2025物理高中光學(xué)試題及答案一、選擇題（本題共10小題，每小題5分，共50分。在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確。全部選對的得5分，選不全的得3分，有選錯或不答的得0分）1.關(guān)于光的折射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，一定要發(fā)生偏折B.光從空氣斜射入介質(zhì)，折射角大于入射角C.光從空氣進入介質(zhì)，光速要減小D.光從介質(zhì)進入空氣，折射角小于入射角答案：C解析：光從一種介質(zhì)垂直進入另一種介質(zhì)時，傳播方向不發(fā)生偏折，A錯誤；光從空氣斜射入介質(zhì)，折射角小于入射角，B錯誤；光在真空中速度最大，光從空氣進入介質(zhì)，光速要減小，C正確；光從介質(zhì)進入空氣，折射角大于入射角，D錯誤。2.一束光從空氣射向折射率\(n=\sqrt{2}\)的某種玻璃的表面，如圖所示。\(i\)代表入射角，則（）A.當(dāng)\(i>45^{\circ}\)時會發(fā)生全反射現(xiàn)象B.無論入射角\(i\)是多大，折射角\(r\)都不會超過\(45^{\circ}\)C.當(dāng)入射角\(i=45^{\circ}\)時，折射角\(r=30^{\circ}\)D.當(dāng)入射角\(i=60^{\circ}\)時，反射光線與折射光線垂直答案：BC解析：光從空氣射向玻璃，不會發(fā)生全反射現(xiàn)象，A錯誤；由折射定律\(n=\frac{\sini}{\sinr}\)，\(n=\sqrt{2}\)，當(dāng)\(i=90^{\circ}\)時，\(\sinr=\frac{\sini}{n}=\frac{1}{\sqrt{2}}=\frac{\sqrt{2}}{2}\)，\(r=45^{\circ}\)，所以無論入射角\(i\)是多大，折射角\(r\)都不會超過\(45^{\circ}\)，B正確；當(dāng)\(i=45^{\circ}\)時，\(\sinr=\frac{\sini}{n}=\frac{\sin45^{\circ}}{\sqrt{2}}=\frac{1}{2}\)，\(r=30^{\circ}\)，C正確；當(dāng)\(i=60^{\circ}\)時，\(\sinr=\frac{\sini}{n}=\frac{\sin60^{\circ}}{\sqrt{2}}=\frac{\sqrt{3}}{2\sqrt{2}}\)，反射角為\(60^{\circ}\)，此時反射光線與折射光線不垂直，D錯誤。3.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\(zhòng)(a\)、\(b\)、\(c\)三種色光，下列說法正確的是（）A.若它們在真空中的波長分別為\(\lambda_{a}\)、\(\lambda_\)、\(\lambda_{c}\)，則\(\lambda_{a}<\lambda_<\lambda_{c}\)B.若它們在玻璃中的傳播速度分別為\(v_{a}\)、\(v_\)、\(v_{c}\)，則\(v_{a}<v_<v_{c}\)C.若它們從玻璃射向空氣時的臨界角分別為\(C_{a}\)、\(C_\)、\(C_{c}\)，則\(C_{a}>C_>C_{c}\)D.若它們分別照射同一雙縫干涉裝置，則在光屏上形成的相鄰兩亮條紋間距\(\Deltax_{a}<\Deltax_<\Deltax_{c}\)答案：C解析：由圖可知，\(c\)光偏折程度最大，\(a\)光偏折程度最小，所以\(c\)光的折射率最大，\(a\)光的折射率最小。根據(jù)\(n=\frac{c}{v}\)，折射率越大，在玻璃中的傳播速度越小，所以\(v_{a}>v_>v_{c}\)，B錯誤；根據(jù)\(n=\frac{c}{v}=\frac{\lambda_{0}}{\lambda}\)（\(\lambda_{0}\)為真空中波長，\(\lambda\)為介質(zhì)中波長），折射率越大，真空中波長越小，所以\(\lambda_{a}>\lambda_>\lambda_{c}\)，A錯誤；根據(jù)\(\sinC=\frac{1}{n}\)，折射率越大，臨界角越小，所以\(C_{a}>C_>C_{c}\)，C正確；根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda\)，波長越大，相鄰兩亮條紋間距越大，所以\(\Deltax_{a}>\Deltax_>\Deltax_{c}\)，D錯誤。4.