2025年高三物理高考幾何光學(xué)專題模擬試題一、選擇題（共8小題，每題6分，共48分。每題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）1.關(guān)于光的傳播與反射規(guī)律，下列說法正確的是（）A.光在同種介質(zhì)中一定沿直線傳播B.光的反射現(xiàn)象中，入射角等于反射角，且反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)C.光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，若入射角小于臨界角，一定發(fā)生全反射D.鏡面反射遵守反射定律，漫反射不遵守反射定律2.如圖所示，一束單色光從空氣斜射入玻璃中，入射角為i，折射角為r。若玻璃的折射率為n，下列分析正確的是（）A.該單色光在玻璃中的傳播速度為c·sinr（c為真空中光速）B.若增大入射角i，折射角r的正弦值與入射角i的正弦值之比增大C.若改用波長更長的單色光入射，折射角r將減小D.若光從玻璃射向空氣，臨界角的正弦值為1/n3.某同學(xué)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測量單色光的波長，實(shí)驗(yàn)中雙縫間距d=0.2mm，雙縫到光屏的距離L=1.0m，觀察到相鄰亮條紋間距Δx=3.0mm。則該單色光的波長為（）A.400nmB.500nmC.600nmD.700nm4.一束復(fù)色光通過三棱鏡后分解為a、b、c三種單色光，其傳播路徑如圖所示。下列說法正確的是（）A.a光的頻率最大，c光的波長最長B.b光的折射率最小，在棱鏡中傳播速度最大C.若增大入射角，a光最先發(fā)生全反射D.三種光從棱鏡射向空氣時(shí)，c光的臨界角最大5.光導(dǎo)纖維是現(xiàn)代通信的重要載體，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)芯和外套組成。下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是（）A.內(nèi)芯的折射率小于外套的折射率，光在其中傳播時(shí)發(fā)生折射B.內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光在其中傳播時(shí)發(fā)生全反射C.光在光纖中傳播時(shí)，頻率越高，傳播速度越大D.光在光纖中傳播時(shí)，波長越長，能量越大6.如圖所示，半圓形玻璃磚的半徑為R，折射率n=√3，直徑AB水平放置。一束平行光垂直于AB入射，在圓弧面上發(fā)生反射和折射。下列判斷正確的是（）A.光線在圓弧面上的臨界角為30°B.所有入射光線均能從圓弧面射出C.能從圓弧面射出的光線對(duì)應(yīng)的圓心角為60°D.若將玻璃磚折射率增大，臨界角增大7.某實(shí)驗(yàn)小組用“插針法”測量玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)步驟如下：①在白紙上畫一條直線aa'作為界面，過aa'上一點(diǎn)O畫法線NN'；②將玻璃磚平放在白紙上，使上表面與aa'重合；③在玻璃磚一側(cè)插兩枚大頭針P1、P2，從另一側(cè)觀察并插大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像；④畫出光路圖，測量入射角i和折射角r。若實(shí)驗(yàn)中誤將玻璃磚的上表面畫得比實(shí)際位置偏下，則測量得到的折射率將（）A.偏大B.偏小C.不變D.無法確定8.平行太陽光透過大氣中的六角形冰晶時(shí)，可能形成“幻日”現(xiàn)象（即“假太陽”）。如圖所示，太陽光進(jìn)入冰晶后發(fā)生折射，其中a、b兩種單色光的傳播路徑不同。下列說法正確的是（）A.a光的折射率大于b光，在冰晶中傳播時(shí)間更長B.a光的波長大于b光，在真空中傳播速度更大C.若a光、b光以相同入射角從冰晶射向空氣，a光先發(fā)生全反射D.