2024年高考物理真題和模擬題分類匯編專題15光學(xué)

-1-專題15光學(xué)【真題匯編】1、（2024·山東卷·T10）某同學(xué)采納圖甲所示的試驗(yàn)裝置探討光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫，的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照耀狹縫，試驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙，圖丙所示圖樣。下列描述正確的是（）A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C.照耀兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照耀兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫、到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處肯定是暗條紋【答案】ACD【解析】A．由圖可知，圖乙中間部分等間距條紋，所以圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，同時(shí)也發(fā)生衍射，故A正確；B．狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯(cuò)誤；C．依據(jù)條紋間距公式可知照耀兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；D．照耀兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫、到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處肯定是暗條紋，故D正確。故選ACD。2、（2024·山東卷·T7）柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的圓，左則是直角梯形，長(zhǎng)為R，與夾角，中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直面入射，器件介質(zhì)對(duì)a，b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，能在面全反射后，從面射出的光是（不考慮三次反射以后的光）（）A.僅有a光 B.僅有b光 C.a、b光都可以 D.a、b光都不行以【答案】A【解析】當(dāng)兩種頻率的細(xì)激光束從A點(diǎn)垂直于AB面入射時(shí)，激光沿直線傳播到O點(diǎn)，經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，如下圖可知，激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?，依?jù)圖像可知，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，光線傳播到PM面的入射角漸漸增大。當(dāng)入射點(diǎn)為B點(diǎn)時(shí)，依據(jù)光的反射定律及幾何關(guān)系可知，光線傳播到PM面的P點(diǎn)，此時(shí)間線在PM面上的入射角最大，設(shè)為，由幾何關(guān)系得依據(jù)全反射臨界角公式得兩種頻率的細(xì)激光束的全反射的臨界角關(guān)系為故在入射光從A向B移動(dòng)過(guò)程中，a光能在PM面全反射后，從OM面射出；b光不能在PM面發(fā)生全反射，故僅有a光。A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。3、（2024·全國(guó)乙卷·T17）一點(diǎn)光源以113W的功率向四周全部方向勻稱地輻射波長(zhǎng)約為6×10-7m的光，在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)。普朗克常量為h=6.63×10-34Js。R約為（）A.1×102m B.3×102m C.6×102m D.9×102m【答案】B【解析】一個(gè)光子的能量為E=hνν為光的頻率，光的波長(zhǎng)與頻率有以下關(guān)系c=λν光源每秒發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點(diǎn)的球面上的光子數(shù)相同，此時(shí)距光源的距離為R處，每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)，那么此處的球面的表面積為S=4πR2則聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m故選B。4、（2024·浙江6月卷·T8）如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)試驗(yàn)，在失重環(huán)境下，往大水球中心注入空氣，形成了一個(gè)空氣泡，氣泡看起來(lái)很光明，其主要緣由是（）A.氣泡表面有折射沒(méi)有全反射B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”C.氣泡表面有折射和全反射D.