2020--2022年全国高考物理三年真题汇编：光学

2020--2022年全国高考物理三年真题汇编：光学
一、单选题
1．（2022·辽宁）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
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变。连接光线1第一次折射的入射点与圆心O，设该连线与光线1的折射光线夹角为θ，光线1的折射光线在M处入射角为α。由正弦定理可得（R为大圆半径，r为小圆半径），对于光线2也有类似等式。由于明显光线2第一次入射角大于光线1第一次入射角，所以光线2第一次折射角大于光线1第一次折射角。所以光线2的“”偏大，则“”这项也偏大，由数学知识可知，即光线2在N处入射角大于光线1在M处入射角，光线1在M 处发生全反射，光线2在N 处一定发生全反射。
故答案为：C
【分析】利用正弦定理列出等量关系，由数学知识判断出第二次折射时入射角大小。
2．（2022·浙江）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“亮斑”
【答案】C
【知识点】光的全反射；光的衍射
【解析】【解答】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A，B，D错误，C正确。
故答案为：C。
【分析】根据题中所描述的光学现象结合光的折射，反射和全反射的现象和规律进行分析。
3．（2022·浙江）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　）
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
【答案】B
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】A．用复色光投射看到的时彩色条纹，故A错误；
B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上发生干涉叠加的结果，B正确；
C．由条纹间距公式知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，故C错误；
D．根据条纹间距和λ蓝 < λ红，可得蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误。
故答案为：B。
【分析】根据双缝干涉实验中的实验现象以及产生原理和相邻明条纹间距的公式进行分析求解。
4．（2022·山东）柱状光学器件横截面如图所示， 右侧是以O为圆心、半经为R的 圆，左则是直角梯形， 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 面出射的光是（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
【知识点】光的全反射；光的直线传播；光的反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】根据题意作出光路图如图所示
根据全反射临界角得，，
故a光发射全反射临界角小于45°，b光发射全反射临界角大于45°，所以入射点从A向B移动过程中，能在 面全反射后，从 面出射的光是a光.
故选A。
【分析】首先根据题意作出光路图，入射光从A移动到B的过程中，可以看出能在 面全反射后，从 面出射的光是a光。
5．（2021·天津）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
【知识点】光的直线传播
【解析】【解答】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。
故答案为：A。
【分析】根据光的频率与介质中传播速度的关系以及光子能量进行分析判断。
6．（2021·辽宁）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
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】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。
故答案为：C。
【分析】根据两个光的偏折程度确定折射率的大小；根据全反射规律判断临界角的大小。
7．（2021·湖北）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
【知识点】光的双缝干涉；光的折射及折射定律
【解析】【解答】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光的折射角大，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，D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据双缝干涉的间距公式从而判断出两种光的波长关系，从而利用折射定律得出折射率的大小。
8．（2021·海南）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
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．光线从O点入射，设折射角为 ，由折射定律有
代入数据解得
即在 边的折射角为 ，A不符合题意；
B．设长方体玻璃砖边NP长 ，则 另一边长 ，作出折射后的光路图如图所示
由几何关系可知光在 边的入射角为 ，B不符合题意；
C．当光从光密到光疏发生全反射的临界角设为 ，有
解得 ，而MN边的入射角为 ，且满足光密介质到光疏介质，故光在MN边发生全反射，即不能从 边射出，C符合题意；
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，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】作出光路图，根据折射定律以及全反射的临界角公式求解折射角与临界角；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，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45度。解决该题的关键是正确作出光路图，熟记折射定律的表达式以及全反射的临界角的求解公式，能根据几何知识求解相关的角度。
