備戰(zhàn)2025年高考物理一輪專題復習：光學

學校:姓名：班級：考號：

一、單選題

1.如圖，將一根筷子豎直插入裝有水的圓柱形玻璃杯中，從圖中視角觀察到筷子在水中的像相比筷

子實際位置發(fā)生了側移，且變粗了，下列判斷正確的是（）

A.筷子在水中的像發(fā)生了側移是因為水中筷子反射的光在玻璃壁處發(fā)生了全反射

B.筷子在水中的像變粗是因為凹透鏡的放大作用

C.如將筷子放在圓柱形玻璃杯的中心軸上，也能看到筷子在水中的像發(fā)生了側移

D.如將筷子放在圓柱形玻璃杯中心軸的左側，則筷子在水中的像向左側移

2.光纖通信已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著至關重要的作用，光纖通信中信

號傳播的主要載體是光導纖維，結構如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列說法

正確的是（）

人夕夕夕夕夕,外套

■內(nèi)芯

A.光纖通信依據(jù)的原理是光沿直線傳播

B.光纖通信具有容量大、抗干擾性強等優(yōu)點

C.頻率越大的光在光導纖維中傳播的速度越大

D.光導纖維內(nèi)芯的折射率比外套的小

3.昏暗路段一般會安裝反光道釘用于指引道路，其內(nèi)部由多個反光單元組成。如圖所示，當來車的

一束燈光以某一角度射向反光單元時，其中一條光線在P、。處先后發(fā)生兩次反射，則下列說法正確

的是（）

A.經(jīng)反光單元反射后的出射光線與入射光線會相交

B.反光單元的材料折射率越小，反光效果越好

C.不同顏色的光在反光單元中傳播速度不同

D.不同顏色的光在反光單元中傳播光路相同

4.如圖所示，為了從軍事工程內(nèi)部觀察外面的目標，在工程的墻壁上開一長方形的孔，孔內(nèi)嵌入折

4

射率為§的玻璃磚，則嵌入玻璃磚后工事內(nèi)部人員觀察到外界的視野最大張角為(sin37°=0.6,

cos37°=0.8)()

玻

璃

磚40cm

H------->|

30cm

A.37°B.53°C.74°D.106°

5.圖甲為太陽光穿過轉動的六邊形冰晶形成“幻日”的示意圖，圖乙為太陽光穿過六邊形冰晶的過程,

“b是其中兩種單色光的光路。下列說法正確的是()

A.從冰晶射入空氣中發(fā)生全反射時，。光比6光的臨界角小

B.用同一裝置做雙縫干涉實驗，。光比6光的干涉條紋窄

C.若某單縫能使6光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，則也一定能使。光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象

D.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，。光比b光產(chǎn)生的光電子的最大初動能大

6.很多公園的水池底部都裝有彩燈，當一束由紅、藍兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時，下列

光路圖中可能存在的一種情況是()

*

A.水面

紅+藍紅+藍

紅—水面

c.

紅+藍紅+藍藍紅+藍

7.導光管采光系統(tǒng)是一套采集天然光，并經(jīng)管道傳輸?shù)绞覂?nèi)的采光系統(tǒng)，如圖為過裝置中心軸線的

截面。上面部分是收集陽光的半徑為R的某種均勻透明材料的半球形采光球，。為球心，下面部分是

內(nèi)側涂有反光涂層的導光管，為兩部分的分界面，M、N為球面兩點。若一束平行于且與

相距/?=走R的細光束從空氣入射到采光球表面時，經(jīng)折射綠光恰好照射到N點。真空中的光速為以

2

3

A.綠光在采光球中的傳播速度為

B.紅光一定能從N點上方射出

C.若為紫光，折射光線有可能經(jīng)過。點

D.要使光束在導光管中發(fā)生全反射，涂層折射率應小于管壁折射率

8.如圖是一半徑為R、橫截面為四分之一圓的玻璃柱，截面所在平面內(nèi)，一束與AC平行的光線從圓

弧上的P點入射，直接射到界面從〃點射出，已知P點到AC界面的距離為立R,MC力R,

23

則該玻璃柱的折射率為（）

A.金B(yǎng).6C.如D.|

22

9.一束激光由光導纖維左端的中心點。以夕=60。的入射角射入，在光導纖維的側面以入射角60。

多次反射后，從另一端射出，已知光導纖維總長為3m,光在真空中的傳播速度c=3.0x108m/s。該激

光在光導纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間為()

