2025全国版高考物理一轮基础知识练--第14章 光（含答案）

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2026全国版高考物理一轮
第14章　光
第1节　光的折射　全反射
第1课时　光的折射　全反射
光的折射T1、3、4、5 ◆ 全反射T2、6、7、8
考法领航·数理结合 交叉贯通　素养提升
(全反射与几何知识的结合)城市公园亮化设计为城市树立了良好形象,如图所示,某公园水池底面有一半径为r的圆形线光源,圆面到水面的距离为h,在水面上形成一个亮环,已知水对该光的折射率为n,则亮环的面积大小为 (　　)
A.　　　　　　B.　　　　　　C.　　　　　　D.
考法点睛　若光源为点光源,“折射面”为曲面,则其发光面积如何求解
五年高考
1.★(2023江苏,5,4分)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 (　　)
　　　　
　　　　
2.★(2024海南,4,3分)如图为一截面为正三角形OPQ的玻璃砖,某束光线垂直面OP射入,恰好在PQ界面发生全反射,则玻璃砖的折射率为 (　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.2
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 (　　)
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.★★(2024江苏,6,4分)现有一束光以相同的入射角θ,打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中,折射光线如图所示(β1<β2),已知折射率随NaCl浓度增大而增大。则 (　　)
A.光在甲中折射率较大
B.甲中NaCl浓度较小
C.光在甲中的传播速度较大
D.光在甲中发生全反射的临界角较大
三年模拟
5.★★(2024届河北大数据调研)如图所示,长方形水池内存有清水(水池底面水平),一束单色光以α=53°的入射角照射到水面上的O点,单色光进入水池后照到水池底部的A点,在其他条件不变的情况下,取走一些水,使得水面下降,当水面平静后发现光束照射到了A点右侧的B点,经测量A、B两点间距离是水面下降高度的,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,则清水对这种单色光的折射率为 (　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.
6.★★★(2025届陕西部分学校开学考)如图所示为一种嵌在地面下的彩灯简化示意图,横截面规格为6L×7L的透明材料中央竖线上有间隔均匀的7个灯槽,现有M、N两颗不同颜色的灯珠,已知该透明材料对M发出的光的折射率为,对N发出的光的折射率为,将M、N两灯珠放入灯槽内,接通电源后,两灯珠发出的光均能从材料上表面边缘射出。不考虑光在介质中的多次反射,则下列安装方法可能满足条件的是(　　)
　　　
7.★★★(2025届云南昆明三中开学考)为了研究某种透明新材料的光学性质,先将其压制成半圆柱体,如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O点的法线成θ角射入,CD为光学传感器,可以探测光的强度。从AB面反射回来的光的强度随θ变化的情况如图乙所示。又将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆环,暴露于空气中(假设该激光在空气中的折射率与其在真空中的相同),此半圆环外半径为R,光导纤维束横截面的半径为r,如图丙所示。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.该激光在此新材料中的折射率n=1.25
B.图甲中若减小入射角θ,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
C.用同种激光垂直于光导纤维束端面EF且通过F点射入,若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄,则弯成的半圆环外半径R与光导纤维束横截面的半径r应满足的关系为R=5r
D.如果用红色激光垂直于光导纤维束端面EF且通过F点射入时该激光不会从侧面外泄,则换成紫色激光时将可能会从侧面外泄
8.(考法训练)(2024届豫南名校二检)如图甲所示为某透明介质材料制成的长方体棱镜,上下两面为边长为6R的正方形,棱镜高为2R,O、S分别为上下面的中心,在上表面挖走一个以O点为球心、R为半径的半球,在S处放置一点光源,已知该材料的折射率n=,且只有上表面及半球面为光学面,图乙为俯视图,图丙为过O、S两点的剖面图,则俯视看棱镜被照亮的区域面积(俯视看半球内表面被照亮的部分可等效成水平面)为 (　　)
　　
A.4πR2　　　　B.πR2
C.πR2　　　　D.πR2
第2课时　光路分析
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(2024山东,15,8分)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。
考法点睛　不同光学元件组合,利用折射和全反射规律,还能求解哪些问题
五年高考
1.★★(2024广东,6,4分)如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐渐增大,两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
A.在PQ面上,红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时,入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
2.★★(2024甘肃,10,5分)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面,一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O,当θ=30°时,反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是 (　　)
