专题十 光学——高考物理二轮复习典例分析及重难突破
【典例分析】
一、折射成像
1.光在透明介质中传播时，因折射而改变传播方向，观察到的发光体位置发生变化。根据折射或全反射作成像图，结合几何关系确定光学量或几何量。
2.作图的三点提示
1）“两判断”，光从哪里来，要到哪里去；
2）“一借助”，可逆原理；
3）“一规范”，规范作图。
二、光路控制 光的色散
1.光路的控制
1）平行玻璃砖
①结构：玻璃砖上下表面是平行的。
②对光线的作用：通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移。
③应用：测定玻璃的折射率。
2）三棱镜
①结构：横截面为三角形。
②对光线的作用：通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折。
③应用：全反射棱镜，改变光的传播方向。
三、全反射的应用模型——光导纤维
1.构造
由内芯和外套组成，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。
2.原理：光的全反射
3.方法：光也是一种电磁波，也可以像无线电波那样，作为载体来传递信息。载有声音、图像以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可以传到千里以外的另一端，实现光纤通信。
4.优点：光纤通信的主要优点是容量大。此外，光纤通信还有衰减小、抗干扰性强等多方面的优点。
四、薄膜干涉模型
1．成因：薄膜前表面和后表面分别反射出来的两列光波的叠加。这两列波是同一光源发出，经薄膜前后表面反射的，所以是相干波。由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的亮暗条纹。
2．如果膜的厚度为d，则前后表面的反射光的光程差为2d。
1）当2d是光波半波长的偶数倍时，出现亮条纹；
2）当2d是光波半波长的奇数倍时，出现暗条纹。
3．如果膜的厚度均匀变化，若用单色光照射，相邻的条纹间的距离是相等的，若用白光照射，则在薄膜某一厚度的地方某一波长的光反射后增强，而另一些波长的光反射后减弱，这样播磨上就出现彩色条纹。
【高考真题】
一、单选题
1．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．现有一束光以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的溶液甲、乙中，折射光线如图所示（），已知NaCl的溶液的折射率随NaCl浓度增大而增大。则( )
A.甲溶液折射率较大 B.甲溶液NaCl浓度较小
C.光在甲溶液中的传播速度较大 D.光在甲中发生全反射的临界角较大
二、多选题
3．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，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
4．[2024年浙江高考真题]在如图所示的直角坐标系中，平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面（z轴垂直纸面向外）。在介质Ⅰ中的P（0，）处有一点波源，产生波长为λ、速度为v的波。波传到介质Ⅱ中，其速度为，图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，此时波源也恰好位于波峰。M为连线的中点，入射波与反射波在O点相干加强，则( )
A.介质Ⅱ中波的频率为 B.S点的坐标为
C.入射波与反射波在M点相干减弱 D.折射角α的正弦值
三、实验题
5．[2024年湖北高考真题]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和，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴，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作的垂线是垂足，并用米尺分别测量的长度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”）。
【重难突破】
1.一束激光以入射角照射液面，其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B，如图所示，如果反射光斑位置向左移动了2cm，说明液面可能( )
A.上升了cm B.上升了cm C.下降了cm D.下降了cm
2.如图所示，ABC是顶角为30°的等腰三棱镜的横截面，两束相同的单色光a和b分别从AB边上的O点以相等的入射角θ射入棱镜，OC为法线，a、b光线均位于ABC的平面内，且a光恰好垂直AC射出棱镜。已知该单色光在棱镜内的折射率为，不考虑没有发生全反射光线的二次反射，则下列说法正确的是( )
A.两束光的入射角大小为
B.仅增大入射角，a光可能不会从AC面上射出
C.b光离开棱镜时的出射光线相对入射光线的方向偏转了90°
D.a光离开棱镜时的出射光线相对入射光线的方向偏转了15°
3.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表面射出。已知该玻璃对蓝光的折射率为1.4，设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为和，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中( )