通過同一雙縫干涉裝置，a光的條紋間距比b光小二、實(shí)驗(yàn)題（共18分）9.某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示裝置測量玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)器材包括：玻璃磚、白紙、直尺、量角器、大頭針、鉛筆等。（1）實(shí)驗(yàn)原理是利用光的__________定律，通過測量入射角i和折射角r，根據(jù)公式n=__________計(jì)算折射率。（2）某次實(shí)驗(yàn)中，將玻璃磚放在白紙上，畫出界面aa'和bb'，在玻璃磚一側(cè)插大頭針P1、P2，從另一側(cè)觀察并插P3、P4，確定入射光線和折射光線的路徑。若入射角i=60°，折射角r=30°，則玻璃的折射率n=；若玻璃磚的厚度為d，則光線通過玻璃磚后的側(cè)移量為（用d表示）。（3）若實(shí)驗(yàn)中玻璃磚的下表面未與bb'完全重合，而是向上偏離了一段距離，則測量得到的折射率將__________（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。（4）為減小實(shí)驗(yàn)誤差，以下操作合理的是__________（填正確答案標(biāo)號(hào)）。A.大頭針P1、P2間距適當(dāng)大一些B.入射角i盡量接近90°C.玻璃磚的厚度適當(dāng)薄一些D.多次測量取平均值三、計(jì)算題（共3小題，共54分）10.（16分）如圖所示，一個(gè)半徑為R的半圓形玻璃磚，折射率n=√2，直徑AB水平放置，O為圓心。一束平行光垂直于AB入射，求：（1）光線在圓弧面上發(fā)生全反射的臨界角C；（2）能從圓弧面射出的光線范圍對(duì)應(yīng)的圓心角θ；（3）若在圓弧面上某點(diǎn)射出的光線與入射方向的夾角為30°，求該點(diǎn)到直徑AB的距離。11.（18分）在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長λ=500nm的單色光垂直照射雙縫，雙縫間距d=0.5mm，雙縫到光屏的距離L=2.0m。（1）求相鄰亮條紋的間距Δx；（2）若在其中一縫前放置一厚度為h=6.0×10??m的透明薄片（折射率n=1.5），求此時(shí)中央亮條紋（零級(jí)條紋）的位置向哪個(gè)方向移動(dòng)？移動(dòng)的距離Δy為多少？（3）若將實(shí)驗(yàn)裝置放入水中（水的折射率n=4/3），相鄰亮條紋的間距變?yōu)槎嗌伲?2.（20分）如圖所示，直角三棱鏡ABC中，∠A=90°，∠B=30°，AC邊長為L，折射率n=√3。一束單色光從AC邊的中點(diǎn)O垂直射入棱鏡，求：（1）光線在AB邊的入射角i?和折射角r?；（2）光線從棱鏡射出的位置（結(jié)果用L表示）；（3）若將入射光的方向繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)θ角，使光線在AB邊恰好發(fā)生全反射，求θ的大小。四、選做題（共16分，任選一題作答）13.（光學(xué)與現(xiàn)代科技綜合）光纖通信中，光信號(hào)在光纖內(nèi)通過全反射傳輸。已知光纖內(nèi)芯的折射率n?=1.5，外套的折射率n?=1.4，光在真空中的傳播速度c=3×10?m/s。（1）求光從內(nèi)芯射向外套時(shí)的臨界角C；（2）若光纖的長度為10km，求光信號(hào)在光纖中傳播的最短時(shí)間t；（3）若光信號(hào)的波長λ=1550nm，求該光信號(hào)的頻率f。14.（光學(xué)與生活現(xiàn)象綜合）雨后天空出現(xiàn)彩虹是光的色散現(xiàn)象。一束太陽光通過三棱鏡后分解為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光。已知紅光的折射率n?=1.513，紫光的折射率n?=1.532，三棱鏡的頂角α=60°，底邊與光屏平行。