2025年新高考光學試題及答案一、選擇題（本題共8小題，每小題6分，共48分。在每小題給出的四個選項中，第1-5題只有一項符合題目要求，第6-8題有多項符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分）1.一束由紅、藍兩單色光組成的光線從一平板玻璃磚的上表面以入射角$\theta$射入，穿過玻璃磚自下表面射出。已知該玻璃對紅光的折射率為1.5，設紅光與藍光穿過玻璃磚所用的時間分別為$t_1$和$t_2$，則在$\theta$逐漸由0°增大到90°的過程中（）A.$t_1$始終大于$t_2$B.$t_1$始終小于$t_2$C.$t_1$先大于后小于$t_2$D.$t_1$先小于后大于$t_2$【答案】B【解析】設玻璃磚的厚度為$d$，折射角為$r$，光在玻璃中的傳播速度$v=\frac{c}{n}$，光在玻璃中傳播的路程$s=\fracz3jilz61osys{\cosr}$，則光在玻璃中傳播的時間$t=\frac{s}{v}=\frac{nd}{c\cosr}$。根據(jù)折射定律$n=\frac{\sin\theta}{\sinr}$，可得$\sinr=\frac{\sin\theta}{n}$。對于紅光，折射率$n_1=1.5$，對于藍光，折射率$n_2>n_1$（藍光折射率大于紅光折射率）。$t=\frac{nd}{c\sqrt{1-\sin^{2}r}}=\frac{nd}{c\sqrt{1-\frac{\sin^{2}\theta}{n^{2}}}}=\frac{d\sqrt{n^{2}-\sin^{2}\theta}}{c\cos\theta}$。當$\theta$逐漸由0°增大到90°的過程中，因為$n_2>n_1$，對函數(shù)$y=\sqrt{n^{2}-\sin^{2}\theta}$分析，在相同的$\theta$下，$n$越大，$y$越大。所以$t_1$始終小于$t_2$，選項B正確。2.如圖所示，一玻璃球體的半徑為$R$，$O$為球心，$AB$為直徑。來自$B$點的光線$BM$在$M$點射出，出射光線平行于$AB$，另一光線$BN$恰好在$N$點發(fā)生全反射。已知$\angleABM=30^{\circ}$，則（）A.玻璃的折射率為$\sqrt{3}$B.球心$O$到$BN$的距離為$\frac{\sqrt{2}}{2}R$C.若增大$\angleABM$，光線$BM$在$M$點可能發(fā)生全反射D.若增大$\angleABN$，光線$BN$在$N$點可能不發(fā)生全反射【答案】B【解析】-求玻璃的折射率：設光線$BM$在$M$點的入射角為$i$，折射角為$r$，由幾何關系可知$i=30^{\circ}$，$r=60^{\circ}$。根據(jù)折射定律$n=\frac{\sinr}{\sini}=\frac{\sin60^{\circ}}{\sin30^{\circ}}=\sqrt{3}$，選項A錯誤。-求球心$O$到$BN$的距離：設臨界角為$C$，由$\sinC=\frac{1}{n}=\frac{1}{\sqrt{3}}$。設球心$O$到$BN$的距離為$d$，因為光線$BN$恰好在$N$點發(fā)生全反射，所以$\sinC=\fracz3jilz61osys{R}$，則$d=\frac{\sqrt{3}}{3}R$，選項B正確。-分析光線$BM$在$M$點是否可能發(fā)生全反射：光線從玻璃射向空氣，要發(fā)生全反射，入射角必須大于等于臨界角。光線$BM$從玻璃射向空氣時，入射角$i=30^{\circ}$，而臨界角$C=\arcsin\frac{1}{\sqrt{3}}\approx35.3^{\circ}$，所以無論怎樣增大$\angleABM$，光線$BM$在$M$點都不可能發(fā)生全反射，選項C錯誤。-分析光線$BN$在$N$點是否可能不發(fā)生全反射：若增大$\angleABN$，光線$BN$在$N$點的入射角會增大，更滿足全反射條件，一定會發(fā)生全反射，選項D錯誤。3.如圖所示，在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡，里面是空氣，一束白光從三棱鏡左邊射人，從三棱鏡右邊射出時發(fā)生了色散，射出的光線分布在$a$點和$b$點之間，則（）A.從$a$點射出的是紅光，從$b$點射出的是紫光B.從$a$點射出的是紫光，從$b$點射出的是紅光C.從$a$點和$b$點射出的都是紅光，中間是紫光D.