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ=45°,光线c消失
C.若入射光a变为白光,光线b为白光
D.若入射光a变为紫光,光线b和c仍然垂直
3.★★★(2022山东,7,3分)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆,左侧是直角梯形,AP长为R,AC与CO夹角45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB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PM面全反射后,从OM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
4.★★★[2024全国甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。
三年模拟
5.★★★(2024届雅礼中学月考)(多选)如图甲所示,航天员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,如图乙所示。假设此液体球内外半径之比为1∶3,当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内,从A点以i=37°的入射角射入球中,b光的折射光线刚好与液体球内壁相切,已知真空中光速为3×108 m/s,则下列说法正确的是 (　　)
　　
A.该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率
B.若继续增大入射角i,b光肯定能从液体球中射出
C.该液体材料对a光的折射率可能为
D.c光在液体球中的传播速度可能为×108 m/s
6.★★★(2024届湖北智学联盟三模)如图甲为一玻璃半球的截面图,其半径为R,O点为球心,AB为直径,现有均匀分布的红光垂直入射到半球的底面。已知球冠(不含圆底面)的表面积S=2πRh(如图乙,其中R为球的半径,h为球冠的高),光在真空中传播的速度为c,玻璃对红光的折射率n=1.25,若只考虑首次射到球面的光,则下列说法正确的是 (　　)
　　
A.从半球面射出的光中,在玻璃内的传播时间最短为
B.整个半球面透光的面积为πR2
C.所有入射到半球底面的光,有的光会发生全反射
D.若将入射光由红光换成紫光,则半球面透光的面积增大
7.(考法训练)(2024届河南T8联盟联考)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部分元件截面如图所示。两个相同的顶角为θ的直角三棱镜A、B的斜面相互平行放置,两斜面间的距离为d。一束包含两种频率光的激光,从A棱镜上的P点垂直入射,它们在棱镜中的折射率分别为n1=,n2=,在B棱镜下方有一平行于下表面的光屏,P'点为P点在光屏上的投影。
(1)若在A棱镜斜面上只有一种频率的激光直接出射,求顶角θ的取值范围;
(2)若θ=30°,求两种频率的激光通过两棱镜后,打在光屏上的光点间距。
第2节　光的波动性
光的干涉和衍射T2、3、5、6、8、9 ◆ 光的偏振T1 ◆ 几何光学与物理光学的综合应用T4、7
考法领航·新颖情境 突破情境　模型建构
(2024广西,9,6分)(多选)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
考法点睛　利用镜面反射,可观察到干涉现象,利用反射和折射能否实现
五年高考
1.★★(2024江苏,2,4分)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,右镜片暗,现在将手机屏幕旋转90度,会观察到(　　)
A.两镜片都变亮 B.两镜片都变暗
C.两镜片没有任何变化 D.左镜片变暗,右镜片变亮
2.★★(2024山东,4,3分)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 (　　)
　　
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.★★(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.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.★★(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 (　　)
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
三年模拟
5.★★(2025届黑龙江大庆一检)甲、乙两图是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光传感器得到的条纹光强随水平位置x的分布图像。有关光的衍射和干涉现象,下列说法正确的是 (　　)
A.甲对应的是干涉现象
B.乙对应的是衍射现象
C.发生甲、乙对应的现象,说明光具有波动性
D.当所用光源由红光变成蓝光时,乙对应的现象条纹间距不变
6.★★(2024届山东日照二模)小明利用同一实验装置在真空中进行双缝干涉实验。仅换用甲、乙两种不同的单色光,在屏上分别观察到的干涉条纹如图所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则甲、乙两种不同单色光的频率之比为 (　　)
A.2∶1　　B.1∶2　　C.3∶1　　D.1∶3
7.★★★(2024届黑龙江佳木斯一中三模)如图甲所示,a、b两束激光分别通过同一套双缝干涉装置,它们的第5条亮条纹分别在屏上的Pa点和Pb点;如图乙所示,由a、b两束激光组成的复色光通过三棱镜后形成Ⅰ、Ⅱ两束光,则下列说法正确的是 (　　)
　
A.a激光的波长较大
B.光束Ⅰ对应的是b激光
C.a激光在三棱镜中传播时间较短
D.激光a与b分别经同一薄膜干涉,b的干涉条纹间距较小