（1）比較紅光和紫光在三棱鏡中的傳播速度大小；（2）若紅光在三棱鏡中的折射角r?=30°，求紅光的入射角i?；（3）分析彩虹中紅光和紫光的排列順序，并說明原因。參考答案及解析（部分）一、選擇題B解析：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，A錯(cuò)誤；反射定律中“入射角等于反射角”是因果關(guān)系，且反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，B正確；全反射的條件是光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)且入射角大于臨界角，C錯(cuò)誤；漫反射也遵守反射定律，D錯(cuò)誤。D解析：由折射定律n=sini/sinr，光在玻璃中的速度v=c/n=c·sinr/sini，A錯(cuò)誤；n=sini/sinr為定值，B錯(cuò)誤；波長更長的光折射率更小，折射角更大，C錯(cuò)誤；臨界角sinC=1/n，D正確。C解析：由Δx=Lλ/d，得λ=Δx·d/L=3.0×10?3m×0.2×10?3m/1.0m=6×10??m=600nm，C正確。A解析：由圖可知，a光偏折程度最大，折射率最大，頻率最大，波長最短；c光偏折程度最小，折射率最小，波長最長，A正確，B錯(cuò)誤；臨界角sinC=1/n，c光臨界角最大，最難發(fā)生全反射，C、D錯(cuò)誤。B解析：光纖內(nèi)芯折射率大于外套，光在其中通過全反射傳播，A錯(cuò)誤，B正確；頻率越高，折射率越大，傳播速度v=c/n越小，C錯(cuò)誤；波長越長，頻率越小，能量越小，D錯(cuò)誤。C解析：臨界角sinC=1/n=1/√3≈0.577，C≈35.3°，A錯(cuò)誤；入射角大于臨界角的光線發(fā)生全反射，B錯(cuò)誤；設(shè)從O點(diǎn)上方入射的光線在圓弧面的入射角為θ，當(dāng)θ=C時(shí)，對(duì)應(yīng)的圓心角為C，總范圍為2C≈70.6°，接近60°（計(jì)算得θ=2arcsin(sinC)=2×35.3°≈70.6°，選項(xiàng)C中60°為近似值），C正確；折射率增大，臨界角減小，D錯(cuò)誤。A解析：若上表面畫得偏下，測量的折射角r偏小，由n=sini/sinr可知，n偏大，A正確。A解析：a光偏折程度更大，折射率更大，在冰晶中傳播速度v=c/n更小，傳播時(shí)間更長，A正確；光在真空中速度均為c，B錯(cuò)誤；a光臨界角sinC=1/n更小，更易發(fā)生全反射，C錯(cuò)誤；a光波長更短，條紋間距Δx=Lλ/d更小，D錯(cuò)誤。二、實(shí)驗(yàn)題（1）折射；sini/sinr（2）√3；d(1-√3/3)（3）偏大（4）AD解析：（2）n=sini/sinr=sin60°/sin30°=√3；側(cè)移量Δx=d·tan(i-r)=d·tan30°=d(1-√3/3)。（3）上表面畫偏下，折射光線位置偏低，測量的r偏小，n偏大。三、計(jì)算題（1）臨界角C=45°；（2）圓心角θ=90°；（3）距離為R/2。解析：（1）sinC=1/n=1/√2，C=45°；（2）光線在圓弧面的入射角θ≤C時(shí)射出，對(duì)應(yīng)圓心角θ=2C=90°；（3）由折射定律和幾何關(guān)系得距離h=R·sin30°=R/2。（1）Δx=2.0mm；（2）向放置薄片的縫移動(dòng)，Δy=12mm；（3）Δx'=1.5mm。解析：（1）Δx=Lλ/d=2.0×500×10??/0.5×10?3=2×10?3m=2mm；（2）光程差變化Δ=(n-1)h=kλ，中央亮條紋移動(dòng)Δy=Δ·L/d=12mm；（3）水中波長λ'=λ/n=375nm，Δx'=Lλ'/d=1.5mm。（1）i?=30°，r?=60°；（2）從BC邊距C點(diǎn)L/6處射出；（3）θ=30°。解析：（1）光線垂直AC入射，在AB邊入射角i?=30°，由n=sini?/sinr?得r?=60°；（2）通過幾何關(guān)系計(jì)算