如圖所示，在水中有一厚度不計的薄玻璃片做成的中空三棱鏡，里面是空氣，一束光\(A\)從棱鏡的左邊射入，從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散，射出的可見光分布在\(a\)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，從\(ab\)中點射出的是紫光D.從\(a\)點和\(b\)點射出的都是紫光，從\(ab\)中點射出的是紅光答案：A解析：此三棱鏡為空氣三棱鏡，周圍是水，相當(dāng)于光從水射向空氣再射回水中。紫光的折射率大，偏折程度大，紅光的折射率小，偏折程度小。所以從\(a\)點射出的是紅光，從\(b\)點射出的是紫光，A正確。5.用波長為\(\lambda_{1}\)和\(\lambda_{2}\)的單色光\(1\)和\(2\)分別照射金屬\(1\)和\(2\)的表面。單色光\(1\)照射金屬\(1\)和\(2\)的表面時都有光電子射出，單色光\(2\)照射金屬\(1\)時有光電子射出，照射金屬\(2\)時沒有光電子射出。設(shè)金屬\(1\)和\(2\)的逸出功分別為\(W_{1}\)和\(W_{2}\)，則有（）A.\(\lambda_{1}>\lambda_{2}\)，\(W_{1}>W_{2}\)B.\(\lambda_{1}>\lambda_{2}\)，\(W_{1}<W_{2}\)C.\(\lambda_{1}<\lambda_{2}\)，\(W_{1}>W_{2}\)D.\(\lambda_{1}<\lambda_{2}\)，\(W_{1}<W_{2}\)答案：D解析：單色光\(2\)照射金屬\(2\)時沒有光電子射出，說明\(2\)光的頻率小于金屬\(2\)的極限頻率；單色光\(1\)照射金屬\(2\)時有光電子射出，說明\(1\)光的頻率大于金屬\(2\)的極限頻率，所以\(1\)光的頻率大于\(2\)光的頻率。根據(jù)\(c=\lambdaf\)（\(c\)為光速，\(\lambda\)為波長，\(f\)為頻率），頻率越大，波長越小，所以\(\lambda_{1}<\lambda_{2}\)。又因為單色光\(2\)照射金屬\(1\)時有光電子射出，說明\(2\)光的頻率大于金屬\(1\)的極限頻率，而\(2\)光頻率小于金屬\(2\)的極限頻率，所以金屬\(1\)的逸出功小于金屬\(2\)的逸出功，即\(W_{1}<W_{2}\)，D正確。6.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.玻璃的折射率為\(2\)C.球心\(O\)到\(BN\)的距離為\(\frac{\sqrt{2}}{2}R\)D.球心\(O\)到\(BN\)的距離為\(\frac{\sqrt{3}}{2}R\)答案：B解析：設(shè)光線\(BM\)在\(M\)點的入射角為\(i\)，折射角為\(r\)，由幾何關(guān)系可知\(i=30^{\circ}\)，\(r=60^{\circ}\)，根據(jù)折射定律\(n=\frac{\sinr}{\sini}=\frac{\sin60^{\circ}}{\sin30^{\circ}}=\sqrt{3}\)，A錯誤；設(shè)臨界角為\(C\)，則\(\sinC=\frac{1}{n}\)。因為光線\(BN\)恰好在\(N\)點發(fā)生全反射，所以\(\angleBNO=C\)。由幾何關(guān)系可得\(\sinC=\frac{ON}{OB}=\frac{R}{2R}=\frac{1}{2}\)，則\(n=2\)，B正確；設(shè)球心\(O\)到\(BN\)的距離為\(d\)，則\(d=R\sinC=\frac{1}{2}R\)，C、D錯誤。7.如圖所示，在一個圓形區(qū)域內(nèi)，兩個方向相反且都垂直于紙面的勻強磁場分布在以直徑\(A_{2}A_{4}\)為邊界的兩個半圓形區(qū)域Ⅰ、Ⅱ中，\(A_{2}A_{4}\)與\(A_{1}A_{3}\)的夾角為\(60^{\circ}\)。一質(zhì)量為\(m\)、帶電量為\(+q\)的粒子以某一速度從Ⅰ區(qū)的邊緣點\(A_{1}\)處沿與\(A_{1}A_{3}\)成\(30^{\circ}\)角的方向射入磁場，隨后該粒子以垂直于\(A_{2}A_{4}\)的方向經(jīng)過圓心\(O\)進入Ⅱ區(qū)，最后再從\(A_{4}\)處射出磁場。已知該粒子從射入到射出磁場所用的時間為\(t\)，求Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)中磁感應(yīng)強度的大小\(B_{1}\)和\(B_{2}\)的比值為（不計粒子重力）（）A.\(\frac{1}{3}\)B.