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专题14 光学
1、（2022·山东卷·T10）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝
，
的宽度
可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。
下列描述正确的是（ ）
A. 图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B. 遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C. 照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D. 照射两条狭缝时，若光从狭缝
、
到屏上P 点的路程差为半波长的奇数倍，P 点处一定是暗条纹
2、（2022·山东卷·T7）柱状光学器件横截面如图所示，
右侧是以O 为圆心、半径为R 的
圆，左
则是直角梯形，
长为R，
与
夹角
，
中点为B。a、b 两种频率的细激光束，垂直
面
入射，器件介质对a，b 光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A 向B 移动过程
中，能在
面全反射后，从
面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A. 仅有a 光
B. 仅有b 光
C. a、b 光都可以
D. a、b 光都不可以
3、（2022·全国乙卷·T17）一点光源以113W 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m 的
光，在离点光源距离为R 处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 -
34Js。R 约为（ ）
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A. 1 × 102m
B. 3 × 102m
C. 6 × 102m
D. 9 × 102m
4、（2022·浙江6 月卷·T8）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大
水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（ ）
A. 气泡表面有折射没有全反射
B. 光射入气泡衍射形成“亮斑”
C. 气泡表面有折射和全反射
D. 光射入气泡干涉形成“亮斑”
5、（2022·浙江6 月卷·T4）关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（ ）
A. 用复色光投射就看不到条纹
B. 明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C. 把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D. 蓝光干涉条纹的间距比红光的大
6、（2022·浙江1 月卷·T11）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O 点，发现有a、b、c、d 四条
细光束，其中d 是光经折射和反射形成的。当入射光束a 绕O 点逆时针方向转过小角度
时，b、c、d 也
会随之转动，则（ ）
A. 光束b 顺时针旋转角度小于
B. 光束c 逆时针旋转角度小于
C. 光束d 顺时针旋转角度大于
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D. 光速b、c 之间的夹角减小了
7、（2022·浙江1 月卷·T16） 电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续
发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗
克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（ ）
A. 发射电子的动能约为8.0×10-15J
B. 发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m
C. 只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉
D. 如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
8、（2022·全国乙卷·T34（2））一细束单色光在三棱镜
的侧面
上以大角度由D 点入射（入射
面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至
边的E 点，如图所示，逐渐减小i，E 点向B 点移
动，当
时，恰好没有光线从
边射出棱镜，且
。求棱镜的折射率。
9、 （2022·全国甲卷·T34（2））如图，边长为a 的正方形ABCD 为一棱镜的横截面，M 为AB 边的中
点。在截面所在平的，一光线自M 点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC 边的N 点恰好发生全反射，
反射光线从CD 边的P 点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C 两点之间的距离。
10、 （2022·广东卷·T16（2））一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，
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其截面如图所示。一激光器从罐体底部P 点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O 点。
当光束与竖直方向成
角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速
度为c，求液体的折射率n 和激光在液体中的传播速度v。
11、（2022·湖南卷·T16（2））如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂
直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度
的控制（可视角度
定义为某像素单元发出的光在图示
平面内折射到空气后最大折射角的2 倍）。透明介质的折射率
，屏障间隙
。发光像素单
元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射。
（1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度
控制为60°，求屏障的高度d；
（2）若屏障高度
，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x 最小为多少时，其可
视角度
刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。
12、（2022·湖北·T14）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A 位置，
海豚的眼睛在B 位置，A 位置和B 位置的水平距离为d，A 位置离水面的高度为
d。训练员将小球向左水
平抛出，入水点在B 位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A 位置发出的一束光线
经水面折射后到达B 位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。
已知水的折射率
，求:
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（1）tanθ 的值；
（2）B 位置到水面的距离H。
13、【2022·河北·T16(2)】如图，一个半径为R 的玻璃球，O 点为球心。球面内侧单色点光源S 发出的一束
光在A 点射出，出射光线AB 与球直径SC 平行，θ = 30°。光在真空中的传播速度为c。求：
（1）玻璃的折射率；
（2）从S 发出的光线经多次全反射回到S 点的最短时间。
1．（2021·山东卷）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关
于该区域薄膜厚度d 随坐标x 的变化图像，可能正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
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2．（2021·浙江卷）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O 和两出射
点P、Q 恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光
束c 和d、已知光束a 和b 间的夹角为
，则（ ）
A．光盘材料的折射率
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c 和d 的强度之和等于光束a 的强度
D．光束c 的强度小于O 点处折射光束
的强度
3．（2021·浙江卷）大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微
波功率达到
时会引起神经混乱，达到
时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，其
发射功率
。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最远
距离约为（ ）
A．
B．
C．
D．
4．（2021·浙江卷）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（ ）
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
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D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动
，条纹也会跟着转动
5．（2021·山东卷）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
。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
，脉冲激光中包含两种频率的光，它们
在棱镜中的折射率分别为
和
。取
，
，
。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求
的取值范围；
（2）若
，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差
（保留3 位有效数
字）。
6．（2021·广东卷）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q 接收到光的强度变化而触发工作的。光从
挡风玻璃内侧P 点射向外侧M 点再折射到空气中，测得入射角为
，折射角为
；光从P 点射向外侧N
点，刚好发生全反射并被Q 接收，求光从玻璃射向空气时临界角
的正弦值表达式。
7．（2021·湖南卷）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高
的人站在水平地面上，其正前方
处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为