光射入氣泡干涉形成“亮斑”【答案】C【解析】當(dāng)光從水中射到空氣泡的界面處時(shí)，一部分光的入射角大于或等于臨界角，發(fā)生了全反射現(xiàn)象；還有一部分光折射到內(nèi)壁然后再折射出去，所以水中的空氣泡看起來(lái)比較亮。故選C。5、（2024·浙江6月卷·T4）關(guān)于雙縫干涉試驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是（）A.用復(fù)色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相間條紋D.藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的大【答案】B【解析】A．用復(fù)色光投射同樣能看到條紋，A錯(cuò)誤；B．雙縫干涉試驗(yàn)中，明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果，B正確；C．由條紋間知，把光屏前移或后移，變更了L，從而變更了條紋間距，但還可能看到明暗相間條紋，C錯(cuò)誤；D．由條紋間知，且λ藍(lán)<λ紅，則藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的小，D錯(cuò)誤。故選B。6、（2024·浙江1月卷·T11）如圖所示，用激光筆照耀半圓形玻璃磚圓心O點(diǎn)，發(fā)覺(jué)有a、b、c、d四條細(xì)光束，其中d是光經(jīng)折射和反射形成的。當(dāng)入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)小角度時(shí)，b、c、d也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，則（）A.光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于B.光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于C.光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于D.光速b、c之間的夾角減小了【答案】B【解析】A．設(shè)入射光線a的入射角為，則反射角為，光束c的折射角為，光束d的反射角也為，入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)小角度時(shí)，入射角變?yōu)橛煞瓷涠煽芍瓷浣堑扔谌肷浣?，則光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度等于，故A錯(cuò)誤；B．由折射定律有，可得即光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于，故B正確；C．光束d的反射角變更與光束c的折射角變更相等，則光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于，故C錯(cuò)誤；D．光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度等于，光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于，則光速b、c之間的夾角減小的角度小于，故D錯(cuò)誤；故選B。7、（2024·浙江1月卷·T16）電子雙縫干涉試驗(yàn)是近代證明物質(zhì)波存在的試驗(yàn)。如圖所示，電子槍持續(xù)放射的電子動(dòng)量為1.2×10-23kg·m/s，然后讓它們通過(guò)雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列說(shuō)法正確的是（）A.放射電子的動(dòng)能約為8.0×10-15JB.放射電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)約為5.5×10-11mC.只有成對(duì)電子分別同時(shí)通過(guò)雙縫才能發(fā)生干涉D.假如電子是一個(gè)一個(gè)放射的，仍能得到干涉圖樣【答案】BD【解析】A．依據(jù)動(dòng)量的大小與動(dòng)能的關(guān)系可知放射電子的動(dòng)能約為故A錯(cuò)誤；B．放射電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)約為故B正確；CD．物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動(dòng)性是每個(gè)電子本身的性質(zhì)，則每個(gè)電子依次通過(guò)雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是須要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯(cuò)誤，D正確；故選BD。8、（2024·全國(guó)乙卷·T34（2））一細(xì)束單色光在三棱鏡的側(cè)面上以大角度由D點(diǎn)入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i，經(jīng)折射后射至邊的E點(diǎn)，如圖所示，漸漸減小i，E點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)時(shí)，恰好沒(méi)有光線從邊射出棱鏡，且。求棱鏡的折射率?！