9．（2021·山东）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】光经过透明薄膜的时，会在上下表面发生反射，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，根据光运动的路程可以得出光程差为薄膜厚度的2倍，则光程差为△x=2d，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为 λ，根据两亮条纹的间距不变，可以判别其薄膜厚度相同时其亮条纹之间的距离越大，所以可得条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小。
故选D。
【分析】利用亮条纹的间距可以判别两个条纹之间的光程差及厚度之差，结合条纹间距的变化，可以判别厚度相同时其条纹之间距离越大，利用几何关系可以判别其薄膜的厚度越来越小。
10．（2021·浙江）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
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．画出激光经过光盘折射的光路图，作出经过O点折射的法线，如图所示：
由于光速a和b之间的夹角为900，由几何关系可得入射角为
由于POQ为等边三角形，根据等边三角形的特点可得：折射角为
根据折射定律有
所以A错误；
B．已知光盘材料的折射率，根据 ，所以B错误；
C．由于光速在Q处除了折射光线还有反射光线，所以光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，所以C错误；
D．在P处，从图可得光束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。
【分析】利用几何关系可以求出入射角和反射角的大小，结合折射定律可以求出折射率的大小；利用折射率可以求出光在介质中传播速度的大小；由于光发生反射所以其光束在b、c、d处的强度小于光束a的强度；光束c的强度等于O点处折射光束和反射光束的强度。
11．（2020·浙江选考）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
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】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 ， ，AB不符合题意；
C．由 ，可得 ，C符合题意；
D．由于 ，所以临界角不为30°，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】通过几何关系求出光的入射角和折射角，利用折射定律求解介质的折射率；结合介质的折射率求解光在该介质中的传播速度。
12．（2020·新高考Ⅰ）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
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】光在玻璃中的传播速度为
可知时间差
故答案为：A。
【分析】结合玻璃的折射率求解光在介质中的传播速度，结合玻璃片的厚度求解光传播的时间。
13．（2020·北京）以下现象不属于干涉的是（　　）
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
【答案】C
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】A．根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，A不符合题意；
B．由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，B不符合题意；
C．白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，C符合题意；
D．水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】太阳光经过三棱镜折射后会形成彩色光带，该现象叫做光的色散，并非光的干涉。
二、多选题
14．（2022·山东）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝 ， 的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（　　）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝 、 到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】A,C,D
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】根据题图乙可以看出中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
根据可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
照射两条狭缝时，若光从狭缝 、 到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确；
故选ACD。
【分析】首先根据干涉和衍射现象进行判断题图现象，然后根据波长与亮条纹，双缝间距及双缝到光屏距离的关系，判断亮条纹间距如何变化，最后根据干涉情况判断亮暗条纹。
15．（2021·浙江）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动 ，条纹也会跟着转动
【答案】A,B
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】A．由于重力的作用会导致液体向下流，所以会导致膜上层薄下层厚，且由于液体表面张力使液面收缩所以其横截面是一个圆滑的曲面不是梯形；所以A选项符合题意；
B．肥皂膜上产生的彩色条纹属于等厚干涉，是由于肥皂膜前后表面对光线的反射而形成的干涉条纹，属于光的干涉现象，所以B符合题意；
C．当膜发生破裂时会导致其上下层的薄膜厚度发生改变，导致前后干涉的振动加强和减弱点发生变化，所以条纹间距和宽度会因此改变；所以C选项不符合题意：
D．当金属环旋转的过程，其薄膜的液体分子由于重力的作用会重新分布，其膜的形状和厚度会发生改变，所以其条纹会重新分布，不会跟着转动一定角度，所以D选项不符合题意。
故选AB。
【分析】肥皂膜由于本身的重力导致其横截面时一个圆滑的曲面不是梯形；当肥皂膜破裂时其厚度发生变化所以条纹宽度和间距都会发生变化；当肥皂膜旋转900，其肥皂膜的厚度和形状会重新分布所以条纹不会直接旋转900.
