2025年高考物理二輪復(fù)習(xí)：光學(xué)、波粒二象性

第11講光學(xué)波粒二象性

用習(xí)題領(lǐng)拜專用￡目

題型1幾何光學(xué)

1.［2023?江蘇卷］地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽(yáng)光斜射向地面的過(guò)程中

會(huì)發(fā)生彎曲.下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是（A）

［解析］可根據(jù)折射定律w上sin。上切下sin。下，由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而

增大，則〃下〉〃上，則sin。上〉sin0下，即。上＞0下，回出光路圖如圖所不，則從身到低6下逐漸減小,

故A正確.

太陽(yáng)光線

球表畫

2.如圖所示,王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，在失重環(huán)境下,往大水球中央注入空

氣，形成了一個(gè)空氣泡，氣泡看起來(lái)很明亮，其主要原因是（C）

A.氣泡表面有折射沒有全反射

B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”

C.氣泡表面有折射和全反射

D.光射入氣泡干涉形成“亮紋”

［解析］當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角等于或大于臨界角，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)

象，光從水射向空氣時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象.水中的氣泡看起來(lái)特別明亮,是因?yàn)楣鈴乃猩淙?/p>

氣泡時(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射，折射光消失，入射光幾乎全變?yōu)榉瓷涔?A、B、D錯(cuò)

誤,C正確.

3.［2023?湖北卷］如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30。,0尸邊上的點(diǎn)光源S到頂點(diǎn)

O的距離為d,垂直于OP邊的光線SN在。。邊的折射角為45。.不考慮多次反射0。邊上有

光射出部分的長(zhǎng)度為（C）

1立

A2dB.2d

C.dD.\%

［解析］設(shè)光線SN在OQ界面的入射角為a,折射角為人由幾何關(guān)系可知a=30。,貝U由折射定

sinfi__

律得n=suia=光源s發(fā)出的光線射出界面的臨界情況為剛好發(fā)生全反射，光路圖如圖

1史

所示,光線在48兩點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,0。邊上在A、B之間有光線射此由sin。」二,得

發(fā)生全反射的臨界角為45。,作SC垂直。。于點(diǎn)C,由幾何關(guān)系可知AB^2AC=2CS=OS=d,ik

C正確.

點(diǎn)右側(cè)距離。點(diǎn)3R的尸點(diǎn)以入射角0=60。射入該玻璃磚，在玻璃磚內(nèi)分成a、b兩單色光,a

光從O點(diǎn)正上方的M點(diǎn)出射力光從0點(diǎn)右上方的N點(diǎn)出射.下列說(shuō)法正確的是（B）

A.該玻璃磚對(duì)a光的折射率為1.5

B.a光在該玻璃磚中的傳播速度大于b光在該玻璃磚中的傳播速度

C.若a、b兩單色光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置,。光的相鄰暗條紋間距較小

D.a光在M點(diǎn)恰好發(fā)生全反射

0sin6

sina

［解析］a光在P處的折射角a滿足tana=',可得a=30。,故該玻璃石專對(duì)a光的折射率nd==

sin605_c

擊獷二百,故A錯(cuò)誤;Q光相較入射方向偏折程度小于b光，故折射率&V磔，由V二”可知，折射

率越大，在介質(zhì)中傳播速度越小，即。、b光在該玻璃磚中的傳播速度仇故B正確;由

I

&＜叫，可知%＞兒,又由可得即〃、b光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置光的相鄰

1

暗條紋間距較大，故C錯(cuò)誤;a光在M點(diǎn)的入射角為30。,有sin30?！?〃光的全反射臨界角C

2里

滿足sinC=n'=3,sin30°＜sinC,a光在M點(diǎn)不會(huì)發(fā)生全反射，故D錯(cuò)誤.

5.一小孩在河水清澈的河面上以1m/s的速度游泳廠0時(shí)刻他看到自己正下方的河底有一小

石塊廠3s時(shí)他恰好看不到小石塊了,河水的折射率下列說(shuō)法正確的是（C）

玄

A.3s后,小孩會(huì)再次看到河底的石塊

B.前3s內(nèi),小孩看到的石塊越來(lái)越明亮

C.這條河的深度為々m

4。

D./=O時(shí)小孩看到的石塊深度為3m

［解析］t=3s時(shí)他恰好看不到小石塊,則知光線恰好發(fā)生了全反射，入射角等于臨界角C,3s后,

入射角大于臨界角，光線仍發(fā)生全反射，所以，小孩不會(huì)看到河底的石塊，故A錯(cuò)誤;前3s內(nèi)，入

射角越來(lái)越大，反射光增強(qiáng)，折射光減弱，所以小孩看到的石塊越來(lái)越暗，故B錯(cuò)誤;3s內(nèi)小孩

13sinC

通過(guò)的位移為AVH1X3m=3m,根據(jù)全反射臨界角公式得sin可得tanC#*

~3

不________

1.3）23V7_x_*—

4年=7,如圖所示，這條河的深度為h=tanC=^-m=V7m,故C正確;U0時(shí)小孩看到的石

h3V7

塊深度為h視』=丁m,故D錯(cuò)誤.

