2025年高中物理知識(shí)競(jìng)賽（光學(xué)篇）專項(xiàng)試題一、選擇題（本大題共15小題，每小題4分，共60分。在每小題列出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是最符合題目要求的）一束單色光從空氣斜射入某種透明介質(zhì)中，下列說法正確的是（）A.光的傳播速度變大，波長(zhǎng)變長(zhǎng)B.光的傳播速度變小，波長(zhǎng)變短C.光的傳播速度變大，頻率升高D.光的傳播速度變小，頻率降低在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為589nm的鈉黃光照射雙縫，若雙縫間距為0.2mm，屏幕到雙縫的距離為1m，則相鄰亮條紋的間距為（）A.1.47mmB.2.94mmC.5.89mmD.0.73mm光的衍射現(xiàn)象中，下列說法正確的是（）A.只有當(dāng)障礙物尺寸遠(yuǎn)大于光的波長(zhǎng)時(shí)才會(huì)發(fā)生B.單縫衍射條紋中，中央亮紋寬度是其他亮紋的2倍C.泊松亮斑是光的干涉現(xiàn)象的典型例子D.衍射現(xiàn)象說明光不具有波動(dòng)性關(guān)于光的偏振現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.自然光通過偏振片后變?yōu)閳A偏振光B.反射光和折射光都是完全偏振光C.立體電影利用了光的偏振原理D.只有橫波才能發(fā)生偏振，縱波不能發(fā)生偏振一束光從折射率為1.5的玻璃射向空氣，當(dāng)入射角為45°時(shí)，下列說法正確的是（）A.會(huì)發(fā)生全反射，反射角為45°B.不會(huì)發(fā)生全反射，折射角約為33.4°C.會(huì)發(fā)生全反射，反射角約為62.5°D.不會(huì)發(fā)生全反射，折射角約為41.8°白光通過三棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.紅光的偏折角最大，紫光的偏折角最小B.紅光在棱鏡中的傳播速度最大，紫光最小C.各色光在棱鏡中的波長(zhǎng)相同，頻率不同D.色散現(xiàn)象是由于光的干涉引起的關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是（）A.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)說明光具有粒子性B.光電效應(yīng)說明光具有波動(dòng)性C.康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性D.光的衍射現(xiàn)象說明光具有粒子性在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，若縫的寬度由0.5mm減小到0.1mm，其他條件不變，則中央亮紋的寬度將（）A.變?yōu)樵瓉淼?倍B.變?yōu)樵瓉淼?/5C.變?yōu)樵瓉淼?5倍D.保持不變關(guān)于光的干涉和衍射，下列說法正確的是（）A.干涉和衍射都是波特有的現(xiàn)象B.干涉條紋是等間距的，衍射條紋是不等間距的C.干涉和衍射都需要相干光源D.干涉和衍射都能產(chǎn)生明暗相間的條紋一束光從空氣垂直射入厚度為d、折射率為n的透明薄膜，若不考慮反射損失，則光在薄膜中傳播的時(shí)間為（）A.nd/cB.d/(nc)C.nc/dD.c/(nd)關(guān)于光的全反射，下列說法正確的是（）A.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)可能發(fā)生全反射B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，入射角小于臨界角時(shí)發(fā)生全反射C.水的臨界角約為48.8°，當(dāng)光從水中射向空氣時(shí)，入射角大于48.8°會(huì)發(fā)生全反射D.光纖通信利用了光的折射原理，與全反射無關(guān)在薄膜干涉實(shí)驗(yàn)中，一束單色光垂直照射到厚度均勻的肥皂膜上，若肥皂膜的折射率為1.33，厚度為500nm，則在反射光中看到的干涉條紋是（）A.亮條紋（光程差為1330nm）B.暗條紋（光程差為665nm）C.亮條紋（光程差為665nm）D.暗條紋（光程差為1330nm）關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是（）A.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，粒子性越明顯B.光的頻率越高，波動(dòng)性越明顯C.光電效應(yīng)說明光具有粒子性D.康普頓效應(yīng)說明光具有波動(dòng)性用波長(zhǎng)為λ的單色光照射單縫，若單縫寬度為a，屏幕到單縫的距離為L(zhǎng)，則中央亮紋的寬度為（）A.2λL/aB.λL/(2a)C.λa/LD.2λa/L關(guān)于光的反射和折射，下列說法正確的是（）A.反射定律只適用于鏡面反射，不適用于漫反射B.折射定律中，入射角的正弦與折射角的正弦之比等于兩種介質(zhì)的折射率之比C.光從空氣射入水中時(shí)，折射角一定小于入射角D.反射光線和折射光線一定垂直二、填空題（本大題共5小題，每小題4分，共20分）光在真空中的傳播速度為________m/s，紅光的波長(zhǎng)比紫光的________（填“長(zhǎng)”或“短”）。一束光從空氣射入某種介質(zhì)，入射角為60°，折射角為30°，則該介質(zhì)的折射率為________，光在該介質(zhì)中的傳播速度為________m/s。在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若雙縫間距為d，屏幕到雙縫的距離為L(zhǎng)，入射光波長(zhǎng)為λ，則相鄰暗條紋的間距為________。若將整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置放入水中（折射率n=1.33），則干涉條紋的間距將________（填“變大”“變小”或“不變”）。