2023届北京市高考物理模拟试题知识点分类训练：光学

2023届北京市高考物理模拟试题知识点分类训练：光学

一、单选题

1．（2023·北京朝阳·统考二模）如图所示，细光束从空气射向平行玻璃砖上表面，经折射后分为a、b两束从下表面射出，则（　　）

A．在玻璃中传播时，a光的速度较大

B．从同一种介质射向真空，a光发生全反射的临界角较小

C．若增大入射光在上表面的入射角，则a光先在下表面发生全反射

D．若a光照射某金属能发生光电效应，则b光照射该金属一定也能发生光电效应

2．（2023·北京海淀·统考二模）关于电磁波的应用，下列说法正确的是（　　）

A．雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应较为明显

B．移动电话选择微波作为工作波段，是因为微波比其它波段的电磁波的波速更快

C．X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近

D．工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性强的特点

3．（2023·北京丰台·统考二模）如图所示，一束光沿AO方向从玻璃射向空气，折射光线沿OB方向。下列说法正确的是（　　）

A．这束光从玻璃进入空气后波长会增大

B．这束光从玻璃进入空气后频率会减小

C．这束光在玻璃中的传播速度大于在空气中的传播速度

D．若这束光沿BO方向从空气射向玻璃，可能会发生全反射现象

4．（2023·北京·统考一模）为了测量储液罐中不导电液体的液面高度，设计装置如图所示。将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储液罐中，电容C可通过开关S与线圈L或电源相连。当开关从a拨到b时，由线圈L与电容C构成的回路中产生振荡电流，振荡电流的频率，通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。则下列说法正确的是（　　）

A．当储液罐内的液面高度升高时，电容不变

B．当储液罐内的液面高度升高时，LC回路中振荡电流的频率变小

C．开关拨到b之后，振荡电流的振幅和频率始终保持不变

D．当开关从a拨到b瞬间，电容器两极板的电荷量最大，流过线圈L中的电流最大

5．（2023·北京海淀·统考一模）低温为研究物质结构与性质提供了独特的条件。2022年10月31日“梦天实验舱”进入预定轨道，其上搭载了世界领先的微重力超冷原子物理实验平台，可以制备地面无法实现的以下的超冷原子构成的气体。超冷原子是指温度接近状态下的原子，其热运动速率只有室温下的倍。制备时，先利用激光冷却技术，将原子置于相向传播且频率略不同于原子跃迁能级所对应频率的激光束中运动时，由于多普勒效应，原子受到激光束对其产生的阻力，从而使原子的速度降低。又利用磁场将原子束缚在一定的区域内形成原子团，实现较长时间的原子与激光相互作用。再利用蒸发冷却技术，将原子团中速率较大的原子“蒸发”掉，使温度进一步降低。根据上述信息，下列说法正确的是（　　）

A．激光频率一定时，原子质量越大，激光制冷的效果越好

B．激光制冷技术只能使特定速率的原子减速，而其余原子的速率保持不变

C．与室温下的原子相比，超冷原子更容易发生衍射

D．传播方向与原子运动方向相反的激光的频率应当略高于（为普朗克常量）

6．（2023·北京门头沟·统考一模）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为a、b、c三束单色光。下列说法正确的是（　　）