A.始终大于 B.始终小于
C.先大于后小于 D.先小于后大于
4.为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图甲所示，空气水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是( )
A.a光发生全反射的临界角大
B.a光的频率小于b光
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小
5.正定南城门护城河水下装有红绿两色彩灯，如图，A、B为水下同一深度处两个相距较远的彩灯（均可看做点光源），夜晚站在桥上附看平静的水面，灯A在水面形成的亮斑的半径较大，下列说法正确的是( )
A.灯A是绿色光源
B.在水中灯A发出的光的传播速度小于灯B发出的光的传播速度
C.灯A发出的光的光子能量大于灯B发出的光的光子能量
D.灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，屏幕上相邻亮条纹间距
6.如图所示为某透明介质制成的棱镜截面，该截面由扇形和直角三角形构成，已知，，一细光束由平面上的A点斜射入棱镜，细光束在D点刚好发生全反射，已知弧长等于弧长的3倍，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是( )
A.该透明介质的折射率为
B.光束在A点入射角的正弦值为
C.光线第一次射出棱镜时从边射出
D.光束从A点射入到第一次从棱镜中射出的时间为
7.如图所示，泳池底有一个点光源P，只有在锥形范围内的光线才能从水面射出，MN为圆锥底面的一条直径。已知池水深，圆锥的母线与水平方向所成的角为θ（），光在空气中的传播速度，下列说法正确的是( )
A. θ为水的临界角
B.水的折射率为
C.水面上亮斑的面积为
D.光在水中传播的最短时间为
8.为模拟光在光导纤维中的传播原理，取一圆柱形长直玻璃丝进行实验。如图所示，纸面内有一束激光由空气中以的入射角射向玻璃丝的AB端面圆心O，恰好在玻璃丝的内侧面发生全反射，此时内侧面入射角为θ。下列说法正确的是( )
A.
B.玻璃丝只能传播特定频率的光
C.激光由空气中进入玻璃丝后，其波长不变
D.减小入射角α，激光在玻璃丝中仍能发生全反射
9.某兴趣小组剪裁、拼接偏振片来显示偏振光的偏振方向。先将偏振片按图甲的虚线剪出18片顶角为20°的等腰梯形，偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行，后将其拼接成圆环如图乙，制作成了“新型偏振片”。将“新型偏振片”放置在液晶屏幕前，观察液晶屏幕发出的白色偏振光，可能观察到的现象是( )
A. B. C. D.
10.如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是：( )
A.A、B均不变 B.A、B均有变化
C.A不变，B有变化 D.A有变化，B不变
11.（多选）固定的半圆形玻璃砖横截面，O点为圆心，为直径MN的垂线。一足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则( )
A.玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C.时，光屏上有2个光斑
D.时，光屏上只有1个光斑
12.（多选）折光仪浓度计是利用光的折射原理制成的，光从空气进入某种溶液介质发生偏折，对于不同浓度的溶液，光的偏折程度不同。可以根据预先建立的浓度与折射率之间的标准图像来推测出溶液的浓度。用同一种光照射酒精溶液和氯化钠溶液，折射率n与酒精溶液和氯化钠溶液的浓度c之间的关系图像如图所示。在同一浓度的情况下，下列说法正确的是( )
A.光通过酒精溶液的偏折程度大于通过氯化钠溶液的偏折程度
B.光在酒精溶液中传播的速度大于在氯化钠溶液中传播的速度
C.若增大光的入射角，则光在酒精溶液中先发生全反射
D.光通过相同距离，在酒精溶液中的时间大于在氯化钠溶液中的时间
13.（多选）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光。下列说法正确的是( )
A.内芯折射率小于外套的折射率
B.内芯材料对a的折射率比对b的折射率小
C.在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光小
D.入射角i由0°逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失
E.分别经过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距比b光的大
14.（多选）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截面如图所示.在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为θ.一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽.已知相邻两棱镜斜面间的距离为d，脉冲激光中包含两种频率的光a，b，它们在棱镜中的折射率分别为和.下列说法正确的是( )
A.
