【备战2023】高考物理选择题专项训练学案——光学

2023年高考小题重组强化训练

 光学选择题专项训练  教师版

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．（2022·浙江杭州·校联考一模）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，如图所示。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（　　）

A．在雨滴中a光的波长比b光大

B．在真空中a光的波速比b光小

C．在同一介质中a光的光子动量比b光大

D．从光的波粒二象性分析，a光比b光更能体现波动性

【答案】C

【详解】A．光线进入水滴折射时，a光的折射角小于b光的折射角，由折射定律知，入射角相等，则a光的折射率大于b光的折射率，根据可知，在同种介质中，a光传播速度小于b光传播速度，a光的频率大于b光的频率， 可知，在雨滴中a光的波长比b光小，故A错误；

B．真空中光速均相同，故B错误；

C．光子动量

所以同一介质中a光的光子动量比b光大，故C正确；

D．a光的频率大于b光的频率，从光的波粒二象性分析，a光比b光更能体现粒子性，故D错误。

故选C。

2．（2023·江苏徐州·统考一模）如图所示，真空中一束复色光a沿AO方向射入半圆形玻璃柱体横截面的顶端O，经玻璃折射成b、c两束光。下列说法正确的是 （　　）

A．玻璃对b光的折射率比c大

B．在玻璃中，b光的传播速度比c大

C．b光的光子能量比c小

D．逐渐增大a光的入射角，b光先发生全反射

【答案】A

【详解】A．由图可知，两光的入射角r相同，但b光的折射角i更小，根据

可知b光的折射率比c光的更大，故A正确；

B．根据

可知，因b光的折射率更大，故b光在玻璃中的传播速度比c光更小，故B错误；

C．因b光的折射率更大，故b光的频率更大，根据

可知b光的能量更大，故C错误；

D．由光疏介质进入光密介质不会发生全反射，故逐渐增大a光的入射角，b光不会发生全反射，故D错误。

故选A。

3．（2022·浙江舟山·统考模拟预测）如图所示，两束单色光、平行射入一块平行厚玻璃砖，玻璃砖下表面有反射涂层，两束光线经过折射、反射、再折射后从上表面同一位置射出成为一束复色光，则下列说法正确的是（　　）

A．若光是黄色光，则光可能是紫色光

B．在玻璃砖中光的速率大于光的速率

C．若光能使某种金属发生光电效应，则光一定能使该金属发生光电效应

D．在相同条件下做双缝干涉实验，光条纹间距大于光条纹间距

【答案】C

【详解】AB．由光路图可得，光折射率大于光，若光为黄色光，光不可能为紫色光；由。可知光在玻璃砖中的速率比光小，故AB错误；

C．光频率比光大，若光能使某种金属发生光电效应，则光一定能使该金属发生光电效应，故C正确；

D．光波长小于光，在相同条件下做双缝干涉实验，光条纹间距小于光，故D错误。

故选C。

4．（2023·辽宁·模拟预测）某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法中不正确的是（　　）

A．a光子的能量大于b光子的能量

B．a光更容易发生明显的衍射现象

C．单色光a在水中的传播速度比b光快

D．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角

【答案】A

【详解】A、根据知，在屏幕上相邻的两条亮纹间距越大，则光的波长较长，则a光波长较大，由知频率越短，则a光子的能量越小，故A错误。

B、a光波长大于b光波长，则a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故B正确。

C、a光的波长长，则频率小，则折射率小，根据知在介质中传播速度大。故C正确。

D、从同一种介质射入空气发生全反射时，临界角，可知a光的临界角大于b光的临界角，故D正确。

故选A。

5．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校联考模拟预测）如图所示，一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一块水平放置的平面玻璃板接触，用平行的单色光竖直向下照射，可以观察到一些明暗相间的单色同心圆环，由于这种现象首先是由牛顿观察到的，所以这些同心圆环叫做牛顿环。关于这种现象下列说法正确的是（    ）

A．这是光的衍射现象 B．这是光的折射现象

C．单色圆环离圆心越远间距越稀疏 D．单色圆环离圆心越远间距越密集

【答案】D

【详解】AB．凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个空气薄膜，当竖直向下的平行光射向平凸透镜时，尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处的空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状，所以牛顿环是薄膜干涉现象，选项AB错误；

CD．空气薄层厚度不同，上、下表面反射光的光程差也不同，由于上表面是球面，所以越远离中心的地方空气薄膜厚度增加越快，光程差越大，干涉条纹也就越密，选项C错误，D正确。

故选D。

6．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校联考模拟预测）如图所示，一束激光在长度为l=3m的光导纤维中传播。激光在光导纤维中的折射率，若激光由其左端的中心点以α=60°的入射角射入光导纤维，已知光在真空中的传播速度为3×108m/s，下列说法错误的是（　　）