\(\frac{1}{2}\)C.\(2\)D.\(3\)答案：D解析：設(shè)粒子在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)中做圓周運動的半徑分別為\(r_{1}\)和\(r_{2}\)，周期分別為\(T_{1}\)和\(T_{2}\)。根據(jù)幾何關(guān)系可知，粒子在Ⅰ區(qū)運動的圓心角\(\theta_{1}=60^{\circ}\)，在Ⅱ區(qū)運動的圓心角\(\theta_{2}=120^{\circ}\)。由\(T=\frac{2\pim}{qB}\)，粒子在Ⅰ區(qū)運動時間\(t_{1}=\frac{\theta_{1}}{360^{\circ}}T_{1}=\frac{1}{6}\times\frac{2\pim}{qB_{1}}\)，在Ⅱ區(qū)運動時間\(t_{2}=\frac{\theta_{2}}{360^{\circ}}T_{2}=\frac{1}{3}\times\frac{2\pim}{qB_{2}}\)。又因為\(t=t_{1}+t_{2}\)，且由幾何關(guān)系可得\(r_{1}=\sqrt{3}r_{2}\)，根據(jù)\(r=\frac{mv}{qB}\)，可得\(\frac{B_{1}}{B_{2}}=3\)，D正確。8.如圖所示，一細光束通過玻璃三棱鏡折射后分成\(a\)、\(b\)、\(c\)三束單色光，則（）A.在真空中\(zhòng)(a\)光的傳播速度比\(b\)、\(c\)光的大B.若\(a\)、\(b\)、\(c\)三種色光分別通過同一雙縫干涉裝置得到的干涉圖樣中，\(a\)光的相鄰亮條紋間距最大C.若\(a\)、\(b\)、\(c\)三種色光以相同的入射角從某介質(zhì)射向空氣，\(c\)光恰能發(fā)生全反射，則\(b\)光也一定能發(fā)生全反射D.若\(a\)、\(b\)、\(c\)三種色光分別照射某金屬，只有\(zhòng)(a\)光能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則用\(b\)光照射該金屬時一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)答案：B解析：在真空中，各種色光的傳播速度都相等，都為\(c\)，A錯誤；由圖可知，\(c\)光偏折程度最大，\(a\)光偏折程度最小，所以\(c\)光的折射率最大，\(a\)光的折射率最小。根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda\)，折射率越小，波長越大，相鄰兩亮條紋間距越大，所以\(a\)光的相鄰亮條紋間距最大，B正確；根據(jù)\(\sinC=\frac{1}{n}\)，折射率越大，臨界角越小，\(c\)光臨界角最小，若\(c\)光恰能發(fā)生全反射，\(b\)光不一定能發(fā)生全反射，C錯誤；只有\(zhòng)(a\)光能產(chǎn)生光電效應(yīng)，說明\(a\)光頻率大于該金屬的極限頻率，\(b\)光頻率小于\(a\)光頻率，所以用\(b\)光照射該金屬時不一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)，D錯誤。9.如圖所示，一束復(fù)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\(zhòng)(a\)光的傳播速度小于\(b\)光的傳播速度C.在真空中\(zhòng)(a\)光的波長大于\(b\)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：B解析：由圖可知，\(a\)光偏折程度大，所以玻璃對\(a\)光的折射率大于對\(b\)光的折射率，A錯誤；根據(jù)\(n=\frac{c}{v}\)，折射率越大，在玻璃中的傳播速度越小，所以在玻璃中\(zhòng)(a\)光的傳播速度小于\(b\)光的傳播速度，B正確；根據(jù)\(n=\frac{c}{v}=\frac{\lambda_{0}}{\lambda}\)，折射率越大，真空中波長越小，所以在真空中\(zhòng)(a\)光的波長小于\(b\)光的波長，C錯誤；根據(jù)\(\sinC=\frac{1}{n}\)，折射率越大，臨界角越小，所以從玻璃射向空氣，\(a\)光的臨界角小于\(b\)光的臨界角，D錯誤。10.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(chǎn)生反射光束\(1\)和透射光束\(2\)。