高中物理光學(xué)專(zhuān)題全套練習(xí)題引言光學(xué)是高中物理的重要分支，分為幾何光學(xué)（研究光的直線傳播、反射、折射等規(guī)律，用幾何方法描述）和物理光學(xué)（研究光的波動(dòng)性和粒子性，揭示光的本質(zhì)）兩部分。本練習(xí)題涵蓋光學(xué)全部核心知識(shí)點(diǎn)，題型包括選擇、填空、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)，注重基礎(chǔ)鞏固與能力提升，適合高三復(fù)習(xí)或高二同步練習(xí)使用。一、幾何光學(xué)幾何光學(xué)以“光沿直線傳播”為基礎(chǔ)，核心規(guī)律是反射定律、折射定律，關(guān)鍵概念包括折射率、臨界角、焦距、像距等。（一）光的反射與平面鏡成像知識(shí)點(diǎn)覆蓋：反射定律（三線共面、兩線分居、兩角相等）、平面鏡成像特點(diǎn)（等大、等距、虛像、對(duì)稱）、多角度反射（如鏡面組合）。1.選擇題（單選）（1）關(guān)于平面鏡成像，下列說(shuō)法正確的是（）A.物體靠近平面鏡時(shí)，像變大B.平面鏡越大，像越大C.像與物的連線與平面鏡垂直D.實(shí)像可以呈現(xiàn)在光屏上答案：C解析：平面鏡成像為虛像（D錯(cuò)），像與物等大（A、B錯(cuò)），像與物關(guān)于鏡面對(duì)稱，連線與鏡面垂直（C對(duì)）。（2）如圖所示，一平面鏡與水平地面成45°角放置，一小球從鏡前某點(diǎn)水平拋出，不計(jì)空氣阻力，小球的像的運(yùn)動(dòng)軌跡是（）A.直線B.拋物線C.圓D.橢圓答案：A解析：平面鏡成像中，像的運(yùn)動(dòng)與物的運(yùn)動(dòng)關(guān)于鏡面對(duì)稱。小球做平拋運(yùn)動(dòng)（曲線），其像的運(yùn)動(dòng)軌跡為平拋運(yùn)動(dòng)的鏡像，仍為直線（平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)與豎直分運(yùn)動(dòng)的鏡像組合，合運(yùn)動(dòng)為直線）。2.填空題（1）一人身高1.8m，站在豎直放置的平面鏡前2m處，他的像高_(dá)_____m，像到平面鏡的距離______m，若他向平面鏡靠近1m，像到他的距離變?yōu)開(kāi)_____m。答案：1.8；2；2解析：平面鏡成像等大，像距等于物距。原物距2m，像距2m；靠近1m后，物距1m，像距1m，像到人的距離為1+1=2m。（2）兩塊互相垂直的平面鏡M1、M2，一束光線射入，經(jīng)兩次反射后射出，若入射光線與M1的夾角為30°，則射出光線與M2的夾角為_(kāi)_____。答案：60°解析：反射光線與鏡面的夾角等于入射光線與鏡面的夾角（反射定律推論）。第一次反射，入射光線與M1夾角30°→反射光線與M1夾角30°；M1⊥M2→反射光線與M2夾角=90°-30°=60°；第二次反射，入射光線與M2夾角60°→射出光線與M2夾角60°。3.計(jì)算題（1）如圖所示，一平面鏡MN與水平地面成60°角放置，一小球從鏡前A點(diǎn)以v0=2m/s的速度水平拋出，A點(diǎn)到平面鏡的垂直距離為1m。求小球在平面鏡中的像的運(yùn)動(dòng)軌跡方程（以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直向下為y軸）。答案：參數(shù)方程：\(x=-√3-t+\frac{5√3}{2}t2\)，\(y=1+√3t+\frac{5}{2}t2\)（消去t后為二次曲線，略）解析：像與物關(guān)于鏡面對(duì)稱，先求像的初始位置（A點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)：\((-√3,1)\)）；物的速度向量\((2,10t)\)，通過(guò)向量對(duì)稱計(jì)算像的速度向量\((-1+5√3t,√3+5t)\)；積分速度向量得像的位置坐標(biāo)（含t參數(shù)）。（二）光的折射與全反射知識(shí)點(diǎn)覆蓋：折射定律（\(n_1\sinθ_1=n_2\sinθ_2\)）、折射率（\(n=c/v=\sinθ_空/\sinθ_介\)）、視深（\(h'=h/n\)）、全反射（條件：光密→光疏，入射角≥臨界角；\(C=\arcsin(1/n)\)）。1.選擇題（多選）（1）關(guān)于光的折射，下列說(shuō)法正確的是（）A.折射角一定小于入射角B.折射率越大，折射角越小C.光從空氣射入水中，光速減小D.光從水射入空氣，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射答案：CD解析：A錯(cuò)（光疏→光密時(shí)折射角小于入射角，反之則大）；B錯(cuò)（折射角與入射角、折射率均有關(guān)）；C對(duì)（\(v=c/n\)，\(n>1\)→\(v<c\)）；D對(duì)（全反射條件）。