2023年高考物理一模試題分項匯編 全國 光學(解析版)

專題20光學

1、（2023?浙江省強基聯(lián)盟高三下學期2月統(tǒng)測）在光學儀器中，"道威棱鏡"被廣泛用來進行圖像的翻轉，

其橫截面如圖所示，/8CQ是底角為45。的等腰梯形?，F(xiàn)有與BC平行的三條相同的單色光線1、2、3射入

AB,經(jīng)8c面反射后，直接射到8面上，已知棱鏡材料的折射率”下列有關說法正確的是（）

A.光線在棱鏡中傳播時頻率減小

B.8c面上有光線射出棱鏡

C.從CD面上射出的光線一定與入射光線平行

D.從面上射出的三條光線中最靠近C點的是光線3

【答案】C

【解析】A.光線在棱鏡中傳播時頻率不變，故A錯誤；

根據(jù)折射定律有

sinzsin45°

n=------=---------

sinrsinr

解得

r=30°

所以

0=90°-（180o-45o-900-r）=75o

根據(jù)折射率與臨界角的關系

sinC=—

n

所以

C=45°<0

所以8c面上沒有光線射出棱鏡，故B錯誤；

C.根據(jù)幾何關系有

a=r=30°

所以

P=i=45°

由此可知，從CN＞面上射出的光線一定與入射光線平行，故C正確；

D.由光路圖可知，從。面上射出的三條光線中最靠近C點的是光線1,故D錯誤。

故選Co

2、（2023?安徽省江南十校高三下學期聯(lián)考）我國的光纖通信技術處于世界領先水平.光纖通信采用的光

導纖維由內(nèi)芯和外套組成，其側截面如圖所示，紅光和藍光以相同的入射角i（iM0）從軸心射入光導纖維后

分為“、b兩束單色光，下列說法正確的是（）

A.“是藍光，6是紅光

B.內(nèi)芯的折射率比外套大，入射角，■由0。逐漸增大時，b單色光全反射現(xiàn)象先消失

C.從空氣射入光導纖維，。、方單色光的波長都變長

D.在內(nèi)芯介質中a單色光的傳播速度比6單色光大

【答案】D

【解析】A.根據(jù)折射定律可知b光束的折射率大，藍光的折射率比紅光大，所以。是紅光，6是藍光，故

A錯誤；

B.光從光密介質射入光疏介質才會發(fā)生全反射，因此內(nèi)芯的折射率比外套大，當入射角i山0。逐漸增大

時，折射角也逐漸增大，光束在內(nèi)芯與外套的分界面的入射角逐漸減小，〃光束的入射角更小，又由全反

射的臨界角公式

sinC=i

n

可知，。光束發(fā)射全反射的臨界角大，。單色光全反射現(xiàn)象先消失，故B錯誤；

C.光從空氣射入光導纖維，光速變小，頻率不變，根據(jù)公式

v=X/

*。單色光的波長都變小，故C錯誤；

D.由"=￡可知，〃的折射率小，在內(nèi)芯介質中a單色光的傳播速度比分單色光大，故D正確。

V

故選D。

3、（2023?浙江省強基聯(lián)盟高三下學期2月統(tǒng)測）如圖所示為觀察白光薄膜干涉的演示實驗，觀察者可以

觀測到肥皂膜上有明暗相間的彩色條紋。

（1）為了更好地觀察干涉條紋，光源應該在_____。

A.觀察者側

B.觀察者的對面?zhèn)?/p>

（2）下列對實驗結論的說法正確的是。（單選）

A.旋轉鐵絲圈，觀察者看到的條紋將跟著旋轉

B.本實驗的條紋形成的原理和平面鏡成像原理是一樣的

C.若發(fā)現(xiàn)條紋是等間距的，說明肥皂膜是等厚的

D.若發(fā)現(xiàn)條紋是上疏下密的，說明肥皂膜從上往下變厚是越來越快的

【答案】AD

【解析】（1）⑴光源發(fā)出的光射入薄膜，薄膜的前后表面兩列反射光發(fā)生干涉，形成干涉條紋，所以光源

應與觀察者在同側。

故選Ao

（2）[2]

