专题18光的研究应用 解析版-2025年高考物理二轮复习培优练（新高考用）

试卷第=page11页，共=sectionpages33页专题18光的研究应用TOC\o"1-1"\h\u专题一光的直线传播与反射 2专题二光的折射定律、折射率 4专题三发生全反射的条件、临界角 6专题四折射和全反射的综合问题 9专题五双缝干涉与薄膜干涉 17专题六光的衍射 23专题七光的偏振 26专题一光的直线传播与反射4．（2022·全国甲卷·高考真题）光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器，其简化的工作原理示意图如图所示。图中A为轻质绝缘弹簧，C为位于纸面上的线圈，虚线框内有与纸面垂直的匀强磁场；M为置于平台上的轻质小平面反射镜，轻质刚性细杆D的一端与M固连且与镜面垂直、另一端与弹簧下端相连，为圆弧形的、带有均匀刻度的透明读数条，的圆心位于M的中心。使用前需调零:使线圈内没有电流通过时，M竖直且与纸面垂直；入射细光束沿水平方向经上的O点射到M上后沿原路反射。线圈通入电流后弹簧长度改变，使M发生倾斜，入射光束在M上的入射点仍近似处于的圆心，通过读取反射光射到上的位置，可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为k，磁场磁感应强度大小为B，线圈C的匝数为N。沿水平方向的长度为l，细杆D的长度为d，圆弧的半径为r﹐，d远大于弹簧长度改变量的绝对值。（1）若在线圈中通入的微小电流为I，求平衡后弹簧长度改变量的绝对值及上反射光点与O点间的弧长s；（2）某同学用此装置测一微小电流，测量前未调零，将电流通入线圈后，上反射光点出现在O点上方，与O点间的弧长为、保持其它条件不变，只将该电流反向接入，则反射光点出现在О点下方，与O点间的弧长为。求待测电流的大小。【答案】（1），；（2）【详解】（1）由题意当线圈中通入微小电流I时，线圈中的安培力为F=NBIl根据胡克定律有F=NBIl=k│x│如图所示设此时细杆转过的弧度为θ，则可知反射光线转过的弧度为2θ，又因为d>>x，r>>d则sinθ≈θ，sin2θ≈2θ所以有x=dθs=r2θ联立可得（2）因为测量前未调零，设没有通电流时偏移的弧长为s′，当初始时反射光点在O点上方，通电流I′后根据前面的结论可知有当电流反向后有联立可得同理可得初始时反射光点在O点下方结果也相同，故待测电流的大小为专题二光的折射定律、折射率5．（2024·贵州·高考真题）一种测量液体折射率的V形容器，由两块材质相同的直角棱镜粘合，并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体，一激光束从左边棱镜水平射入，通过液体后从右边棱镜射出，其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为，光在棱镜和液体中的传播速度分别为，则（）A． B． C． D．【答案】A【详解】由图可知光从棱镜进入液体中时，入射角小于折射角，根据折射定律可知根据折射率的速度表达式可得故选A。6．（2024·福建·高考真题）镀有反射膜的三棱镜常用在激光器中进行波长的选择。如图，一束复色光以一定入射角（）进入棱镜后，不同颜色的光以不同角度折射，只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光输出。若复色光含蓝、绿光，已知棱镜对蓝光的折射率大于绿光，则蓝光在棱镜中的折射角（填“大于”“等于”或“小于”）绿光的折射角；若激光器输出的是蓝光，当要调为绿光输出时，需将棱镜以过入射点且垂直纸面的轴（填“顺时针”或“逆时针”）转动一小角度。【答案】小于逆时针【详解】[1]由于透镜对蓝光折射率大于绿光，根据折射定律可得，入射角相同，透镜中蓝光折射角小于绿光折射角；[2]此时输出激光为蓝光，要变为绿光，即由蓝光的折射光线垂直入射到反射膜改为绿光的折射光线垂直入射到反射膜，根据折射定律，需要减小入射角，由于入射光线不动，应逆时针转动棱镜。7．（2024·重庆·高考真题）某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所示，其宽度为16cm，让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角，当反射光与折射光垂直时，测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h，就能得到液体的折射率n。忽略气壁厚度，由该方案可知（

