备战2025年高考物理一轮专题复习：光学
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图，将一根筷子竖直插入装有水的圆柱形玻璃杯中，从图中视角观察到筷子在水中的像相比筷子实际位置发生了侧移，且变粗了，下列判断正确的是（ ）
A．筷子在水中的像发生了侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了全反射
B．筷子在水中的像变粗是因为凹透镜的放大作用
C．如将筷子放在圆柱形玻璃杯的中心轴上，也能看到筷子在水中的像发生了侧移
D．如将筷子放在圆柱形玻璃杯中心轴的左侧，则筷子在水中的像向左侧移
2．光纤通信已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着至关重要的作用，光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列说法正确的是（ ）
A．光纤通信依据的原理是光沿直线传播
B．光纤通信具有容量大、抗干扰性强等优点
C．频率越大的光在光导纤维中传播的速度越大
D．光导纤维内芯的折射率比外套的小
3．昏暗路段一般会安装反光道钉用于指引道路，其内部由多个反光单元组成。如图所示，当来车的一束灯光以某一角度射向反光单元时，其中一条光线在P、Q处先后发生两次反射，则下列说法正确的是（ ）
A．经反光单元反射后的出射光线与入射光线会相交
B．反光单元的材料折射率越小，反光效果越好
C．不同颜色的光在反光单元中传播速度不同
D．不同颜色的光在反光单元中传播光路相同
4．如图所示，为了从军事工程内部观察外面的目标，在工程的墙壁上开一长方形的孔，孔内嵌入折射率为的玻璃砖，则嵌入玻璃砖后工事内部人员观察到外界的视野最大张角为（，）（ ）
A．37° B．53° C．74° D．106°
5．图甲为太阳光穿过转动的六边形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六边形冰晶的过程，a、b是其中两种单色光的光路。下列说法正确的是（ ）
A．从冰晶射入空气中发生全反射时，a光比b光的临界角小
B．用同一装置做双缝干涉实验，a光比b光的干涉条纹窄
C．若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则也一定能使a光发生明显衍射现象
D．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光比b光产生的光电子的最大初动能大
6．很多公园的水池底部都装有彩灯，当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，下列光路图中可能存在的一种情况是（ ）
A． B．
C． D．
7．导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点。若一束平行于MN且与MN相距的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点。真空中的光速为c。则（ ）
A．绿光在采光球中的传播速度为
B．红光一定能从N点上方射出
C．若为紫光，折射光线有可能经过O点
D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率
8．如图是一半径为R、横截面为四分之一圆的玻璃柱，截面所在平面内，一束与AC平行的光线从圆弧上的P点入射，直接射到BC界面从M点射出，已知P点到AC界面的距离为，，则该玻璃柱的折射率为（ ）
A． B． C． D．
9．一束激光由光导纤维左端的中心点O以的入射角射入，在光导纤维的侧面以入射角多次反射后，从另一端射出，已知光导纤维总长为3m，光在真空中的传播速度。该激光在光导纤维中传输所经历的时间为（ ）
A． B． C． D．
10．某广场喷泉，在喷泉底部水平安装有五颜六色的圆形彩灯。如图所示，若所有彩灯均为圆盘状，直径均为，灯面到水面的距离均为。已知红光在水中的折射率为，水池面积足够大。则下列说法正确的是（ ）
A．每个灯盘在水面上的发光形状为环形
B．红光灯盘在水面上的发光面积为
C．红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的大
D．灯盘在水中的深度越大，其在水面上的发光面积就越小
二、实验题
11．某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，将刀片在涂有墨汁的玻璃片上划过便可得到单缝、不同间距双缝的缝屏，光电传感器可用来测量光屏上光强的分布。
(1)某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的a、b两种光的光强分布，这位同学在缝屏上安装的是 （选填“单缝”或“双缝”）。
(2)由图乙中两条曲线的特征可知__________。
A．a光频率较大
B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量小
C．以相同的入射角从空气斜射到水中，a光的折射角大
D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光