光的偏振現(xiàn)象說明光是________（填“橫波”或“縱波”），自然光通過兩個(gè)相互垂直的偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)開_______。單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的亮度比其他亮紋________（填“亮”或“暗”），當(dāng)單縫寬度減小時(shí)，中央亮紋的寬度將________（填“變寬”“變窄”或“不變”）。三、簡(jiǎn)答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）簡(jiǎn)述光的干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生條件，并舉例說明干涉現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用。解釋光的全反射現(xiàn)象，并說明全反射在光纖通信中的應(yīng)用原理。什么是光的色散現(xiàn)象？產(chǎn)生色散的原因是什么？簡(jiǎn)述光的波粒二象性，并舉例說明光的波動(dòng)性和粒子性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。什么是光的衍射現(xiàn)象？衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象有什么區(qū)別和聯(lián)系？四、計(jì)算題（本大題共4小題，每小題10分，共40分）一束單色光從空氣斜射入水中，入射角為45°，折射角為30°，已知水的折射率為1.33，求：（1）該單色光在水中的傳播速度；（2）該單色光在水中的波長(zhǎng)與在空氣中波長(zhǎng)的比值。在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫間距為0.15mm，屏幕到雙縫的距離為1.2m，用波長(zhǎng)為600nm的單色光照射雙縫，求：（1）相鄰亮條紋的間距；（2）若在其中一縫前放置一厚度為5.0×10-4mm的透明薄片（折射率n=1.5），則中央亮紋將向哪個(gè)方向移動(dòng)？移動(dòng)的距離是多少？一個(gè)半徑為R的半圓柱形透明介質(zhì)，折射率為n=√3，一束平行光垂直于圓柱的軸入射，如圖所示。求：（1）該介質(zhì)的臨界角；（2）能從圓柱面射出的光線所對(duì)應(yīng)的圓心角范圍。一塊厚度為d=0.5mm的透明薄膜，折射率n=1.5，放在空氣中，用波長(zhǎng)為λ=500nm的單色光垂直照射，求：（1）反射光中兩束相干光的光程差；（2）若反射光中出現(xiàn)暗條紋，則薄膜的最小厚度應(yīng)為多少？五、綜合應(yīng)用題（本大題共2小題，每小題15分，共30分）如圖所示，一個(gè)三棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC，∠A=90°，AB=AC=3cm，折射率n=√2。一束平行于BC邊的單色光從AB邊入射，求：（1）光線在AB邊的折射角；（2）光線從AC邊射出時(shí)的折射角；（3）若將該三棱鏡放入水中（折射率n=1.33），光線能否從AC邊射出？某同學(xué)用焦距為10cm的凸透鏡做“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)，將一塊兩面平行的玻璃磚放在光具座上，使一束單色光從空氣斜射入玻璃磚，經(jīng)折射后從另一面射出。若測(cè)得入射角i=60°，折射角r=30°，玻璃磚的厚度d=2cm，求：（1）玻璃的折射率；（2）光線通過玻璃磚后的側(cè)移量；（3）若將玻璃磚繞入射點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°，則折射角變?yōu)槎嗌?？六、?shí)驗(yàn)題（本大題共2小題，每小題15分，共30分）某同學(xué)用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量單色光的波長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）將光源、濾光片、單縫、雙縫、遮光筒、毛玻璃屏依次安裝在光具座上，調(diào)整各元件的中心在同一高度；（2）用米尺測(cè)量雙縫到屏的距離L；（3）用測(cè)量頭測(cè)量相鄰亮條紋的間距Δx；（4）改變雙縫間距d，重復(fù)步驟（2）（3），記錄多組數(shù)據(jù)。已知雙縫間距d=0.2mm，雙縫到屏的距離L=1.0m，測(cè)量頭的讀數(shù)如下表所示：條紋序號(hào)12345左側(cè)讀數(shù)/mm1.1201.5602.0002.4402.880右側(cè)讀數(shù)/mm3.0003.4403.8804.3204.760（1）計(jì)算相鄰亮條紋的平均間距Δx；（2）根據(jù)公式λ=Δx·d/L計(jì)算單色光的波長(zhǎng)；（3）若實(shí)驗(yàn)中不慎將雙縫間距調(diào)大，則干涉條紋的間距將如何變化？某同學(xué)用“插針法”測(cè)定玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）在白紙上畫一條直線aa'作為界面，過aa'上的一點(diǎn)O畫法線NN'，在白紙上畫一條線段AO作為入射光線；（2）把玻璃磚放在白紙上，使它的一條邊與aa'對(duì)齊，畫出玻璃磚的另一條邊bb'；（3）在AO上插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察P1、P2的像，調(diào)整視線方向，直到P1的像被P2擋住，在觀察一側(cè)插上大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像；（4）移去玻璃磚和大頭針，連接P3、P4，與bb'交于O'，連接OO'，即為折射光線。若測(cè)得入射角i=45°，折射角r=30°，玻璃磚的厚度d=2cm，求：（1）玻璃的折射率；（2）光線通過玻璃磚后的側(cè)移量；（3）若實(shí)驗(yàn)中玻璃磚的界面aa'和bb'不平行，則對(duì)測(cè)量結(jié)果有無影響？為什么？七、拓