已知玻璃折射率為\(\sqrt{3}\)，入射角為\(45^{\circ}\)（相應(yīng)的折射角為\(24^{\circ}\)）?，F(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(zhuǎn)過\(15^{\circ}\)，如圖中虛線所示，則（）A.光束\(1\)轉(zhuǎn)過\(15^{\circ}\)B.光束\(1\)轉(zhuǎn)過\(30^{\circ}\)C.光束\(2\)轉(zhuǎn)過的角度小于\(15^{\circ}\)D.光束\(2\)轉(zhuǎn)過的角度大于\(15^{\circ}\)答案：BC解析：半圓柱繞\(O\)點順時針轉(zhuǎn)過\(15^{\circ}\)，法線也順時針轉(zhuǎn)過\(15^{\circ}\)，反射光線與法線的夾角也增大\(15^{\circ}\)，所以反射光線轉(zhuǎn)過\(30^{\circ}\)，A錯誤，B正確；原來入射角\(i=45^{\circ}\)，折射角\(r=24^{\circ}\)，半圓柱轉(zhuǎn)過\(15^{\circ}\)后，入射角變?yōu)閈(i'=60^{\circ}\)，根據(jù)折射定律\(n=\frac{\sini'}{\sinr'}\)，\(\sinr'=\frac{\sini'}{n}=\frac{\sin60^{\circ}}{\sqrt{3}}=\frac{1}{2}\)，\(r'=30^{\circ}\)，折射光線轉(zhuǎn)過的角度為\(30^{\circ}-24^{\circ}=6^{\circ}<15^{\circ}\)，C正確，D錯誤。二、填空題（本題共3小題，每空3分，共18分）11.如圖所示，一透明球體置于空氣中，球半徑\(R=10cm\)，折射率\(n=\sqrt{2}\)。\(MN\)是一條通過球心的直線，單色細光束\(AB\)平行于\(MN\)射向球體，\(B\)為入射點，\(AB\)與\(MN\)間距為\(5\sqrt{2}cm\)，\(CD\)為出射光線。則：（1）光從\(B\)點傳到\(C\)點的時間為\(s\)（光在真空中傳播速度\(c=3\times10^{8}m/s\)）；（2）\(CD\)與\(MN\)所成的角\(\alpha=\)。答案：（1）\(\frac{\sqrt{2}}{3}\times10^{-9}\)；（2）\(30^{\circ}\)解析：（1）連接\(OB\)、\(OC\)，由幾何關(guān)系可知\(\sini=\frac{AB}{OB}=\frac{5\sqrt{2}}{10}=\frac{\sqrt{2}}{2}\)，則\(i=45^{\circ}\)。根據(jù)折射定律\(n=\frac{\sini}{\sinr}\)，\(\sinr=\frac{\sini}{n}=\frac{\sin45^{\circ}}{\sqrt{2}}=\frac{1}{2}\)，\(r=30^{\circ}\)。\(BC=2R\cosr=2\times10\times\frac{\sqrt{3}}{2}=10\sqrt{3}cm=0.1\sqrt{3}m\)，光在球內(nèi)的傳播速度\(v=\frac{c}{n}=\frac{3\times10^{8}}{\sqrt{2}}m/s\)，則光從\(B\)點傳到\(C\)點的時間\(t=\frac{BC}{v}=\frac{0.1\sqrt{3}}{\frac{3\times10^{8}}{\sqrt{2}}}=\frac{\sqrt{2}}{3}\times10^{-9}s\)。（2）由幾何關(guān)系可知，出射光線與入射光線平行時，\(\alpha=30^{\circ}\)。12.用某種單色光做雙縫干涉實驗時，已知雙縫間距離\(d=0.2mm\)，雙縫到毛玻璃屏間距離\(L\)的大小由圖中毫米刻度尺讀出（如圖甲所示），實驗時先移動測量頭（如圖乙所示）上的手輪，把分劃線對準(zhǔn)靠近最左邊的一條明條紋（如圖丙所示），并記下螺旋測微器的讀數(shù)\(x_{1}\)（如圖丁所示），然后轉(zhuǎn)動手輪，把分劃線向右邊移動，直到對準(zhǔn)第\(7\)條明條紋并記下螺旋測微器的讀數(shù)\(x_{7}\)（如圖戊所示），由以上測量數(shù)據(jù)可求該單色光的波長。（1）圖中雙縫到毛玻璃屏間距離\(L=\)\(mm\)；（2）螺旋測微器的讀數(shù)\(x_{1}=\)\(mm\)，\(x_{7}=\)\(mm\)；（3）該單色光的波長\(\lambda=\)\(m\)（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。