A.旋轉鐵絲圈，薄膜從上到下處的厚度不變，由干涉原理可知干涉條紋不會發(fā)生變化，A錯誤；

B.本實驗的條紋形成的原理是光的干涉形成的，平面鏡成像原理是光的反射形成的，二者原理不同，B

錯誤；

CD.如果發(fā)現(xiàn)條紋是等間距的，可知肥皂膜的厚度從上到下均勻增加；同理，若發(fā)現(xiàn)條紋是上疏下密的,

說明肥皂膜從上往下變厚是越來越快的，C錯誤，D正確。

故選D。

4、（2023?湖北省八市高三下學期3月聯(lián)考）如圖所示，半徑為R、折射率為”="的透明介質半球，放

在空氣中。一細光束從半球左側面上A點垂直入射，正好在半球面發(fā)生三次全反射后從半球左側面上8點

（圖上未標B點）射出。光在真空中的光速為。，求：（計算結果可以用根號表示）

（1）入射光在此透明介質中的臨界角C的正弦值sinC；

（2）光束在介質中從/到B的傳播時間心

A

V

【答案】（l）—：（2）

3c

【解析】（1）根據(jù)臨界角的定義有

sin90°

--------=n

sinC

解得

（2）作出光路如圖所示

由題意可知，光在半球面的入射角為仇60&；根據(jù)幾何關系可得光在介質中運動的路程為

s=3R

光在介質中的速度為

c

V=—

n

光在介質中傳播的時間

s

/=-

V

代入數(shù)據(jù)可得

「3技？

c

5、（2023?遼寧省鞍山市高三下學期一模）第四屆中國質量獲獎者一一福耀集團，其生產(chǎn)的汽車玻璃以超

高的品質取得了世界八大汽車廠商的認證。參加社會實踐的某高中學生利用所學的光學知識測出了一款汽

車玻璃樣品的折射率。如圖所示，該學生將一束光線以入射角。=60。從空氣射向厚度人=2cm的平行板玻

璃，測出下界面出射光線的出射點與上界面入射光線的法線之間的距離d=lcm。則此玻璃的折射率n為

()

「店D

L?---L/.--

23

【答案】C

【解析】根據(jù)幾何關系可知

sina=^^=^

〃2+―25

因此該玻璃的折射率

同

n-.si.n0=—=2—=--

sinay/52

~5~

故選C,

6、（2023?河北省新高考九師聯(lián)盟高三下學期2月質檢）雙縫干涉的實驗裝置如圖甲所示，光源發(fā)出的白

光通過透鏡把單縫照亮，單縫相當于一個線光源，又把雙縫照亮，通過雙縫的兩束光產(chǎn)生干涉，在屏上出

現(xiàn)彩色干涉條紋，為了測量單色光的波長，可在單縫前加上濾光片獲得單色光，在屏上將出現(xiàn)明暗相間的

干涉條紋，通過測微目鏡可以觀察到干涉條紋，用游標卡尺測量7條明條紋中心之間的距離D如圖乙所示，

雙縫的間距用d表示，下列有關光的說法正確的是（）

23

11MM仙llllllllll山I山I皿

010

乙

A.由圖乙可得相鄰亮條紋中心之間的距離為1.67xl0-3m

B.若用激光做光源，則可以直接用激光束照射雙縫，透鏡、濾光片及單縫都不需要了

C.因為可見光的波長短難測量，所以實驗時讓雙縫間的距離大些，讓雙縫與屏之間的距離小些，才可讓

波長的測量誤差小些

D.若實驗中所用的單色光的頻率為v,則雙縫到屏之間的距離為"