）A．若h=4cm，则 B．若h=6cm，则C．若，则h=10cm D．若，则h=5cm【答案】B【详解】根据几何关系画出光路图，如图所示标注入射角θ1，折射角θ2，根据折射定律可得A．若，则，故A错误；B．若，则，故B正确；C．若，则，故C错误；D．若，则，故D错误。故选B。专题三发生全反射的条件、临界角8．（2024·浙江·高考真题）如图为水流导光实验，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则（）A．激光在水和空气中速度相同B．激光在水流中有全反射现象C．水在空中做匀速率曲线运动D．水在水平方向做匀加速运动【答案】B【详解】A．光在介质中的速度为，故激光在水中的传播速度小于在空气中的传播速度，故A错误；B．水流导光的原理为光在水中射到水与空气分界面时入射角大于临界角，发生了全反射，故B正确；C．水在空中只受到重力作用，做匀变速曲线运动，速度在增大，故C错误；D．水在水平方向做匀速直线运动，故D错误。故选B。9．（2024·海南·高考真题）一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率（）A． B． C． D．2【答案】C【详解】如图所示根据几何关系可知光线在PQ界面的入射角为

根据全反射的临界条件可得解得故选C。10．（2024·江苏·高考真题）现有一束光以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的溶液甲、乙中，折射光线如图所示（β1<β2），已知NaCl的溶液的折射率随NaCl浓度增大而增大。则（）A．甲溶液折射率较大 B．甲溶液NaCl浓度较小C．光在甲溶液中的传播速度较大 D．光在甲中发生全反射的临界角较大【答案】A【详解】入射角相同，由于，根据折射定律可知，故甲浓度大；根据，可知光线在甲中的传播速度较小，由可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。故选A。11．（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。（1）求sinθ；（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。【答案】（1）；（2）【详解】（1）由题意设光在三棱镜中的折射角为，则根据折射定律有由于折射光线垂直EG边射出，根据几何关系可知代入数据解得（2）根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图则根据几何关系可知FE上从P点到E点以角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有又因为联立解得所以光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为专题四折射和全反射的综合问题12．（2024·全国甲卷·高考真题）一玻璃柱的折射率，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R，如图所示。截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。【答案】【详解】如图，画出光路图可知设临界角为C，得，根据可得解得故可得故可知13．（2023·山东·高考真题）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为，折射率为n（）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值；（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。

【答案】（1）；（2）【详解】（1）由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设光在M下端与竖直方向的偏角为α，此时可得又因为所以（2）根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示

则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应该为当距离最近时有当距离最远时有根据（1）可知联立可得所以满足条件的范围为14．（2022·重庆·高考真题）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为，（1）求蓝灯到水面的最大距离；（2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？【答案】（1）；（2）上方，理由见解析【详解】（1）为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从折射出去，以红光为例，当折射角最大达到临界角时，光线垂直水面折射出去，光路图如图所示假设半球半径为，根据全反射定律和几何关系可知同理可知蓝光两式联立解得（2）蓝光的折射率大于红光的折射率，根据（1）问结果结合可知所以蓝灯应该在红灯的上方。15．（2022·广东·高考真题）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，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。【答案】，【详解】当入射角达到45o时，恰好到达临界角C，根据可得液体的折射率由于可知激光在液体中的传播速度16．（2022·河北·高考真题）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：（i）玻璃的折射率；（ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。【答案】（1）；（2）【详解】（i）根据题意将光路图补充完整，如下图所示根据几何关系可知i1=θ=30°，i2=60°根据折射定律有nsini1=sini2解得（ii）设全反射的临界角为C，则光在玻璃球内的传播速度有根据几何关系可知当θ=45°时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长则最短时间为17．（2022·湖南·高考真题）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）。【答案】（1）1.55mm；（2）0.35mm【详解】（1）发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ=60°，则在介质中的入射角为i，则解得由几何关系解得（2）若视角度刚好被扩为180°，则，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射角解得C=30°此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为像素单元宽度x最小为专题五双缝干涉与薄膜干涉18．（2023·河北·高考真题）制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是（）A．上述现象与彩虹的形成原理相同 B．光在薄膜的下表面发生了全反射C．薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D．薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色【答案】C【详解】A．上述现象是由于光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要为光的折射，上述现象与彩虹的形成原理不相同，故A错误；BC．硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，故B错误，C正确；D．根据光的干涉中相互加强的条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的波长也会发生改变，导致硅片呈现不同的颜色，故D错误。故选C。19．（2024·广西·高考真题）如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，，镜面与光屏垂直，单色光波长为。下列说法正确的是（）A．光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为B．光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为C．若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为D．若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，则该液体的折射率为【答案】AD【详解】AB．根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据条纹间距公式可知故A正确，B错误；C．若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据其中c为在真空中的光速，则故C错误；D．若将整套装置完全没入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，根据条纹间距公式有可得结合C选项的分析可知所以故D正确。故选AD。20．（2024·山东·高考真题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（）A．滚珠b、c均合格B．滚珠b、c均不合格C．滚珠b合格，滚珠c不合格D．滚珠b不合格，滚珠c合格【答案】C【详解】单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。21．（2024·湖南·高考真题）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（）A．沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动B．沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小C．若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变D．若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动【答案】BC【详解】CD．根据题意画出光路图如图所示，S发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像S′发出的光）是同一列光分成的，满足相干光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可看成双缝干涉，设S与S′的距离为d，则d=2aS到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式可得则若θ=0°，沿OA向右（沿AO向左）略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误；AB．同理再次画出光路图有沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。故选BC。22．（2023·山东·高考真题）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（

