2025年高考物理真题分类汇编专题16 光学 电磁波 相对论（全国通用）(学生版+解析版）

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1．（2025·山东·高考真题）用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝关于轴对称，光屏垂直于轴放置。将偏振片垂直于轴置于双缝左侧，单色平行光沿轴方向入射，在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片置于双缝右侧，透振方向平行。保持不动，将绕轴转动的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法正确的是（ ）
A．条纹间距不变，亮度减小B．条纹间距增大，亮度不变
C．条纹间距减小，亮度减小D．条纹间距不变，亮度增大
2．（2025·河南·高考真题）折射率为的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆柱内的反射）（ ）
A．B．C．D．
3．（2025·广西·高考真题）如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线1和2，从扇形材料的A点传播，光线1传到圆弧（圆）AC的中点B．光线2传播到C点偏上，则两光线发生下列哪种情况（ ）
A．1不全反射，2全反射B．都不全反射
C．都全反射D．1全反射，2不全反射
4．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）如图，利用液导激光技术加工器件时，激光在液束流与气体界面发生全反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流，甲的折射率比乙的大，则（ ）
A．激光在甲中的频率大B．激光在乙中的频率大
C．用甲时全反射临界角大D．用乙时全反射临界角大
5．（2025·浙江·高考真题）测量透明溶液折射率的装置如图1所示。在转盘上共轴放置一圆柱形容器，容器被透明隔板平分为两部分，一半充满待测溶液，另一半是空气。一束激光从左侧沿直径方向入射，右侧放置足够大的观测屏。在某次实验中，容器从图2（俯视图）所示位置开始逆时针匀速旋转，此时观测屏上无亮点；随着继续转动，亮点突然出现，并开始计时，经后亮点消失。已知转盘转动角速度为，空气折射率为1，隔板折射率为n，则待测溶液折射率为（ ）（光从折射率的介质射入折射率的介质，入射角与折射角分别为与，有）
A．B．
C．D．
6．（2025·海南·高考真题）测量某半圆形玻璃砖的折射率，操作步骤如下
I．在白纸上画一条直线，半圆形玻璃砖放白纸上，玻璃砖直径与直线重合，描出直径两端点和，取走玻璃砖，用刻度尺求圆心点，过点作垂线，放回玻璃砖，将光屏垂直贴近玻璃砖点放置。
II．沿玻璃砖由向缓慢移动激光笔，使得入射光线平行纸面且始终沿着半径方向射向圆心，从玻璃砖射出的激光在下方的光屏上恰好消失，记下激光入射点，取走玻璃砖，过点作的垂线。
(1)步骤II中，当激光从点入射到点在面下方光屏上恰好消失时是光的_____。
A．色散现象B．衍射现象C．全反射现象
(2)用刻度尺测得、，则玻璃砖的折射率_____。
7．（2025·安徽·高考真题）如图，玻璃砖的横截面是半径为R的半圆，圆心为O点，直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光，从横截面上的P点由空气射入玻璃砖，从Q点射出。已知P点到x轴的距离为，P、Q间的距离为。
(1)求玻璃砖的折射率；
(2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心O点发生全反射，求入射光线与x轴之间夹角的范围。
8．（2025·山东·高考真题）由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示，器件下表面圆弧以O点为圆心，上表面圆弧以点为圆心，两圆弧的半径及O、两点间距离均为R，点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与平行，到的距离均为。
(1)B点与的距离为，单色光线从B点平行于射入介质，射出后恰好经过点，求介质对该单色光的折射率n；
(2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质，并垂直CH射出，出射点在GE的延长线上，E点在上，、E两点间的距离为，空气中的光速为c，求该光在介质中的传播时间t。