A.2X10-8SB.4X10-8SC.2xl(F7sD.4xl(F7s

10.某廣場噴泉，在噴泉底部水平安裝有五顏六色的圓形彩燈。如圖所示，若所有彩燈均為圓盤狀,

直徑均為d,燈面到水面的距離均為已知紅光在水中的折射率為及，水池面積足夠大。則下列

說法正確的是()

卜d?卜燈^

A.每個燈盤在水面上的發(fā)光形狀為環(huán)形

B.紅光燈盤在水面上的發(fā)光面積為兀(〃+d)2

C.紅光燈盤在水面上的發(fā)光面積比綠光燈盤的大

D.燈盤在水中的深度越大，其在水面上的發(fā)光面積就越小

二、實驗題

11.某同學利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，將刀片在涂有墨汁的玻璃片上劃過便可得到單

縫、不同間距雙縫的縫屏，光電傳感器可用來測量光屏上光強的分布。

(1)某次實驗時，在電腦屏幕上得到圖乙所示的。、b兩種光的光強分布，這位同學在縫屏上安裝的是

(選填“單縫”或“雙縫”)。

(2)由圖乙中兩條曲線的特征可知o

A.a光頻率較大

B.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，。光側移量小

C.以相同的入射角從空氣斜射到水中，a光的折射角大

D.以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是。光

(3)當做干涉現(xiàn)象研究時，選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫，在光屏上可觀察到

(選填“更多”“更少”或“一樣多”)的條紋個數(shù)。

三、解答題

12.如圖所示為某種透明介質材料制成的截面為直角梯形的柱體，其中NA和N2均為直角，

/BCD=60。。一細光束由AB的左側與AB邊成30。由。點斜射入介質，該細光束在8c邊的E發(fā)生反

射,最后從邊的P射出,且出射光線與CD邊垂直,兩位置圖中均末標出。已知BC=3OB=30cm,

光在空氣中的傳播速度c=3xl08m/s。求：

(1)該透明介質的折射率;