(3)当做干涉现象研究时，选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，在光屏上可观察到 （选填“更多”“更少”或“一样多”）的条纹个数。
三、解答题
12．如图所示为某种透明介质材料制成的截面为直角梯形的柱体，其中∠A和∠B均为直角，∠BCD=60°。一细光束由AB的左侧与AB边成30°由O点斜射入介质，该细光束在BC边的E发生反射，最后从CD边的F射出，且出射光线与CD边垂直，E、F两位置图中均末标出。已知BC=3OB=30cm，光在空气中的传播速度c=3×108m/s。求：
(1)该透明介质的折射率；
(2)该光束由O经E到F所需的总时间（结果可保留根号）。
13．2023年9月，厦门北站甬广场投入运营，它是国内首个大规模应用智能阳光导入系统的铁路站房，照射面积7000平。每年节电相当于减排960吨二氧化碳。“智能阳光导人系统”可以跟随并收集太阳光，并过滤掉紫外线等有害射线，再通过反射率高达的光纤导人室内或者是地下空间，可以解决采光问题。某同学受其启发，为增强室内照明效果，在水平屋顶上开一个厚度为，直径的圆形透光孔，将形状、厚度与透光孔完全相同的玻璃砖嵌入透光孔内，玻璃砖的折射率，下图为透光孔的侧视图。求：
(1)入射到透光孔底部中央点处的光线范围比嵌入玻璃砖前增加了多少度；
(2)嵌入折射率至少多大的玻璃砖可使入射到透光孔底部中央点处的光线范围最大。
14．如图所示，正三角形ABC为玻璃薄板，以正三角形ABC的几何中心O点为圆心挖出一圆孔（可视为真空），现将一点光源放置在O点处，该光源向各方向均匀发光且发射波长为的蓝光，CH为AB边的中垂线。已知光在真空中的传播速度为c，蓝光在正三角形ABC玻璃薄板中传播的波长为，求：
(1)蓝光在玻璃薄板中传播时的速度；
(2)正三角形ABC玻璃薄板对蓝光的折射率；
(3)射到AB边的光子中能直接从AB边射出和不能直接从AB边射出的光子个数比（不考虑多次反射）。
15．如图，直角三角形ABO为一棱镜的截面，，，一束光线垂直于AO从D点射入棱镜，经AB边反射后，从BO边上的F点沿平行于AB边的方向射出。
(1)求棱镜的折射率；
(2)若将光线从F点入射，调整入射角，使其在AB边上恰好发生全反射，求这种情况下光线从F点入射时入射角的正弦值。
16．如图所示，一位身高的游泳运动员竖直在深的清澈泳池中，某时刻脚底到池底距离为。此时可视为平行光的太阳光线与水面夹角为，水对太阳光的折射率为。求：
(1)太阳光线进入水中的折射角：
(2)此时池底运动员影子的头顶处到身体正下方的距离。（计算结果保留1位小数）
参考答案：
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 D B C D C C B B A C
1．D
【详解】A．筷子在水中的像发生了侧移是因为水中筷子反射的光在玻璃壁处发生了折射。故A错误；
B．筷子在水中的像变粗是因为凸透镜的放大作用。故B错误；
C．如将筷子放在圆柱形玻璃杯的中心轴上，则水中筷子反射的光不发生偏折，不能看到筷子在水中的像发生了侧移。故C错误；
D．如将筷子放在圆柱形玻璃杯中心轴的左侧，根据折射定律可知，光线在空气中的折射角大于在水中的入射角，光路图如图所示，
可知筷子在水中的像向左侧移。故D正确。
故选D。
2．B
【详解】AD．光纤通信依据的原理是光的全反射，光导纤维内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。故AD错误；
C．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据
可知，它在光导纤维中传播的速度越小。故C错误；
B．光纤通信具有容量大、抗干扰性强等优点。故B正确。
故选B。
3．C
【详解】A．补充光路图，如图所示
设光线在反光单元内发生两次反射的反射角分别为和，根据几何知识可知
故有
PO与QM平行，根据光路的可逆性，可知经反光单元反射后的出射光线与入射光线方向平行，故经反光单元反射后的出射光线与入射光线不会相交，故A错误；
B．反光单元的材料折射率越小，光发生全反射的临界角越大，光在反光单元内越不容易发生全反射，有部分光将在反光单元的直角边界处发生折射，故最后从斜边折射出去的光越少，反光效果越差，故B错误；
CD．不同颜色的光在反光单元中的折射率不同，折射后光路不会重合，根据，可知不同颜色的光在反光单元中的传播速度不同，故C正确，D错误。
故选C。
4．D
【详解】军事设施内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标，光路如图所示
由几何关系有
解得
根据折射定律有
解得
则最大张角为
故选D。
5．C
【详解】A．由图乙知在冰晶中a光的折射率小于b光的折射率，由
可知，从冰晶射入空气中发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角，故A错误；
B．因折射率
则频率
根据
可知波长
由双缝干涉条纹间距公式
可知，a光的干涉条纹比b光的宽，故B错误；
C．单缝能使b光产生明显衍射，说明单缝宽度小于或接近b光波长，由于a光波长大于b光波长，所以单缝宽度一定小于或接近a光波长，a光一定发生明显衍射，故C正确；