8.★★★(2024届山东潍坊一模)制造半导体元件,需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度,把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖,用波长λ=630 nm的激光从上方照射劈尖(不考虑光在反射过程中的半波损失),观察到在腐蚀区域内有8条暗纹(如图乙),且斜面转为平面的棱MN处是亮纹,二氧化硅的折射率为1.5,则二氧化硅薄膜的厚度为(　　)
　
A.1 680 nm　　　　B.1 890 nm
C.2 520 nm　　　　D.3 780 nm
9.(考法训练)(2024届广西玉林高中模拟)雅明干涉仪可以利用光的干涉来测定气体在各种温度和压强下的折射率,其光路图如图所示。图中S为光源,G1、G2为两块完全相同的玻璃板,彼此平行放置,T1、T2为两个等长的玻璃管,长度均为d。测量时,先将T1、T2两管抽空,然后将气体徐徐充入一管中,在E处观察干涉条纹的变化,即可测得该气体的折射率。某次测量时,将待测气体充入T2管中,从开始进气至到达标准状态的过程中,在E处看到恰好移过N条干涉亮纹,待测光在真空中的波长为λ。该气体在标准状态下的折射率为(　　)
A.-1　　B.　　C.+1　　D.+2
实验15　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　　　　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像;
④确定出射光线的位置　　　　(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=　　　　。
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　　　　(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”)。
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　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
实验16　用双缝干涉测量光的波长
1.[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　　　　(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　　　　(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
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　　　　(填“红光”或“绿光”)。
3.(2024届山东名校考试联盟二模)利用双缝干涉实验测光的波长,实验装置如图甲所示。
(1)已知单缝到双缝之间的距离是100 mm,双缝到屏的距离为1.0 m,双缝之间的距离为0.30 mm,干涉图样如图乙所示,分划板中心刻线在A位置时手轮上的读数为1.234 mm,在B位置时手轮上的读数如图丙所示,为　　　　mm,则该光的波长为　　　　nm(计算结果保留三位有效数字)。
　　　　
(2)某同学观察到图丁所示图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差。在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx,则波长的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)其实际值。
(3)下列操作能使(2)问中的干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上的是　　　(单选)。
A.调整目镜使条纹清晰
B.调节拨杆使单缝与双缝平行
C.旋转测量头使分划板中心刻线与某一条纹的中心对齐
第14章　光
第1节　光的折射　全反射
第1课时　光的折射　全反射
光的折射T1、3、4、5 ◆ 全反射T2、6、7、8
考法领航·数理结合 交叉贯通　素养提升
(全反射与几何知识的结合)城市公园亮化设计为城市树立了良好形象,如图所示,某公园水池底面有一半径为r的圆形线光源,圆面到水面的距离为h,在水面上形成一个亮环,已知水对该光的折射率为n,则亮环的面积大小为 (　　)
A.　　　　　　B.　　　　　　C.　　　　　　D.
答案　C　
考法点睛　若光源为点光源,“折射面”为曲面,则其发光面积如何求解
五年高考
1.★(2023江苏,5,4分)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 (　　)
　　　　
　　　　
答案　A　
2.★(2024海南,4,3分)如图为一截面为正三角形OPQ的玻璃砖,某束光线垂直面OP射入,恰好在PQ界面发生全反射,则玻璃砖的折射率为 (　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.2
答案　C　
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 (　　)
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
答案　B　
4.★★(2024江苏,6,4分)现有一束光以相同的入射角θ,打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中,折射光线如图所示(β1<β2),已知折射率随NaCl浓度增大而增大。则 (　　)
A.光在甲中折射率较大
B.甲中NaCl浓度较小
C.光在甲中的传播速度较大
D.光在甲中发生全反射的临界角较大
答案　A　
三年模拟
5.★★(2024届河北大数据调研)如图所示,长方形水池内存有清水(水池底面水平),一束单色光以α=53°的入射角照射到水面上的O点,单色光进入水池后照到水池底部的A点,在其他条件不变的情况下,取走一些水,使得水面下降,当水面平静后发现光束照射到了A点右侧的B点,经测量A、B两点间距离是水面下降高度的,已知sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,则清水对这种单色光的折射率为 (　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.