16．（2020·新高考Ⅰ）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
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】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符合题意，B不符合题意；
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符合题意，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】结合光线的入射角和介质的折射率，利用折射定律求解折射角，大致画出光的传播路径，利用几何关系求解距离即可。
三、综合题
17．（2022·湖北）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为 d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。
已知水的折射率n= ，求：
（1）tanθ的值；
（2）B位置到水面的距离H。
【答案】（1）小球做平抛运动。在水平分析做匀速直线运动：，
竖直方向做自由落体运动：
（2）设入射角为，入射角是入射光线和法线夹角，则，
设光到达水面位置与A正下方距离为X。
则，
【知识点】平抛运动；光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）利用平抛运动规律求解。
（2）入射角是入射光线和法线夹角，反射角是反射光线和法线夹角。结合几何关系求解。
18．（2022·湖南）
（1）下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为 的简谐运动：与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图（a）所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图（b）所示。已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是________
A．x从 到 的过程中，木棒的动能先增大后减小
B．x从 到 的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小
C． 和 时，木棒的速度大小相等，方向相反
D．木棒在竖直方向做简谱运动的振幅为
E．木棒的运动为向x轴正方向传播的机械横波，波速为
（2）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度 的控制（可视角度 定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。透明介质的折射率 ，屏障间隙 。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。
（i）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度 控制为60°，求屏障的高度d；
（ⅱ）若屏障高度 ，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度 刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。
【答案】（1）A；B；D
（2）由题意可得，则，光在介质中的入射角为i，则有；
由几何关系可得，联立解得。
若视角刚好被扩为180度，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射角为，
此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为，
像素单元的最小宽度x为。
【知识点】横波的图象；简谐运动；光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】（1）A．由简谐运动的对称性可知，0.1m、0.3m、0.5m时木棒处于平衡位置；则x从0.05m到0.15m的过程中，木棒从平衡位置下方向上移动，经平衡位置后到达平衡位置上方，速度先增大后减小，所以动能先增大后减小，A正确；B．x从0.21m到0.25m的过程中，木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动（未到平衡位置），加速度竖直向下，大小减小，B正确；
C35m和0.45m时，由图像的对称性知浮力大小相等，说明木棒在同一位置，竖直方向速度大小相等，速度方向相反，而两时刻木棒水平方向速度相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，C错误；
D．木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子，设木棒长度为L，回复力系数为k，平衡位置时木棒的中心在水面下方x处，则有；木棒中心在平衡位置上方最大位移处时；在下方最大位移处时，联立解得，故D正确。
E 木棒上各点相对静止并随木棒一起运动，不能看成x轴正方向传播的机械横波，故E错误。
故本题选择ABD。
【分析】（1）根据简谐运动的运动规律和特点以及机械波的形成原理分析求解。
（2）根据光的折射定律画出光路图，再根据题意结合几何关系画图列方程求解。
19．（2022·全国乙卷）
（1）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源 和 ，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为 。当 过平衡位置向上运动时， 也过平衡位置向上运动．若波速为 ，则由 和 发出的简谐横波的波长均为　 　m。P为波源平齿位置所在水平面上的一点，与 、 平衡位置的距离均为 ，则两波在P点引起的振动总是相互　 　（填“加强”或“削弱”）的；当 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点　 　（填“向上”或“向下”）运动。
（2）一细束单色光在三棱镜 的侧面 上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至 边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，且 。求棱镜的折射率。
【答案】（1）4；加强；向下
（2）根据题意做出光路图如图所示
根据题意可知，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，说明光线在此处发生了全反射，故i为临界角，根据几何关系可知，D处发生折射时的折射角为r=90°-2i，
根据，联立解得n=1.5。
【知识点】简谐运动；波的干涉现象；光的反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】(1)根据题意可知，机械波周期为T=0.8s，波速v=5m/s，根据可以解得波长为4m；
两列波的起振方向相同且两列波距P点的距离差为0，所以P点为加强点；
，当 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点向下运动。
【分析】(1)首先根据题意算出波长，根据干涉情形可以判断P点是加强点，根据波的传播可判断P质点的振动方向；
(2)首先根据题目作出光路图，根据全反射和几何关系可以算出折射角，最后根据三角函数算出折射率。
20．（2021·全国甲卷）
（1）如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为　 　m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是　 　s≤t<　 　s（不考虑反射）。
（2）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求
（i）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；
（ii）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
【答案】（1）；；
（2）解：（i）因为波长大于20cm，所以波的周期
由题可知，波的周期是
波的波长