⑵該光束由。經(jīng)E到F所需的總時間(結果可保留根號)。

13.2023年9月，廈門北站甬廣場投入運營，它是國內(nèi)首個大規(guī)模應用智能陽光導入系統(tǒng)的鐵路站

房，照射面積7000平。每年節(jié)電相當于減排960噸二氧化碳。“智能陽光導人系統(tǒng)”可以跟隨并收集

太陽光，并過濾掉紫外線等有害射線，再通過反射率高達99%的光纖導人室內(nèi)或者是地下空間，可以

解決采光問題。某同學受其啟發(fā)，為增強室內(nèi)照明效果，在水平屋頂上開一個厚度為d=20?cm,

直徑L=40cm的圓形透光孔，將形狀、厚度與透光孔完全相同的玻璃磚嵌入透光孔內(nèi)，玻璃磚的折

射率九=石，下圖為透光孔的側視圖。求：

一L-

f1

A

(1)入射到透光孔底部中央A點處的光線范圍比嵌入玻璃磚前增加了多少度；

(2)嵌入折射率至少多大的玻璃磚可使入射到透光孔底部中央A點處的光線范圍最大。

14.如圖所示，正三角形A8C為玻璃薄板，以正三角形ABC的幾何中心。點為圓心挖出一圓孔(可

視為真空)，現(xiàn)將一點光源放置在。點處，該光源向各方向均勻發(fā)光且發(fā)射波長為4=500nm的藍

光，C8為邊的中垂線。已知光在真空中的傳播速度為c,藍光在正三角形A8C玻璃薄板中傳播

的波長為4=250nm,求：

(1)藍光在玻璃薄板中傳播時的速度；

(2)正三角形ABC玻璃薄板對藍光的折射率；

(3)射到邊的光子中能直接從AB邊射出和不能直接從邊射出的光子個數(shù)比(不考慮多次反射)。

15.如圖，直角三角形A3。為一棱鏡的截面，ZA=60°,Z<9=90°,一束光線垂直于49從。點射

入棱鏡，經(jīng)AB邊反射后，從3。邊上的尸點沿平行于AB邊的方向射出。

(1)求棱鏡的折射率；

(2)若將光線從尸點入射，調整入射角，使其在42邊上恰好發(fā)生全反射，求這種情況下光線從F點入

射時入射角的正弦值。

16.如圖所示，一位身高1.8m的游泳運動員豎直在2m深的清澈泳池中，某時刻腳底到池底距離為hn。

此時可視為平行光的太陽光線與水面夾角為45。，水對太陽光的折射率為夜。求：

(1)太陽光線進入水中的折射角:

(2)此時池底運動員影子的頭頂處到身體正下方的距離。。(計算結果保留1位小數(shù))

參考答案:

題號12345678910

答案DBCDCCBBAC

1.D

【詳解】A.筷子在水中的像發(fā)生了側移是因為水中筷子反射的光在玻璃壁處發(fā)生了折射。故A錯誤；

B.筷子在水中的像變粗是因為凸透鏡的放大作用。故B錯誤；

C.如將筷子放在圓柱形玻璃杯的中心軸上，則水中筷子反射的光不發(fā)生偏折，不能看到筷子在水中

的像發(fā)生了側移。故C錯誤；

D.如將筷子放在圓柱形玻璃杯中心軸的左側，根據(jù)折射定律可知，光線在空氣中的折射角大于在水

中的入射角，光路圖如圖所示，

可知筷子在水中的像向左側移。故D正確。

故選D。

2.B

【詳解】AD.光纖通信依據(jù)的原理是光的全反射，光導纖維內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在

內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射。故AD錯誤；

C.頻率越大的光，介質對它的折射率越大，根據(jù)

c

V--

n

可知，它在光導纖維中傳播的速度越小。故C錯誤；

B.光纖通信具有容量大、抗干擾性強等優(yōu)點。故B正確。

故選B。

3.C

【詳解】A.補充光路圖，如圖所示

.5°

Q\

I

設光線在反光單元內(nèi)發(fā)生兩次反射的反射角分別為a和e，根據(jù)幾何知識可知

?+6>=90°

故有

2o+2。=180。尸。與QM平行，根據(jù)光路的可逆性，可知經(jīng)反光單元反射后的出射光線與入射光線方

向平行，故經(jīng)反光單元反射后的出射光線與入射光線不會相交，故A錯誤；

B.反光單元的材料折射率越小，光發(fā)生全反射的臨界角越大，光在反光單元內(nèi)越不容易發(fā)生全反射，

有部分光將在反光單元的直角邊界處發(fā)生折射，故最后從斜邊折射出去的光越少，反光效果越差，故

B錯誤；

CD.不同顏色的光在反光單元中的折射率不同，折射后光路不會重合，根據(jù)v=￡,可知不同顏色的

n

光在反光單元中的傳播速度不同，故C正確，D錯誤。

故選Co

4.D

【詳解】軍事設施內(nèi)的人從內(nèi)壁左側能最大范圍觀察右邊的目標，光路如圖所示

解得

〃=37。

根據(jù)折射定律有

—si—nz=n

sinr

解得

z=53°

則最大張角為

6>=2Z=106°

故選D。

5.C

【詳解】A.由圖乙知在冰晶中。光的折射率小于。光的折射率，由

sinC=一

n

可知，從冰晶射入空氣中發(fā)生全反射時，。光的臨界角大于b光的臨界角，故A錯誤；

B.因折射率

na<nb

則頻率

fa<fh

根據(jù)

