻璃，则红光也能射出玻璃 6．如图所示，矩形玻璃砖abcd平行于光屏P放置于上方高H处，两束平行的单色光A、B斜射到玻璃砖的ad面，两个入射点间距离为x1，穿过玻璃砖下表面bc后，射在光屏P上两个点间距离为x2，已知x1>x2。不考虑光在玻璃砖中的反射。只向上平移玻璃砖，其他条件和状态保持不变，射在光屏上两个点（　　） A．位置不变，距离不变 B．位置右移，距离不变 C．位置左移，距离变大 D．位置右移，距离变大 7．如图所示，一束白光照射到等边三棱镜的M点，经折射后在右侧竖直屏上的a、b两点之间形成彩色光带，不考虑光在三棱镜中的反射，可以推断出（    ） A．照射到a点的光频率最小 B．照射到b点的光在三棱镜中传播时间最短 C．相同条件下，照射到b点的光衍射现象最明显 D．增大白光在M点的入射角，照射到b点的光最先消失 8． 如图所示，清澈的湖面下S处有一点光源，S到水面的距离h=2m，已知水的折射率，当θ很小时，求： (1)点光源发出的光能直接射出水面的面积s1； (2)在点光源正上方的水面上能看到点光源的视深h1。 9.景观湖水面之下安装的小灯泡发出的某种单色光，会在水面形成一个个漂亮的发光区域，位于h1深处的甲灯泡发红色光，位于另一深度的乙灯泡发黄色光，两灯泡发出的光在水面形成的面积相等，已知水对红光的折射率为n1，对黄光的折射率为n2。 (1)求甲灯泡发光区域的面积； (2)求乙灯泡的深度； (3)若在一次雨后，发现甲灯泡发光面积是原来的两倍，求水面上升的高度。 10．如图所示是一个表面涂有反射材料的水槽，水槽的横截面是边长为的正方形，紧贴水槽一边竖直放置一白色平板。盛满水的水槽的水深为d。一束与水的上表面成角的红色激光从正方形水槽的中心点C射入，在白色平板上形成了A、B两个光斑，激光所在的平面与白色平板垂直，测得A、B间距为，已知水对红光的折射率为，光在真空中的速度为，，。 (1)求水槽内水的深度d及红色激光从入射点经水到达B点所用的时间； (2)如果改用蓝色激光从C点以同样入射角射入，定性判断在白色平板上形成的光斑、两点之间的距离是否还为12cm。 11．如图所示，在面积足够大的水池中注满清水，水深为2m，在水池底部中央水平固定一个半径为0.2m的圆面形单色光源灯，灯的发光面朝上。已知该单色光在空气中的传播速度为c，在水中的传播速度为。 (1)求该单色光在水中的折射率； (2)在水池边的观察者能看到水面上发光区域的最大面积是多大？（结果保留一位小数） 二、光的干涉和衍射 12.用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝s1、s2关于轴对称，光屏垂直于轴放置。将偏振片p1垂直于轴置于双缝左侧，单色平行光沿轴方向入射，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．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 13．用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源，为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5，盖玻片厚度，盖玻片与物镜的间距，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速。 (1)求未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积（结果保留2位有效数字）； (2)滴油前后，光从O点传播到物镜的最短时间分别为，求（结果保留2位有效数字）。 14.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的明暗相间的干涉条纹可能是（　　） A． B． C． D． 15．歼-20的光学着陆系统中用到了双缝干涉的知识。某物理兴趣小组用如图甲所示的装置做双缝干涉实验，通过目镜观察到屏上的条纹如图乙所示。只改变一个条件，使观察到的条纹如图丙所示，则改变的条件是（　　） A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．红色滤光片换成紫色滤光片 17．某同学利用光学干涉测量细金属丝的直径，把金属丝夹在两块平板玻璃之间，使空气层形成尖劈，金属丝与劈尖平行，如图所示。用单色光垂直照射玻璃板，得到等间距干涉条纹，测出干涉条纹间的距离，就可以算出金属丝的直径D。已知入射光的波长为λ，金属丝中心与劈尖顶点间的距离为L，其中连续20条亮条纹中心间距为d，D≪L。则金属丝的直径D为（　　） A． B． C． D． 18．对于以下的光学现象说法中正确的是（　　） A．