1、专题14 光学（解析版）近5年（2017-2021）高考物理试题分类解析1.2021全国甲卷第15题. 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_st 60 根据题给数据得sin sin60 即大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射。（2）设光线在AC边上的F点射出棱镜，光线的入射角为i，折射角为r，由几何关系、反射定律及折射定律，有i= 30 i =90 sin i = nsinr nsini = sinr 联立式并代入题给数据
2、，得 由几何关系，r即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。2020全国3卷第16题物理选修3416.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边与BC边上有光出射区域的长度的比值。【答案】2【解析】设从点入射的光线经折射后恰好射向点，光在边上的入射角为，折射角为，如图所示由折射定律有设从范围入射的光折射后在边上的入射角为，由几何关系有代入题中数据解得所以从范围入射的光折射后在边上发生全反射，反射光线垂直射到边，边上全部有光射出。设从范围入射的光折射后在边上的入射角为，如图所示
3、由几何关系可知根据已知条件可知即从范围入射的光折射后在边上发生全反射，反射光线垂直射到边上。设边上有光线射出的部分为，由几何关系得边与边有光射出区域的长度比值为易错点：。2020江苏省卷第13B题13B（2）.选修3-4（12分）（2）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）（3）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
4、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.【解析】（3）电磁波的传播速度，根据题意，解得2020北京卷第1题1.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【答案】C【解析】A根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，故A错误；B由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的
5、叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；C白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；D水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误；故选C。2020天津卷第3题3.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【答案】B【解
6、析】A因为红外线的频率小于紫外线，根据，可知红外线的光子能量比紫外线的低，故A错误；B根据，可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；C真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；D光都具有偏振现象，故D错误。故选B。2020山东卷第3题3.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（）
7、A. B. C. D. 【答案】A【解析】光在玻璃中的传播速度为可知时间差故选A。2020山东卷第9题9.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BBCC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2，只考虑由DE直接射向侧面AACC的光线。下列说法正确的是（）A. 光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的B. 光从AACC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，AACC面有光出射的区域面积将增大D. 若DE发出的单色光频率变小，AACC面有光出射的区域面积将减小
8、【答案】AC【解析】AB由题可知可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在 平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误；C由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。故选AC。2020上海等级考第9题9、观察光的衍射实验装置如图所示，用红色的激光可以照出某种衍射条纹，为了减小条纹宽度，可（ ）(A)减小单缝宽（B)用绿光照射
9、(C)增大单缝与光屏间距离(D)减小激光器与单缝间距离答案B 【解析】条纹宽度与波长成正比，绿光的波长比红光短，所以减小条纹宽度。考察知识单缝衔射，核心素养物理观念2020浙江第4题4.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【答案】D【解析】AB凡是温度高于绝对零度的物体都能产生红外辐射，故人体一直都会辐射红外线，故A错误，B错误；CD人身体各个部位
10、体温是有变化的，所以辐射的红外线强度就会不一样，温度越高红外线强度越高，温度越低辐射的红外线强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就会辐射出个各部位的温度；红外体温计并不是靠体温计发射红外线来测体温的，故C错误，D正确。故选D。2020浙江第13题13.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（）A. 玻璃砖折射率为1.5B. 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【答案】C【解析】AB作出两种情况
11、下的光路图，如图所示设，在A处发生全反射故有由于出射光平行可知，在B处射出，故由于联立可得，故AB错误；C由，可得，故C正确；D由于，所以临界角不为30，故D错误。故选C。1. 2019全国1卷34.（2）（10分）如图，一般帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53（取sin53=0.8）。已知水的折射率为（i）求桅杆到P点的水平距离；（ii）船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。【答案】34
12、、物理选修34（2）（i）设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x1；桅杆高度为h1，P点处水深为h2：微光束在水中与竖直方向的夹角为。由几何关系有 由折射定律有sin53=nsin 设桅杆到P点的水平距离为x，则x=x1+x2 联立式并代入题给数据得x=7 m （ii）设激光束在水中与竖直方向的夹角为45时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为，由折射定律有sin=nsin45 设船向左行驶的距离为x，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2，则 联立式并代入题给数据得x= 2.2019年全国卷34题.（2）（10分）某同学利用图示装置测量某种
13、单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：（i）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_；A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的双缝（ii）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则单色光的波长=_；（iii）某次测量时，选用的双缝的间距为0300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为_nm（结果保留3位有效数字）。【答案】34.（2）（i）B （ii） （i
14、ii）630【解析】（ii）根据公式，其中表示相邻两条亮条纹间的距离，得，但，得3.2019年全国3卷34.（2）（10分）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，A=90，B=30。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。（i）求棱镜的折射率；（ii）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。【答案】34（2）（i）光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射，由折射定律得 式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知+=60 由几何关系和反射定律得 联立式，,并代入i=60得n= （ii）设改变后的入射角为，折射角为
15、，由折射定律得=n 依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角，且sin= 由几何关系得=+30由式得入射角的正弦为sin= 代入数值得,，如下图中红线所示。4.2019年北京卷14题利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是A甲对应单缝，乙对应双缝B甲对应双缝，乙对应单缝C都是单缝，甲对应的缝宽较大D都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】14A 【解析】双缝干涉，条纹中间粗，两边细；单缝衍射，条纹粗细相同。所以A正确5.2019年天津卷9（2）题 某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针