敬鸢浮?.5【解析】因?yàn)楫?dāng)時(shí)，恰好沒(méi)有光線從AB邊射出，可知光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射，設(shè)臨界角為C，則由幾何關(guān)系可知，光線在D點(diǎn)的折射角為則聯(lián)立可得n=1.59、（2024·全國(guó)甲卷·T34（2））如圖，邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在平的，一光線自M點(diǎn)射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離?！敬鸢浮?，【解析】光線在M點(diǎn)發(fā)生折射有sin60°=nsinθ由題知，光線經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，則C=90°-θ聯(lián)立有依據(jù)幾何關(guān)系有解得再由解得10、（2024·廣東卷·T16（2））一個(gè)水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透亮液體，液體上方是空氣，其截面如圖所示。一激光器從罐體底部P點(diǎn)沿著罐體的內(nèi)壁向上移動(dòng)，它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點(diǎn)。當(dāng)光束與豎直方向成角時(shí)，恰好視察不到從液體表面射向空氣的折射光束。已知光在空氣中的傳播速度為c，求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v?！敬鸢浮?，【解析】當(dāng)入射角達(dá)到45o時(shí)，恰好到達(dá)臨界角C，依據(jù)可得液體的折射率由于可知激光在液體中的傳播速度11、（2024·湖南卷·T16（2））如圖，某種防窺屏由透亮介質(zhì)和對(duì)光完全汲取的屏障構(gòu)成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可實(shí)現(xiàn)對(duì)像素單元可視角度的限制（可視角度定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍）。透亮介質(zhì)的折射率，屏障間隙。發(fā)光像素單元緊貼屏下，位于相鄰兩屏障的正中間．不考慮光的衍射。（1）若把發(fā)光像素單元視為點(diǎn)光源，要求可視角度限制為60°，求屏障的高度d；（2）若屏障高度，且發(fā)光像素單元的寬度不能忽視，求像素單元寬度x最小為多少時(shí)，其可視角度剛好被擴(kuò)為180°（只要看到像素單元的隨意一點(diǎn)，即視為能看到該像素單元）?！敬鸢浮浚?）1.55mm；（2）0.35mm【解析】（1）發(fā)光像素單元射到屏障上的光被完全汲取，考慮射到屏障頂端的光射到透亮介質(zhì)和空氣界面，折射后從界面射向空氣，由題意可知θ=60°，則在介質(zhì)中的入射角為i，則解得由幾何關(guān)系解得（2）若視角度剛好被擴(kuò)為180°，則，此時(shí)間線在界面發(fā)生全反射，此時(shí)間線在界面處的入射角解得C=30°此時(shí)發(fā)光像素單元發(fā)光點(diǎn)距離屏障的距離為像素單元寬度x最小為12、（2024·湖北·T14）如圖所示，水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí)，將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距離為d，A位置離水面的高度為d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出，入水點(diǎn)在B位置的正上方，入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置，折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距離H?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】（1）由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知解得（2）因可知，從A點(diǎn)射到水面的光線的入射角為α，折射角為，則由折射定律可知解得由幾何關(guān)系可知解得13、【2024·河北·T16(2)】如圖，一個(gè)半徑為R的玻璃球，O點(diǎn)為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點(diǎn)光源S發(fā)出的一束光在A點(diǎn)射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ=30°。光在真空中的傳播速度為c。求：（1）玻璃的折射率；（2）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的最短時(shí)間?！敬鸢浮浚?）；（2）【解析】（i）依據(jù)題意將光路圖補(bǔ)充完整，如下圖所示依據(jù)幾何關(guān)系可知i1=θ=30°，i2=60°依據(jù)折射定律有nsini1=sini2解得（ii）設(shè)全反射的臨界角為C，則光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有依據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)θ=45°時(shí)，即光路為圓的內(nèi)接正方形，從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的時(shí)間最短，則正方形的邊長(zhǎng)則最短時(shí)間為【突破練習(xí)】1.