在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。因为AB距离小于一个波长，B到波峰最快也是A的波峰传过去，所以 从t1时刻开始，质点B运动到波峰所需要的最少时间
（ii）在t1时刻（t1>0），由题意可知，此时图象的函数是
t1时刻质点B偏离平衡位置的位移
【知识点】横波的图象；光的折射及折射定律
【解析】【解答】已知单色光在真空中的速度大小，玻璃板的折射率为n=1.5，
根据光速和折射率的关系有：，
解得：
当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，光在玻璃板的运动路程等于玻璃板的宽度，此时该单色光通过玻璃板所用时间最短，根据位移公式有：，
当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板折射的角度最大，则经过的路程最大，所用时间最长。由折射定律可知 ，
根据几何关系有：经过的路程；根据位移公式可得：最长时间
【分析】（1）已知光在介质中的折射率，结合光速的大小可以求出光传播的速度大小；利用光垂直射入玻璃板时，利用玻璃板的宽度和光在介质中速度的大小可以求出最短的传播时间；当入射角是90度时，利用折射定律可以求出折射角的大小，结合几何关系可以求出光传播的最长时间；
（2）已知波长的大小结合波速的大小可以判别波的周期范围；利用两个质点再次位移相同且方向相同可以求出波的周期，结合波速的大小可以求出波长的大小；利用AB之间的距离可以求出质点B到达波峰所花的时间；从题意可以得出波振动的方程，结合B的位置可以求出质点B的位移大小。
21．（2021·山东）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为 。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离 ，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为 和 。取 ， ， 。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求 的取值范围；
（2）若 ，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差 （保留3位有效数字）。
【答案】（1）解：由几何关系可得，光线在第一个三梭镜右侧斜面上的入射角等于 ，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则 需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得 ①
折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得 ②
所以顶角 的范围为 （或 ）③
（2）解：脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为 和 ，由折射定律得 ④
⑤
设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为 和 ，则 ⑥
⑦
⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得 ⑨
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）为了使光从左侧第一个棱镜斜面射出，已知折射率的大小，利用全反射定律可以求出入射角的大小范围，结合几何关系可以求出顶角的大小范围。
（2）已知折射率的大小，结合折射定律可以求出折射角的大小；结合几何关系可以求出路程差的大小。
22．（2020·新课标Ⅱ）
（1）用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过　 　cm（保留1位小数）。（提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。）
某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为　 　cm。
（2）直角棱镜的折射率n=1.5，其横截面如图所示，图中∠C=90°，∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
⑴光线在BC边上是否会发生全反射 说明理由；
⑵不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
【答案】（1）6.9；96.8
（2）解：⑴如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为 ，
由几何关系，有 =90°–（30°–r）> 60° ①
根据题给数据得sin > sin60°> ②
即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。
⑵设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i'，折射角为r'，由几何关系、反射定律及折射定律，有i= 30° ③
i' =90°–θ ④
sin i = nsinr ⑤
nsini' = sinr' ⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得 ⑦
由几何关系，r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】（1）拉离平衡位置的距离
题中要求摆动的最大角度小于 ，且保留1位小数，所以拉离平衡位置的不超过 ；
根据单摆周期公式 结合题意可知
代入数据为
解得新单摆的摆长为
【分析】（1）结合摆角与摆线的长度求解对应的弧长即可；结合单摆的周期同公式列方程求解摆线长度即可；
（2）结合光线的入射角和介质的折射率，利用折射定律求解折射角，大致画出光的传播路径，求解光与BC的夹角，与临界角作比较判断是否发生全反射；
结合光的传播路径，利用光的折射定律求解入射光线和出射光线夹角的正弦值。
1 / 12020--2022年全国高考物理三年真题汇编：光学
一、单选题
1．（2022·辽宁）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
2．（2022·浙江）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“亮斑”
3．（2022·浙江）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（　　）
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
4．（2022·山东）柱状光学器件横截面如图所示， 右侧是以O为圆心、半经为R的 圆，左则是直角梯形， 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 面出射的光是（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
5．（2021·天津）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
6．（2021·辽宁）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
7．（2021·湖北）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
8．（2021·海南）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
9．（2021·山东）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
10．（2021·浙江）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
11．（2020·浙江选考）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°
12．（2020·新高考Ⅰ）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．
13．（2020·北京）以下现象不属于干涉的是（　　）
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
二、多选题