A．c光的光子能量最大

B．在真空中a光的速度最大

C．玻璃对a光的折射率最大

D．从玻璃射向空气，a光发生全发射的临界角最小

7．（2023·北京·统考一模）关于光现象，下列说法正确的是（　　）

A．光导纤维是利用光的折射传输信息

B．泊松亮斑属于光的干涉现象

C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带是因为不同颜色的光折射率不同

D．紫外线灯照射锌板，入射光越强，光电子的最大初动能越大

8．（2023·北京东城·统考一模）某型号智能手环在工作时会发出红光和绿光，与绿光相比（    ）

A．红光频率高 B．红光波长短

C．红光光子能量小 D．红光在真空中的传播速度快

9．（2023·北京东城·统考一模）我国科研人员对“嫦娥五号”返回器携带的月壤样品进行研究，取得了重大科研成果，科研人员通过X射线衍射、聚焦离子束等一系列技术手段对样品进行分析研究，首次发现了一种新矿物并确定其晶体结构，被国际权威机构命名为“嫦娥石”。聚焦离子束技术是利用电场将离子束聚焦成极小尺寸的显微加工技术，经过聚焦的高能离子束轰击样品，与其表面原子的相互作用过程比较复杂，若表面原子受碰撞后运动方向是离开表面，而且能量超过一定数值时，会有粒子从表面射出，粒子可能是原子、分子，也可能是正负离子、电子、光子。除发现“嫦娥石”外，科研人员还首次准确测定了月壤样品中氦3（）的含量和提取温度，氦3被科学家视为未来核聚变反应的理想原料。若氦3参与核聚变反应，不会产生核辐射，且可以释放更多能量，氦3主要来自太阳风——太阳喷射出来的高能粒子流。月球没有磁场和大气的保护，太阳风可以直接降落在月球表面，使其携带的氦3得以保存，但氦3在地球上含量极少，根据以上信息及所学知识判断，下列说法错误的是（　　）

A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近

B．利用聚焦离子束技术可以将光束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应

C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损

D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面

10．（2023·北京延庆·统考一模）下列说法中正确的是（    ）

A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象

B．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象

C．用光导纤维传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象

D．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象

11．（2023·北京西城·统考一模）有关光的现象，下列说法正确的是（    ）

A．干涉现象说明光是横波

B．偏振现象说明光具有粒子性

C．发生折射现象时，光的频率发生变化

D．发生光电效应现象时，有电子从金属表面逸出

12．（2023·北京朝阳·统考一模）下列说法正确的是（　　）

A．雨后出现的彩虹属于光的反射现象

B．光的干涉和衍射现象说明光是一种横波

C．用光导纤维传输信息利用了光的全反射现象

D．测体温的额温枪是通过测量人体辐射的紫外线进行测温

13．（2023·北京丰台·统考一模）下列各种现象中都表现出光具有波动性的是（　　）

A．光的直线传播现象、反射现象

B．光的全反射现象、折射现象

C．光的衍射现象、干涉现象

D．光的康普顿效应、光电效应

14．（2023·北京平谷·统考一模）如图所示，玻璃砖的上表面与下表面平行，一束红光从上表面的点处射入玻璃砖，从下表面的点处射出玻璃砖，下列说法正确的是（    ）

A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化

B．红光进入玻璃砖前后的速度不会发生变化

C．若增大红光的入射角，则红光可能会在玻璃砖下表面的Q点左侧某处发生全反射

D．若紫光与红光都从P点以相同的入射角入射，则紫光将从Q点右侧某处射出玻璃砖

15．（2023·北京·模拟预测）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。如果光束b是黄光，则以说法正确的是（　　）

A．这是光的干涉现象

B．光束c可能是红光

C．玻璃对单色光a的折射率最小

D．三种光在玻璃中传播的速度大小相同

16．（2023·北京·模拟预测）某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法中不正确的是（　　）

A．a光子的能量大于b光子的能量

B．a光更容易发生明显的衍射现象

C．单色光a在水中的传播速度比b光快

D．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角

17．（2023·北京·模拟预测）下面四种与光有关的事实中，主要是由于光的衍射引起的现象是（    ）

A．用光导纤维传播信号

B．白光通过一狭缝后会在狭缝后面白色的光屏上出现彩色条纹

C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带

D．观赏日出时看到太阳的位置比实际位置偏高

18．（2023·北京·模拟预测）如图所示，某单色光a以i＝30°的入射角射向半圆形玻璃砖的下表面，经折射后光束a与法线的夹角为60°，已知光在真空中的传播速度。下列说法正确的是（    ）

A．玻璃砖对a光的折射率为

B．玻璃砖对a光的折射率为

C．a光在玻璃砖中的传播速度为

D．a光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角为60°

19．（2023·北京·模拟预测）隐身飞机通过运用多种隐形技术降低飞机的信号特征，使雷达难以发现、识别、跟踪和攻击。飞机隐身的途径主要有两种：一是改变飞机的外形和结构，减小回波；二是飞机表面采用能吸收雷达波的涂敷材料。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。常规雷达采用波长为0.01m～0.1m之间的厘米波，隐形飞机在常规雷达上反射的能量几乎与一只麻雀反射的能量相同，因此在常规雷达的屏幕上几乎看不到隐身飞机的回波。而米波雷达采用波长为1m～10m之间的米波，与隐身飞机的外形尺寸相匹配，从而发生谐振，大大增强了飞机回波信号的能量，从而使飞机的隐身效果下降。下列说法正确的是（　　）