可知波長

%>

由雙縫干涉條紋間距公式

L,

AAx——A

d

可知，。光的干涉條紋比。光的寬，故B錯誤；

C.單縫能使6光產(chǎn)生明顯衍射，說明單縫寬度小于或接近6光波長，由于。光波長大于6光波長,

所以單縫寬度一定小于或接近。光波長，a光一定發(fā)生明顯衍射，故C正確；

D.由光電效應方程

Ekm=hv-W

可知，。光比b光產(chǎn)生的光電子的最大初動能小，故D錯誤。

故選C。

6.C

【詳解】D.光線射到水面時一定發(fā)生反射，所以反射光中紅光和藍光都有，故D不可能；

BC.由于水對紅光的折射率比對藍光的折射率小，由臨界角公式

sinC=—

可知，紅光的臨界角比藍光的大，所以在水面上若藍光發(fā)生全反射，則紅光可能不會發(fā)生全反射，故

C可能，B不可能；

A.當兩種色光都能折射到空氣中時，根據(jù)折射定律

n=sin-/-

sinr

可知，水對紅光和藍光的折射率不同，由于水對紅光的折射率比對藍光的折射率小，從水面射入空氣

時，在入射角相等的情況下，紅光折射角小，故A不可能。

故選Co

7.B

【詳解】A.根據(jù)題意畫出綠光的光路圖，如圖所示，根據(jù)幾何關系有

h73

sma=——=——

R2

a=20

采光球對綠光的折射率

sma/r

n=------=，3

sin。

則綠光在采光球中的傳播速度為

c^3

v=—=——c

n3

故A錯誤;

B.該種透明材料對紅光的折射率比對綠光的小，則紅光一定能從N點上方射出，故B正確;

C.紫光的折射光線不可能經(jīng)過。點，如果經(jīng)過。點，折射角為0。，c錯誤;

D.光由光密介質射向光疏介質可能發(fā)生全反射，則涂層折射率應大于管壁折射率，故D錯誤。

故選Bo

8.B

【詳解】光路圖，如圖所示

由幾何關系可知，光線在界面的入射角為i,則

BR

..PD7HA/R3

smi=-----=———=——

PCR2

所以

力=60°

光線在2C界面的入射角產(chǎn)，則

^R至

PD-MCT力

tani'=

CD一R

~2

所以

i'=30°

光線在AB界面的折射角廠，則

解得

r=30°

由折射定律可得

"=皿=6

sinr

故選Bo

9.A

【詳解】由題意可知，光的入射角夕=60。，由幾何知識可知，折射角

尸=30。

由折射定律可知，折射率

〃sin=a---s=in-60-°--

sin/3sin30°

激光在光導纖維中經(jīng)過一系列全反射后從右端射出，設激光在光導纖維中傳播的距離為s,光路圖如

圖所示

A

由幾何知識得

x=OAs\nO

xI

~OA~1

光在光導纖維中的傳播速度

C

v=—

n

該激光在光導纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間

S

t=-

V

代入數(shù)據(jù)解得

r=2xio-8s

故選A?