14．（2022·山东）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝 ， 的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（　　）
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝 、 到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
15．（2021·浙江）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（　　）
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动 ，条纹也会跟着转动
16．（2020·新高考Ⅰ）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
三、综合题
17．（2022·湖北）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为 d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。
已知水的折射率n= ，求：
（1）tanθ的值；
（2）B位置到水面的距离H。
18．（2022·湖南）
（1）下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为 的简谐运动：与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如图（a）所示。以木棒所受浮力F为纵轴，木棒水平位移x为横轴建立直角坐标系，浮力F随水平位移x的变化如图（b）所示。已知河水密度为ρ，木棒横截面积为S，重力加速度大小为g。下列说法正确的是________
A．x从 到 的过程中，木棒的动能先增大后减小
B．x从 到 的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小
C． 和 时，木棒的速度大小相等，方向相反
D．木棒在竖直方向做简谱运动的振幅为
E．木棒的运动为向x轴正方向传播的机械横波，波速为
（2）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度 的控制（可视角度 定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。透明介质的折射率 ，屏障间隙 。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。
（i）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度 控制为60°，求屏障的高度d；
（ⅱ）若屏障高度 ，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度 刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。
19．（2022·全国乙卷）
（1）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源 和 ，二者做简谐运动的振幅相等，周期均为 。当 过平衡位置向上运动时， 也过平衡位置向上运动．若波速为 ，则由 和 发出的简谐横波的波长均为　 　m。P为波源平齿位置所在水平面上的一点，与 、 平衡位置的距离均为 ，则两波在P点引起的振动总是相互　 　（填“加强”或“削弱”）的；当 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点　 　（填“向上”或“向下”）运动。
（2）一细束单色光在三棱镜 的侧面 上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至 边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，且 。求棱镜的折射率。
20．（2021·全国甲卷）
（1）如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为　 　m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是　 　s≤t<　 　s（不考虑反射）。
（2）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求
（i）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；
（ii）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
21．（2021·山东）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为 。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离 ，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为 和 。取 ， ， 。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求 的取值范围；
（2）若 ，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差 （保留3位有效数字）。
22．（2020·新课标Ⅱ）
（1）用一个摆长为80.0 cm的单摆做实验，要求摆动的最大角度小于5°，则开始时将摆球拉离平衡位置的距离应不超过　 　cm（保留1位小数）。（提示：单摆被拉开小角度的情况下，所求的距离约等于摆球沿圆弧移动的路程。）
某同学想设计一个新单摆，要求新单摆摆动10个周期的时间与原单摆摆动11个周期的时间相等。新单摆的摆长应该取为　 　cm。
（2）直角棱镜的折射率n=1.5，其横截面如图所示，图中∠C=90°，∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
⑴光线在BC边上是否会发生全反射 说明理由；
⑵不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变。连接光线1第一次折射的入射点与圆心O，设该连线与光线1的折射光线夹角为θ，光线1的折射光线在M处入射角为α。由正弦定理可得（R为大圆半径，r为小圆半径），对于光线2也有类似等式。由于明显光线2第一次入射角大于光线1第一次入射角，所以光线2第一次折射角大于光线1第一次折射角。所以光线2的“”偏大，则“”这项也偏大，由数学知识可知，即光线2在N处入射角大于光线1在M处入射角，光线1在M 处发生全反射，光线2在N 处一定发生全反射。
故答案为：C
【分析】利用正弦定理列出等量关系，由数学知识判断出第二次折射时入射角大小。
2．【答案】C
【知识点】光的全反射；光的衍射
【解析】【解答】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A，B，D错误，C正确。
故答案为：C。
【分析】根据题中所描述的光学现象结合光的折射，反射和全反射的现象和规律进行分析。
3．【答案】B
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】A．用复色光投射看到的时彩色条纹，故A错误；
B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上发生干涉叠加的结果，B正确；
C．由条纹间距公式知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，故C错误；
D．根据条纹间距和λ蓝 < λ红，可得蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误。
故答案为：B。
【分析】根据双缝干涉实验中的实验现象以及产生原理和相邻明条纹间距的公式进行分析求解。
4．【答案】A
【知识点】光的全反射；光的直线传播；光的反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】根据题意作出光路图如图所示
根据全反射临界角得，，
故a光发射全反射临界角小于45°，b光发射全反射临界角大于45°，所以入射点从A向B移动过程中，能在 面全反射后，从 面出射的光是a光.