A．米波不能产生偏振现象

B．米波的频率约为厘米波频率的10倍

C．米波的传播速度小于厘米波的传播速度

D．常规雷达比米波雷达的分辨率更高

20．（2023·北京·模拟预测）a、b两种单色光组成的光束从空气进入介质时，其折射光束如图所示．则关于a、b两束光，下列说法正确的是（   ）

A．介质对a光的折射率大于介质对b光的折射率

B．a光在介质中的速度大于b光在介质中的速度

C．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长

D．光从介质射向空气时，a光的临界角大于b光的临界角

21．（2023·北京海淀·统考一模）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是（　　）

A．减小光源到单缝的距离

B．减小双缝之间的距离

C．减小双缝到光屏之间的距离

D．换用频率更高的单色光源

二、实验题

22．（2023·北京海淀·统考一模）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。

（1）某同学在做杨氏双缝干涉实验时，分别用波长 λ1 和 λ2的单色光，经同一干涉装置得到如图甲和乙所示的干涉条纹，可知 λ1 ________λ2（选填“>”“=”或“<”）。

三、解答题

23．（2023·北京·统考模拟预测）如图所示是半径为R的玻璃半圆柱体的横截面，O点为截面的圆心，上表面水平，其正下方的水平地面上放置一厚度不计的平面镜，平面镜到玻璃半圆柱体的距离为。一束与过圆心O的竖直线平行且间距为的光线从玻璃半圆柱体上表面A点射入，该光束经过玻璃半圆柱体的折射和平面镜反射最后从半圆柱体水平面射出的光线恰好与入射光线平行（不考虑多次反射）。已知光在真空中速度为c。求：

（1）该玻璃的折射率；

（2）该光束由A射入到再次离开玻璃半圆柱体所用的时间。

24．（2023·北京·统考模拟预测）某半径为r的类地行星表面有一单色点光源P，其发出的各方向的光经过厚度为、折射率的均匀行星大气层射向太空。取包含P和行星中心O的某一截面如图所示，设此截面内，一卫星探测器在半径为的轨道上绕行星做匀速圆周运动。忽略行星表面对光的反射。求：

（1）从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角；

（2）大气外表面发光区域在截面上形成的弧长；

（3）卫星探测器运行时，只能在轨道某些部分观测到光，则这部分轨道弧长。

25．（2023·北京·统考模拟预测）在水平光屏的上方适当位置固定一激光光源，使其发射与水平面成角斜向下的激光，在水平光屏上M点呈现一小光斑。在光屏与激光光源中间放入一块平行于水平面的长方体玻璃砖，发现光屏上的N点出现光斑，如图所示。已知N到M的距离为2cm，玻璃对激光的折射率为。不考虑激光在界面的反射，。