10.C

【詳解】A.因為彩燈為圓盤狀，所以每個燈盤在水面上的發(fā)光形狀為圓形，故A錯誤;

即臨界角

C=45°

由幾何關系可得，紅光燈盤在水面上的發(fā)光面積直徑為

D=d+2/ztanC=d-\-2h

紅光燈盤在水面上的發(fā)光面積為

22

D

S=71

故B錯誤;

C.無論是何種光，燈盤在水面上的發(fā)光面積直徑都滿足上一選項中的

D=d+2htanC

燈盤在水面上的發(fā)光面積為

3(a

3=兀一=71—+/2tanC

(2

又因為紅光的頻率小于綠光，所以紅光的折射率小于綠光，即

"紅〈〃綠

又由公式sinC='得

n

sin。紅〉sinC綠

即臨界角

c紅＞。綠

結合面積公式可得紅光燈盤在水面上的發(fā)光面積比綠光燈盤的大。故c正確;

D.結合上一選項中的水面發(fā)光面積公式

可知，同一顏色燈盤在水中的深度越大，其在水面上的發(fā)光面積就越大，故D錯誤。

故選C。

11.⑴單縫

⑵A

⑶更多

【詳解】(1)由題圖乙可知，條紋中間寬、兩邊窄，是衍射條紋，這位同學在縫屏安裝的是單縫。

(2)由于a光衍射條紋間距較小，則。光波長較短。

A.根據(jù)v=f,可知。光頻率較大，故A正確；

/L

B.在同一介質中，頻率大的光折射率大，因此。光折射率更大，偏轉角度更大.因此以相同角度斜

射到同一玻璃板透過平行表面后，。光側移量大，故B錯誤；

C.由于。光折射率更大，根據(jù)折射定律以=〃，可知。光折射角較小，故c錯誤;

sinr

D.a光頻率較大，折射率較大，根據(jù)sinC=」知。光臨界角較小，以相同的入射角從水中射入空氣，

n

〃光先發(fā)生全反射，在空氣中只能看到一種光時，一定是b光，故D錯誤。

故選Ao

(3)根據(jù)=可知選用間距較大的雙縫相比于間距較小的雙縫，條紋間距小，在光屏上可觀

a

察到更多條紋個數(shù)。

12.(1)石

(2)(15+—)xlO-los

【詳解】(1)作出細光束在透明介質中的光路圖，如圖所示

，=90°-30°=60°

折射角

r=30"

由折射定律

sin(

n-----

sinr

解得

n=A/3

(2)光在透明介質材料中的傳播速度

v=—m/s=^xl08m/s

nV3

由幾何關系可知

OE=2OB=2Qcm

則

BE=OBtan60°=IOA/SCHI

￡F=(BC-B￡)sin600=(30-10>/3)xcm=(15V3-15)cm

光束由。經(jīng)E到尸的路程為

s=OE+EF=Q5/+5)cm

則上述過程所用的時間

—=(15+半)x1。-%

13.(1)60°

(2)2

【詳解】（1）由幾何關系知折射角為

r=30°

根據(jù)折射定律

sinz

n=——

sinr

解得

..g

sin;=——

2

入射角

z=60o

則入射角比嵌入玻璃磚前增大

2x（60。—30。）=60。

所以入射光線范圍比嵌入玻璃磚前增大了60。。

（2）要使入射到透光孔底部中央A點處的光線范圍最大，則入射光范圍接近180。，即入射角為90。,

而折射角/'=30。不變，則折射率

14.(l)v=；c

⑵〃=2

⑶1：1

【詳解】（1）設藍光在玻璃薄板中傳播時的速度為L由波速公式、折射率和波速關系可得

C=%f

V=\f

解得

V=-c

2

(2)正三角形ABC玻璃薄板對藍光的折射率

c,

n=—=.

v

(3)如圖所示

設。點為光線在區(qū)域恰好發(fā)生全反射的點，設玻璃介質的臨界角為C,由臨界角公式可得

.八1

sinC=—

n

解得

C=30°

易得

ZHOD=C

對于玻璃薄板電?段，由幾何關系可得出D3段區(qū)域的入射角大于臨界角C,發(fā)生全反射無光線射出，

區(qū)域對應光線的入射角小于臨界角C,由于各方向發(fā)光均勻，則輻射區(qū)域光子數(shù)目與輻射角成正

比，對區(qū)域