故选A。
【分析】首先根据题意作出光路图，入射光从A移动到B的过程中，可以看出能在 面全反射后，从 面出射的光是a光。
5．【答案】A
【知识点】光的直线传播
【解析】【解答】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。
故答案为：A。
【分析】根据光的频率与介质中传播速度的关系以及光子能量进行分析判断。
6．【答案】C
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】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。
故答案为：C。
【分析】根据两个光的偏折程度确定折射率的大小；根据全反射规律判断临界角的大小。
7．【答案】D
【知识点】光的双缝干涉；光的折射及折射定律
【解析】【解答】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光的折射角大，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，D符合题意，ABC不符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据双缝干涉的间距公式从而判断出两种光的波长关系，从而利用折射定律得出折射率的大小。
8．【答案】C
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．光线从O点入射，设折射角为 ，由折射定律有
代入数据解得
即在 边的折射角为 ，A不符合题意；
B．设长方体玻璃砖边NP长 ，则 另一边长 ，作出折射后的光路图如图所示
由几何关系可知光在 边的入射角为 ，B不符合题意；
C．当光从光密到光疏发生全反射的临界角设为 ，有
解得 ，而MN边的入射角为 ，且满足光密介质到光疏介质，故光在MN边发生全反射，即不能从 边射出，C符合题意；
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，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】作出光路图，根据折射定律以及全反射的临界角公式求解折射角与临界角；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，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45度。解决该题的关键是正确作出光路图，熟记折射定律的表达式以及全反射的临界角的求解公式，能根据几何知识求解相关的角度。
9．【答案】D
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】光经过透明薄膜的时，会在上下表面发生反射，从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，根据光运动的路程可以得出光程差为薄膜厚度的2倍，则光程差为△x=2d，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为 λ，根据两亮条纹的间距不变，可以判别其薄膜厚度相同时其亮条纹之间的距离越大，所以可得条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小。
故选D。
【分析】利用亮条纹的间距可以判别两个条纹之间的光程差及厚度之差，结合条纹间距的变化，可以判别厚度相同时其条纹之间距离越大，利用几何关系可以判别其薄膜的厚度越来越小。
10．【答案】D
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】A．画出激光经过光盘折射的光路图，作出经过O点折射的法线，如图所示：
由于光速a和b之间的夹角为900，由几何关系可得入射角为
由于POQ为等边三角形，根据等边三角形的特点可得：折射角为
根据折射定律有
所以A错误；
B．已知光盘材料的折射率，根据 ，所以B错误；
C．由于光速在Q处除了折射光线还有反射光线，所以光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，所以C错误；
D．在P处，从图可得光束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。
【分析】利用几何关系可以求出入射角和反射角的大小，结合折射定律可以求出折射率的大小；利用折射率可以求出光在介质中传播速度的大小；由于光发生反射所以其光束在b、c、d处的强度小于光束a的强度；光束c的强度等于O点处折射光束和反射光束的强度。
11．【答案】C
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】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 ， ，AB不符合题意；
C．由 ，可得 ，C符合题意；
D．由于 ，所以临界角不为30°，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】通过几何关系求出光的入射角和折射角，利用折射定律求解介质的折射率；结合介质的折射率求解光在该介质中的传播速度。
12．【答案】A
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】光在玻璃中的传播速度为
可知时间差
故答案为：A。
【分析】结合玻璃的折射率求解光在介质中的传播速度，结合玻璃片的厚度求解光传播的时间。
13．【答案】C