B.三棱镜顶角θ的最大正弦值为
C.若，两束光在第二个三棱镜上的入射点间的距离为
D.若，两束光通过整个展宽器的过程中在空气中的路程差为
15.（多选）半径为R的半圆柱形玻璃砖置于空气中，其横截面如图所示，O为圆心，AB面水平，设光在空气中的传播速率为c、一束单色光与水平面成45°角照射到AB面上的D点，D为OA中点，折射光线刚好照射到圆弧最低点C，光线在C点折射后照射到地面上的E点（图中未画出），现将入射点从D点移到O点，保持入射方向始终与原入射方向平行，最终光线也照射到地面上的E点，不考虑光的反射。则下列说法正确的是( )
A.玻璃砖对光的折射率为 B.C点到E点的距离为2R
C.C点离地面的高度为R D.光在玻璃砖中的传播速率为
16.利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距，双缝到光屏间的距离。实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。
（1）实验中，选用红色滤光片测量红光波长，当分划板的中心刻线与第3条亮条纹的中心对齐时，手轮上读数为，转动手轮，使分划线向一侧移动，当分划板的中心刻线与第8条亮条纹的中心对齐时，手轮上示数如图2所示，其读数为_______，由以上数据求得红光的波长为_______m（结果保留3位有效数字）。
（2）用单色光照射双缝后，在目镜中观察到如图3所示的情形。若其他操作无误，想对图中的情形进行调整，则需要的操作是( )
A.前后移动透镜 B.左右拨动拨杆 C.其他不动，同步旋转单缝和双缝
（3）关于本实验，下列说法正确的是( )
A.增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大
B.减小双缝间距，干涉条纹间距减小
C.若挡住双缝中的一条缝，屏上也会有条纹
D.去掉滤光片后，干涉现象消失
17.某实验小组要测量一半圆形玻璃砖的折射率。他们先在平铺的白纸上画出半圆形玻璃砖的直径和圆心O，过O点画法线，并画出一条入射光线，与法线的夹角为30°。将半圆形玻璃砖沿着直径放好，紧贴b点放置与法线平行的光屏，如图1所示。现用一红色激光笔沿着方向射入一束光，在光屏上的P点出现一个光斑。用刻度尺测出玻璃砖的半径为R，。
（1）玻璃砖的折射率_______；（结果用分数表示）
（2）若实验过程中，实验小组的同学不小心将玻璃砖向左下方平移，但入射光线仍能通过玻璃砖的圆心，如图2所示。在光屏上出现一个光斑，小组同学将此光斑仍记作P点，并在白纸上连接两点作为出射光线，则此时测得的折射率_______（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值；
（3）若改用绿色激光笔照射，其他条件不变，则光屏上的光斑会出现在_______。（选填“P点上方”“P点下方”或“P点”）
18.如图甲所示，在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将实验仪器按要求安装在光具座上，并选用缝间距的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离。接通电源使光源正常工作。
（1）由理论分析可知，波长为λ的单色光在双缝干涉实验中形成干涉条纹，其相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距______（用已知量字母表示）。