(1)求玻璃砖的厚度d；

(2)其他条件不变，换用厚度为2cm同种材质的长方体玻璃砖，则在光屏上形成的光斑P到N点的距离为多少？（结果均保留两位小数）

参考答案：

1．B

【详解】A．根据折射定律

入射角相同，a光的折射角小，玻璃对a光的折射率大，根据

可知在玻璃中传播时，a光的速度较小，故A错误；

B．根据临界角公式

可知a光发生全反射的临界角较小，故B正确；

C．光在上表面的折射角等于在下表面的入射角，若增大入射光在上表面的入射角时，在下表面的入射角总小于临界角，可知a光先在下表面不会发生全反射，故C错误；

D．a光的折射率大于b光的折射率，a光的频率大于b光的频率，根据光电效应方程

可知a光照射某金属能发生光电效应，b光照射该金属不一定发生光电效应，故D错误。

故选B。

2．C

【详解】A．雷达可以利用反射电磁波定位，是因为其工作波段的电磁波衍射效应不明显，故A错误；

B．微波和其它波段的电磁波的波速一样，都为光速，故B错误；

C．X射线衍射能探测晶体内原子的排列结构，是因为X射线的波长与原子间距相近，故C正确；

D．工程上用γ射线探测金属内部缺陷，是因为γ射线具有频率高、波动性弱的特点，故D错误。

故选C。

3．A

【详解】ABC．根据

可知这束光在玻璃中的传播速度小于在空气中的传播速度；由于这束光从玻璃进入空气后频率不变，根据

，

可知这束光从玻璃进入空气后波长会增大，故A正确，BC错误；

D．光在界面发生全反射必须从光密介质射向光疏介质，这束光沿BO方向从空气射向玻璃，不可能会发生全反射现象，故D错误。

故选A。

4．B

【详解】A．当储液罐内的液面高度升高时，根据电容的决定式得，电容变大，A错误；

B．当储液罐内的液面高度升高时，电容变大，根据振荡电流的频率可知，LC回路中振荡电流的频率变小，B正确；

C．开关拨到b之后，振荡电流的振幅会越来越小，随着储液罐内的液面高度的变化，频率会发生变化，C错误；

D．当开关从a拨到b瞬间，电容器两极板的电荷量最大，流过线圈L中的电流最小，D错误。

故选B。

5．C

【详解】ABD．激光冷却是指当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光中运动时，由于多普勒效应，原子倾向余吸收原子运动方向相反的光子，两激光产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，由牛顿第二定律可知，原子质量越大，加速度越小，其减速效果差，即制冷效果不好且由上述原理可知，激光制冷技术不是使特定速率原子减速，故ABD错误；

C．物质具有波粒二象性，即原子也具有波的性质，由德布罗意波波长公式有

原子的速度越大，其德布罗意波的波长越短，所以超冷原子的波长要长，由发生衍射的明显现象条件可知，其波长与障碍物的尺寸差不多的时候衍射现象明显，所以与室温下的原子相比，超冷原子更容易发生衍射，故C项正确。

故选C。

6．A

【详解】AC．根据题意，由图可知，光的偏折角最小，折射率最小，频率最小，由可知，c光的光子能量最大，故C错误，A正确；

B．在真空中三束单色光的速度相等，故B错误；

D．由公式可知，a光发生全发射的临界角最大，故D错误。

故选A。

7．C

【详解】A．光导纤维是利用光的全反射传输信息的，故A错误；

B．泊松亮斑属于光的衍射现象，故B错误；

C．白光是由各种色光混合而成，而由于不同颜色的光折射率不同，通过三棱镜后偏转角度不同，从而形成彩色光带，故C正确；

D．光电子最大初动能与光照强度无关，入射光的频率越大，光电子初动能越大，光照强度越大，光电子个数越多，故D错误。

故选C。

8．C

【详解】红光与绿光相比，频率较低，光子能量较小，波长较长，光在真空中的传播速度一样快。

故选C。

9．B

【详解】A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近，故A正确，不符合题意；

B．利用聚焦离子束技术可以将离子束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应，故B错误，符合题意；

C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损，释放能量，故C正确，不符合题意；

D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面，故D正确，不符合题意；

故选B。

10．C

【详解】A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的色散现象，故A错误；

B．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的干涉现象，故B错误；

C．用光导纤维传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象，故C正确；

D．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，故D错误。

故选C。

11．D

【详解】A．光的偏振现象说明光是横波，故A错误；

B．偏振是横波特有的现象，所以光的偏振现象说明光是一种横波，故B错误；

C．发生折射现象时，光的频率不发生变化，故C错误；

D．发生光电效应时，有电子从金属表面逸出，故D正确。

故选D。

12．C

【详解】A．雨后出现的彩虹属于光的色散现象。故A错误；

B．光的干涉和衍射现象说明光是波。故B错误；

C．用光导纤维传输信息利用了光的全反射现象。故C正确；

D．测体温的额温枪是通过测量人体辐射的红外线进行测温。故D错误。

故选C。

13．C

【详解】光的直线传播、反射、折射、全反射、康普顿效应、光电效应证明了光具有粒子性，光的衍射、干涉、偏振现象证明了光具有波动性。

故选C。

14．D

【详解】A．波速由介质决定，但频率由波源决定，同一种波在不同的介质中，波速不同，但频率不变，由公式

可得，红光进入玻璃砖前后的波长会发生变化，A错误；

B．光具有波粒二象性，从波动性的角度说，光作为一种电磁波，一种单色光即一种单一频率的光，对一种介质的折射率是一定的，从空气进入玻璃介质后，光的频率不变，由折射定律