9．（2025·云南·高考真题）用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源，为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5，盖玻片厚度，盖玻片与物镜的间距，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速。
(1)求未滴油时，O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积（结果保留2位有效数字）；
(2)滴油前后，光从O点传播到物镜的最短时间分别为，求（结果保留2位有效数字）。
1．如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为（ ）
A．B．C．D．
2．有一透明材料制成的C型半圆柱体，内径是R，外径是2R，其横截面如图所示，OO′是对称轴。圆柱体内部弧面上均涂有特殊材料，使光到达时全部被吸收。O′处有一可以旋转的单色激光发射器，使发出的光线绕O′以角速度ω在纸面内匀速转动。已知单色光在透明材料中的折射率为，真空中的光速为c，则下列说法正确的是（ ）
A．这束单色光可能在该材料右侧截面上发生全反射
B．光点在右侧截面移动的区域长度为
C．光点在右侧截面即将消失时的瞬时速率为2ωR
D．光在材料中传播的最长时间为
3．如图所示，科研人员在研究一半径为的透明半球体时，用一束激光垂直照射半球体底面各点，发现激光束照射点距离球心为时，激光束恰好不能从半球表面透出，则半球体对此激光束的折射率为（ ）
A．B．C．D．
4．如图所示是一个半径为R的均匀透明介质球过其球心的截面，PQ为直径。一单色细光束从P点射入球内，折射光线与PQ夹角，出射光线与PQ平行。光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（ ）
A．介质对该光束的折射率为
B．光束在P点的入射角为
C．该光束在介质中的传播速度为
D．该光束在介质中的传播时间为
5．一个底面半径为R，高为4R的均匀透明圆柱体玻璃砖被切割成如图甲所示的形状，横截面如图乙所示，现有一束由a、b两种单色光组成的复合平行光从空气垂直平面AB射入柱体，已知，该玻璃对单色光a的折射率，对单色光b的折射率，关于这束光初次在柱体内到达圆弧形界面ACB时的说法正确的是（ ）
A．从区域II入射的所有单色光a的光线都不会发生全反射
B．从区域II入射的所有单色光b的光线都不会发生全反射
C．从区域I、III入射的所有光线都会发生全反射
D．若只有区域II内有入射光线，则圆弧形界面ACB上有单色光射出的面积与有复色光射出的面积之比为7∶30
6．如图所示，矩形玻璃砖abcd平行于光屏P放置于上方高H处，两束平行的单色光A、B斜射到玻璃砖的ad面，两个入射点间距离为x1，穿过玻璃砖下表面bc后，射在光屏P上两个点间距离为x2，已知x1>x2。不考虑光在玻璃砖中的反射。只向上平移玻璃砖，其他条件和状态保持不变，射在光屏上两个点（ ）
A．位置不变，距离不变B．位置右移，距离不变
C．位置左移，距离变大D．位置右移，距离变大
7．如图为置于真空中厚度为L的矩形透明砖的截面图，O、分别为上下表面的中点，一光线从O点以一定角度射入透明砖，刚好射在图中a点（）。换同样大小的另一材质矩形透明砖放在原位置，让同一光线仍然从O点以相同的角度射入透明砖，刚好射在图中b点。关于该光线在这两种介质中传播，下列说法正确的是（ ）
A．在b点一定不会发生全反射B．在第一种材质中传播时频率更小
C．在第二种材质中的波长更大D．穿过第二种材料的时间较短
8．如图所示，有一横截面为边长为a的正三角形的三棱镜ABC，BC边为吸光材质，一平面光源可发出垂直于光源平面的平行单色光，光源平面与水平方向夹角θ为60°，光源发出的平行光穿过三棱镜的光路图如图所示，图中光线在三棱镜中的光路与BC平行，且垂直打在光屏上，下列说法正确的是（ ）
A．三棱镜的折射率
B．从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光的传播时间相等
C．从光源发出的所有经过三棱镜到达光屏的光中，从AB中点入射的光线传播时间最短
D．缓慢绕B点顺时针转动光源，所有光线依然都能经过三棱镜传播到光屏
9．如图所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，在凸透镜的下表面和平面玻璃的上表面之间形成一个很薄的狭缝层。单色光从上方垂直凸透镜的上表面射向凸透镜，沿光的入射方向看到的明暗相间的干涉条纹可能是（ ）