（2）用某种单色光照射双缝得到如图乙所示的干涉条纹，测量头手轮示数如图丙所示，则分划板中心刻线在图乙中B位置时手轮示数为______。
（3）若已知分划板中心刻线处于A位置时，手轮示数为，则该单色光的波长______m（结果保留2位有效数字）。
19.神秘的光
光的行为曾令物理学家感到困惑。双缝干涉、光电效应等具有里程碑意义的实验。逐渐揭开了光的神秘面纱。人类对光的认识不断深入，引发了具有深远意义的物理学革命。
（1）在“用双缝干涉实验测量光的波长”的实验中，双缝间距为d，双缝到光强分布传感器距离为L。
①实验时测得N条暗条纹间距为D，则激光器发出的光波波长为______。
A. B. C. D.
②在激光器和双缝之间加入一个与光束垂直放置的偏振片，测得的干涉条纹间距与不加偏振片时相比______。
A.增加 B.不变 C.减小
③移去偏振片，将双缝换成单缝，能使单缝衍射中央亮纹宽度增大的操作有______。（多选）
A.减小缝宽 B.使单缝靠近传感器
C.增大缝宽 D.使单缝远离传感器
（2）某紫外激光波长为λ，其单个光子能量为______。若用该激光做光电效应实验，所用光电材料的截止频率为，则逸出光电子的最大初动能为______。（普朗克常量为h，真空中光速为c）
20.1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。洛埃镜实验的基本装置如图所示，S为单色光源，M为一平面镜。S发出的光直接照在光屏上，同时S发出的光还通过平面镜反射在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，这样就形成了两个一样的相干光源。设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和l，光的波长为λ。
（1）写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离的表达式。
（2）通过画图进行光路分析，标出光屏上出现干涉条纹的范围。
21.科学家设计的“光环”如图所示，“光环”由光纤弯曲而成，圆心为O，半径分别为R和2R。AB部分是超薄板，其上有一发光点C，从C位置能向右发射出水平光线，发现该光线在“光环”中的路径恰好构成一个正方形，且没有光线从“光环”射出。光在真空中的速度用c表示。求：
（1）光在“光环”的折射率的最小值；
（2）光线在“光环”中运行的最短时间。
22.如图为空气中两个完全相同的透明半球体介质，半径均为R，底面水平平行错开放置且竖直间距为，其折射率未知。一束单色光与竖直方向成30°角沿半球体甲的半径射入，射出后恰好射向另一半球体乙底面的圆心处，并从半球体乙射出；当该单色光与竖直方向成45°角同样沿半球体甲的半径射入时，光线恰好未从半球体甲的底面射出。，，求：
（1）该介质的折射率n；
（2）两半球体球心错开的水平距离s。
23.为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔。假定坦克壁厚20cm，孔左右两边的距离为30cm。孔内安装一玻璃，厚度与坦克壁厚相同，ABCD为玻璃的截面，如图所示。用一束激光从A点与水平方向成37°射入玻璃，恰好从CD边中点射出，已知，，光在真空中的传播速度为。求：
（1）光线在玻璃中由A点传播至CD边中点所需的时间；
（2）坦克内的人从AB中点向外观察能看到的外界角度范围。
24.如图所示，截面为等腰直角三角形ABC的玻璃砖，折射率。一束频率的光线从AB中点垂直射入棱镜，从BC射出后，进入双缝干涉装置。已知AC长度，双缝间距，双缝到光屏的距离，光在真空中的传播速度。
（1）通过计算判断光线能否在AC面发生全反射；
（2）求光线在玻璃砖中传播的时间t；
（3）求光屏上两相邻亮条纹中心间的距离。
25.如图，边长为a的等边三角形ABC是一中空玻璃棱镜的横截面，中空部分是圆心在三角形垂心O处、半径为的圆。让一束激光从AB边的D点以45°的入射角射入棱镜，光线恰能沿平行于BC边的直线，经O点后从AC边射出。
（1）求玻璃的折射率n；
（2）若保持入射角45°不变，使入射点沿AB边向A点缓慢移动，当入射点移至E点（图中未画出）时，恰好没有光线进入中空部分，求A、E两点间的距离x。
答案以及解析
【高考真题】
1．答案：B
解析：A.红光的频率比绿光的频率小，则红光的折射率小于绿光的折射率，在面，入射角相同，根据折射定律
可知绿光在面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误；
B.根据全反射发生的条件可知，红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与面的交点左移过程中，在面的入射角先大于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；
C.在面，光是从光疏介质到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；