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】A．根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，A不符合题意；
B．由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，B不符合题意；
C．白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，C符合题意；
D．水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】太阳光经过三棱镜折射后会形成彩色光带，该现象叫做光的色散，并非光的干涉。
14．【答案】A,C,D
【知识点】光的双缝干涉
【解析】【解答】根据题图乙可以看出中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；
狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；
根据可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；
照射两条狭缝时，若光从狭缝 、 到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确；
故选ACD。
【分析】首先根据干涉和衍射现象进行判断题图现象，然后根据波长与亮条纹，双缝间距及双缝到光屏距离的关系，判断亮条纹间距如何变化，最后根据干涉情况判断亮暗条纹。
15．【答案】A,B
【知识点】光的干涉
【解析】【解答】A．由于重力的作用会导致液体向下流，所以会导致膜上层薄下层厚，且由于液体表面张力使液面收缩所以其横截面是一个圆滑的曲面不是梯形；所以A选项符合题意；
B．肥皂膜上产生的彩色条纹属于等厚干涉，是由于肥皂膜前后表面对光线的反射而形成的干涉条纹，属于光的干涉现象，所以B符合题意；
C．当膜发生破裂时会导致其上下层的薄膜厚度发生改变，导致前后干涉的振动加强和减弱点发生变化，所以条纹间距和宽度会因此改变；所以C选项不符合题意：
D．当金属环旋转的过程，其薄膜的液体分子由于重力的作用会重新分布，其膜的形状和厚度会发生改变，所以其条纹会重新分布，不会跟着转动一定角度，所以D选项不符合题意。
故选AB。
【分析】肥皂膜由于本身的重力导致其横截面时一个圆滑的曲面不是梯形；当肥皂膜破裂时其厚度发生变化所以条纹宽度和间距都会发生变化；当肥皂膜旋转900，其肥皂膜的厚度和形状会重新分布所以条纹不会直接旋转900.
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【解答】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符合题意，B不符合题意；
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符合题意，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】结合光线的入射角和介质的折射率，利用折射定律求解折射角，大致画出光的传播路径，利用几何关系求解距离即可。
17．【答案】（1）小球做平抛运动。在水平分析做匀速直线运动：，
竖直方向做自由落体运动：
（2）设入射角为，入射角是入射光线和法线夹角，则，
设光到达水面位置与A正下方距离为X。
则，
【知识点】平抛运动；光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）利用平抛运动规律求解。
（2）入射角是入射光线和法线夹角，反射角是反射光线和法线夹角。结合几何关系求解。
18．【答案】（1）A；B；D
（2）由题意可得，则，光在介质中的入射角为i，则有；
由几何关系可得，联立解得。
若视角刚好被扩为180度，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射角为，
此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为，
像素单元的最小宽度x为。
【知识点】横波的图象；简谐运动；光的折射及折射定律；光的全反射
【解析】【解答】（1）A．由简谐运动的对称性可知，0.1m、0.3m、0.5m时木棒处于平衡位置；则x从0.05m到0.15m的过程中，木棒从平衡位置下方向上移动，经平衡位置后到达平衡位置上方，速度先增大后减小，所以动能先增大后减小，A正确；B．x从0.21m到0.25m的过程中，木棒从平衡位置上方靠近最大位移处向下运动（未到平衡位置），加速度竖直向下，大小减小，B正确；
C35m和0.45m时，由图像的对称性知浮力大小相等，说明木棒在同一位置，竖直方向速度大小相等，速度方向相反，而两时刻木棒水平方向速度相同，所以合速度大小相等，方向不是相反，C错误；
D．木棒在竖直方向的简谐运动可类比于竖直方向的弹簧振子，设木棒长度为L，回复力系数为k，平衡位置时木棒的中心在水面下方x处，则有；木棒中心在平衡位置上方最大位移处时；在下方最大位移处时，联立解得，故D正确。
E 木棒上各点相对静止并随木棒一起运动，不能看成x轴正方向传播的机械横波，故E错误。
故本题选择ABD。
【分析】（1）根据简谐运动的运动规律和特点以及机械波的形成原理分析求解。
（2）根据光的折射定律画出光路图，再根据题意结合几何关系画图列方程求解。
19．【答案】（1）4；加强；向下
（2）根据题意做出光路图如图所示
根据题意可知，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，说明光线在此处发生了全反射，故i为临界角，根据几何关系可知，D处发生折射时的折射角为r=90°-2i，