從$a$點和$b$點射出的都是紫光，中間是紅光【答案】B【解析】將此三棱鏡與玻璃三棱鏡對比，玻璃三棱鏡是玻璃在空氣中，而此三棱鏡是空氣在水中。對于玻璃三棱鏡，光從空氣進入玻璃再進入空氣，紫光偏折程度大，紅光偏折程度小。對于本題的三棱鏡，光從水進入空氣再進入水，相當于光路反轉。紫光在水中的折射率大于紅光在水中的折射率，所以紫光的偏折程度大，紅光的偏折程度小。因此從$a$點射出的是紫光，從$b$點射出的是紅光，選項B正確。4.如圖所示，$S$為一在$xOy$平面內的點光源，一平面鏡垂直于$xOy$平面放置，它與$xOy$平面的交線為$MN$，$MN$與$x$軸的夾角$\theta=30^{\circ}$。現(xiàn)保持$S$不動，令平面鏡以速率$v$沿$x$軸正方向運動，則$S$經(jīng)平面鏡所成的像（）A.以速率$v$沿$x$軸正方向運動B.以速率$v$沿$y$軸正方向運動C.以速率$\frac{1}{2}v$沿像與$S$連線方向向$S$運動D.以速率$v$沿像與$S$連線方向向$S$運動【答案】D【解析】設開始時$S$到平面鏡的垂直距離為$d$，像到平面鏡的垂直距離也為$d$，像與$S$的距離為$2d$。當平面鏡以速率$v$沿$x$軸正方向運動時，平面鏡與$S$的垂直距離在減小，減小的速率等于平面鏡移動的速率$v$。因為像與物關于平面鏡對稱，所以像與$S$的距離減小的速率為$2v$在像與$S$連線方向上的分量。由于平面鏡與$x$軸夾角為$30^{\circ}$，根據(jù)幾何關系可知像沿像與$S$連線方向向$S$運動的速率為$v$，選項D正確。5.如圖所示，一束復色光由空氣射向玻璃，發(fā)生折射而分為$a$、$b$兩束單色光。則（）A.玻璃對$a$光的折射率小于對$b$光的折射率B.在玻璃中$a$光的傳播速度大于$b$光的傳播速度C.在真空中$a$光的波長小于$b$光的波長D.從玻璃射向空氣，$a$光的臨界角小于$b$光的臨界角【答案】C【解析】-比較折射率：由圖可知，$a$光的偏折程度大于$b$光的偏折程度，根據(jù)折射定律可知，玻璃對$a$光的折射率大于對$b$光的折射率，選項A錯誤。-比較傳播速度：根據(jù)$v=\frac{c}{n}$（$c$為真空中光速，$n$為折射率），因為$n_a>n_b$，所以在玻璃中$a$光的傳播速度小于$b$光的傳播速度，選項B錯誤。-比較波長：根據(jù)$n=\frac{c}{v}=\frac{\lambda_0}{\lambda}$（$\lambda_0$為真空中波長，$\lambda$為介質中波長），且頻率$f$不變，$c=\lambda_0f$，$v=\lambdaf$。因為$n_a>n_b$，所以在真空中$a$光的波長小于$b$光的波長，選項C正確。-比較臨界角：根據(jù)$\sinC=\frac{1}{n}$（$C$為臨界角），因為$n_a>n_b$，所以從玻璃射向空氣，$a$光的臨界角小于$b$光的臨界角，選項D錯誤。6.如圖所示，$AOB$是由某種透明物質制成的$\frac{1}{4}$圓柱體的橫截面（$O$為圓心）。今有一束平行光以45°的入射角射向柱體的$OA$平面，這些光線中有一部分不能從柱體的$AB$面上射出。設凡射到$OB$面的光線全部被吸收，也不考慮$OA$面的反射，則可求出透明物質的折射率為$\sqrt{2}$。下列說法正確的是（）A.射到$AB$面上的光線一定有一部分發(fā)生全反射B.射到$AB$面上的光線一定有一部分發(fā)生折射C.若將平行光的入射角增大到60°，則射到$AB$面上的光線一定都能射出D.若將平行光的入射角減小到30°，則射到$AB$面上的光線一定都能射出【答案】AD【解析】-分析選項A：已知透明物質的折射率$n=\sqrt{2}$，則臨界角$C=\arcsin\frac{1}{\sqrt{2}}=45^{\circ}$。設光線在$OA$面折射后的折射角為$r$，根據(jù)折射定律$n=\frac{\sin45^{\circ}}{\sinr}=\sqrt{2}$，可得$\sinr=\frac{1}{2}$，$r=30^{\circ}$。設光線射在$AB$面上的入射角為$i$，由幾何關系可知$i=60^{\circ}>C$，所以射到$AB$面上的光線一定有一部分發(fā)生全反射，選項A正確。-分析選項B：因為有部分光線在$AB$面發(fā)生全反射，所以不是一定有一部分發(fā)生折射，選項B錯誤。