A．B．
C．D．
10．(24-25高三下·江苏宿迁泗阳县·适考)透明介质球的球心为O，水平直径上有一点光源P，A点为从P射出的光线能直接从左侧面射出的临界点，则能直接从右侧面射出的临界点B的位置可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
11．彩虹是由太阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。下图为彩虹形成的示意图，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条单色光线。则（ ）
A．a光的频率小于b光的频率
B．a、b光在由空气进入水滴后波长变长
C．从同一介质射向空气，a光比b光容易发生全反射
D．通过同一双缝干涉装置，a光的相邻条纹间距比b光的大
12．如图，两种颜色的光从真空中沿同一光路由圆心O点斜射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别为a和b。已知入射角α=45°，a光束与玻璃砖左侧平面的夹角β=60°，下列说法正确的是（ ）
A．若a光束为蓝光，b光束可能是红光
B．a光在该玻璃柱体中传播的速度比b光大
C．玻璃对a光的折射率为
D．用a光和b光分别照射同双狭缝，观察干涉现象，a光的条纹间距更窄
13．真空中，一半圆形玻璃砖放置在转盘上，圆心恰好在转轴处，玻璃砖右侧有一足够大的光屏。一束由单色光a、b组成的光线从左侧沿着玻璃砖半径方向入射，荧光屏上有两个亮点。使转盘从图示位置开始顺时针匀速转动，光屏上单色光a的亮点先消失。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率小于b光的频率
B．a光在玻璃砖内的传播速度大于b光在玻璃砖内的传播速度
C．用同样的装置做双缝干涉实验时，b光相邻亮条纹间距较大
D．若a、b均能使某金属发生光电效应，则b光产生的光电子对应的遏止电压更大
14．如题所示，一束真空波长为λ的光射入双缝，双缝间距为d；距离双缝l远处平行放置一个光屏（l>d），双缝与光屏之间充满折射率为n的介质，则光屏上相邻亮条纹的间距是（ ）
A．B．C．D．
15．如图所示，一圆柱形筒的直径为8cm、高为6cm。人眼在筒的斜上方某处观察时，恰好能看到桶底，当筒中装满某种液体时，恰能看到筒底圆心。则光在此液体中的折射率为（ ）
A．B．C．D．
16．如图甲所示，凸透镜放置在水平玻璃板上，波长为的单色光竖直向下照射，呈现出如图乙所示的亮暗相间的同心圆环，P处位于亮环上。下列说法正确的是（ ）
A．仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜，P处仍位于亮环上
B．对凸透镜施加向下的压力，同一级亮环的半径将变小
C．仅将入射光的波长调整为，则P处位于暗环上
D．空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于暗环上
17．歼-20的光学着陆系统中用到了双缝干涉的知识。某物理兴趣小组用如图甲所示的装置做双缝干涉实验，通过目镜观察到屏上的条纹如图乙所示。只改变一个条件，使观察到的条纹如图丙所示，则改变的条件是（ ）
A．换用长度更长的遮光筒B．增大单缝到双缝的距离
C．换用间距更小的双缝D．红色滤光片换成紫色滤光片
18．如图所示，内径为的圆柱形容器内装有某种透明液体，液体深度为R，在容器底边缘有一点光源P，可以向液体内发出某种单色光，当光源发出的光照射到液面某处入射角为时，折射角为，则液面上有光射出区域的面积大小为（ ）
A．B．C．D．
19．如图所示，BCD为一直角三角形棱镜的截面，，棱镜的折射率为，P为垂直于直线BC的光屏，现有一激光器从A点由静止自由下落到桌面O点，整个下落过程中从激光器发出的光束始终平行于BC边，经棱镜折射后在屏P上形成一个移动的光斑，已知A点距离BC桌面高度h，若真空中光速为c，当地重力加速度为g，忽略光到屏的传播时间，则下列说法正确的是（ ）
A．激光束在棱镜上的CD边上会发生全反射
B．激光束在棱镜中传播的速度等于
C．光斑在屏P上移动的距离为
D．光斑在屏P上移动的平均速度
20．水晶球是用天然水晶加工而成的一种透明的球形物品。如图所示，一个质量分布均匀的透明水晶球，过球心的截面是半径为的圆。一单色细光束平行直径从点射入球内，折射光线与夹角为。已知光在真空中的传播速度为，则（ ）
A．水晶球的折射率为
B．光在水晶球中的传播速度为
C．光在水晶球中的传播时间为
D．若逐渐增大射向水晶球表面光的入射角，光可能因发生全反射而无法射出水晶球