根据，联立解得n=1.5。
【知识点】简谐运动；波的干涉现象；光的反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】(1)根据题意可知，机械波周期为T=0.8s，波速v=5m/s，根据可以解得波长为4m；
两列波的起振方向相同且两列波距P点的距离差为0，所以P点为加强点；
，当 恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点向下运动。
【分析】(1)首先根据题意算出波长，根据干涉情形可以判断P点是加强点，根据波的传播可判断P质点的振动方向；
(2)首先根据题目作出光路图，根据全反射和几何关系可以算出折射角，最后根据三角函数算出折射率。
20．【答案】（1）；；
（2）解：（i）因为波长大于20cm，所以波的周期
由题可知，波的周期是
波的波长
在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。因为AB距离小于一个波长，B到波峰最快也是A的波峰传过去，所以 从t1时刻开始，质点B运动到波峰所需要的最少时间
（ii）在t1时刻（t1>0），由题意可知，此时图象的函数是
t1时刻质点B偏离平衡位置的位移
【知识点】横波的图象；光的折射及折射定律
【解析】【解答】已知单色光在真空中的速度大小，玻璃板的折射率为n=1.5，
根据光速和折射率的关系有：，
解得：
当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，光在玻璃板的运动路程等于玻璃板的宽度，此时该单色光通过玻璃板所用时间最短，根据位移公式有：，
当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板折射的角度最大，则经过的路程最大，所用时间最长。由折射定律可知 ，
根据几何关系有：经过的路程；根据位移公式可得：最长时间
【分析】（1）已知光在介质中的折射率，结合光速的大小可以求出光传播的速度大小；利用光垂直射入玻璃板时，利用玻璃板的宽度和光在介质中速度的大小可以求出最短的传播时间；当入射角是90度时，利用折射定律可以求出折射角的大小，结合几何关系可以求出光传播的最长时间；
（2）已知波长的大小结合波速的大小可以判别波的周期范围；利用两个质点再次位移相同且方向相同可以求出波的周期，结合波速的大小可以求出波长的大小；利用AB之间的距离可以求出质点B到达波峰所花的时间；从题意可以得出波振动的方程，结合B的位置可以求出质点B的位移大小。
21．【答案】（1）解：由几何关系可得，光线在第一个三梭镜右侧斜面上的入射角等于 ，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则 需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得 ①
折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得 ②
所以顶角 的范围为 （或 ）③
（2）解：脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为 和 ，由折射定律得 ④
⑤
设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为 和 ，则 ⑥
⑦
⑧
联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得 ⑨
【知识点】光的折射及折射定律
【解析】【分析】（1）为了使光从左侧第一个棱镜斜面射出，已知折射率的大小，利用全反射定律可以求出入射角的大小范围，结合几何关系可以求出顶角的大小范围。
（2）已知折射率的大小，结合折射定律可以求出折射角的大小；结合几何关系可以求出路程差的大小。
22．【答案】（1）6.9；96.8
（2）解：⑴如图，设光线在D点的入射角为i，折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为 ，
由几何关系，有 =90°–（30°–r）> 60° ①
根据题给数据得sin > sin60°> ②
即θ大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。
⑵设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i'，折射角为r'，由几何关系、反射定律及折射定律，有i= 30° ③
i' =90°–θ ④
sin i = nsinr ⑤
nsini' = sinr' ⑥
联立①③④⑤⑥式并代入题给数据，得 ⑦
由几何关系，r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
【知识点】光的全反射；光的折射及折射定律
【解析】【解答】（1）拉离平衡位置的距离
题中要求摆动的最大角度小于 ，且保留1位小数，所以拉离平衡位置的不超过 ；
根据单摆周期公式 结合题意可知
代入数据为
解得新单摆的摆长为
【分析】（1）结合摆角与摆线的长度求解对应的弧长即可；结合单摆的周期同公式列方程求解摆线长度即可；
（2）结合光线的入射角和介质的折射率，利用折射定律求解折射角，大致画出光的传播路径，求解光与BC的夹角，与临界角作比较判断是否发生全反射；
结合光的传播路径，利用光的折射定律求解入射光线和出射光线夹角的正弦值。
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