（2）如圖所示，一束光從空氣射入某種透明介質(zhì)，入射角θ1=60°，折射角θ2=30°，則下列說(shuō)法正確的是（）A.介質(zhì)的折射率n=√3B.光在介質(zhì)中的速度v=√3c/3C.光從介質(zhì)射入空氣的臨界角C=arcsin(√3/3)D.若增大入射角θ1，折射角θ2會(huì)增大到90°答案：ABC解析：A對(duì)（\(n=\sin60°/\sin30°=√3\)）；B對(duì)（\(v=c/√3\)）；C對(duì)（\(C=\arcsin(1/√3)\)）；D錯(cuò)（光從空氣射入介質(zhì)，折射角最大為臨界角，小于90°）。2.填空題（1）一束光從空氣射入玻璃，入射角為45°，折射角為30°，則玻璃的折射率為_(kāi)_____，光在玻璃中的速度為_(kāi)_____m/s（c=3×10^8m/s）。答案：√2；2.12×10^8解析：\(n=\sin45°/\sin30°=√2\)；\(v=c/√2≈2.12×10^8\)。（2）一個(gè)水池深2m，水的折射率為4/3，從池邊看池底的像，視深為_(kāi)_____m。答案：1.5解析：視深公式\(h'=h/n=2/(4/3)=1.5\)。3.計(jì)算題（1）一個(gè)半徑為R的玻璃球，折射率為n，一束光從球外沿直徑方向射入，求光在球內(nèi)的傳播時(shí)間。答案：\(2nR/c\)解析：光沿直徑傳播，距離2R，速度\(v=c/n\)→時(shí)間\(t=2R/(c/n)=2nR/c\)。（三）透鏡與成像規(guī)律知識(shí)點(diǎn)覆蓋：凸透鏡（會(huì)聚）、凹透鏡（發(fā)散）、薄透鏡公式（\(1/f=1/u+1/v\)）、放大率（\(m=|v/u|\)）、像的性質(zhì)（實(shí)像：\(v>0\)，倒立；虛像：\(v<0\)，正立）。1.選擇題（單選）（1）關(guān)于凸透鏡成像，下列說(shuō)法正確的是（）A.當(dāng)u>2f時(shí)，成縮小、倒立的虛像B.當(dāng)f<u<2f時(shí)，成放大、倒立的實(shí)像C.當(dāng)u=f時(shí)，成等大、正立的實(shí)像D.當(dāng)u<f時(shí)，成放大、倒立的虛像答案：B解析：A錯(cuò)（實(shí)像）；B對(duì)（\(v>2f\)，放大實(shí)像）；C錯(cuò)（不成像）；D錯(cuò)（正立虛像）。2.填空題（1）一個(gè)凸透鏡的焦距為10cm，當(dāng)物距為15cm時(shí)，像距為_(kāi)_____cm，放大率為_(kāi)_____，像的性質(zhì)是______。答案：30；2；倒立、放大、實(shí)像解析：\(1/10=1/15+1/v\)→\(v=30\)；\(m=30/15=2\)；實(shí)像（\(v>0\)）、倒立、放大。3.計(jì)算題（1）一個(gè)凹透鏡的焦距為10cm，物體放在透鏡前15cm處，求像的位置、放大率及像的性質(zhì)。答案：像距-6cm，放大率0.4，正立、縮小、虛像解析：\(f=-10\)，\(1/-10=1/15+1/v\)→\(v=-6\)；\(m=|-6/15|=0.4\)；虛像（\(v<0\)）、正立、縮小。二、物理光學(xué)物理光學(xué)揭示了光的波動(dòng)性（干涉、衍射、偏振）和粒子性（光電效應(yīng)），核心規(guī)律包括干涉條紋公式、光電效應(yīng)方程等。（一）光的干涉與衍射知識(shí)點(diǎn)覆蓋：干涉條件（相干光）、雙縫干涉（\(Δx=Lλ/d\)）、薄膜干涉（光程差\(Δ=2nd\cosθ+λ/2\)）、衍射條件（障礙物尺寸與波長(zhǎng)相當(dāng)）、單縫衍射（中央亮紋寬\(Δx=2λL/d\)）。1.選擇題（多選）（1）關(guān)于光的干涉，下列說(shuō)法正確的是（）A.兩列光的頻率相同才能產(chǎn)生干涉B.兩列光的振幅相同才能產(chǎn)生干涉C.干涉條紋是明暗相間的穩(wěn)定條紋D.白光干涉時(shí)，中央亮紋是白色的答案：ACD解析：A對(duì)（相干條件）；B錯(cuò)（振幅不同仍能干涉，對(duì)比度降低）；C對(duì)（穩(wěn)定）；D對(duì)（各顏色光重疊）。2.填空題（1）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏到雙縫的距離為L(zhǎng)，雙縫間距為d，光的波長(zhǎng)為λ，相鄰亮紋間距Δx=______。答案：\(Lλ/d\)解析：雙縫干涉相鄰亮紋間距公式。3.計(jì)算題（1）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距d=0.5mm，光屏到雙縫的距離L=1m，測(cè)得相鄰亮紋間距Δx=1.2mm，求光的波長(zhǎng)λ。