）

A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动【答案】A【详解】由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。23．（2021·山东·高考真题）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．【答案】D【详解】用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小。故选D。24．（2024·辽宁·高考真题）某同学自制双缝干涉实验装置，在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照双缝，能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是（）A．换用更粗的头发丝 B．换用红色激光照双缝C．增大纸板与墙面的距离 D．减小光源与纸板的距离【答案】A【详解】由于干涉条纹间距，可知：A．换用更粗的头发丝，双缝间距d变大，则相邻两条亮纹中央间距变小，故A正确；B．换用红色激光照双缝，波长变长，则相邻两条亮纹中央间距变大，故B错误；C．增大纸板与墙面的距离l，则相邻两条亮纹中央间距变大，故C错误；D．减小光源与纸板的距离，不会影响相邻两条亮纹中央间距，故D错误。故选A。专题六光的衍射25．（2022·天津·高考真题）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大【答案】BD【详解】由图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长大于b光的波长，a光的频率小于b光的频率。A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件可知产生a光的能级能量差小，故A错误；B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；C．在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程可知a光的遏止电压低，故C错误；D．a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。故选BD。26．（2024·四川成都·二模）下列关于红光和紫光两种单色光的说法，正确的是（）A．在真空中，红光比紫光的传播速度更大B．对于同一金属，红光比紫光更容易发生光电效应C．对于同一个很窄的单缝，红光比紫光的衍射现象更明显D．两种点光源位于水下同一深度时，紫光在水面形成的光斑面积更大【答案】C【详解】A．在真空中，红光和紫光的传播速度相同，选项A错误；B．对于同一金属，红光比紫光频率低，则红光比紫光更不容易发生光电效应，选项B错误；C．对于同一个很窄的单缝，红光比紫光波长长，则红光比紫光的衍射现象明显，选项C正确；D．两种点光源位于水下同一深度时，由于可见光中紫光频率最大，故发生全反射的临界角最小，所以紫光在水面形成的光斑面积更小，选项D错误。故选C。27．（2021·江苏镇江·二模）以下说法中正确的是（）A．紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的热效应B．石英的固定频率与温度有关，据此可以制成磁温度计C．光学仪器中用的衍射光栅是在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等距的平行刻痕，这些刻痕相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅；D．当对液晶显示器中液晶施加不同电场强度时，它对不同颜色的光吸收强度不一样，这样就能显示各样颜色【答案】D【详解】A．紫外线可杀菌消毒是因为它有较强的化学效应，选项A错误；B．石英的固定频率与温度有关，据此可以制成石英温度计，但不是磁温度计，选项B错误；C．光学仪器中用的衍射光栅是在一块很平的玻璃上用金刚石刻出一系列等距的平行刻痕，未刻痕的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了透射光栅，选项C错误；D．当对液晶显示器中液晶施加不同电场强度时，它对不同颜色的光吸收强度不一样，这样就能显示各样颜色，选项D正确。故选D。28．（2023·重庆万州·二模）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不