答案：（1）\(740.0\)；（2）\(0.300\)；\(14.700\)；（3）\(6.67\times10^{-7}\)解析：（1）由毫米刻度尺讀數(shù)，估讀到\(0.1mm\)，\(L=740.0mm\)。（2）螺旋測微器讀數(shù)：\(x_{1}=0.0mm+30.0\times0.01mm=0.300mm\)，\(x_{7}=14.5mm+20.0\times0.01mm=14.700mm\)。（3）相鄰兩明條紋間距\(\Deltax=\frac{x_{7}-x_{1}}{6}=\frac{14.700-0.300}{6}mm=2.4mm\)，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式\(\Deltax=\frac{L}z3jilz61osys\lambda\)，\(\lambda=\frac{d\Deltax}{L}=\frac{0.2\times10^{-3}\times2.4\times10^{-3}}{740.0\times10^{-3}}m\approx6.67\times10^{-7}m\)。13.如圖所示，一潛水員自水下目測到立于船頭的觀察者距水面的高度為\(h_{1}\)，而船頭的觀察者目測潛水員距水面深度為\(h_{2}\)，則潛水員實際深度比\(h_{2}\)（選填“深”或“淺”），觀察者實際高度比\(h_{1}\)（選填“高”或“矮”）。答案：深；高解析：潛水員看到的觀察者的像比實際位置偏高，所以觀察者實際高度比\(h_{1}\)高；觀察者看到的潛水員的像比實際位置偏淺，所以潛水員實際深度比\(h_{2}\)深。三、解答題（本題共3小題，共32分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）14.（10分）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\(\angleABM=30^{\circ}\)，求：（1）玻璃的折射率；（2）球心\(O\)到\(BN\)的距離。解：（1）設(shè)光線\(BM\)在\(M\)點的入射角為\(i\)，折射角為\(r\)，由幾何關(guān)系可知\(i=30^{\circ}\)，\(r=60^{\circ}\)。根據(jù)折射定律\(n=\frac{\sinr}{\sini}\)，可得\(n=\frac{\sin60^{\circ}}{\sin30^{\circ}}=\sqrt{3}\)。（2）設(shè)臨界角為\(C\)，則\(\sinC=\frac{1}{n}=\frac{1}{\sqrt{3}}\)。因為光線\(BN\)恰好在\(N\)點發(fā)生全反射，所以\(\angleBNO=C\)。設(shè)球心\(O\)到\(BN\)的距離為\(d\)，則\(d=R\sinC=\frac{R}{\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{3}}{3}R\)。15.（10分）如圖所示，一足夠大的水池，水深\(H=1m\)，水池底部中央有一點光源\(S\)，其中一條光線斜射到水面上，其在水面上的入射點為\(A\)，該光線的入射角為\(i\)，折射角為\(r\)，已知水的折射率\(n=\frac{4}{3}\)。（1）若\(\sini=\frac{3}{5}\)，求該光線從\(S\)傳播到水面的時間\(t\)；（2）求水面上有光射出的圓形區(qū)域的半徑\(R\)。解：（1）已知\(\sini=\frac{3}{5}\)，根據(jù)\(\sin^{2}i+\cos^{2}i=1\)，可得\(\cosi=\frac{4}{5}\)。設(shè)光線在水中傳播的距離為\(l\)，則\(l=\frac{H}{\cosi}=\frac{1}{\frac{4}{5}}=\frac{5}{4}m\)。光在水中的傳播速度\(v=\frac{c}{n}=\frac{3\times10^{8}}{\frac{4}{3}}=\frac{9}{4}\times10^{8}m/s\)。所以該光線從\(S\)傳播到水面的時間\(t=\frac{l}{v}=\frac{\frac{5}{4}}{\frac{9}{4}\times10^{8}}=\frac{5}{9}\times10^{-8}s\)。（2）當(dāng)光線發(fā)生全反射時，水面上剛好無光射出，設(shè)臨界角為\(C\)，則\(\sinC=\frac{1}{n}=\frac{3}{4}\)。由幾何關(guān)系可知，水面上有光射出的圓形區(qū)域的半徑\(R=H\tanC\)。因為\(\sinC=\frac{3}{4}\)，根據(jù)\(\sin^{2}C+\c