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专题18 光学
一、单选题
1．（2024·福建·一模）肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。
下列现象的原理与之相同的是（ ）
A．杨氏双缝干涉实验
B．影子的形成
C．利用光导纤维传递信息，实现光纤通信
D．泊松亮斑
【答案】A
【详解】彩色肥皂膜和油膜是由于光在此薄层上形成薄膜干涉，呈现彩色花纹。
A．杨氏双缝实验为光的干涉，故A 正确；
B．影子的形成为光沿直线传播，故B 错误；
C．光导纤维原理为光的全反射，故C 错误；
D．泊松亮斑为光的衍射，故D 错误。
故选A。
2．（2024·江苏连云港·一模）如图所示，圆柱形玻璃杯前侧表面上有a、b、c 三点，粗细均匀的铅笔紧靠
玻璃杯后侧外壁竖直放置，且在b 点正后方。将杯中注满水（ ）
A．通过b 点看到铅笔变细
B．通过b 点看到铅笔无变化
C．通过a 点看到铅笔向右侧移
D．通过c 点看到铅笔向右侧移
【答案】D
【详解】AB．由图知道，圆柱形玻璃杯装有水，其中间厚，边缘薄，相当于一个凸透镜，所以，当将铅笔
靠近玻璃杯的后面，相当于将铅笔放在凸透镜的1 倍焦距以内，故能看到一个正立放大的铅笔虚像，故通
1
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过b 点看到铅笔变粗，故AB 错误；
C．通过a 点看到铅笔的光路图如图，沿着折射光线的反向延长线找到虚像向左移动，故C 错误；
D．与C 同理，通过c 点看到铅笔的虚像向右移动，故D 正确。
故选D。
3．（2024·贵州·二模）如图（a），容器中盛有深度h=4cm 的透明液体，一激光束垂直液面射入液体，并
在底板发生漫反射，部分漫反射光会在液面发生全反射。恰好发生全反射的光在容器底板上形成直径
d=16cm 的圆形亮环，如图（b）所示。该液体的折射率为（ ）
A．2
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】根据题意可知激光在液体表面发生全反射时
根据几何关系可知
解得
2
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故选C。
4．（2024·山东潍坊·一模）制造半导体元件，需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅（
）薄膜的厚度，
把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖，用波长
的激光从上方照射劈尖，观察到在腐蚀
区域内有8 条暗纹，且二氧化硅斜面转为平面的棱MN 处是亮纹，二氧化硅的折射率为1.5，则二氧化硅薄
膜的厚度为（ ）
A．1680nm
B．1890nm
C．2520nm
D．3780nm
【答案】A
【详解】根据题意，由于二氧化硅的折射率为1.5，则激光在二氧化硅中的波长为
观察到在腐蚀区域内有8 条暗纹，则二氧化硅斜面转为平面的棱MN 处是亮纹是第9 条，设二氧化硅薄膜
的厚度为
，则有
联立解得
故选A。
5．（2024·江苏南通·一模）如图所示，挡板上安装有宽度可调的一条狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行
光照射狭缝，狭缝宽度从
调整为
，光屏上可能呈现（ ）
3
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A．图样①变化为图样②
B．图样②变化为图样①
C．图样③变化为图样④
D．图样④变化为图样③
【答案】D
【详解】AB．①和②为双缝干涉实验的图像，故AB 错误；
CD．用单色平行光照射狭缝，当缝调到很窄时，尽管亮条纹的亮度有所降低，但是宽度反而增大了，故可
能呈现图样④变化为图样③。故C 错误，D 正确。
故选D。
6．（2024·河南·二模）一种光学传感器是通过接收器接收到红绿灯光信号而触发工作的。如图所示，一细
束黄色光沿AB 方向从汽车玻璃外侧（汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖）的B 点射入，入射角为i，折
射光线刚好沿BC 方向在汽车玻璃内侧C 点触发光学传感器。若入射光的颜色发生变化，且入射光的入射
位置B 不变，仍要使折射光线沿BC 方向在汽车玻璃内侧C 点触发光学传感器。下列说法正确的是（ ）
A．若改用绿色光射入，需要入射角i 减小到某一合适的角度
B．若改用红色光射入，需要入射角i 减小到某一合适的角度
C．若改用红色光射入，需要入射角i 增大到某一合适的角度
D．改用任何颜色的光射入，都需要入射角i 减小到某一合适的角度
【答案】B
【详解】A．若改用绿色光射入，频率变大，折射率变大，折射角不变，根据
可知，入射角变大，故A 错误；
BC．若改用红色光射入，频率变小，折射率变小，折射角不变，根据
4
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可知，入射角变小，故B 正确C 错误；
D．如果改用频率更高的光，则折射率变大，折射角不变，根据
入射角变大，故D 错误。
故选B。