（2024·北京市海淀區(qū)高三下學(xué)期一模）以下現(xiàn)象不屬于衍射的是（）A.白光經(jīng)過(guò)狹窄的單縫得到彩色圖樣 B.白光照耀肥皂膜呈現(xiàn)出彩色圖樣C.光照耀刀片的陰影輪廓模糊不清 D.光照耀不透亮圓盤(pán)的陰影中心出現(xiàn)亮斑【答案】B【解析】A．白光照耀單縫后，在光屏上出現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；B．白光照耀肥皂膜呈現(xiàn)彩色圖樣是光的薄膜干涉現(xiàn)象，B正確；C．光照耀刀片的陰影輪廓模糊不清是光的衍射造成的，C錯(cuò)誤；D．白光照耀不透亮的小圓盤(pán)，在圓盤(pán)陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑是光的衍射現(xiàn)象造成的，D錯(cuò)誤。故選B。2.（2024·江蘇七市高三下學(xué)期二模）劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示，將一塊平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上，在一端夾入兩張紙片，當(dāng)單色光從上方入射后，從上往下可以看到干涉條紋。則（）A.干涉條紋是由a、b上表面反射的光疊加產(chǎn)生的B.相鄰的暗條紋對(duì)應(yīng)位置下方的空氣膜厚度差不同C.若抽去一張紙片，條紋變密D.若某亮條紋發(fā)生彎曲，該亮條紋對(duì)應(yīng)位置的空氣膜厚度仍相等【答案】D【解析】A．干涉條紋是由于a下表面和b上表面反射光疊加產(chǎn)生的，故A錯(cuò)誤；BD．劈尖干涉條紋特點(diǎn)，隨意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等，隨意相鄰的明條紋或者暗條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定，故B錯(cuò)誤，D正確；C．干涉條紋光程差即光程差為空氣層厚度的2倍，當(dāng)滿意時(shí)，表現(xiàn)為亮條紋，故相鄰亮條紋間的空氣厚度為，若抽去一張紙傾角減小，故亮條紋之間距離增大，因此干涉條紋變疏，故C錯(cuò)誤。故選D。3.（2024·江蘇七市高三下學(xué)期二模）一束單色光穿過(guò)兩塊兩面平行的玻璃磚，出射光線與入射光線的位置關(guān)系可能正確的是（）A.B.C. D.【答案】A【解析】BC．一束單色光穿過(guò)兩塊玻璃磚，分別經(jīng)過(guò)兩次從空氣中射入到玻璃，和兩次從玻璃射入空氣的折射，且兩塊玻璃磚的兩面都是平行的，依據(jù)折射定律可知，最終的出射光線與最初的入射光線平行，BC錯(cuò)誤。AD．光由空氣斜射進(jìn)入玻璃磚，折射光線、入射光線在空氣和玻璃磚兩種介質(zhì)中，折射角小于入射角；當(dāng)光再由玻璃磚斜射進(jìn)入空氣時(shí)，折射角大于入射角，故最終的出射光線應(yīng)當(dāng)位于最初的入射光線延長(zhǎng)線的左側(cè)，A正確D錯(cuò)誤。故選A。4.（2024·江蘇南京鹽城市高三下學(xué)期二模）某小組用圖甲裝置進(jìn)行雙縫干涉試驗(yàn)，調(diào)整完畢后，在屏上視察到如圖乙所示的豎直條紋。下列說(shuō)法正確的是（）A.裝置中的雙縫沿水平方向放置B.僅向右移動(dòng)單縫，使之靠近雙縫，干涉條紋間距將變大C.僅更換雙縫間距更小的雙縫，干涉條紋間距將變大D.僅將紅色濾光片換為綠色濾光片，干涉條紋間距將變大【答案】C【解析】A．依據(jù)圖乙可知，裝置中的雙縫沿豎直方向放置，故A錯(cuò)誤；B．依據(jù)雙縫干涉的條紋間距公式，僅向右移動(dòng)單縫，條紋間距不變，故B錯(cuò)誤；C．僅更換雙縫間距更小的雙縫，d變小，干涉條紋間距將變大，故C正確；D．僅將紅色濾光片換為綠色濾光片，波長(zhǎng)變小，干涉條紋間距將變小，故D錯(cuò)誤。故選C。5.（2024·江蘇如皋市高三下學(xué)期一調(diào)）如圖所示，折射率n=的液面上有一光源S，發(fā)出一條光線，垂直射到水平放置于液體中且距液面高度h的平面鏡M的O點(diǎn)上.當(dāng)平面鏡繞垂直于紙面的軸O以角速度ω逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液面上的視察者發(fā)覺(jué)液面上有一光斑拂過(guò)，且光斑到P點(diǎn)后馬上消逝，求：（1）O、P兩點(diǎn)間的距離x；（2）光斑在P點(diǎn)即將消逝時(shí)的瞬時(shí)速度大小v?！敬鸢浮?1)；（2）【解析】（1）光線垂直于液面入射，平面鏡水平放置時(shí)反射光線沿原路返回，平面鏡繞O逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線經(jīng)平面鏡反射起先逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，液面上的視察者能得到由液面折射出去的光線，當(dāng)從P處向左再也看不到液面上的光斑時(shí)，說(shuō)明從平面鏡反射到P點(diǎn)的光線在液面產(chǎn)生全反射，做出光路圖如圖所示：

依據(jù)在P處產(chǎn)生全反射條件得解得C=45°則（2）光斑在液面移動(dòng)的速度v是