21．如图所示的是半球形透明介质主视图，球心为，半径为，为圆面上的一点，距球心的距离为。一束截面积为的红色光束垂直射向圆面并恰好覆盖球形上表面，实验发现从点入射的光在透明介质的球面上恰好发生全反射。已知光在真空中传播的速度为，球冠的面积公式（为球冠的高），不考虑光在球形上表面的反射，下列选项正确的是（ ）
A．该介质折射率为
B．透明介质球面被照亮的面积为
C．距离球心处入射的光在介质中传播的时间为
D．若将红光换成紫光，透明介质球面被照亮的面积增大
22．虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示。考虑M、N、P、Q点对应的光，则（ ）
A．以相同入射角射入玻璃砖，N光的侧移量比P光大
B．照射同一光电效应装置，M光的饱和光电流比Q光大
C．入射同一单缝，P光中心衍射条纹宽度比Q光小
D．白光中由氢原子发出的光，则M光比N光从更高能级跃迁到相同的第一激发态
23．公园夜晚景观池有可变化形状的灯光秀，现将一半圆形线状光源（如图甲）水平放置在水面以下，随着放置深度或灯光颜色的不同，人们在水面上会看到不同形状的发光区域，如图乙、丙所示。下列说法正确的是（ ）
A．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更深
B．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更浅
C．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对乙图中光的折射率更大
D．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对丙图中光的折射率更大
24．投影仪中常用的图像翻转棱镜的横截面是底角为的等腰梯形，高为，上底边长为。一单色光沿如图所示的方向射入棱镜，且能到达边的中点，已知棱镜对该单色光的折射率，光在真空中传播的速度为，有折射时，不考虑反射。下列说法正确的是（ ）
A．光在边发生全反射
B．光在边发生折射，折射角为
C．光在棱镜中的传播时间为
D．光在棱镜中的传播时间为
25．某工艺摆件由透明材料制成，其矩形竖直截面如图所示，PQ、MN分别为其竖直截面的上、下底边，真空中一束单色红光从PQ边的O点斜向右下射入后直接到达MN，依次经MN反射、QM的中点E反射后，从PQ上的点射出，射出时出射光线与PQ的夹角为30°。已知PN厚为h，QM边恰好无红光射出，光在真空中的传播速度为c，只考虑第一次从点射出的光线。下列说法正确的是（ ）
A．底座材料对该单色红光的折射率为
B．底座材料对该单色红光的折射率为
C．该单色红光在底座内从O点传播到点的时间为
D．该单色红光在底座内从O点传播到点的时间为
26．如图，透明材料制成圆柱形棒，折射率为。圆柱的直径为d=4cm，长为L=40cm。一束光线射向圆柱棒底面中心，折射入圆柱棒后经侧面全反射最终由棒的另一底面射出。求
(1)欲使光线在棒侧面发生全反射，求入射角θ的正弦值取值范围；
(2)计算说明该光线可能经历的全发射次数最多为多少次。
27．如图所示，清澈的湖面下S处有一点光源，S到水面的距离，已知水的折射率，当很小时，求：
(1)点光源发出的光能直接射出水面的面积；
(2)在点光源正上方的水面上能看到点光源的视深。
28．如图所示，阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，ABCO构成边长为R的正方形，AC为圆心在O点的圆弧。一光线从O点射出沿OE方向射入元件，光线恰好不能从AB面射出，∠AOE=30°，真空中光速为c。求：
(1)该材料的折射率n；
(2)光线从O点射出到第一次射至AB面的时间t。
29．某边长为的等边三角形发光元件放在半径为R的半球形透明介质上表面，其中心与半球形圆心重合，光在空气中的速度大小为c，不考虑反射。求：
(1)若介质的折射率为n，从三角形顶点发出的光到达半球形底部A的时间；
(2)要使三角形发光元件发出的光都能从球面射出，介质的折射率应该满足的条件。
30．某家庭水族箱内安装了一盏环形LED装饰灯，灯带镶嵌在内径为R、外径为2R的透明亚克力圆环中，圆心为O。当打开特定模式时，位于顶部C点的激光模块会射出一道蓝光，该光线在亚克力环中形成正六边形闭合光路，宛如在水面下编织出光之网，如图所示。家人观察到光线始终在环壁内反射，从未穿透到空气中。已知真空中的光速为c，亚克力材料的折射率为n。
(1)为保证光线在环壁处完全反射，求亚克力材料的折射率最小值。
(2)当采用最小折射率的材料时，求蓝光完成正六边形闭环路径所需的最短时间。