7．（2024·浙江杭州·二模）如图，一束激光在折射率自上而下逐渐变化的某材料中沿曲线传播，亮度左暗
右亮。下列说法正确的是（ ）
A．激光从材料左端射入
B．材料的折射率自上而下逐渐减小
C．增加材料上下高度，光线能从上表面射出
D．增加材料左右长度，可能会形成对称的光路
【答案】D
【详解】A．右端光强度大，则激光从材料右端射入，故A 错误；
BD．光从右向左传播过程中，光线与法线夹角越来越大，说明材料的折射率自下而上逐渐减小；增加材料
左右长度，当光线的入射角合适时，光线在某个界面发生全反射，向下偏折后，从光疏介质进入光密介质，
可能会形成对称的光路，故B 错误，D 正确；
C．增加材料上下高度，光线发生偏折的次数越多，入射角越来越大，必然会出现入射角大于临界角，发
生全反射，光线不能从上表面射出，故C 错误。
故选D。
8．（2024·广东·二模）近日，工信部披露的最新数据显示，2023 年我国光缆线路建设取得显著成果，新建
光缆线路长度达473.8 万公里，使得全国光缆线路总长度一举突破6432 万公里。光缆线路主要用于光信息
传输，在铺设的过程中，尽量不要弯曲。如图所示，一段折射率为n、横截面是圆面的光导纤维，截面半
径为r，在铺设的过程中弯曲成了一段圆弧，圆弧的圆心到光导纤维的中心轴线的距离为R，光导纤维外部
可认为是真空区域。现有一束光垂直于光导纤维左端截面射入，为了保证这束光经反射后均能从右端面射
出，则光导纤维的折射率n 至少为（ ）
5
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A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】如图所示
最下端入射的光在界面的入射角最小，故临界状态为最下端入射的光恰好不发生全反射，根据全反射的公
式
，由几何关系
可得
故选B。
9．（2024·河北沧州·一模）如图是一种用折射率法检测海水盐度装置的局部简化图。让光束从海水射向平
行空气砖（忽略薄玻璃壁厚度）再折射出来，通过检测折射光线在不同盐度溶液中发生的偏移量d，进而
计算出海水盐度。已知某一温度下，海水盐度变大引起折射率变大。下列说法正确的是（ ）
6
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A．一束复色光透过平行空气砖分成1、2 两束光，则两束光不一定平行
B．一束复色光透过平行空气砖分成1、2 两束光，则1 光的频率更高
C．一束单色光射向平行空气砖后偏移量变大，说明海水的盐度变大
D．一束单色光射向平行空气砖后偏移量变小，说明海水的盐度变大
【答案】C
【详解】A．光线经过玻璃砖上下两个表面两次折射后，出射光线与入射光线平行，故A 错误；
B．由图可知，光线在左侧面折射时，光线1 的折射角小，根据折射定律可知，光线1 的折射率较小，频率
较小，故B 错误；
CD．由图可知，光线1 的折射率小，偏移量小，所以若一束单色光射向平行空气砖后偏移量变大，说明折
射率变大，即海水的盐度变大，若偏移量变小，说明海水的盐度变小，故C 正确，D 错误。
故选C。
二、多选题
10．（2023·全国·模拟预测）如下图，水面下方有一固定的线状单色光源S，光源倾斜放置，和竖直方向夹
角满足
，水对该光的折射率为1.33。光源发出的光到达水面后有一部分可以直接透射出去，
从水面上方看，该区域的形状可能为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】AC
【详解】根据
解得
7
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如图所示
点光源对应的透射区域为
为半径，
为圆心的圆形区域，其中临界角
约为
；当
时上下端点
的透射区对应的大小圆恰好内切；当
时大小圆相交，反之大圆包含小圆。
故选AC。
11．（2024·山东潍坊·一模）如图为透明长方体的横截面efgh，其折射率
，一细束单色光以角
入
射至ef 面上的p 点，
，已知光在真空中的传播速度为c，不考虑光在长方体内的二次及二次以
上的多次反射，下列说法正确的是（ ）
A．当入射角为
时，光在长方体中的传播时间为
B．当入射角为
时，光在长方体中的传播时间为
C．当入射角
时，折射到eh 面上的光一定发生全反射
D．当入射角
时，折射到eh 面上的光不一定发生全反射
【答案】AC
【详解】AB．当入射角为
时，根据折射定律有
可得，光经过ef 面折射后的折射角为
8
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则光在长方体中传播的光路如下图所示
根据光路的可逆性可知，光从eh 的中点q 射出长方体，则根据几何知识可得，光在长方体中的传播路程为
又光在长方体中的传播速度为
则光在长方体中的传播时间为
联立解得，光在长方体中的传播时间为
故A 正确，B 错误；
CD．根据全反射公式有
，
设光在eh 面的入射角为i，根据折射定律有
由几何知识有
联立可得
即入射角
，则折射到eh 面上的光一定发生全反射，故C 正确，D 错误。
故选AC。
9
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12．（2024·河南·一模）如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角