A．该束激光在左端面的折射角为30°

B．激光从左端面的入射角过大，则不能在侧壁发生全反射

C．激光在光导纤维中的速度为

D．激光在光导纤维中传播的时间为2×10-8s

【答案】B

【详解】A．激光在光导纤维中的光路图如图所示

根据折射定律

可得

故A正确，不符合题意；

B．设激光在光导纤维中的临界角为C，则

即

当入射角为

左端面的折射角为

（C为临界角）

由几何关系可知在侧壁的入射角θ的范围为

所以从光导纤维左端面射入的光均可在侧壁发生全反射，故B错误，符合题意；

C．激光在光导纤维中的速度为

故C正确，不符合题意；

D．光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面，故光线在光导纤维中传播的距离为

因此该激光在光导纤维中传播的时间为

解得

故D正确，不符合题意。

故选B。

7．（2023·浙江·校联考模拟预测）如图所示，长方形是玻璃砖的截面，边长为边长为，是边的四等分点。一束单色光从点以的入射角射到玻璃砖上，光束刚好射到边的中点。不考虑光的多次反射。则下列说法正确的是（　　）

A．玻璃对光的折射率为

B．光从点传播到中点所用的时间为

C．若相同的单色光从点以的入射角射到玻璃砖上，则光从玻璃砖射出时的侧移量为l

D．若用频率更大的光从点以的入射角射到玻璃砖上，则光从玻璃砖射出时侧移量变小

【答案】C

【详解】A．光从点射入时的光路如图1所示。光束以的入射角射入玻璃砖时，恰好射到边的中点，设此时折射角为，由几何关系可知

因此折射角，折射率

A错误；

B．光在介质中传播的速度，则光从点传播到中点所用的时间为，B错误；

C．光从点射入时的光路如图2所示。光线从出射点射出，由几何关系可知

侧移量

联立解得

C正确；

D．若用频率更大的光从点入射，折射率变大，角变小，光从玻璃砖射出时侧移量变大，D错误。

故选C。

8．（2023·天津·模拟预测）某同学利用太阳光和三棱镜重复了牛顿的色散实验，并将5支相同的温度计分别放在屏幕A、B、C、D、E五处位置，其中B处是红光边缘，D处是紫光边缘，观察到的现象是A处的温度计升温最快，下列解释最合理的是（    ）

A．A处照射到的电磁波波长最长 B．A处照射到的电磁波能量最大

C．A处照射到的电磁波含有红外线 D．A处照射到的电磁波含有紫外线

【答案】C

【详解】由于红外线的热效应最明显，因此A处照射到的电磁波中一定含有红外线。

故选C。

9．（2023·福建·一模）以下说法中正确的是（　　）

A．图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，振动幅度越大

B．图乙是双缝干涉示意图，若只将光源由蓝色光改为绿色光，两相邻亮条纹间距离减小

C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，若将薄片向右移动，条纹间距将变小

D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动，绕水平轴在竖直面内顺时针缓慢转动N时，从图示位置开始转动90度的过程中，光屏P上的光亮度保持不变

【答案】C

【详解】A．图甲为共振曲线，当驱动力频率等于振动系统固有频率时，振幅最大，故A错误；

B．乙图中，根据

若只将光源由蓝色光改为绿色光，波长增大，两相邻亮条纹间距离将增大，故B错误；

C．当将薄片向右移动时，即增大空气薄层的厚度，导致同级的光程差的间距变小，则干涉条纹间距会变小，故C正确；

D．当M固定不动，缓慢转动N时，从图示位置开始转动90°的过程时，则M、N的振动方向垂直，此时光屏P上的光亮度最暗，故D错误。

故选C。

10．（2023·浙江嘉兴·一模）下列说法正确的是（    ）

A．液体分子永不停息的无规则运动称为布朗运动

B．光经过大头针尖时影的轮廓模糊属于干涉现象

C．康普顿效应中入射光子与电子碰撞发生散射后，波长变大

D．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的本身材料有关，与温度无关

【答案】C

【详解】A．悬浮在液体中小微粒的无规则运动称为布朗运动，不是液体分子的无规则运动，故A错误；

B．光经过大头针尖时影的轮廓模糊属于衍射现象，故B错误；

C．康普顿效应中入射光子与电子碰撞时，根据动量守恒可知其动量减少，根据

可知光子散射后波长边变长，故C正确；

D．根据黑体辐射实验的规律可知，黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关，故D错误。

故选C。

11．（2023·北京·模拟预测）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。如果光束b是黄光，则以说法正确的是（　　）

