2025届高考物理一轮复习练：专题12 光

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O
ν
I(ν)
ν−1
ν+1
ν0
Δν
光梳是一种复色光，包含频率等间距分布的多种单色光，其中各单色光光强 I(ν) 与频率 ν 的关系如图所示。各单色光的频率可以表示为 νk = ν0 + k·Δν（k = 0，±1，±2，…），其中 ν0 是中心频率，相邻两单色光的频率差为 Δν。
为把光梳中不同频率的单色光分开，可利用同种玻璃对不同频率光的折射率 n 不同这一规律。使光束斜射入一矩形玻璃砖，光束通过玻璃砖后各个单色光会分开并平行地从玻璃砖射出。为测定玻璃砖对某一单色光的折射率，将玻璃砖置于方格纸上，用插针法得到四个大头针 a、b、c、d 的位置如图所示。
（1）画出入射光线、折射光线和出射光线；
a
b
c
d
（2）由此得到玻璃砖对该单色光的折射率 n = ________。（保留 2 位有效数字）
ν−1
ν+1
ν0
光屏
双缝
d
D
单缝
︙
︙
︙
︙
如图，由玻璃砖出射的多束平行单色光经单缝后垂直入射到刻有双缝的不透明平面。双缝间距为 d，双缝所在平面与光屏之间距离为 D。
（1）为使光屏上干涉条纹间距变大，可______双缝平面与光屏之间的距离 D。
（2）同步地上、下移动单缝和双缝平面，分别得到两种不同频率单色光的相邻干涉条纹间距为 x1 和 x2，这两种单色光的频率差为______。
光波和机械波（2023学年崇明一模一1、2）
光和机械波一样，都具有波的性质，他们不仅能够产生反射、折射，还能产生干涉和衍射，能够传递能量，携带信息。
完成下列问题：（6分）
（多选）下列关于光的说法正确的是（ ）
A．光波和超声波属于同种性质的波
B．光能发生偏振现象，说明光波是一种横波
C．阳光照耀下的肥皂泡呈现彩色花纹是光衍射的结果
D．将白光分别照射到单缝和双缝上，光屏上都可能呈现彩色条纹
α
β
γ
O
a
b
c
如图所示，一个半圆形的玻璃砖，其折射率 n。入射光 a 沿着玻璃砖半径射到直边上 O 点，分成两束光线 b 和 c，虚线为过 O 点的法线，则有（ ）
A．n = sinγ/csβB．n = sinα/sinγ
C．n = sinα/csβD．n = sinγ/sinβ
物质的微观结构（2023学年崇明二模一4）
物质是由分子或原子组成，电子的发现揭开了人类探索物质微观世界的序幕，人们意识到原子并非是组成物质的最小粒子，原子内部还有复杂的结构。
完成下列问题（21 分）
原子的模型：玻尔在卢瑟福原子核式结构的基础上，引入了量子化概念，提出了玻尔原子理论。根据这一理论，原子从一个能量状态跃迁到另外一个能量状态，会吸收或发射一定频率的光子。
a
b
c
O
（2）如一束复色光 a 在图示平面内，经圆心 O 从空气中射入半圆形玻璃砖，出射光为 b、c 两束单色光。这是光的________现象；玻璃砖对 b、c 两束光的折射率大小 nb________nc（填“等于”、“大于”或“小于”）。
上海光源（2023学年奉贤二模三1、2）
上海光源是一台同步辐射光源，其内部加速到接近光速的电子在磁场中偏转时会沿轨道切线发出波长连续的电磁波，包含远红外到 X 射线波段，被广泛用于各种前沿科学研究。
（3分）上海光源产生的电磁波中，可用于人体透视检查的是（ ）
A．X 射线B．紫外线C．可见光D．远红外线
39°
O
激光
A′
A
B′
C
B
利用上海光源发射的激光，设计实验测定某半圆柱形玻璃砖的折射率，如图所示。O 点为圆心，用一束红色激光从 C 点对准圆心 O 射入玻璃砖，保持入射光方向和 O 点位置不变，让玻璃砖绕 O 点顺时针缓慢旋转，当转过 39° 角时，折射光线消失。则
（1）（3分）玻璃对红色激光的折射率 n =_____________（保留 3 位有效数字）；
（2）（3分）若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度_____39°。
A．大于B．等于C．小于
反射与折射现象（2023学年虹口一模三1、2、3、4）
波到达两种不同介质的界面时，通常会同时发生反射与折射。
如图，站在清澈的湖边，可以同时看到湖旁景物的倒影和水底的枯枝。（ ）
A．景物的倒影是光在水面折射形成的
B．看到的枯枝是光在水面反射形成的
C．看到枯枝的深度比湖底的深度更大一些
D．人在湖边看到景物的倒影，潜在水中向上也能看到湖边景物，说明光在水面同时发生了反射与折射
光导纤维呈圆柱形，中间是直径为微米级的纤芯 A，外面包裹材料 B，最外层是塑料护套 C，它能远距离、高效传导各种光信号。（ ）
A．光导纤维运用了光的色散原理
B．纤芯 A 的折射率最小
C．包裹材料 B 的折射率最大
D．可以选用折射率由内向外逐渐减小的渐变型纤芯
如图，游泳池注满水，光源 S 在水面下 2.0 m 处，离水池右侧的边缘为 1.5 m，水的折射率为 1.33。