-分析選項C：若將平行光的入射角增大到60°，根據(jù)折射定律求出折射角會增大，光線射在$AB$面上的入射角會更大，更會發(fā)生全反射，不可能都能射出，選項C錯誤。-分析選項D：若將平行光的入射角減小到30°，根據(jù)折射定律求出折射角會減小，光線射在$AB$面上的入射角會小于臨界角，所以射到$AB$面上的光線一定都能射出，選項D正確。7.如圖所示，一細束白光通過玻璃三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中$a$、$b$、$c$三種色光，下列說法正確的是（）A.若三種色光在三棱鏡中傳播時間相同，則$a$光在玻璃中傳播的距離最長B.若三種色光在三棱鏡中傳播時間相同，則$c$光在玻璃中傳播的距離最長C.若分別讓$a$、$b$、$c$三色光通過一雙縫干涉裝置，則$a$光形成的干涉條紋間距最大D.若分別讓$a$、$b$、$c$三色光通過一雙縫干涉裝置，則$c$光形成的干涉條紋間距最大【答案】BC【解析】-比較傳播距離：由圖可知，$c$光的偏折程度最大，$a$光的偏折程度最小，所以玻璃對$c$光的折射率最大，對$a$光的折射率最小。根據(jù)$v=\frac{c}{n}$，可知$c$光在玻璃中的傳播速度最小，$a$光在玻璃中的傳播速度最大。若三種色光在三棱鏡中傳播時間相同，根據(jù)$s=vt$，則$c$光在玻璃中傳播的距離最長，選項B正確，A錯誤。-比較干涉條紋間距：根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式$\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda$（$L$為雙縫到光屏的距離，$d$為雙縫間距，$\lambda$為光的波長）。因為折射率越大，波長越短，$c$光折射率最大，波長最短，$a$光折射率最小，波長最長。所以$a$光形成的干涉條紋間距最大，選項C正確，D錯誤。8.如圖所示，一玻璃柱體的橫截面為半圓形，細的單色光束從空氣射向柱體的$O$點（半圓的圓心），產生反射光束1和透射光束2。已知玻璃的折射率為$\sqrt{3}$，入射角為45°（相應的折射角為24°）。現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過$O$點垂直于圖面的軸線順時針轉過15°，如圖中虛線所示，則（）A.反射光束1轉過15°B.反射光束1轉過30°C.透射光束2與入射光的夾角為90°D.透射光束2與入射光的夾角為75°【答案】BC【解析】-分析反射光束1的轉動角度：當半圓柱繞通過$O$點垂直于圖面的軸線順時針轉過15°時，法線也順時針轉過15°。根據(jù)反射定律，反射角等于入射角，反射光線與法線的夾角也會改變，反射光束1轉過的角度為$2\times15^{\circ}=30^{\circ}$，選項B正確，A錯誤。-分析透射光束2與入射光的夾角：原來入射角為45°，折射角為24°，當半圓柱轉過15°后，入射角變?yōu)?45^{\circ}+15^{\circ}=60^{\circ}$。根據(jù)折射定律$n=\frac{\sin60^{\circ}}{\sinr}=\sqrt{3}$，可得$\sinr=\frac{1}{2}$，$r=30^{\circ}$。此時透射光束2與入射光的夾角為$60^{\circ}+30^{\circ}=90^{\circ}$，選項C正確，D錯誤。二、實驗題（本題共2小題，共22分）9.（10分）在“測定玻璃的折射率”的實驗中，某同學經(jīng)過正確的操作，插好了4枚大頭針$P_1$、$P_2$和$P_3$、$P_4$，如圖所示。（1）在圖中畫出完整的光路圖，并標出入射角$\theta_1$和折射角$\theta_2$。（2）對你畫出的光路圖進行測量，求出該玻璃的折射率$n=$______（結果保留2位有效數(shù)字）。（3）若有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應選用寬度______（選填“大”或“小”）的玻璃磚來測量。【答案】（1）光路圖如圖所示（畫出從空氣到玻璃的入射光線、在玻璃中的折射光線、從玻璃到空氣的出射光線，標出入射角$\theta_1$和折射角$\theta_2$）；（2）測量出$\sin\theta_1$和$\sin\theta_2$，根據(jù)$n=\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}$計算，例如測量得$\sin\theta_1=0.8$，$\sin\theta_2=0.5$，則$n=1.6$；（3）大【解析】（1）連接$P_1$、$P_2$并延長作為入射光線，連接$P_3$、$P_4$并延長作為出射光線，連接兩光線與玻璃磚界面的交點作為折射光線，標出入射角$\theta_1$和折射角$\theta_2$。