答案　C　
6.★★★(2025届陕西部分学校开学考)如图所示为一种嵌在地面下的彩灯简化示意图,横截面规格为6L×7L的透明材料中央竖线上有间隔均匀的7个灯槽,现有M、N两颗不同颜色的灯珠,已知该透明材料对M发出的光的折射率为,对N发出的光的折射率为,将M、N两灯珠放入灯槽内,接通电源后,两灯珠发出的光均能从材料上表面边缘射出。不考虑光在介质中的多次反射,则下列安装方法可能满足条件的是(　　)
　　　
答案　A　
7.★★★(2025届云南昆明三中开学考)为了研究某种透明新材料的光学性质,先将其压制成半圆柱体,如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O点的法线成θ角射入,CD为光学传感器,可以探测光的强度。从AB面反射回来的光的强度随θ变化的情况如图乙所示。又将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆环,暴露于空气中(假设该激光在空气中的折射率与其在真空中的相同),此半圆环外半径为R,光导纤维束横截面的半径为r,如图丙所示。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,下列说法正确的是 (　　)
　　
A.该激光在此新材料中的折射率n=1.25
B.图甲中若减小入射角θ,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
C.用同种激光垂直于光导纤维束端面EF且通过F点射入,若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄,则弯成的半圆环外半径R与光导纤维束横截面的半径r应满足的关系为R=5r
D.如果用红色激光垂直于光导纤维束端面EF且通过F点射入时该激光不会从侧面外泄,则换成紫色激光时将可能会从侧面外泄
答案　C　
8.(考法训练)(2024届豫南名校二检)如图甲所示为某透明介质材料制成的长方体棱镜,上下两面为边长为6R的正方形,棱镜高为2R,O、S分别为上下面的中心,在上表面挖走一个以O点为球心、R为半径的半球,在S处放置一点光源,已知该材料的折射率n=,且只有上表面及半球面为光学面,图乙为俯视图,图丙为过O、S两点的剖面图,则俯视看棱镜被照亮的区域面积(俯视看半球内表面被照亮的部分可等效成水平面)为 (　　)
　　
A.4πR2　　　　B.πR2
C.πR2　　　　D.πR2
答案　D　
第2课时　光路分析
考法领航·物理本质 明晰规律　思维回归
(2024山东,15,8分)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。
答案　(1)
考法点睛　不同光学元件组合,利用折射和全反射规律,还能求解哪些问题
五年高考
1.★★(2024广东,6,4分)如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐渐增大,两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
A.在PQ面上,红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时,入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
答案　B　
2.★★(2024甘肃,10,5分)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面,一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O,当θ=30°时,反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是 (　　)
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ=45°,光线c消失
C.若入射光a变为白光,光线b为白光
D.若入射光a变为紫光,光线b和c仍然垂直
答案　ABC　
3.★★★(2022山东,7,3分)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆,左侧是直角梯形,AP长为R,AC与CO夹角45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB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PM面全反射后,从OM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　
4.★★★[2024全国甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。
答案　
三年模拟
5.★★★(2024届雅礼中学月考)(多选)如图甲所示,航天员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,如图乙所示。假设此液体球内外半径之比为1∶3,当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内,从A点以i=37°的入射角射入球中,b光的折射光线刚好与液体球内壁相切,已知真空中光速为3×108 m/s,则下列说法正确的是 (　　)
　　
A.该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率
B.若继续增大入射角i,b光肯定能从液体球中射出
C.该液体材料对a光的折射率可能为
D.c光在液体球中的传播速度可能为×108 m/s
答案　BC　
6.★★★(2024届湖北智学联盟三模)如图甲为一玻璃半球的截面图,其半径为R,O点为球心,AB为直径,现有均匀分布的红光垂直入射到半球的底面。已知球冠(不含圆底面)的表面积S=2πRh(如图乙,其中R为球的半径,h为球冠的高),光在真空中传播的速度为c,玻璃对红光的折射率n=1.25,若只考虑首次射到球面的光,则下列说法正确的是 (　　)
　　
A.从半球面射出的光中,在玻璃内的传播时间最短为
B.整个半球面透光的面积为πR2
C.所有入射到半球底面的光,有的光会发生全反射
D.若将入射光由红光换成紫光,则半球面透光的面积增大
答案　A　
7.(考法训练)(2024届河南T8联盟联考)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部分元件截面如图所示。两个相同的顶角为θ的直角三棱镜A、B的斜面相互平行放置,两斜面间的距离为d。一束包含两种频率光的激光,从A棱镜上的P点垂直入射,它们在棱镜中的折射率分别为n1=,n2=,在B棱镜下方有一平行于下表面的光屏,P'点为P点在光屏上的投影。
(1)若在A棱镜斜面上只有一种频率的激光直接出射,求顶角θ的取值范围;
(2)若θ=30°,求两种频率的激光通过两棱镜后,打在光屏上的光点间距。
答案　(1)45°≤θ<60°　(2)
第2节　光的波动性
光的干涉和衍射T2、3、5、6、8、9 ◆ 光的偏振T1 ◆ 几何光学与物理光学的综合应用T4、7
考法领航·新颖情境 突破情境　模型建构