可得，会发生改变，所以红光进入玻璃砖前后的速度会发生变化，B错误；

C．根据光的可逆性原理，只要光线可以从上表面射入，在玻璃中发生折射，就一定可以从下表面射出，所以增大红光的入射角，则红光不会在玻璃砖下表面发生全反射，C错误；

D．若紫光与红光都从P点以相同的入射角入射，由于紫光折射率较大，所以紫光折射角较小，所以紫光将从Q点右侧某处射出玻璃砖，D正确。

故选D。

15．C

【详解】A．这是光的折射现象，故A错误；

B．红光的折射率小于黄光的折射率，则光束c不可能是红光，故B错误；

C．由图可知，玻璃对单色光a的折射率最小，故C正确；

D．根据可知，三种光折射率不同，则在玻璃中传播的速度大小不相同，故D错误。

故选C。

16．A

【详解】A、根据知，在屏幕上相邻的两条亮纹间距越大，则光的波长较长，则a光波长较大，由知频率越短，则a光子的能量越小，故A错误。

B、a光波长大于b光波长，则a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故B正确。

C、a光的波长长，则频率小，则折射率小，根据知在介质中传播速度大。故C正确。

D、从同一种介质射入空气发生全反射时，临界角，可知a光的临界角大于b光的临界角，故D正确。

故选A。

17．B

【详解】A．用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射，故A错误；

B．白光通过一狭缝后会在狭缝后面白色的光屏上出现彩色条纹，是光的衍射引起的，故B正确；

C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带，属于光的折射现象，故C错误；

D．观赏日出时看到太阳的位置比实际位置偏高属于光的折射现象，故D错误。

故选B。

18．A

【详解】AB．玻璃砖对a光的折射率为

故A正确，B错误；

C．由解得a光在玻璃砖中的传播速度为

故C错误；

D．由

所以a光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角小于60°，故D错误。

故选A。

19．D

【详解】A．米波是电磁波，能产生偏振现象，故A错误；

B．由

可得米波的频率约为厘米波频率的

故B错误；

C．米波的传播速度等于厘米波的传播速度，故C错误；

D．雷达的分辨率是与其所使用的频率有着密切关系的，频率越高，分辨率也就越高，所以常规雷达比米波雷达的分辨率更高，故D正确。

故选D。

20．A

【详解】A．根据折射率的定义

知入射角相等，a光的折射角较小，则a光的折射率较大，A正确；

B．由公式

分析可知，a光在介质中的速度较小，B错误；

C．光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则a光在真空中的波长较短，C错误；

D．根据临界角公式

分析知，a光的折射率大，临界角小，D错误。

故选A。

21．B

【详解】试题分析：通过观察发现，图乙中干涉条纹的宽度比甲图中的大，根据干涉条纹宽度干涉有：Δx＝，因此可以使缝屏距l变大，双缝距d减小，或换用波长较长即频率较低的光，以达到要求，故选项C、D错误；选项B正确；与光源到单缝的距离无关，故选项A错误．

考点：本题主要考查了对双缝干涉实验的理解问题，属于中档偏低题．

22．＞

【详解】[1]由双缝干涉条纹间距公式知，甲的条纹间距大于乙，所以甲的波长大，即λ1>λ2。

23．（1）；（2）

【详解】（1）如图，光线垂直于玻璃砖上表面入射，不改变方向，假设从弧形面的B点出射，由几何关系可知，入射角β=30°，折射角α=60°，玻璃砖的折射率为

（2）由几何关系可知

AB=，BO1=R

设光在玻璃砖中的传播速度为v，有

该光束由A射入到再次离开玻璃半圆柱体所用的时间为

联立方程可得

24．(1)30°；(2)；(3)

【详解】(1)从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角满足

解得

(2)当P点发出的光线在大气外表面恰好发生全反射时，光路如图所示

由正弦定理可得

解得

故从P点射出的光线在大气外表面恰好发生全反射时光线PB与OP延长线的夹角为45°，在大气外表面发光区域对应的圆心角为

故发光区域在截面上形成的弧长为

(3)如图所示，临界光线从B点射向卫星轨道上的C点，在直角中，由几何关系可得

解得

即轨道上能观测到光的部分对应的圆心角为60°，对应的轨道弧长为

25．(1)1.73cm；(2)0.31cm

【详解】(1)由题意知

b=2cm

激光入射角

i=90°－30°=60°

由几何关系知

由折射定律有

解得

r=30°

d=1.73cm

(2)若换用厚度为2cm同种材质的长方体玻璃砖，依题意画出光路图如图所示

则有

又

联立解得在光屏上形成的光斑P到M点的距离

则光斑P到N点的距离