A．这是光的干涉现象

B．光束c可能是红光

C．玻璃对单色光a的折射率最小

D．三种光在玻璃中传播的速度大小相同

【答案】C

【详解】A．这是光的折射现象，故A错误；

B．红光的折射率小于黄光的折射率，则光束c不可能是红光，故B错误；

C．由图可知，玻璃对单色光a的折射率最小，故C正确；

D．根据可知，三种光折射率不同，则在玻璃中传播的速度大小不相同，故D错误。

故选C。

12．（2023·浙江绍兴·一模）由均匀透明材料制成的半圆柱的截面如图所示，AB为直径边界，O为圆心，半径为R；有一点光源嵌于P点，在纸面内向各个方向发射黄光，该材料对黄光的折射率n=2。已知PO⊥AB，PO=。不考虑光在材料内部的反射，则（　　）

A．直径边界与半圆弧边界有光线射出的总长度为

B．欲使黄光能从半圆形边界全部射出，n不能超过

C．若改用红光光源，有光线射出的边界总长度将变短

D．人眼在P点正上方C处观察，看到点光源的像就在P处

【答案】B

【详解】A．黄光的临界角

sinC=

得

C=30°

做出临界光线如图所示，由几何关系可得∠EPF=120°，∠HPG=60°，所以在直径边界与半圆弧边界有光线射出的总长度为

选项A错误；

B．从P点射向半圆形边界的光线在I处的入射角最大，欲使黄光能从半圆形边界全部射出，则n的最小值

选项B正确；

C．若改用红光光源，红光的折射率小于黄光的折射率，红光的临界角大，有光线射出的边界总长度将增大，选项C错误；

D．人眼在P点正上方C处观察，看到点光源的像被抬高，选项D错误。

【注：可推导垂直看水下物体的深度】

故选B。

13．（2023·天津·模拟预测）彩虹的形成是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次折射就形成了彩虹。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。则下列说法正确的是（　　）

A．a光是红光，b光是紫光

B．若用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距

C．若遇到相同的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射

D．在水滴中传播时，a光的速度大于b光的速度

【答案】B

【详解】A．a、b两条出射光线均在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根据折射定律，入射角和折射角的正弦值之比为常数，可知

折射率大则频率高，则a光是紫光，b光是红光，A错误；

BC．由A可知

根据

可知，用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条纹间距。遇到相同的障碍物，b光更容易发生明显衍射，B正确，C错误；

D．由

得

D错误。

故选B。

二、多选题

14．（2022·湖南湘潭·统考二模）一透明体的横截面如图所示，，四分之一圆弧OBC的半径为R，一单色光从OA面上的D点垂直OA射入透明体，经AB面发生全反射后又在圆面上的E点刚好发生全反射，最终从OC上的F点（图中未标出）射出。已知弧BE长为，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）

A．透明体对该单色光的折射率为

B．O、D两点之间的距离为

C．该单色光由D点传播到F点所需的时间为

D．将入射点左移一些，此单色光在BC面上仍会发生全反射

【答案】CD

【详解】A．根据已知条件作出的光路如图所示，，结合几何关系有

解得

选项A错误；

B．根据几何关系可得

解得

R

选项B错误；

C．根据几何关系可得

R，EG

解得

选项C正确；

D．将入射点左移，此单色光在BC面上的入射角变大，仍会发生全反射，选项D正确。

故选CD。

15．（2023·浙江绍兴·统考一模）如图所示是指纹识别原理图，它利用了光学棱镜的全反射特性。在指纹谷线（凹部）处入射光在棱镜界面发生全反射；在指纹脊线（凸部）处入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的地方。这样就在指纹模块上形成了明暗相间的图像。下列说法正确的有（　　）