(2024广西,9,6分)(多选)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
答案　AD　
考法点睛　利用镜面反射,可观察到干涉现象,利用反射和折射能否实现
五年高考
1.★★(2024江苏,2,4分)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,右镜片暗,现在将手机屏幕旋转90度,会观察到(　　)
A.两镜片都变亮 B.两镜片都变暗
C.两镜片没有任何变化 D.左镜片变暗,右镜片变亮
答案　D　
2.★★(2024山东,4,3分)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 (　　)
　　
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
答案　C　
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.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
答案　A　
4.★★(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 (　　)
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
答案　D　
三年模拟
5.★★(2025届黑龙江大庆一检)甲、乙两图是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利用光传感器得到的条纹光强随水平位置x的分布图像。有关光的衍射和干涉现象,下列说法正确的是 (　　)
A.甲对应的是干涉现象
B.乙对应的是衍射现象
C.发生甲、乙对应的现象,说明光具有波动性
D.当所用光源由红光变成蓝光时,乙对应的现象条纹间距不变
答案　C　
6.★★(2024届山东日照二模)小明利用同一实验装置在真空中进行双缝干涉实验。仅换用甲、乙两种不同的单色光,在屏上分别观察到的干涉条纹如图所示,图中虚线是亮纹中心的位置。则甲、乙两种不同单色光的频率之比为 (　　)
A.2∶1　　B.1∶2　　C.3∶1　　D.1∶3
答案　A　
7.★★★(2024届黑龙江佳木斯一中三模)如图甲所示,a、b两束激光分别通过同一套双缝干涉装置,它们的第5条亮条纹分别在屏上的Pa点和Pb点;如图乙所示,由a、b两束激光组成的复色光通过三棱镜后形成Ⅰ、Ⅱ两束光,则下列说法正确的是 (　　)
　
A.a激光的波长较大
B.光束Ⅰ对应的是b激光
C.a激光在三棱镜中传播时间较短
D.激光a与b分别经同一薄膜干涉,b的干涉条纹间距较小
答案　B　
8.★★★(2024届山东潍坊一模)制造半导体元件,需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度,把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖,用波长λ=630 nm的激光从上方照射劈尖(不考虑光在反射过程中的半波损失),观察到在腐蚀区域内有8条暗纹(如图乙),且斜面转为平面的棱MN处是亮纹,二氧化硅的折射率为1.5,则二氧化硅薄膜的厚度为(　　)
　
A.1 680 nm　　　　B.1 890 nm
C.2 520 nm　　　　D.3 780 nm
答案　A　
9.(考法训练)(2024届广西玉林高中模拟)雅明干涉仪可以利用光的干涉来测定气体在各种温度和压强下的折射率,其光路图如图所示。图中S为光源,G1、G2为两块完全相同的玻璃板,彼此平行放置,T1、T2为两个等长的玻璃管,长度均为d。测量时,先将T1、T2两管抽空,然后将气体徐徐充入一管中,在E处观察干涉条纹的变化,即可测得该气体的折射率。某次测量时,将待测气体充入T2管中,从开始进气至到达标准状态的过程中,在E处看到恰好移过N条干涉亮纹,待测光在真空中的波长为λ。该气体在标准状态下的折射率为(　　)
A.-1　　B.　　C.+1　　D.+2
答案　C　
实验15　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　　　　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像;
④确定出射光线的位置　　　　(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=　　　　。
答案　③P1和P2　④不需要　⑤
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　　　　(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”)。
答案　(1)B　(2)1.58(1.56~1.60均可)　(3)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　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案　(1)见解析图　(2)　(3)变小
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16　用双缝干涉测量光的波长
1.[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　　　　(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　　　　(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
答案　①C　②D
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　　　　(填“红光”或“绿光”)。
答案　绿光
3.(2024届山东名校考试联盟二模)利用双缝干涉实验测光的波长,实验装置如图甲所示。
(1)已知单缝到双缝之间的距离是100 mm,双缝到屏的距离为1.0 m,双缝之间的距离为0.30 mm,干涉图样如图乙所示,分划板中心刻线在A位置时手轮上的读数为1.234 mm,在B位置时手轮上的读数如图丙所示,为　　　　mm,则该光的波长为　　　　nm(计算结果保留三位有效数字)。
　　　　
(2)某同学观察到图丁所示图像,即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,若继续移动目镜观察,将会使测量结果出现偏差。在这种情况下测出干涉条纹的间距Δx,则波长的测量值　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)其实际值。
(3)下列操作能使(2)问中的干涉条纹与分划板中心刻线在同一方向上的是　　　(单选)。
A.调整目镜使条纹清晰
B.调节拨杆使单缝与双缝平行
C.旋转测量头使分划板中心刻线与某一条纹的中心对齐
答案　(1)14.538(14.537或14.539)　665　(2)大于　(3)C
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