6c

【答案】BD

【解析】A.由圖乙可得7條明條紋中心之間的距離

￡>=11x103m+4x0.1x103m=1.14xl0-2m

相鄰明條紋中心之間的距離為

Ax=—=1.9x10-3m

6

故A錯誤；

B.因為激光的單色性好、相干性高，若用激光做光源，則可以直接用激光束照射雙縫，透鏡、濾光片及

單縫都不需要了，故B正確；

C.因為可見光的波長九短，由

Ax=｝入

可知，為了讓干涉條紋的間距Ax大些便于測量，所以實驗時讓雙縫間的距離〃小些，讓雙縫與屏之間的

距離L大些，才可讓Ax大些，這樣波長九的測量誤差才小些，故C錯誤；

D.由

AD

Ax=——

6

c=Xv

Ax=-LA

d

綜合可得雙縫到屏之間的距離為

,Dclv

L-------

6c

故D正確。

故選BDo

7、（2023?湖南省長沙市雅禮中學高三下學期第七次月考）如圖所示光屏豎直放置，一個半徑為r的半圓

形透明介質水平放置。一束光線由。、6兩種頻率的單色光組成。該光束與豎直方向成30。沿半徑方向從

圓周上的某點入射，此時光屏截取到三個光斑，分別位于尸、。、R位置，其中P為。光的光斑。若已知“

光的折射率為"，真空中光速為c,下列說法正確的是（）

A.在該透明介質中，。光的光速小于6光的光速

B.a光進入介質后經(jīng)時間到達光屏P點

c

C.若要使僅0處光斑消失，則入射光線繞。點逆時針轉的角度小于15°

D.在雙縫干涉實驗中，要使相鄰亮條紋的間距較大，應該使用b光

【答案】C

【解析】

A.因P為。光的光斑，則。為b光的光斑，R為兩種光的復合光斑，由圖可知，透明介質對人光的折射

程度較大，則在該透明介質中心光的折射率大于“光的折射率，根據(jù)

c

v=—

n

可知，在該透明介質中，〃光的光速大于方光的光速，故A錯誤；

B.光線a射出介質后的折射角

sin。=n-sin30°=V2

T

則

0=45°

在介質中的速度

cc

V=—=___

n72

a光進入介質后經(jīng)到達光屏P點的時間

L，+>j2,r_2y/2r

vcc

故B錯誤；

C.若入射光線繞。點逆時針轉過15°,則此時入射角為45。，則此時。光線的折射角為90。，即此時。光

線恰能發(fā)生全反射，而根據(jù)

,「1

sinC=—

n

可知，折射率更大的6光線則已經(jīng)發(fā)生了全反射，。光斑消失，若入射光線繞。點逆時針轉過角度大于等

于15°,P、。光斑均將消失，故C正確；

D.根據(jù)雙縫干涉實驗原理有

=OD=R

2

解得

a=NODE=60°,p=30°

可得

NEOD=30。

第二次折射發(fā)生在尸點，設入射角為葭，折射角根據(jù)折射率公式，有

sin。'

n=------

sina,

又

IT

a'=7C-ZEO￡)-B--=30O

2

解得

==60。

由三角形知識可得

R

—n

DF=FO=―?—=—R

cos3003

又

FO

tanZOMF=tan60°=-----

OM

解得

D

OM=—

3

故選c。

9、（2023?山東省濰坊市高三下學期一模）劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖甲所示，將一塊平板玻璃〃放

置在另一玻璃板6上，在一端夾入兩張紙片，當黃光從上方入射后，從上往下可以觀察到如圖乙所示的干

涉條紋。則（）

[]

甲乙

A.任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等

B.彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度不相等

C.若抽去一張紙片，條紋變密

D.若換用藍光從上方入射，條紋變疏

【答案】A

【解析】A.光在空氣膜中的光程差為

Ax=2J

即光程差為空氣層厚度的2倍，當光程差

Ax="大

此處表現(xiàn)為亮條紋，當光程差為

此處表現(xiàn)為暗條紋，所以任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等，A正確；

B.根據(jù)A的分析可知：彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度相等，B錯誤；

C.當光程差〃時此處表現(xiàn)為亮條紋，則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為g入，顯然抽去一張紙

后空氣層的傾角變小，故相鄰兩條紋之間的距離變大，干涉條紋變稀疏了，c錯誤；

D.當光程差Ax="入時此處表現(xiàn)為亮條紋，則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為g九，藍光的波長小于

黃光的波長，則換用藍光從上方入射，條紋變密集，D錯誤。

故選A。

10、（2023?湖北省華中師大新高考聯(lián)盟高三下學期一模）如圖所示，在第十四屆中國航展上空，殲-20穿

云破霧、呈現(xiàn)了駕"七彩祥云"的壯觀景象。因為飛機的發(fā)動機噴出高溫尾流會使得飛機周圍的空氣經(jīng)過機

翼后膨脹降溫，在飛機表面形成一層水霧。陽光照射到水霧上，由于不同顏色的光折射率不同，就會形成

七彩光芒。如下右圖所示，將原理簡化并作出光路圖。已知“光與界面的夾角為30。。6光的折射率為人，

6光與法線的夾角為45。，光在空氣中的傳播速度為c,水霧半球的半徑為M。光在水霧半球中的傳播時

間（）

y/Scc.我

A.畫D.