D.根据折射定律可知，θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。
故选B。
2．答案：A
解析：入射角相同，由于，根据折射定律可知，故甲浓度大；根据，可知光线在甲中的传播速度较小，由可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。故选A。
3．答案：ABC
解析：A.根据几何关系可知从材料内发生折射时光线的折射角为60°，故折射率为
故A正确；
B.设临界角为C，得
故，若，会发生全反射，光线c消失，故B正确；
C.由于光线b为反射光线，反射角等于入射角，故当入射光a变为白光，光线b为白光，故C正确；
D.对同种介质，紫光的折射率比红光大，故若入射光a变为紫光，折射角将变大，光线b和c不会垂直，故D错误。
故选ABC。
4．答案：BD
解析：波从一种介质到另一种介质，频率不变，则介质Ⅱ中波的频率与介质Ⅰ中的相等，为，A错误；介质Ⅱ中波的波长，由于图示时刻波源也恰好位于波峰，，则O点此时也位于波峰，又此时介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x轴和y轴分别交于R和S点，所以线段OS长为介质Ⅱ中的一个波长，故S点的坐标为，B正确；由于入射波与反射波在O点相干加强，所以该波在分界面发生反射前后瞬间的振动步调相同，所以入射波与反射波在M点相干加强，C错误；介质Ⅰ相对介质Ⅱ的折射率，根据题意可知，图示时刻P、R间比P、O间多一个波峰，且P、O、R均处于波峰，故，入射角的正弦值，则折射角的正弦值，D正确。
5．答案：（1）B
（2）1.58（1.56~1.60均可）
（3）不变
解析：（1）在本实验中，为了减小测量误差，入射角应适当大些，因为入射角越大，折射角也越大，则入射角和折射角的测量误差都会减小，从而使折射率测量的误差减小，A错误；与插针法测量相比，激光的平行度好，能更准确地确定入射光线和折射光线，从而更有利于减小实验误差，B正确；选择圆心O点作为入射点，是因为便于计算，并不是因为此处的折射现象最明显，C错误。
（2）设入射角为α、折射角为β、半圆弧轮廓线半径（玻璃砖半径）为R，则由几何关系可知，根据折射定律可得玻璃砖的折射率，结合题图（b）可知图像的斜率为该玻璃砖的折射率，故该玻璃砖的折射率。
（3）由（2）问分析可知折射率的表达式中没有半圆弧轮廓线半径R，所以轮廓线半径的测量误差对实验结果没有影响，即折射率的测量结果不变。
【重难突破】
1.答案：A
解析：如图所示
光斑左移2cm，则液面上升为
故选A。
2.答案：D
解析：A.a、b两束光的光路图如图所示，两束光在AB面上入射角相等，则折射角相等，设折射角为β，由a的光路可知折射角
根据折射定律有
得
故A错误；
B.仅增大入射角，a光的折射光向A点移动，但入射角不会超过，不会发生全反射，a光会从AC面上射出，故B错误；
C.由几何知识可得
b光在BC面的入射角为
恰好发生全反射
设光线EF在AC面的法线为MN，则入射角为
设折射角为α，有
则有
待求的角为
故C错误；
D.a光离开棱镜时的出射光线相对入射光线的方向偏转了
故D正确。
故选D。
3.答案：D
解析：设折射角为α，玻璃砖的厚度为d，由折射定律
且
在玻璃砖中的时间为
因为红光的折射率小于绿光的折射率，则红光的折射角大于蓝光的折射角，根据题意可知，蓝光的折射律为，可知蓝光的折射角大于45°，那么红光的临界角也大于45°，两种光线在θ从0°逐渐增大到90°的过程中，折射角的2倍先小于90°后大于90°，则先小于后大于。故选D。
4.答案：C
解析：A.做出光路图，如图所示
在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，故A错误；
C.根据
水对a光的折射率大于对b光的折射率，故C正确；
B.根据
知a光在水中的传播速度比b光小，a光的频率高于b光，故B错误；
D.a光的频率较高，则波长较小，根据
用同一装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，故D错误。
故选C。
5.答案：D
解析：A.灯A在水面形成的亮斑的半径较大，可知灯A发出的光的临界角较大，根据
可知折射率较小，频率较小，则灯A是红色光源，选项A错误；
B.根据
可知，在水中灯A发出的红光的传播速度大于灯B发出的绿光的传播速度，选项B错误；
C.红光频率小于绿光频率，根据光子能量公式可知，灯A发出的光的光子能量小于灯B发出的光的光子能量，选项C错误；
D.灯A、B发出的光用同一装置做双缝干涉实验，根据
可知，屏幕上相邻亮条纹间距红光的条纹间距较大，即
选项D正确。
故选D。
6.答案：D
解析：A.由题意，弧等于弧的2倍，则弧所对应的圆心角为，所以为正三角形，光束在棱镜中的临界角为，由临界角公式得
解得
故A错误；
B.设光束在A点的入射角为i，光束由A点射入棱镜的折射角为，由折射定律得