16、，刻度尺，圆规，笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度_。A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是_。该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于、点，再过、点作法线的垂线，垂足分别为、点，如图所示，则玻璃的折射率_。（用图中线段的字母表示）【答案】（2）AD D 【解析】6.2019年江苏卷13B（2）将两支铅笔并排放在一起，中间留一
17、条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的 （选填“折射”“干涉”或“衍射”）当缝的宽度 （选填“远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显（3）如图所示，某L形透明材料的折射率n=2现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求的最大值【答案】13B （2）衍射 接近（3）全反射 sinC=且C+=90，得=607. 2017年全国卷34.（2）题（10分）如图，一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体，O点为球心；下半部是半径为R、高位2R的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入，该
18、光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行（不考虑多次反射）。求该玻璃的折射率。（2）【解析】如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将学.科网从圆柱体底面中心C点反射。 设光线在半球面的入射角为i，折射角为r。由折射定律有由正弦定理有由几何关系，入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系有式中L是入射光线与OC的距离。由式和题给数据得由式和题给数据得8. 2018年全国卷34题物理一选修3-4）（1）（5分）如图，ABC为一玻璃三棱镜的横截面，A=30，一束红光垂直AB
19、边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60，则玻璃对红光的折射率为_。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角_（“小于”“等于”或“大于”）60。【解析】，因为同一玻璃对蓝光的折射率大于红光，所以大于。【答案】34（1） 大于9. 2018年全国2卷34题.（2）（10分）如图，是一直角三棱镜的横截面，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。（i）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【解答】34（2）（）光线在BC面上折射，由折
20、射定律有式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2=r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2=r2=60，r1=i3=30F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）由式得=60（）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有式中C是全反射临界角，满足由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为【解析】为什么由几何关系得i2=r2=60，r1=i3=30
21、看下图：因为D恰好是CG的中点，所以，因为C=300，所以，又DGE=B=600,所以三角形DGE为等边三角形，所以，。因EFCB，所以。为什么F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）把D点移到F点位置，如下图从上图可以看出：D点的出射光线对于D点的入射光的偏角为（r1i1），AB的法线比CD的法线的偏角为（180i2r2），F点的出射光线对于F点的入射光的偏角为r3i3，所以F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）。10. 2018年全国3卷 34题（2）（10分）如图，是一直角三棱镜的横截面，一细光
22、束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。（i）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【解答】34（2）（）光线在BC面上折射，由折射定律有式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有i2=r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得i2=r2=60，r1=i3=30F点的
23、出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）由式得=60（）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有式中C是全反射临界角，满足由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为【解析】为什么由几何关系得i2=r2=60，r1=i3=30看下图：因为D恰好是CG的中点，所以，因为C=300，所以，又DGE=B=600,所以三角形DGE为等边三角形，所以，。因EFCB，所以。为什么F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）把D点移到F点位置，如下图从上图可以看出：D点的出射光线对于D点的入射光的偏角为（r1i1），A
24、B的法线比CD的法线的偏角为（180i2r2），F点的出射光线对于F点的入射光的偏角为r3i3，所以F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=（r1i1）+（180i2r2）+（r3i3）。112017年北京14题如图所示，一束可见，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是A红光B黄光C绿光D紫光【解析】折射率n越大，光穿过平行玻璃砖后偏折越多，所以是紫光。【答案】D12. 2018年北京15题用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后A干涉条纹消失B彩色条纹中的红色条纹消失C中央条纹变成暗条纹D中央条纹变成红色【解析】红色干涉条纹【答案】15D13.
25、2017年天津第2题2明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是A若增大入射角i，则b光先消失B在该三棱镜中a光波长小于b光Ca光能发生偏振现象，b光不能发生D若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低【答案】2D 14. 2018江苏12B（2）两束单色光A、B的波长分别为、，且，则 （选填“A”或“B”）在水中发生全反射时的临界角较大用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到 （选填“A”或“B”）产生的条纹间距较大
26、【解析】临界角C，双缝干涉的条纹间距。【答案】12B.（2）A A15. 2017年江苏12B选修34（12分）（1）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有_。（A）飞船上的人观测到飞船上的钟较快（B）飞船上的人观测到飞船上的钟较慢（C）地球上的人观测到地球上的钟较快（D）地球上的人观测到地球上的钟较慢【解析】根据钟慢效应，C正确，反过来考虑，A正确。【答案】（1）AC 16. 2017年江苏12B（3）人的眼球可简化为如图所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在
27、轴线上的P点。取球体的折射率为，且D=R，求光线的会聚角。（示意图未按比例画出）【答案】（3）由几何关系，解得则由折射定律，解得且，解得17. 2018年海南第16.（2）题16（2）（8分）如图，由透明介质构成的半球壳的内外表面半径分别为R和。一横截面半径为R的平行光束入射到半球壳内表面，入射方向与半球壳的对称轴平行，所有的入射光线都能从半球壳的外表面射出。已知透明介质的折射率为。求半球壳外表面上有光线射出区域的圆形边界的半径。不考虑多次反射。【解析】根据临界角公式，得临界角，根据光的可逆性，作出与最边缘的出射线（光路可逆，入射线看做出射线）AB，连接OB。如图所示，在三角形AOB中，B=9
28、00,-，根据正弦定理，解得。则要求的半径为.（2019.8.13星期三）2. 2017年海南第7题7三束单色光1、2和3的波长分别为1、2和3（123）。分别用三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是（ BC ）A用光束1照射时，不能产生光电子B用光束3照射时，不能产生光电子C用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【解析】根据，因为123，所以，已知用光束2照射时，恰能产生光电子，所以用光束1照射时，不能产生光电子，A正确，B错误；根据饱和电流与光强有关，C正确。根据爱因斯坦光电效应方程，
29、D错误。【答案】AC3. 2017年海南第16（1）题16选修3-4（12分）（1）（4分）如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度（090）入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是_。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）A在第一块玻璃板下表面一定有出射光B在第二块玻璃板下表面一定没有出射光C第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行D第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧E第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧【解析】光路图如下，从光路图可以看出A、C、D正确。【答案】ACD（2019年8月14日 星期三）