C3

【答案】A

【解析】設入射角為以由折射定律可知，對b光

sin45°

n=----

bsinO

解得

0=30°

對于。光，由折射定律可知

設。光在水霧半球中傳播的速度為voo由

c

n=——

°v

a

可知

有

V二——C

a3

則。光在水霧半球中的傳播時間

LR_6R

VC

a

故選A。

11、（2023?山東省蒲澤市高三下學期一模）如圖為一用透明材料做成的中心是空腔的球，其中空心部分

半徑與球的半徑之比為1:2,當有紅光、綠光、紫光組成的細光束以i=45。的入射角射入球中，其中，光

線為綠光，其折射光線剛好與內(nèi)壁相切，則下列說法正確的是（）

A.a光線是紅光

B.增大入射角36光線在空腔外表面可能發(fā)生全反射

C.該透明材料對綠光的折射率為應

D.c光在該透明材料中傳播速度最小

【答案】C

【解析】A.紫光的頻率大于綠光的頻率大于紅光的頻率，可知紫光的折射率大于綠光的折射大于紅光的

折射，根據(jù)折射定律"=包吐結合題圖可知。光的折射率最大，c,光的折射率最小，可知a光線是紫光，故

sinr

A錯誤；

B.增大入射角3則b的折射光線向下偏移，不可能在空腔外表面發(fā)生全反射，故B錯誤；

C.如圖所示

根據(jù)幾何知識可知，b光線折射角的正弦值

sin0

根據(jù)折射定律可得該透明材料對綠光的折射率

故C正確；

D.根據(jù)

C

V=—

V

結合A選項分析可知c光在該透明材料中傳播速度最大，故D錯誤。

故選Co

12、(2023?山東省荷澤市高三下學期一模)光刻機利用光源發(fā)出的紫外線，將精細圖投影在硅片上，再

經(jīng)技術處理制成芯片。為提高光刻機投影精細圖的能力，在光刻膠和投影物鏡之間填充液體，提高分辨率，

如圖所示。若浸沒液體的折射率為1.65,當不加液體時光刻膠的曝光波長為193nm,則加上液體后()

A.紫外線進入液體后波長變短，光子能量增加

B.傳播相等的距離，在液體中所需的時間變?yōu)樵瓉淼?

C.紫外線在液體中比在空氣中更容易發(fā)生衍射，能提高分辨率

D.在液體中的曝光波長約為117nm

【答案】D

【解析】D.紫外線在液體中的波長

、X193

卜=—=---nm2117nm

n1.65

故D正確；

A.紫外線進入液體頻率不變，根據(jù)E=/W可知光子能量不變，根據(jù)D選項分析可知波長變短，故A錯誤；

B.設傳播L距離，在真空中的時間

L

t=-

C

在液體中所需的時間

L1.65L33

t——=-------——t

￡c20

n

故B錯誤；

C.由A選項分析可知紫外線在液體中波長變短，更不容易發(fā)生衍射，故C錯誤。

故選Do

13、（2023?四省高三下學期2月適應性測試）如圖，一束單色光從厚度均勻的玻璃磚上表面M點射入，

在下表面尸點反射的光線經(jīng)上表面N點射出，出射光線b相對入射光線a偏轉60。，已知例、P、N三點連

線組成等邊三角形，則該玻璃磚的折射率為（）

A.72B.1.5C.4D.2

【答案】C

【解析】由于重射光線5相對入射光線a偏轉6#,可知入射角為a=60:又因為〃、尸、N三點連線組

成等邊三角形，則可知折射角為0=30,所以折射率為

sinasin60rr

n=----=-------=V3

sinPsin30

故選C?

14、（2023?山東省濟寧市高三下學期一模）如圖所示，0.2是半圓柱形玻璃體的對稱面與紙面的交線，

是垂直于Op2放置的光屏，/、8是關于。02等距且平行的兩束不同顏色單色細光束，沿9。2方向

左右移動光屏，可在屏上得到一個光點P,根據(jù)該光路圖，下列說法正確的是（）

A.在真空中/光的速度比8光的速度大

B.在該玻璃體中，/光比8光的運動時間長

C.在同一條件下，8光比z光發(fā)生衍射現(xiàn)象更加明顯

D.用同一裝置做雙縫干涉實驗時/光產(chǎn)生的條紋間距比8光的大

【答案】D

【解析】

A.在真空中，各色光的傳播速度相等，即/光的速度等于8光的速度，選項A錯誤；

B.由光路可知，8光的偏折程度比/光大，則8光的折射率較大，根據(jù)

c

v=—

n

可知，8光在玻璃中的速度較小，則在該玻璃體中，8光比/光的運動時間長，選項B錯誤；

C.因8光折射率較大，則8光波長較短，則在同一條體下，/光比8光發(fā)生衍射現(xiàn)象更加明顯，選項C

錯誤；

D.因4光波長較大，則根據(jù)