解得
故B错误；
C.光线在D点的反射光线与垂直，光在面的入射角为，即光线在面发生全反射，光线射到面时的入射角为，小于临界角，光线第一次射出棱镜时从边射出，故C错误；
D.作出光束在棱镜中的光路图，如图所示
由以上分析可知，光线在D点的反射光线与垂直，假设垂足为G，由几何关系，则
又
又由几何关系得
光在棱镜中传播的距离为
光在棱镜中的速度为
光束从A点射入到第一次从棱镜中射出的时间
故D正确。
故选D。
7.答案：D
解析：A.由光路图知，发生全反射时的临界角为，A错误；
B.由折射率公式知
由图可知
故折射率为
B错误；
C.由题知，只有在锥形范围内的光线才能从水面射出，设锥形范围半径为r，距离为x，则根据几何关系知
代入得
则
代入得
水面上亮斑的面积为
代入得
C错误；
D.由公式知
代入得
则光在水中传播的最短时间为
D正确；
故选D。
8.答案：D
解析：A.根据折射定律有
解得
故A错误；
B.玻璃丝可以传播不同频率的光，故B错误；
C.激光由空气中进入玻璃丝后，传播速度改变，则波长改变，故C错误；
D.减小入射角α，则折射角减小，光在玻璃丝的内侧面入射角增大，大于临界角，发生全反射，故D正确。
故选D。
9.答案：A
解析：因为偏振片透振方向与各个等腰梯形的对称轴均平行，则假设沿某一方向偏振的光的偏振方向与该等腰梯形的偏振片的透振方向相同，则光线最强，与之共线对称的另一个等腰梯形透振方向也是与该偏振光平行的，光线也是最强的；与之垂直的两个等腰梯形的透振方向与该偏振光的方向垂直，则光线最暗，可知可能观察到的现象是图A所示。故选A。
10.答案：C
解析：白炽灯的光线沿各个方向的都有，旋转偏振片P，A点光的强度不会变化；
而偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽，旋转偏振片P，PQ放置的方向不同，通过P的光线有一部分不能通过Q，所以通过Q的光线在B点强度会发生变化。
选项C正确，ABD错误。
故选C。
11.答案：ACD
解析：A.根据题意，当θ角逐渐增大时，A光的光斑先消失，则表明A光在MN界面发生了全反射，A光的临界角较小，根据
可知玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，故A正确；
B.根据
玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，则A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，故B错误；
C.当时，A光发生全反射，B光既有反射光也有折射光，光屏上有2个光斑，故C正确；
D.当时，A、B光均发生全反射，光屏上仅有反射光，所以光屏上只有1个光斑，故D正确。
故选ACD。
12.答案：AD
解析：A.由题图可知，光通过酒精溶液的折射率更大，则光通过酒精溶液的偏折程度大于通过氯化钠溶液的偏折程度，A正确；B.光通过酒精溶液的折射率大于光通过氯化钠溶液的折射率，由光在介质中的传播速度公式可知，光在酒精溶液中传播的速度小于在氯化钠溶液中传播的速度，B错误；C.由于光从空气进入某种溶液介质发生偏折，即光从光疏介质进入光密介质，因此光不会产生全反射，C错误；D.由于光在酒精溶液中传播的速度小于在氯化钠溶液中传播的速度，因此光通过相同距离，在酒精溶液中的时间大于在氯化钠溶液中的时间，D正确。故选AD。
13.答案：BDE
解析：A.光纤通信是利用光在纤维内部发生全反射，则需要光从光密介质射向光疏介质，则内芯折射率大于外套的折射率，故A错误；
B.根据光路由折射定律有
因入射角相同，而，则，故B正确；
C.光在介质中传播时，波速为
因，则，即在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大，故C错误；
D.根据全反射的条件为
因，则，即a光的临界角大，所以入射角i由0°逐渐增大时，折射角r逐渐增大，而全反射的入射角为逐渐减小，则a单色光一定先发生全反射，a光的全反射现象先消失，故D正确；
E.因，则，而由可知，再由根据双缝干涉的条纹间距公式可知，经过同一双缝干涉装置a光的条纹间距比b光的大，故E正确。
故选BDE。
14.答案：BD
解析：根据光路图可知，a光折射率小于b光折射率，故，A错误；由几何关系可得，光线在第一个三棱镜右侧斜面上的入射角等于θ，要使得两种频率的光都从左侧第一个棱镜斜面射出，则θ需要比两种频率光线的全反射角都小，设C是全反射的临界角，根据折射定律得，折射率越大，临界角越小，代入较大的折射率得，B正确；脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为和，由折射定律得，，可得，，根据三角函数知识可得，，，，，两束光在第二个三棱镜上的入射点间的距离，C错误；设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为和，则，，，联立解得，D正确.