（1）光在水中传播的速度_________________光在空气中传播的速度（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
（2）从池边观察，看到光源 S 的像离水面的距离约为____________m（保留 2 位有效数字）。
水深小于波长区域的水波叫浅水波。水的深度发生变化，浅水波的传播方向会发生变化，传播速度也随之变化。浅水波的波速 v = EQ \R(gh) ，其中 g 为重力加速度，h 为水的深度。如图，从左侧发出一列水波，途径 A、B 两处。
（1）由图可知，A 处水波的波长_________________B 处水波的波长，A 处的水深_________________B 处的水深（均选填“大于”、“小于”或“等于”）。
（2）假设水波的折射与光的折射遵从相同规律，B 相对于 A 的等效折射率 n = 1.5，A 处水深 hA = 1.8 cm，则 B 处水深 hB 为_________________cm。
“隔空取物”的光学镊子（2023学年虹口二模四1、2、3）
光具有能量,也有动量，光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光镊技术就是用一束高度汇聚的激光形成辐射压力，在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触、无损活体的操作，如同“隔空取物”的光学镊子。
科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小 p = EQ \F(h,λ) ，h 为普朗克常量，λ 为光的波长。该公式表明：光具有的特性是_________________。频率为 ν 的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小 Δp = _________________，从而对平面镜产生一定的压力（光速取真空中的速度 c）。
光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到均匀分布的微球的 A 点，两次折射后从 B 点射出。
（1）实验中测出折射角 β 小于入射角 α，则光线在微球内的传播速度_________________真空中的光速 c。从 B 点射出后的折射角 θ = _________________（用 α、β 表示）。
（2）光束经过微球的过程中，其动量变化量（ ）
A．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 B
B．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 A
C．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向上
D．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向下
运用时，可以将两束相同的光同时对称的射入微球，相当于镊子的两个臂，产生对称的压力，从而稳定捕捉微球。
（1）如图，对称的入射光 a、b 射入微球甲，c、d 射入微球乙，入射方向关于中心线对称，则两球所受合力的方向（ ）
A．两球所受合力均向上
B．两球所受合力均向下
C．甲球受合力向下，乙球受合力向上
D．甲球受合力向上，乙球受合力向下
（2）已知微球偏离平衡位置微小位移 x 时，光线对微球总的作用力近似满足 F = − kx，则微球从平衡位置开始运动的位移 x 随时间 t 变化的图像为（ ）
从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”（2023学年黄浦一模一3、4）
2023 年 10 月 15 日是神舟五号飞天二十周年，二十年前杨利伟代表 13 亿中国人踏上了逐梦太空的征途。从此，中国人开启了从“飞天梦圆”到“圆梦天宫”。
（多选）天宫二号搭载的宽波段成像仪具有可见近红外（波长范围 0.52 ~ 0.86 微米）、短波红外（波长范围 1.60 ~ 2.43 微米）及热红外（波长范围 8.13 ~ 11.65 微米）三个谱段。与可见近红外相比，热红外（ ）
A．频率更低
B．相同条件下，双缝干涉图样中相邻明纹中心间距更宽
C．更容易发生衍射现象
D．在真空中传播速度更快
天宫二号搭载的三维成像微波高度计的示意图如图（a），天线 1 和 2 同时向海面发射微波，然后通过接收回波和信号处理，从而确定平均海平面的高度值。图（b）为高度计所获得海面上微波的_____条纹图样，两列天线发射的微波需满足的条件是___________。
天线 1
天线 2
海面
高度计正下方
（a）
（b）
观察区域
新能源汽车（2023学年黄浦二模一3、8）