D．由光电效应方程
可知，a光比b光产生的光电子的最大初动能小，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】D．光线射到水面时一定发生反射，所以反射光中红光和蓝光都有，故D不可能；
BC．由于水对红光的折射率比对蓝光的折射率小，由临界角公式
可知，红光的临界角比蓝光的大，所以在水面上若蓝光发生全反射，则红光可能不会发生全反射，故C可能，B不可能；
A．当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律
可知，水对红光和蓝光的折射率不同，由于水对红光的折射率比对蓝光的折射率小，从水面射入空气时，在入射角相等的情况下，红光折射角小，故A不可能。
故选C。
7．B
【详解】A．根据题意画出绿光的光路图，如图所示，根据几何关系有
采光球对绿光的折射率
则绿光在采光球中的传播速度为
故A错误；
B．该种透明材料对红光的折射率比对绿光的小，则红光一定能从点上方射出，故B正确；
C．紫光的折射光线不可能经过点，如果经过点，折射角为0°，C错误；
D．光由光密介质射向光疏介质可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】光路图，如图所示
由几何关系可知，光线在AB界面的入射角为i，则
所以
光线在BC界面的入射角i ，则
所以
光线在AB界面的折射角r，则
解得
由折射定律可得
故选B。
9．A
【详解】由题意可知，光的入射角，由几何知识可知，折射角
由折射定律可知，折射率
激光在光导纤维中经过一系列全反射后从右端射出，设激光在光导纤维中传播的距离为s，光路图如图所示
由几何知识得
光在光导纤维中的传播速度
该激光在光导纤维中传输所经历的时间
代入数据解得
故选A。
10．C
【详解】A．因为彩灯为圆盘状，所以每个灯盘在水面上的发光形状为圆形，故A错误；
B．
设红光在水面发生全发射时临界角为
由得
即临界角
由几何关系可得，红光灯盘在水面上的发光面积直径为
红光灯盘在水面上的发光面积为
故B错误；
C．无论是何种光，灯盘在水面上的发光面积直径都满足上一选项中的
灯盘在水面上的发光面积为
又因为红光的频率小于绿光，所以红光的折射率小于绿光，即
又由公式得
即临界角
结合面积公式可得红光灯盘在水面上的发光面积比绿光灯盘的大。故C正确；
D．结合上一选项中的水面发光面积公式
可知，同一颜色灯盘在水中的深度越大，其在水面上的发光面积就越大，故D错误。
故选C。
11．(1)单缝
(2)A
(3)更多
【详解】（1）由题图乙可知，条纹中间宽、两边窄，是衍射条纹，这位同学在缝屏安装的是单缝。
（2）由于a光衍射条纹间距较小，则a光波长较短。
A．根据，可知a光频率较大，故A正确；
B．在同一介质中，频率大的光折射率大，因此a光折射率更大，偏转角度更大．因此以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，a光侧移量大，故B错误；
C．由于a光折射率更大，根据折射定律，可知a光折射角较小，故C错误；
D．a光频率较大，折射率较大，根据知a光临界角较小，以相同的入射角从水中射入空气，a光先发生全反射，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故D错误。
故选A。
（3）根据，可知选用间距较大的双缝相比于间距较小的双缝，条纹间距小，在光屏上可观察到更多条纹个数。
12．(1)
(2)
【详解】（1）作出细光束在透明介质中的光路图，如图所示
由几何关系知入射角
折射角
由折射定律
解得
（2）光在透明介质材料中的传播速度
由几何关系可知
则
光束由O经E到F的路程为
则上述过程所用的时间
13．(1)
(2)2
【详解】（1）由几何关系知折射角为
根据折射定律
解得
入射角
则入射角比嵌入玻璃砖前增大
所以入射光线范围比嵌入玻璃砖前增大了。
（2）要使入射到透光孔底部中央点处的光线范围最大，则入射光范围接近，即入射角为，而折射角不变，则折射率
14．(1)
(2)
(3)
【详解】（1）设蓝光在玻璃薄板中传播时的速度为，由波速公式、折射率和波速关系可得
解得
（2）正三角形ABC玻璃薄板对蓝光的折射率
（3）如图所示
设点为光线在区域恰好发生全反射的点，设玻璃介质的临界角为，由临界角公式可得
解得
易得
对于玻璃薄板段，由几何关系可得出段区域的入射角大于临界角，发生全反射无光线射出，区域对应光线的入射角小于临界角，由于各方向发光均匀，则辐射区域光子数目与辐射角成正比，对区域，设能够射出的光子数为，不能射出的为，可得
由于段和段对称，故射到边的光子能直接从边射出和不能直接从边射出的光子个数比为。
15．(1)
(2)
【详解】（1）画出光路图，如图所示
由折射定律得
由几何关系可知
，
解得
（2）光线从F点入射时，画出光路图，如图所示
由折射定律得
光线在AB边上恰好发生全反射，设入射角为C，则
由几何关系得
联立，解得
16．(1)30°
(2)2.0m
【详解】（1）光线射到水面上的入射角为
i=45°
根据
可得折射角
r=30°
（2）由几何关系可知
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