图甲是双缝干涉示意图，若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d，相邻亮条纹间距离Δx将增大 B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，下图对应光的波长较短 C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时，得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的 D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动，缓慢转动时，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 （多选）19．两个透明标准板M和N间形成楔形空气薄层，用某单色光从上向下照射时，在空气膜的上表面可观察到明暗相间的干涉条纹，某同学想利用该装置测量单色光的波长，他沿着M标准板测出从第1条中心亮纹到第5条亮纹中心的距离为L，斜面倾角为θ，则下列说法中正确的是（　　） A．波长大小为 B．波长大小为 C．实验中如果减小斜面的倾角，则相邻条纹间距将变大 D．实验中如果用波长更长的光照射，则相邻条纹间距将变大 20．如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样（图中阴影部分表示暗条纹）。下列说法不正确的是（　　） A．图乙是光的双缝干涉图样，图丙是光的衍射图样 B．遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将增大 C．照射双缝时，仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小 D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，P点处是暗条纹 专题十一 光学 参考答案与试题解析 1.选C。【解答】因可得临界角 即C<45° 因射到B点的光线的入射角为 可知光线1会发生全反射；因射到C点偏上的的光线的入射角为 可知光线2会发生全反射。 2.选A。【解答】作出光在水晶中的光路如图所示 设P点到内表面发生全发射的点距离为l，根据图中几何关系和正弦定理有 光在内环上刚好发生全反射，则 由对称性可知，光从P点射入到从Q点射出的时间为 又光在水晶中的传播速度 联立解得 3.选C。【解答】A．由于光线射到玻璃砖下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，a、b两种单色光在下界面上不可能发生全反射，故A错误； BC．由图可知，单色光a的偏折程度较大，则有 由于折射率越大，光的频率越大，则a光的频率比b光的频率大，由 可知a光波长小于b光波长，根据 可知进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距小于b光条纹间距，故B错误，C正确； D．根据光电效应方程 若a光照射到某金属上恰能发生光电效应，说明a光的频率等于该金属的极限频率，则b光的频率小于该金属的极限频率，一定不能使该金属发生光电效应，故D错误。 4.选A。【解答】A．根据图甲可知，太阳光（白光）通过三角形玻璃棱镜后，光的入射角相同，但不同波长的光的折射角不同，根据光的折射定律可知，不同波长的光，尽管通过同样的介质，光的折射率不同，故A正确； B．根据折射定律 可知，折射率越大，偏向角越大，故B错误； C．通过几何关系有 解得 说明偏向角θ与折射率与棱镜顶角A有关，故C错误； D．i3最大为A，若A小于临界角，则不会发生全反射，故D错误。 5.选D【解答】A．光的颜色不同，频率不同，对介质的折射率不同，根据 可知，在介质中的传播速度也不同，A错误； B．从图中可看出到达B点的光折射率较大，所以到达B点的光频率较大，即为紫光，B错误； C．如图 设入射角为，折射角为，根据折射定律，有 光在玻璃中传播的距离为 运动时间为 又 联立可得 所以两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间相等，C错误； D．根据B选项分析可知，到达B点的光折射率较大且为紫光，如上图，设光线从玻璃射出时的入射角分别为和，全反射临界角为和，根据 可知 若紫光能射出玻璃，则有 如图可知， 所以可得 所以红光也能从玻璃射出，D正确。 故选D。 6.选A。【解答】作出光路图，如图所示。 根据光的折射知识可知，两束单色光射出玻璃后仍相互平行，根据题意作出光的折射的光路图，如图所示 当只向上平移玻璃砖，如图虚线的位置，由于入射角不变，折射角不变，则移动玻璃砖前后，同一个光线在玻璃砖内的折射光线平行，射出玻璃砖后的折射光线平行，根据几何关系可得，向上平移玻璃砖后，穿过玻璃砖下表面光线通过平移前的出射点，则射在光屏P上的位置不变，距离不变。 故选A。 7.选A。【解答】A．光的频率越大，三棱镜对其折射率越大，则经三棱镜折射后偏折越明显，由题图可知照射到光屏上a点的光频率最小，照射到b点的光频率最大，照射到a点的光频率最小，A正确； B．照射到b点的光频率大，三棱镜对其折射率n大，在介质中的传播速度 则传播速度小，由题图可知照射到b点的光在三棱镜中通过的路程最大，所以用时最长，B错误； C．相同条件下，波长越长，衍射现象越明显，照射到b点的光频率较大，波长较小，衍射现象较不明显，C错误； D．根据几何关系可知，增大白光在M点的入射角，经折射后所有光线在右侧界面的入射角均减小，不可能发生全反射，D错误。 