我国新能源汽车产销量占全球比重超过 60%、连续 9 年位居世界第一位。我国已逐步形成新能源汽车与充电基础设施相互促进的良性循环。
新能源汽车安装了防撞预警安全系统，车载雷达会发射毫米波（毫米级电磁波），并对前车反射的毫米波进行处理。
（1）毫米波（ ）
A．遇前车时会发生明显衍射现象
B．由空气进入水时传播速度会变大
C．是原子核受到激发而产生
D．是横波能发生偏振现象
部分新能源汽车的“智能玻璃”配备了抬头显示系统如图（a），可将车辆的行驶速度、导航信息等重要行车信息投射到前挡风玻璃上。其原理图如图（b）所示，投影系统完成成像过程后，传导至光波导片中，通过“全反射”原理将光传输到人眼。光波导片的玻璃基底的折射率为 n1，玻璃基底周围介质的折射率为 n2。
（a）
（b）
周围介质
周围介质
投影系统
玻璃基底
光导波片
500 m
（1）n1___________n2（选择：A．“大于”B．“小于”）。
（2）发生全反射的临界角为___________。
光照度(Lx)
300
200
100
0
40
80
（c）
透明度(%)
（3）“智能玻璃”还能根据车外光照度自动调节玻璃的透明度，车外光照度和玻璃的透明度的关系图像如图（c）所示。当透明度为 100% 时，车内光照度为___________Lx。
光的认识（2023学年嘉定二模四1、2、3）
人类对于光的认识经历了一个漫长的历史过程，从牛顿的微粒说，到惠更斯的波动说，麦克斯韦的电磁说，一直到光的波粒二象性学说，认识不断深入。
v0||
v0⊥
v0
α
空气中
介质中
v||
v⊥
v
β
光的微粒说认为光子由大量具有质量的微粒构成，这些微粒在均匀介质中以确定速度传播。微粒说对折射定律的解释如下：弹性粒子由空气入射到介质表面时受到介质对其的引力作用，其方向垂直介质表面指向介质内部，因此入射粒子与介质表面平行的速度分量并不改变，即 v0|| = v||，而垂直介质表面的速度分量由于引力作用而由 v0⊥ 增大为 v⊥，入射粒子和折射粒子的速度及其分量如图所示，由此可以得到入射角 α 大于折射角 β。根据你所掌握的光学知识指出这一解释与事实不符之处：______________________。
α
冰的折射率为 1.31，用直径为 10 cm、长为 1 m 的冰柱代替玻璃制作“冰纤”，使光在冰柱内沿如图所示路径传播，入射角为 α，则 sinα =______（保留 2 位有效数字）。
干涉、衍射现象是光的波动性的表现。
光屏
双缝
激光器
（1）双缝干涉实验装置如图所示，双缝干涉条纹分布特征是______，可使用______传感器来观察干涉图样；根据 λ = EQ \F(L,d) Δx，通过测量 L、d、Δx 这三个物理量可以间接测得波长 λ，该关系式中 L 是____________________，调节 L 使其减小，相邻条纹间距 Δx 将______；为减小 Δx 的测量误差，测得相邻 N 个条纹的间距为 D，则 Δx = ______。
（2）在“观察光的衍射现象”实验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将______。衍射现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只有在_______________情况下，光才可以看作是沿直线传播的。
汽车（2023学年静安一模一2）
汽车自驾游是人们喜爱的出游方式之一，驾驶过程中常常离不开卫星导航，遵守交通规则安全文明驾驶是出游的重要保障。
驾驶车辆前要对汽车的后视镜、雨刮器等进行检查。
θ
N
接收器Q
光源P
车辆外侧
车辆内侧
前挡风玻
璃截面
（2）智能雨刮器会在下雨时自动启动。如图所示为前挡风玻璃的横截面示意图。雨刮器的工作原理可做如下简化：不下雨时，激光光源 P 发出的光在玻璃内传播斜射到 N 处，若光的入射角 θ 大于临界角就会发生_____________而被接收器 Q 接收；下雨时 N 处的外侧有水滴，接收器 Q 接收到的光照强度_________（选涂：A．变大”B．“不变”C.“变小”），从而启动雨刮器。
原子与原子核（2023学年静安二模一3）
随着人们对物质结构不断探索，人们对组成物质的粒子有了越来越多的认识和应用。
a 光的干涉图样
b 光的干涉图样
如图是 a、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，其中_______光的波长更长。若用 a、b 两光照射某金属，仅其中一种光能使该金属表面逸出光电子，则该光为_______光。电子通过双缝也能产生干涉图样，这说明电子具有___________性。
波（2023学年闵行一模四1、2）
可见光为我们呈现了色彩斑斓的世界和各种有趣的现象，其本质是一种电磁波，具有一些和机械波相同的波的特性，又有和机械波不同的特点。
下面关于光的现象和原理说法不正确的是（ ）