（2）用量角器測量入射角和折射角，根據(jù)折射定律$n=\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}$計算折射率。（3）選用寬度大的玻璃磚，在兩側界面上折射的光線偏移更明顯，便于準確確定折射光線的位置，從而減小誤差。10.（12分）某同學用“雙縫干涉測光的波長”的實驗裝置來測量某種單色光的波長。實驗裝置如圖所示，其中$A$為光源，$B$為濾光片，$C$為單縫，$D$為雙縫，$E$為光屏。已知雙縫間距$d=0.20\mathrm{mm}$，雙縫到光屏的距離$L=1.00\mathrm{m}$。（1）在操作步驟中，需要調整光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在______上，以保證光屏上能看到清晰的干涉條紋。（2）若實驗中發(fā)現(xiàn)光屏上的干涉條紋間距太窄，可采取的方法是______（填字母）。A.增大雙縫間距$d$B.增大雙縫到光屏的距離$L$C.增大濾光片到單縫的距離D.換用波長更長的光作為入射光（3）該同學在光屏上共測量了5條亮條紋間的距離，測量結果如圖所示，則相鄰兩條亮條紋間的距離$\Deltax=$______$\mathrm{mm}$。（4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可計算出該單色光的波長$\lambda=$______$\mathrm{m}$（結果保留2位有效數(shù)字）。【答案】（1）同一高度；（2）BD；（3）6.00；（4）$1.2\times10^{-6}$【解析】（1）為了保證光屏上能看到清晰的干涉條紋，需要調整光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一高度上。（2）根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式$\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda$。增大雙縫間距$d$，干涉條紋間距會變窄，A錯誤；增大雙縫到光屏的距離$L$，干涉條紋間距會變寬，B正確；增大濾光片到單縫的距離對干涉條紋間距無影響，C錯誤；換用波長更長的光作為入射光，干涉條紋間距會變寬，D正確。（3）由圖可知，5條亮條紋間有4個間隔，測量得總距離為$24.00\mathrm{mm}$，則相鄰兩條亮條紋間的距離$\Deltax=\frac{24.00}{4}=6.00\mathrm{mm}=6.00\times10^{-3}\mathrm{m}$。（4）根據(jù)$\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda$，可得$\lambda=\frac{d\Deltax}{L}=\frac{0.20\times10^{-3}\times6.00\times10^{-3}}{1.00}=1.2\times10^{-6}\mathrm{m}$。三、計算題（本題共2小題，共30分）11.（14分）如圖所示，某種透明材料制成的直角三棱鏡$ABC$，$\angleA=30^{\circ}$，在與$BC$邊相距為$d$的位置，有一平行于$BC$邊的光屏$MN$?，F(xiàn)有一細光束射到棱鏡$AB$面上的$P$點，入射角$i=45^{\circ}$，經(jīng)折射后再投射到光屏上。已知光在真空中的傳播速度為$c$，求：（1）透明材料的折射率；（2）若光束在光屏上形成的光斑到$C$點的水平距離為$d$，求光在透明材料中傳播的時間。【答案】（1）$\sqrt{2}$；（2）$\frac{\sqrt{2}d}{c}$【解析】（1）設折射角為$r$，由幾何關系可知，在$AB$面上折射時，$\angleA=30^{\circ}$，入射角$i=45^{\circ}$，折射角$r=30^{\circ}$。根據(jù)折射定律$n=\frac{\sini}{\sinr}=\frac{\