故选A。 8.【答案】 (2)1.5m 【解 答】（1）当从S发出的光在N点处发生全反射时，其光路如图所示。 有 故得 解得 点光源发出的光能直接射出水面的面积 （2）在点光源正上方向的水面上看到点光源时，其光路如图所示。 由折射定律知 由几何关系知 ， 联立代入数据解得能看到点光源的视深 9.【解答】（1）设被光照亮的圆形区域的半径为r，光路如图所示 根据几何关系可得 全反射临界角满足 甲灯泡发光区域的面积 联立解得 （2）同理可得乙灯泡发光区域的面积 又 解得乙灯泡的深度 （3）若在一次雨后，发现甲灯泡发光面积是原来的两倍，则 解得 水面上升的高度 10.【解答】（1）根据光的反射和光的折射定律，画出的光路图如图所示 根据折射率公式有 解得 由几何关系有 ， 则水槽内水的深度为 因为光在水中的速度为 所以红色激光从入射点经水到达B点所用的时间为 （2）如果改用蓝色激光从C点以同样入射角射入，因为水对蓝光的折射率大于对红光的折射率，所以折射角 所以 ， 因此、之间的距离小于。 11.【解答】（1）由光的传播速度与介质折射率的关系得 解得该单色光在水中的折射率 （2）由全反射临界角公式可得 可得 观察者看到水面上的发光区域是一个半径为的圆面，如图所示 由几何关系得 代入数据解得 12. 选A。【解答】根据干涉条纹间距公式 可知当P2旋转时，L、D、均不变，故条纹间距不变；随着P2的旋转，透过P2的光强在减小，干涉条纹的亮度在减小。 13. 【解答】（1）由折射定律可知，全反射的临界角满足 设未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光圆的半径为r，由几何关系 代入数据解得 根据 所以未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积为 （2）当光从O点垂直于盖玻片的上表面入射时，传播的时间最短，则未滴油滴时，光从O点传播到物镜的最短时间为 滴油滴时，光从O点传播到物镜的最短时间为 故 14.选C.【解答】干涉条纹是由凸透镜下表面与平面玻璃间空气膜上、下表面的反射光叠加形成的，越靠近透镜边缘，空气膜的厚度变化越快，观察到的圆环状条纹间距越来越小，条纹越来越密集，ABD错误，C正确。 15.选D。【解答】根据相邻条纹间距公式 可知，若要减小条纹间距∆x，则可以减小光屏到双缝的距离L，减小波长λ，增大双缝间距d，由于红光波长比紫光更长，所以可以将红色滤光片换成紫色滤光片，减小波长。 16．选A。【解答】解：温度升高时，G和C均发生热膨胀，体积增大，已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，温度升高，G比C膨胀明显，石英板上升的高度比C上表面上升的高度大，则劈形空气层厚度变大； 从劈形空气层的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹。根据条纹的位置与空气层的厚度是对应的，劈形空气层厚度变大，同一厚度的空气层向劈尖移动，条纹向劈尖移动，即条纹向左移动，故A正确，BCD错误。 17.选B。【解答】解：由题知，相邻两条亮条纹或暗条纹之间对应的空气层厚度差为0.5λ， 因为连续20条亮条纹中心间距为d，则相邻亮条纹间距为：， 因为D≪L，则由几何关系可知：， 联立可得：D＝， 故B正确，ACD错误； 18．选B。【解答】解：A．根据可知只增大两缝距离d，相邻亮条纹间距离Δx将减小，故A错误； B．由图可知，上图的衍射现象比下图更明显，可知在狭缝宽度相同情况下，下图对应的光波长较短，故B正确； C．由图可知，条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲，说明弯曲处的光程差变短，空气薄膜间距变小，则被检测的平面在此处是凸起的，故C错误； D．缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，表明光振动的方向与传播的方向垂直，光波是横波，故D错误。 19.选CD。【解答】解：AB、相邻两个亮纹之间的距离为，相邻两个亮条纹之间的空气薄膜的厚度差为，根据图中几何关系有，解得，故AB错误； CD、根据可知，实验中如果减小斜面的倾角，则相邻条纹间距将变大；实验中如果用波长更长的光照射，则相邻条纹间距将变大，故CD正确。 20．选C。【解答】解：A、双缝干涉图样的相邻亮或暗条纹的间距不变，故乙为双缝干涉图样，而衍射图样为中间宽两侧窄的特点，故图丙为光的衍射图样，故A正确； B、狭缝越小，衍射的范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度减小，其他条件不变，则衍射现象增强，图丙中亮条纹宽度将增大，故B正确； C、根据双缝干涉公式，可知当仅增加L时，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，故C错误； D、照射双缝时，若S1、S2到屏上P点的距离差为半波长的奇数倍，即为暗条纹，故D正确。 本题选择不正确的， 一人至少有一个梦想，方能有坚强的理由！1 学科网（北京）股份有限公司 $