、深度为
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，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。
现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。
（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？
（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
8．（2021·河北卷）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B 正对放置，圆心上下错开一定距离，
如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为
，当
时，A 右侧恰好无光线
射出；当
时，有光线沿B 的半径射出，射出位置与A 的圆心相比下移h，不考虑多次反射，求：
（1）半圆柱体对该单色光的折射率；
（2）两个半圆柱体之间的距离d。
9．（2021·全国卷）如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm 的玻璃板上表面射入。已知真空中的光
速为
m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为___________m/s；对于所有可能的入射角，该单色
光通过玻璃板所用时间t 的取值范围是___________s≤t<___________s（不考虑反射）。
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10．（2021·浙江卷）(1)用如图所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑
轮的细线牵引小车，盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，以小车
为研究对象，改变砝码质量，便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。
①关于这个实验，下列说法正确的是______；
A．需要补偿小车受到阻力的影响
B．该实验装置可以“验证机械能守恒定律”
C．需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行
D．需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量
②如图2 所示是两条纸带，实验时打出的应是第______条（填写“I”或“II”）纸带；
③根据实验数据，在坐标纸上画出的W-v2图象是一条过原点的直线，据此图象______（填“能”或“不
能”）求出小车的质量。
(2)小明同学在做“测定玻璃的折射率”实验时，发现只有3 枚大头针，他把大头针A、B、C 插在如图所示
位置，并测出了玻璃的折射率。请在答题纸相应方框中画出光路图，标出入射角i 和折射角r，并写出折射
率n 的计算式。____________
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1．（2020·海南卷）下列说法正确的是（ ）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小
B．观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率
C．同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大
D．两束频率不同的光，可以产生干涉现象
2．（2020·北京卷）随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相
同时间内能够传输的信息量更大。第5 代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，
“4G 改变生活，5G 改变社会”。与4G 相比，5G 使用的电磁波（ ）
A．光子能量更大
B．衍射更明显
C．传播速度更大
D．波长更长
3．（2020·北京卷）以下现象不属于干涉的是（ ）
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
4．（2020·天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确
的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A．
B．
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C．
D．
5．（2020·山东卷）双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S 到S1、S2的距离相等，O 点为S1、S2连
线中垂线与光屏的交点。光源S 发出的波长为
的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O 点，经S2出
射后直接传播到O 点，由S1到O 点与由S2到O 点，光传播的时间差为
。玻璃片厚度为10
，玻璃对该
波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（2020·天津卷）新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志
愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀
病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较（ ）
A．红外线的光子能量比紫外线的大
B．真空中红外线的波长比紫外线的长
C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能
7．（2020·浙江卷）如图所示，圆心为O、半径为R 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P 点垂直界
面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角
时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好
与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（ ）
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A．玻璃砖的折射率为1.5
B．
之间的距离为
C．光在玻璃砖内的传播速度为
D．光从玻璃到空气的临界角为30°
8．（2020·浙江卷）在抗击新冠病毒的过程中，广泛使用了红外体温计测量体温，如图所示。下列说法正
确的是（ ）
A．当体温超过37.3℃时人体才辐射红外线
B．当体温超过周围空气温度时人体才辐射红外线
C．红外体温计是依据体温计发射红外线来测体温的
D．红外体温计是依据人体温度越高，辐射的红外线强度越大来测体温的
9．（2020·浙江卷）如图所示，单刀双掷开关S 先打到a 端让电容器充满电。
时开关S 打到b 端，
时
回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（ ）
A．
回路的周期为0.02s
B．
回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．
时线圈中磁场能最大
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D．
时回路中电流沿顺时针方向
10．（2020·浙江卷）如图所示，一束光与某材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k
倍
。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的
倍，则该材料折射率至少为
（ ）
A．
B．
C．1.5
D．2
11．（2020·江苏卷）电磁波广泛应用在现代医疗中。下列属于电磁波应用的医用器械有（ ）
A．杀菌用的紫外灯
B．拍胸片的X 光机
C．治疗咽喉炎的超声波雾化器
D．检查血流情况的“彩超”机
12．（2020·山东卷）截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE 为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C 面的
线状单色可见光光源，DE 与三棱镜的ABC 面垂直，D 位于线段BC 的中点。图乙为图甲中ABC 面的正视
图。三棱镜对该单色光的折射率为
，只考虑由DE 直接射向侧面AA'CC 的光线。下列说法正确的是（
）
A．光从AA'C'C 面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA'C'C 面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE 发出的单色光频率变小，AA'C'C 面有光出射的区域面积将增大
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D．若DE 发出的单色光频率变小，AA'C'C 面有光出射的区域面积将减小
13．（2020·浙江卷）如图所示，波长为
和
的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a 和
b，则这两束光（ ）
A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距
C．在水中的传播速度
D．光子动量
14．（2020·江苏卷）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外
层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为
，则该内芯的
折射率为_____。（取
，结果保留2 位有效数字）
15．（2020·江苏卷）国际宇航联合会将2020 年度“世界航天奖”授予我国“嫦娥四号”任务团队。“嫦
娥四号”任务创造了多项世界第一、在探月任务中，“玉兔二号”月球车朝正下方发射一束频率为f 的电
磁波，该电磁波分别在月壤层的上、下表面被反射回来，反射波回到“玉兔二号”的时间差为
。已知电
磁波在月壤层中传播的波长为
，求该月壤层的厚度d。
16．（2020·全国卷）如图，一折射率为
的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，
∠A=90°，∠B=30°。一束平行光平行于BC 边从AB 边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC 边
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与BC 边上有光出射区域的长度的比值。
17．（2020·全国卷）直角棱镜的折射率n=1.5，其横截面如图所示，图中∠C=90°，∠A=30°。截面内一细
束与BC 边平行的光线，从棱镜AB 边上的D 点射入，经折射后射到BC 边上。
（1）光线在BC 边上是否会发生全反射?说明理由；
（2）不考虑多次反射，求从AC 边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
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