6.［2022.湖北卷］如圖-所示,水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí)，將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A

位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距離為d,A位置離水面的高度為力.訓(xùn)練

員將小球向左水平拋出，入水點(diǎn)在8位置的正上方，入水前瞬間速度方向與水面夾角為。.小

球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置，折射光線與水平方向的夾角也為，己

知水的折射率"J,求：

⑴tan6的值；

(2)5位置到水面的距離H.

A

44d

［答案］⑴'⑵27

［解析］(1)由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知d=vot

21

1=力

絲

tan。=

4

解得tan金

4

⑶因tan0=3可知0=53。,設(shè)從A點(diǎn)射到水面的光線的入射角為a,折射角為90。-敘37。,則由折

sina

射定律可知〃=sm37',解得a=53°

2

由幾何關(guān)系可知Htan37°+3tan53°=d

4d

解得M

7.一半圓柱形玻璃磚的橫截面如圖所示,半圓的半徑為R、圓心為0.一光線沿橫截面從

直徑AB上的E點(diǎn)以入射角i=45。入射，經(jīng)玻璃磚折射后，射到圓弧上的F點(diǎn)（圖中未畫

出），恰好發(fā)生全反射.已知玻璃磚對(duì)該光線的折射率n=則下列說(shuō)法正確的是（C）

A.光線在玻璃磚中傳播的速度大小為為真空中的光速）

B.光線從空氣射入玻璃磚后，光的頻率變大

C.ZEFO=45°

D.O、E兩點(diǎn)間的距離為2R

［解析］根據(jù)折射率與光速的關(guān)系，可知光線在玻璃磚中傳播的速度大小v=n=2G故A錯(cuò)誤；

光經(jīng)過(guò)折射、反射后，頻率不會(huì)變化，光線從空氣射入玻璃磚后，光的頻率不變，故B錯(cuò)誤;設(shè)光

142

線在玻璃中發(fā)生全反射的臨界角為C,有sinC="=2，則C=45。,則/ER9=45。,故C正確;光線

sini

在玻璃石專中的光路（部分）如圖所示，根據(jù)折射定律有行'”，解得-30。,在2^0廠中，根據(jù)正弦

E0Rv7

定理有配=sin\MF,解得EQ=3尺故口錯(cuò)誤.

8.［2023?山東卷］一種反射式光纖位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)微小位移測(cè)量，其部分原理簡(jiǎn)化如圖所

示.兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N,相距為d,直徑均為2a,折射率為0）,M、N下端

橫截面平齊且與被測(cè)物體表面平行.激光在M內(nèi)多次全反射后從下端面射向被測(cè)物體，經(jīng)被

測(cè)物體表面鏡面反射至N下端面,N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測(cè)物體距離有

關(guān).

（1）從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為仇求e的正弦值；

（2）被測(cè)物體自上而下微小移動(dòng)，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃

絲下端面到被測(cè)物體距離b的相應(yīng)范圍（只考慮在被測(cè)物體表面反射一次的光線）.

被測(cè)物體表面

______dl2~n^d+2al2~n^

［答案］（1），九2一1（2）云whs2

［解析］（1）由于激光在M內(nèi)發(fā)生全反射，故

1

sina>n

根據(jù)幾何關(guān)系。+尸=90。

Vn2-l

可得sin底n

sin6

根據(jù)折射定律有而="

可以得到最大偏角的正弦值為sin保配I

V

（2）當(dāng)激光剛好能被N下端面接收時(shí)，對(duì)應(yīng)被測(cè)物體的距離

題型2光的波動(dòng)性

1.（多選）關(guān)于如圖所示的甲、乙、丙、丁四幅圖，下列說(shuō)法正確的是(BC)

甲乙

!l!lll!

IIIIIIIIIIIIIIIIH

丙T

A.圖甲為雙縫干涉示意圖,若換成頻率更高的單色光照射雙縫，則實(shí)驗(yàn)得到的條紋間距應(yīng)該更

大

B.圖乙為光照到圓盤上得到的衍射圖樣

C.圖丙為劈尖干涉的示意圖，兩玻璃片間墊有一些紙片，若從兩玻璃片之間抽出部分紙片，則

從上往下看可以觀察到條紋間距變大

D.圖丁所示為相機(jī)拍攝車前擋玻璃的照片，能明顯減弱汽車玻璃表面反射光是利用了薄膜干

涉原理

［解析］根據(jù)干涉條紋間距公式華工,若改用頻率較高的單色光照射，則波長(zhǎng)變小，其他條件

保持不變，則得到的干涉條紋間距將變小，故A錯(cuò)誤;圖乙為光照到圓盤上得到的衍射圖樣，也

叫泊松亮斑，故B正確;抽去紙片后空氣層的傾角變小,相當(dāng)于減小了d,故相鄰亮條紋（或暗條

紋）之間的距離變大，干

涉條紋間距變大，故C正確;相機(jī)拍攝時(shí)減弱了玻璃表面的反射光，是在照相機(jī)鏡頭前增加偏

振片過(guò)濾掉了反射的光，應(yīng)用了偏振原理，故D錯(cuò)誤.