Ax=—A,

d

可知，用同一裝置做雙縫干涉實驗時/光產(chǎn)生的條紋間距比8光的大，選項D正確。

故選D。

15、（2023?遼寧省沈陽市高三下學期教學質量監(jiān)測一）復色光在玻璃元件中折射時會產(chǎn)生色散現(xiàn)象，影

響照相機和望遠鏡的成像質量。如圖所示,一束復色光經(jīng)凸透鏡后分成A二B兩束。下列說法正確的是（）

A.A光的頻率比B光的頻率大

B.A光光子的能量比B光光子的能量大

C.若兩種光從水中射向空氣，A光的臨界角較大

D.若兩種光經(jīng)同樣的裝置做“雙縫干涉”實驗，A光的條紋間距較小

【答案】c

【解析】

由光路圖可知,A光的折射率小于B光巴<<,故A光頻率小于B光V<vA光波長大于B光%>\?

ABABAB

A.A光的頻率比B光的頻率小，A錯誤；

B.由=〃、V<V可知￡<￡A光光子的能量比B光光子的能量小，B錯誤；

ABAB

C.由sinC=!、n<n可知C>C,A光的臨界角較大，C正確；

及ABAB

D.由=X>九可知Ax>Ax,兩種光經(jīng)同樣的裝置做“雙縫干涉”實驗，A光的條紋間距較

大，D錯誤。

故選c。

16、（2023?由東省臨沂市普通高中高三下學期一模）為了研究某種透明新材料的光學性質，將其壓制成

半圓柱形，如圖甲所示。一束激光由真空沿半圓柱體的徑向與其底面過。的法線成。角射入。8為光學

傳感器，可以探測光的強度，從面反射回來的光強隨角6變化的情況如圖乙所示.現(xiàn)將這種新材料制

成的一根光導纖維束暴露于空氣中（假設空氣中的折射率與真空相同），用同種激光從光導纖維束端面EE

射入，且光線與EF夾角為尸，如圖丙所示。則（）

A.圖甲中若減小入射角仇則反射光線和折射光線之間的夾角也將變小

B.該新材料的折射率為遮

c.若該激光在真空中波長為入，則射入該新材料后波長變?yōu)槲寰?/p>

2

D.若該束激光不從光導纖維束側面外泄，則￡角需滿足0°<0<180°

【答案】BC

【解析】

A.圖甲中若減小入射角仇則反射角減小，折射角也減小，則和折射光線之間的夾角將變大，選項A錯

、口

I天：

B.由R9乙可知，當入射角大于45。時，反射光線的強度不再變化，可知臨界角為C=45。，則該新材料的折

射率為

smC

選項B正確；

C.若t友激光在真空中波長為九，則

九，

f

射入該,新材料后波長變?yōu)?/p>

人—=旦￡

fnf2

選項c正確；

D.若i亥束激光恰好不從光導纖維束側面外泄，則P角需滿足

n=—sina—

sinp

n=1------

sin(90-a)

解得

P=30°

則若該束激光不從光導纖維束側面外泄30°<P<150。，選項D錯誤。

故選B(

17、(2()23?安徽省淮北市高三下學期一模)如圖所示，一束紅光和一束黃光，從。點以相同角度沿PO

方向射入橫截面為半圓形的玻璃柱體，其透射光線分別從加、N兩點射出，已知a=45。，5=60。，則下列說

法正確的是()

O

aU

A.ON支吉紅光，QW是黃光

B.玻璃對OM光束的折射率為J

2

C.沿ON路徑傳播的光穿過玻璃柱體所需時間較長

D.若將光束從N點沿著N。方向射入，可能發(fā)生全反射

【答案】C

【解析】

A.根據(jù)光的折射定律，光在介質中的折射率為

sinz

H=----

sinr

由圖可知，OM、ON兩束光在空氣中的入射角相等，而在介質中光的折射角大于ON光的折射角，所

以光束在介質中的折射率小于6W光束在介質中的折射率，而紅光的折射率小于黃光的折射率，所以

為紅光，CW為黃光，故A錯誤；

B.對光束，根據(jù)光的折射定律有

sinasin450穴

幾~-----------k-=----------=

“sin(90°-P)sin30°

故B錯誤；

C.光在介質中的