答案：6×10^-7m（600nm）解析：\(λ=Δxd/L=(1.2×10^-3)×(0.5×10^-3)/1=6×10^-7\)。（二）光的偏振與電磁本性知識(shí)點(diǎn)覆蓋：偏振（橫波特有）、偏振片（透振方向）、電磁波譜（無(wú)線電波→紅外線→可見(jiàn)光→紫外線→X射線→γ射線）、光速（\(c=λν\)）。1.選擇題（單選）（1）下列現(xiàn)象中，能說(shuō)明光具有偏振性的是（）A.光的干涉B.光的衍射C.光的偏振D.光的直線傳播答案：C解析：偏振是橫波的特有現(xiàn)象。2.填空題（1）自然光通過(guò)偏振片后成為_(kāi)_____光，其振動(dòng)方向與偏振片的______方向一致。答案：偏振；透振解析：偏振片只允許振動(dòng)方向與透振方向一致的光通過(guò)。（三）光電效應(yīng)與量子理論知識(shí)點(diǎn)覆蓋：光電效應(yīng)規(guī)律（瞬時(shí)性、截止頻率、飽和電流、遏制電壓）、愛(ài)因斯坦方程（\(hν=W0+Ekmax\)）、截止頻率（\(ν0=W0/h\)）、遏制電壓（\(eUc=Ekmax\)）。1.選擇題（多選）（1）關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)B.入射光的頻率越高，產(chǎn)生光電子的時(shí)間越短C.飽和電流與入射光的強(qiáng)度成正比D.遏制電壓與入射光的頻率成正比答案：AC解析：A對(duì)（\(Ekmax=hν-W0\)，與強(qiáng)度無(wú)關(guān)）；B錯(cuò)（瞬時(shí)性，與頻率無(wú)關(guān)）；C對(duì)（強(qiáng)度越大，光子數(shù)越多）；D錯(cuò)（線性關(guān)系，非正比）。2.填空題（1）某金屬的逸出功W0=2.5eV，普朗克常量h=6.63×10^-34J·s，該金屬的截止頻率ν0=______Hz（保留兩位有效數(shù)字）。答案：6.0×10^14解析：\(ν0=W0/h=(2.5×1.6×10^-19)/(6.63×10^-34)≈6.0×10^14\)。3.計(jì)算題（1）用波長(zhǎng)為400nm的光照射金屬鈉，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能Ekmax=1.3eV，求金屬鈉的逸出功W0。答案：1.8eV解析：\(ν=c/λ=7.5×10^14\)Hz；\(hν=6.63×10^-34×7.5×10^14≈3.11eV\)；\(W0=hν-Ekmax=3.11-1.3=1.8eV\)。三、綜合題知識(shí)點(diǎn)覆蓋：幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用。1.選擇題（多選）（1）下列說(shuō)法正確的是（）A.光的干涉和衍射說(shuō)明光具有波動(dòng)性B.光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性C.光的偏振說(shuō)明光具有橫波性D.光的直線傳播說(shuō)明光具有粒子性答案：ABC解析：D錯(cuò)（直線傳播是幾何近似，不說(shuō)明粒子性）。2.計(jì)算題（1）用波長(zhǎng)為500nm的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，雙縫間距d=0.2mm，光屏到雙縫的距離L=1m，若在光屏上某點(diǎn)P處看到第3條亮紋，求P點(diǎn)到光屏中心的距離x。答案：7.5mm解析：\(Δx=Lλ/d=1×500×10^-9/(0.2×10^-3)=2.5mm\)；\(x=3×2.5=7.5mm\)。四、實(shí)驗(yàn)題知識(shí)點(diǎn)覆蓋：平面鏡成像、雙縫干涉、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。（一）探究平面鏡成像的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：像與物等大、等距、連線垂直鏡面，成虛像。誤差分析：玻璃板太厚（雙像）、蠟燭不等大（大小判斷誤差）、視線不垂直（位置測(cè)量誤差）。（二）用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)步驟：安裝器材→調(diào)整單縫雙縫→觀察條紋→測(cè)量條紋間距→計(jì)算波長(zhǎng)（\(λ=Δxd/L\)）。注意事項(xiàng)：?jiǎn)慰p雙縫平行（條紋清晰）、測(cè)量多條條紋（減小誤差）。（三）探究光電效應(yīng)規(guī)律實(shí)驗(yàn)結(jié)論：飽和電流與光強(qiáng)成正比；遏制電壓與頻率成線性關(guān)系（\(Uc=(h/e)ν-