A．从指纹谷线处反射的光线更亮一些

B．产生的明暗相间指纹图像是由于光的干涉造成的

C．手机贴膜后再进行指纹识别，反射光的频率将发生变化

D．手指湿润后识别率降低，是因为明暗条纹的亮度对比下降了

【答案】AD

【详解】A．在指纹谷线（凹部）处入射光在棱镜界面发生的是全反射，则从指纹谷线处反射的光线更亮一些，A正确；

B．光的干涉需要两个相干光源，入射到谷线和脊线的光线不是相干光， B错误；

C．在光的反射和折射过程中，光的频率不变，C错误；

D．手指湿润后在手指表面形成水膜会使明暗条纹的亮度对比下降，识别率降低，D正确。

故选AD。

16．（2022·浙江宁波·模拟预测）下列说法正确的是（　　）

A．如图甲肥皂膜上出现的干涉条纹是灯焰直接发出的光与肥皂膜上的反射光产生干涉的结果

B．如图乙为了拍出更清晰的汽车内景照片，可在相机镜头上加偏振片以减弱汽车挡风玻璃表面反射光的影响

C．如图丙是电子束穿过铝箔后的衍射图样，说明实物粒子具有波动性

D．如图丁是紫外线消毒灯，紫外线灯消毒的工作原理利用了光电效应

【答案】BC

【详解】A．肥皂膜上出现的干涉条纹的产生是由于光线在膜前后表面反射形成的两列光波的叠加形成的，故A错误；

B．可在相机镜头上加偏振片可以减弱汽车挡风玻璃表面反射光的影响，故B正确；

C．衍射是波特有的现象，电子束穿过铝箔后的衍射图样，说明实物粒子具有波动性，故C正确；

D．紫外线消毒是利用了紫外线可以杀菌的特性，故D错误。

故选BC。

17．（2023·浙江杭州·学军中学校考模拟预测）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，脉冲激光中包含不同频率的光1和2，它们在棱镜中的折射率分别为和。取，，。则下列说法正确的是（　　）

A．上方光线为光2

B．光1和光2通过相同的干涉装置后，光2对应的干涉条纹间距更大

C．为使光1和光2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，则

D．若，则光1和光2通过整个展宽器的过程中在空气中的路程差约为14.4mm

【答案】ABD

【详解】A．因n1>n2，三棱镜对光1的折射率大于对光2的折射率，所以上方光线为光2，A正确；

B．因n1>n2，可知光1的频率大于光2的频率，则有光1的波长小于光2的波长，光1和光2通过相同的干涉装置后，由干涉条纹间距公式，可知光2对应的干涉条纹间距更大，B正确；

C．设光线在第一个棱镜斜面上恰好产生全反射，则有

代入较大折射率得对应的临界角为C=45°，因此为使光1和光2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，则θ<45°，C错误；

D．脉冲激光从第一个三棱镜右侧面射出时产生折射，设折射角分别为α1和α2，由折射定律可得

设两束光在两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则有

则有

联立并代入数据解得

D正确。

故选ABD。

18．（2022·全国·统考模拟预测）如图所示的玻璃砖内存在一三角形的气泡，由两种色光组成的细光束平行于三角形气泡的上底边射入玻璃砖，该光束经偏折后两种色光射到M、N两点。则下列说法正确的是（　　）

A．如果M是蓝光，则N可能是黄光

B．如果M是蓝光，则N可能是紫光

C．射到N点的色光在玻璃中的传播速度较小

D．从M、N射出的光束与入射光平行

【答案】BC

【详解】AB．细光束由玻璃射入空气，折射角应大于入射角，且折射率越大的折射角越大，由图可知射到N点的色光折射率较大，因此M是蓝光，则N可能是紫光，故A错误，B正确；

C．射到N点的色光折射率大，由公式可知射到N点的色光在玻璃中的传播速度较小，故C正确；

D．由于气泡为三角形，根据折射定律和几何知识，可知出射光线不可能与入射光平行，故D错误。

故选BC。

19．（2023·广东·校联考模拟预测）美丽的彩虹是由于太阳光照射在众多微小的“水球”而发生的反射和折射现象。如图所示是某一均匀介质球的截面图，AB、CD是该介质球的两条直径，∠AOC=60°，一束激光以平行于AB的方向从C点射入介质球，经过一次折射打到B点。设光在空气中的传播速度为c，则（　　）

A．该介质球的折射率为

B．光在该球中的速度为

C．光线在B点离开介质球的方向与直线AB夹角为60°

D．光线经介质球反射和折射后，可能沿平行于AB的方向射出

【答案】ACD

【详解】A．由几何关系可得，该介质球的折射率为

故A正确；

B．由

可得光在该球中的速度为，故B错误；

C．由光路可逆得，光线在B点离开介质球的方向与直线AB夹角为60°，故C正确；

D．由光路可逆得，从B点平行与CD方向入射，沿平行于AB的方向射出，故D正确。

故选ACD。

20．（2022·浙江丽水·校考模拟预测）如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。油量计结构可看成由多块长度不同的锯齿形的透明塑料拼叠而成，图乙是其中一块的示意图，锯齿形的底是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　）

A．透明塑料的折射率应小于 B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区

C．油量增加时，亮区范围变小 D．对于透明塑料和油来说，油是光密介质

【答案】CD

【详解】A．如图所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率

即透明塑料的折射率应大于，A错误；

B．光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，B错误；

C．油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，C正确；

D．透明塑料的折射率小于油的折射率，对于透明塑料和油来说，油是光密介质，D正确。

故选CD。