2.（多選）某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射，光電傳感器可用來(lái)測(cè)量光屏上光

強(qiáng)的分布.某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電腦屏幕上得到圖乙所示的光強(qiáng)分布.下列說(shuō)法正確的是（BC）

乙

A.這位同學(xué)在縫屏上安裝的是雙縫

B.這位同學(xué)在縫屏上安裝的是單縫

C.當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時(shí)，若要使干涉條紋的間距變大,應(yīng)選用雙縫間距較小的雙縫

D.當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時(shí)，若要使干涉條紋的間距變小,應(yīng)增大縫屏與光屏間的距離

［解析］根據(jù)題意，由圖乙可知，條紋中間亮、兩邊窄，是衍射條紋，所以在縫屏上安裝的是單縫,

L

故A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)題意,由公式Ax=”可知，若要使干涉條紋的間距變大，應(yīng)選用雙縫間距

較小的雙縫，若要使干涉條紋的間距變小,應(yīng)減小縫屏與光屏間的距離，故D錯(cuò)誤,C正確.

3.［2023?山東卷］如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖.G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)、C為待測(cè)柱形樣

品、C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層.用單色平行光垂直照射上方石

英板，會(huì)形成干涉條紋.已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說(shuō)法正確的

是（A）

A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動(dòng)

B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動(dòng)

C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動(dòng)

D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動(dòng)

［解析］由題意可知,C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí),G增長(zhǎng)的高度大于C增

長(zhǎng)的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng)，則條紋向左移動(dòng)，故選

A.

題型3波粒二象性

1.圖甲是研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置圖，用綠光照射陰極K,實(shí)驗(yàn)測(cè)得電流/與電勢(shì)差

滿足圖乙所示規(guī)律，電子的電荷量約為1.6x10-19。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是（B）

A.如果用紅光照射該光電管,一定會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)

B.達(dá)到飽和電流時(shí)，每秒鐘從陰極逸出的光電子數(shù)約為4x1012個(gè)

C.光電子的最大初動(dòng)能為0.64eV

D.增大綠光的光照強(qiáng)度，飽和電流不會(huì)改變

［解析］綠光的頻率超過(guò)了截止頻率，但紅光頻率低于綠光，不一定能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤;由

0.64X1CT4

題圖乙知，飽和電流為0.64pA,則每秒內(nèi)逸出的光電子數(shù)約為而5十個(gè)=4x1012個(gè),B正

確;由題圖乙知，遏止電壓為0.6V,則最大初動(dòng)能為0.6eV,C錯(cuò)誤;增大光照強(qiáng)度，單位時(shí)間逸

出的光電子數(shù)增加,飽和電流也會(huì)增大,D錯(cuò)誤.

2.光電管是一種利用光照產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可以形成光電流.下

表中記錄了某同學(xué)進(jìn)行光電管實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù).

次入射光子相對(duì)飽和電流逸出光電子的

數(shù)的能量/eV光強(qiáng)大小yhiA最大初動(dòng)能/fev

14.0弱290.8

24.0中430.8

34.0強(qiáng)600.8

由表中數(shù)據(jù)得出的以下論斷中正確的是（D）

A.三次實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光

B.三次實(shí)驗(yàn)光電管中的金屬板材質(zhì)不同

C.若入射光子的能量為5.0eV,不論光強(qiáng)多大，飽和電流一定大于60mA

D.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.8eV

［解析］表格中入射光子的能量相同，根據(jù)光子的能量E=/?v,可知三次實(shí)驗(yàn)采用的入射光的頻

率相同，故A錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程Ek=〃v-Wo,代入數(shù)據(jù)可解得三次實(shí)驗(yàn)中金屬的逸出功都是

用）=3.2eV,所以三次實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，故B錯(cuò)誤;當(dāng)入射光子的能量為5.0eV時(shí)，

相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)飛出的光電子越多，光電流越大，故C錯(cuò)誤.若入射光子的能量為

5.0eV,則Ek=hv-W0=5.QeV-3.2eV=1.8eV,即逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.8eV,故D正確.

3.能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為IO-*j,已知可見光的平均波長(zhǎng)約為60國(guó)小普朗克

常量/i=6.63xl0-34J-s,則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為（D）

A.1個(gè)B.3個(gè)C.30個(gè)D.300個(gè)

8

C3X1O

［解析］一個(gè)可見光光子的平均能量=6.63x10-34x60x1。-，J=3.3xl（y2i工能引起人的視覺

IO大

效應(yīng)時(shí)，進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為片==3-3xw%300（個(gè)），故選D.

4.（多選）如圖所示，一束單色光入射到截止頻率為vo的金屬板K上，發(fā)射的光電子可沿垂直于

平行板電容器極板的方向從左極板上的小孔進(jìn)入電場(chǎng)，均不能到達(dá)右極板，則