A．原本透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓主要是因为光的折射
B．激光防伪标识上的彩色图案是因为光的衍射
C．用“偏振片”可以检验并得到：光是横波
B
C
A
60°
30°
如图所示，折射率为 1.41 的直角棱镜 ABC 置于空气中。
（1）一束光从 BC 面垂直射入后又会从棱镜___________（选涂：A．AB 面B．BC 面C．AC 面）射出。
（2）其射出方向与射入方向之间的夹角约为_______°。（结果保留两位有效数字）
测定金属的逸出功（2023学年闵行二模四1）
金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。
用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距 Δx，已知双缝间距为 d，双缝到光强分布传感器的距离为 D，则激光器中的单色光波长为________。
图（b）
0
2
4
6
−2
−4
−6
x/mm
光强
Δx
激光器
双缝
光强分布
传感器
图（a）
飞行之旅（2023学年浦东一模一4）
某同学购买了一张单程机票。此次飞行的相关信息见图。在这趟飞行过程中他不仅领略了祖国的大好河山，更是发现了不少有趣的物理现象。
（3分）登机入座后，该同学透过舷窗看到初升太阳，如图所示。已知大气的折射率随着海拔的升高而减小，则太阳的实际位置在（ ）
（A）A 处（B）B 处
B 超（2023学年浦东二模二7）
B 超是现代医学的一种检测技术。很多病灶可以通过 B 超检测而发现。一台 B 超机是由超声探头、计算机和成像系统等模块组成。
i
d
h
病灶
皮肤
空气
如图所示，当超声波从空气入射到人体时，记“sini = a”，其中 i 为入射角。皮下组织质地均匀，折射率为 n。超声波进入人体过程中的反射、折射与光的反射、折射规律相同。假设皮下 h 深度处有一高密度病灶，其反射面与表皮平行，一列超声波在皮肤表面的入射点与出射点之间的距离为 d，
（1）（3分）当距离 d 越大时，可知病灶深度 h（ ）
A．越大B．越小
（2）（3分）h 的表达式为 h = __________。（用 a、n、d 表示）
喷墨打印机（2023学年浦东二模四13）
信号传入
墨盒
带电室
平行板电容器
+
-
v0
纸
回流槽
喷墨打印机的结构可以简化为右图。
当计算机有信号输入时，墨盒喷出细小的墨滴，经过带电室后带上负电，其电荷量由输入信号控制。墨滴进入平行板电容器，最后打到纸上，显示出打印内容。
当计算机无信号输入时，墨滴不带电，径直通过板间后注入回流槽流回墨盒中。
墨盒
棱镜
残余
墨汁
发射器
接收器
（4分）为提示剩余墨量，墨盒的底部有一个等腰直角三棱镜，外部有一个光源发射器和接收器，如图所示。当盒中墨水面低于棱镜顶端后，垂直三棱镜底面入射的光线在棱镜中会发生全反射，则接收器接收到的光强会________（选填“增强”或“减弱”），机器就可以判定墨量不足。棱镜的折射率至少为________。
天宫课堂（2023学年普陀二模三11）
中国宇航员利用“天宫”空间站的微重力环境，进行的太空授课活动。将空间站的运动视为匀速圆周运动，忽略地球自转的影响。
i
内壁
外壁
P
观看“太空水球”光学实验后，某同学用内径为 R、外径为 2R 的环形玻璃砖模拟光在水球中的传播。将玻璃砖放置在水平面上，一束单色光从 P 点以入射角 i 射入玻璃砖，如图所示。
（1）若 i = 45°，单色光经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切，则玻璃砖对该单色光的折射率 n = _____。
（2）若单色光经一次折射后，恰好在玻璃砖内壁发生全反射，则入射角 i = _____。
天宫空间站（2023学年青浦一模一5）
2022 年 11 月 29 日神舟十五号载人飞船入轨后与空间站组合体进行自主快速交会对接。
P
O
θ
水
（4分）某次实验中，航天员观察到水球中的气泡特别明亮，这主要是因为光在气泡内表面发生了________现象（如图）。若这种现象是在 P 点恰好发生的，θ = 53°，则水的折射率为_________。（sin53° = 0.8，cs53° = 0.6）
冰雪运动（2023学年松江二模一5）
滑雪、滑冰、雪地摩托等，让您在欣赏美景的同时，也能尽情体验冰雪带来的刺激与乐趣。
游客在某平整冰面观察水下的鱼，则鱼的实际位置应在目测位置的（ ）
A．上方B．同一位置C．下方
从经典走向量子（2023学年松江二模五4）
物理学自伽利略开端，至今已有三百多年的历史，其中 20 世纪之前的物理学被称为经典力学。此后，量子力学飞速发展，成为了当前的物理学前沿领域。
单色光
λ
双缝
屏
图样
d
L
Δx
人类对光的本性的认识经历了曲折的、螺旋式上升的过程，推动了量子力学的发展。