进入液体，经平面镜
反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为，光线在平面镜上的入射角为。
已知该液体的折射率为
，下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．若略微增大
，则光线可以从液面射出
D．若略微减小i，则光线可以从液面射出
【答案】BD
【详解】AB．根据
解得光线在射入液面时的折射角为
光线经平面镜反射后，恰好不能从液面射出，光路图如图
有
10
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解得
由几何关系可得
解得
故A 错误；B 正确；
C．若略微增大
，则光线在平面镜上的入射角
将变大，根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的
入射角变大，将大于临界角，所以不可以从液面射出。故C 错误；
D．同理，若略微减小i，则r 减小，导致光线在平面镜上的入射角
减小，可知光线射出液面的入射角变
小，将小于临界角，可以从液面射出。故D 正确。
故选BD。
13．（2024·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
（0，
）处有一点波源，产生波长为
、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O、R 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（0，
）
C．入射波与反射波在M 点相干减弱
D．折射角
的正弦值
【答案】BD
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【详解】A．波从一种介质到另一种介质，频率不变，故介质Ⅱ中波的频率为
故A 错误；
B．在介质Ⅱ中波长为
由于图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点，故S 点的坐标为（0，
），
故B 正确；
C．由于S 为波峰，且波传到介质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，则R 也为波峰，故P 到R 比P 到O 多一个波峰，则
则
由于
故不在减弱点，故C 错误；
D．根据
则
解得
故D 正确。
故选BD。
三、解答题
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14．（23-24 高三下·广东佛山·阶段练习） 在一个平静的湖面上，距离水面高度
处有一条水平缆索，
缆索上每隔
就从站台以速度
沿一个方向持续开出一辆缆车。湖水深
，缆索中央正下
方的湖底有一员潜水员，该潜水员只能看到湖面半径
的圆面有亮光，又在透过湖面半径
的
圆面上才能清晰的看到缆索上的缆车。已知
，
，
，求:
（1）湖水的折射率
的大小（用分式表示）；
（2）潜水员最多能清晰的看到缆索上缆车的数量。
【答案】（1）
；（2）
【详解】（1）根据题意可知，由于潜水员只能看到湖面半径
的圆面有亮光，如图所示
则有
解得
（2）潜水员透过湖面半径
的圆面看到缆索，如图所示
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由几何关系有
，
又有
解得
由对称性可知，潜水员透过湖面半径
的圆面看到缆索长度为
由题意可知，相邻缆车间的距离为
则有
即潜水员最多能清晰的看到缆索上缆车的数量为
。
15．（23-24 高三上·山东德州·期末）某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个LED 灯和一段光导纤维进行
研究。查阅资料发现，LED 灯是一块用环氧树脂密封的发光半导体材料。光导纤维由内芯和外套两层组成，
光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
（1）有一LED 灯结构如图甲所示，发光区域为直径
（MN 之间）的圆盘（厚度不计），发光面上覆
盖折射率
的半球形环氧树脂，发光圆盘的圆心与球心重合。要使发光区域发出的所有光线在球面上
都不发生全反射，求环氧树脂半径R 满足的条件；
（2）一段长直光导纤维由内芯和外套组成，其剖面如图乙，其中内芯的折射率
，外套的折射率
14
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。已知光从折射率为
的介质射入折射率为
的介质时，入射角
与折射角
间满足关系
。试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去。
【答案】（1）
；（2）不会
【详解】（1）如图所示﹐从半圆弧上任取一点P，
从M、N 两端发出的光入射角最大，取N 点光线，连接OP，NP，则入射角为
，
在
中
即
，
当
时
取最大值，
由题意
解得
（2）如图所示，作出光路图。
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由
得
解得
由折射定律得
由几何关系得
越大，
越大，
越小，
当
时
，
说明光信号不会通过外套“泄漏”出去。
16