15.答案：CD
解析：A.画出光路如图：
光线在AB面上的入射角为
根据几何关系有
则
折射率为
故A错误；
BC.因DC平行于OE，则
根据几何关系有
，，
联立解得
故B错误，C正确；
D.因为
光在玻璃砖中的传播速率
故D正确。
故选CD。
16.答案：（1）13.870；
（2）C
（3）AC
解析：（1）手轮上示数如图2所示，其读数为
依题意，相邻亮条纹间距为
又
代入数据，解得
（2）AB.前后移动透镜会影响进光量进而影响条纹亮度，拨动拨杆的作用是为了使单缝和双缝平行，获得清晰的干涉图样，因为已有清晰图样，不用调节。故AB错误；
C.图中成因是单双缝与分划板的中心刻线不平行，所以需要旋转单双缝使分划线与干涉条纹平行。故C正确。
故选C。
（3）AB.根据
可知增大双缝到屏的距离，干涉条纹间距增大。减小双缝间距，干涉条纹间距增大。故A正确；B错误；
C.若挡住双缝中的一条缝，屏上会有单缝衍射条纹。故C正确；
D.去掉滤光片后，入射光是复合光，而两列光相干的条件是他们的频率相同，故能发生干涉现象，但条纹是彩色的。故D错误。
故选AC。
17.答案：（1）
（2）大于
（3）P点下方
解析：（1）由题意可知，入射角为，折射角与大小相等，且
根据折射定律可得玻璃砖的折射率为
（2）作出光线的传播路径如图所示
点为实际光屏上出现的光斑点，由折射率和几何知识可知，出射光线与平行，连接作为出射光线，则折射角偏大，因此测得的折射率大于真实值。
（3）若改用绿色激光笔照射，玻璃对绿光的折射率大，光屏上的光斑会出现在P点下方。
18.答案：（1）（2）15.078/15.077/15.079（3）
解析：（1）在双缝干涉实验中，由相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距与波长的关系可得
（2）分划板中心刻线在图乙中B位置时手轮示数为
（3）由题意可知
因为
由图可知，相邻的两个亮条纹或暗条纹的中心间距为
联立可得，该单色光的波长为
19.答案：（1）①B；②B；③AD
（2）；
解析：（1）①条暗条纹间距为D，说明条纹间距
又
解得
故选B。
②加偏振片不会改变光的波长，因此条纹间距不变，B正确。
故选B。
③移去偏振片，将双缝换成单缝，则会发生单缝衍射现象，根据单缝衍射规律，减小缝的宽度、增加单缝到光屏的距离可以增大中央亮纹宽度。
故选AD。
（2）单个光子频率为
根据普朗克量子化思想，单个光子能量
所用光电材料的截止频率为，则逸出功为
根据爱因斯坦光电效应方程可知，逸出光电子最大初动能为
20.答案：（1）；（2）见解析
解析：（1）从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看做双缝干涉，所以之间的距离为d，而光源S到光屏的距离可以看做双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式，因为
所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离
（2）根据作图法如图所示，其中阴影部分为发生干涉的区域
21.答案：（1）（2）
解析：（1）因为没有光线从“光环”射出，说明发生的都是全反射，如图所示
由几何关系可知θ为，则全反射的临界角满足
可得
则光在“光环”的折射率的最小值为。
（2）光线在“光环”中传播的时间为
可知光线在“光环”中运行的最短时间为。
22.答案：（1）（2）
解析：（1）当入射角为时，光线恰好未从半球体甲的底面射出，说明此时光线恰好发生全反射现象。临界角为。由
得
（2）以入射角沿半球体甲的半径射入，在半球甲底面发生折射现象，设此时入射角为r，折射角为i，由题意知，根据折射定律，有
得
由几何关系，两半球体球心错开的水平距离为
23.答案：（1）（2）
解析：（1）光线从A点射入时的光路图如图所示
光线从A点射入时的折射角为
则
在A点由光的折射定律可知
光在玻璃中的传播速度为
光的路程为
故光线在玻璃中由A点传播至边中点所需的时间
（2）坦克内的人从AB中点向外观察时，看到的范围如图所示
由几何关系得
由光的折射定律可知
解得
坦克内的人从中点向外观察时，则能看到的外界角度范围为
24.答案：（1）能发生全反射；（2）；（3）
解析：（1）由
可知全反射临界角
从AB中点垂直射入棱镜的入射光线恰好可以在等腰直角三角形的AC边发生全反射；
（2）由题意可知，光线在棱镜中的传播距离
传播速度为
则传播时间
（3）光屏上两相邻亮条纹中心间的距离
25.答案：（1）；（2）
解析：（1）根据几何关系可得折射角为
根据折射定律，玻璃的折射率为
（2）当入射点移至E点，发生全反射，恰好没有光线进入中空部分，做出光路图如图所示
临界角为
解得
O为等边三角形的垂心，则
根据几何关系有
则
A、E两点间的距离