（1）托马斯·杨通过双缝干涉实验证明光具有波动性，实验装置如图。双缝间距 d = 0.938 mm，光屏到双缝的距离 L = 65.6 cm，相邻明条纹中心间距 Δx = 0.263 mm，则光的波长 λ 为_________nm（保留 3 位有效数字）。
（2）实验中，调弱光源的强度，若每次只有一个光子通过双缝装置，随着相机拍摄帧数的增加，分别得到如下 5 幅图像，这说明光具有_________性。
机械波与电磁波（2023学年徐汇一模二4、5）
机械波与电磁波在本质上虽然不同，但具有波动的共同特征。
下列光的现象中能说明光是横波的是（ ）
A．折射B．衍射C．干涉 D．偏振
某些特殊的人工材料，入射角 i 与折射角 r 依然满足 EQ \F(sin i,sin r) = n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧，因此其折射率为负值（n < 0），称为负折射率材料。空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率 n = − 1.2，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（ ）
α
β
γ
A
α
B
α
α
α
β
C
α
α
D
β
α
X 射线（2023学年徐汇二模五2）
产生 X 射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶，经加速电场加速后的电子高速撞击金属靶而减速，损失的动能越多，放出的光子能量越大，并形成 X 射线谱线。1921 年，我国物理学家叶企孙利用该原理较为精确地测定普朗克常量的大小。
为测量波长，可使 X 射线斜射向氯化钠晶体。如图所示，射线将在晶体的两层物质微粒平面上分别反射。
（1）逐渐改变入射角，可观测到反射光的（ ）
A．频率大小变化B．波长大小变化
C．波速大小变化D．强度大小变化
（2）已知 X 射线在氯化钠晶体中的折射率为 n，且 n 略小于 1。则可能使 X 射线发生全反射的情况是（ ）
A．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（n）
B．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（1/n）
C．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（n）
D．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（1/n）
电磁波（2023学年杨浦二模四4）
S
1
2
L
电流传感器
我们生活在浩瀚的电磁波的海洋里，光也是一种电磁波。如图所示为能产生无线电波的振荡电路。振荡电路的频率 f = EQ \F(1,2π\R(LC)) ，其中 L 为电感（单位：H），C 为电容（单位：F）。
O
A
D
C
B
如图所示，图中阴影部分 ABCD 为一透明材料做的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率 n = EQ \F(5,3) 。 EQ \\ac (AD,⁀) 为一半径 R = 10 cm 的半圆弧，在半圆弧的圆心 O 处有一点光源，从该点光源射入半圆弧 EQ \\ac (AD,⁀) 的光中有一部分不能从 AB、BC、CD 边直接射出，则能从这三个边射出光的边长之和为____________cm（只考虑首次从半圆弧直接射向 AB、BC、CD 边的光线）。
航天科技（2023学年长宁二模二3）
我国的航天科技飞速发展，在运载火箭、人造卫星、载人航天、天体探测以及失重条件下的各种实验等方面都取得了辉煌的成就。
天宫搭载的红外线热成像仪，是通过收集待成像物体辐射的红外线能量而成像的．红外线与可见光相比，红外线（ ）
A．频率更高
B．更容易发生衍射现象
C．真空中传播速度更快
D．在同一装置中双缝干涉条纹更窄
天宫课堂（2023学年长宁二模三2）
我国航天员在空间站进行过多次太空授课，精彩纷呈的授课内容大大激发了我们对科学知识和太空探索的兴趣和动力。
R
r
i
航天员将空气注入水球中，形成一个正中央含有同心空气球的特殊水球．已知水的折射率为 n = 4/3，气球半径 r = 3 cm，水球半径 R = 8 cm。若将一束单色光以入射角 i 射入水球，折射后光线恰好与空气球相切，如图所示，则入射角 i =_____°，光线通过水球后，偏离原入射光线的角度是_____°。（已知sin22° = 3/8）
游泳（2023学年宝山二模二6）
游泳是人凭借浮力，通过肢体有规律的运动使身体在水中运动的技能。
（计算）有一游泳池，在沲底水深 h = 1.5 m 处有一个点光源，已知水的折射率 n = 1.3，试求：游泳池边上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的半径 R（结果保留两位有效数字）。