2025年高考物理二轮复习：光学、波粒二象性

第11讲光学波粒二象性

用习题领拜专用£目

题型1几何光学

1.［2023•江苏卷］地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中

会发生弯曲.下列光路图中能描述该现象的是（A）

［解析］可根据折射定律w上sin。上切下sin。下，由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而

增大，则〃下〉〃上，则sin。上〉sin0下，即。上＞0下，回出光路图如图所不，则从身到低6下逐渐减小,

故A正确.

太阳光线

球表画

2.如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下,往大水球中央注入空

气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（C）

A.气泡表面有折射没有全反射

B.光射入气泡衍射形成“亮斑”

C.气泡表面有折射和全反射

D.光射入气泡干涉形成“亮纹”

［解析］当光由光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角，就会发生全反射现

象，光从水射向空气时，会发生全反射现象.水中的气泡看起来特别明亮,是因为光从水中射入

气泡时，一部分光在界面上发生了全反射，折射光消失，入射光几乎全变为反射光,A、B、D错

误,C正确.

3.［2023•湖北卷］如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30。,0尸边上的点光源S到顶点

O的距离为d,垂直于OP边的光线SN在。。边的折射角为45。.不考虑多次反射0。边上有

光射出部分的长度为（C）

1立

A2dB.2d

C.dD.\%

［解析］设光线SN在OQ界面的入射角为a,折射角为人由几何关系可知a=30。,贝U由折射定

sinfi__

律得n=suia=光源s发出的光线射出界面的临界情况为刚好发生全反射，光路图如图

1史

所示,光线在48两点刚好发生全反射,0。边上在A、B之间有光线射此由sin。」二,得

发生全反射的临界角为45。,作SC垂直。。于点C,由几何关系可知AB^2AC=2CS=OS=d,ik

C正确.

点右侧距离。点3R的尸点以入射角0=60。射入该玻璃砖，在玻璃砖内分成a、b两单色光,a

光从O点正上方的M点出射力光从0点右上方的N点出射.下列说法正确的是（B）

A.该玻璃砖对a光的折射率为1.5

B.a光在该玻璃砖中的传播速度大于b光在该玻璃砖中的传播速度

C.若a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置,。光的相邻暗条纹间距较小

D.a光在M点恰好发生全反射

0sin6

sina

［解析］a光在P处的折射角a满足tana=',可得a=30。,故该玻璃石专对a光的折射率nd==

sin605_c

击犷二百,故A错误;Q光相较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，在介质中传播速度越小，即。、b光在该玻璃砖中的传播速度仇故B正确;由

I

&＜叫，可知%＞儿,又由可得即〃、b光分别通过同一双缝干涉装置光的相邻

1

暗条纹间距较大，故C错误;a光在M点的入射角为30。,有sin30。」,〃光的全反射临界角C

2里

满足sinC=n'=3,sin30°＜sinC,a光在M点不会发生全反射，故D错误.

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

石块厂3s时他恰好看不到小石块了,河水的折射率下列说法正确的是（C）

玄

A.3s后,小孩会再次看到河底的石块

B.前3s内,小孩看到的石块越来越明亮

C.这条河的深度为々m

4。

D./=O时小孩看到的石块深度为3m

［解析］t=3s时他恰好看不到小石块,则知光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角C,3s后,

入射角大于临界角，光线仍发生全反射，所以，小孩不会看到河底的石块，故A错误;前3s内，入

射角越来越大，反射光增强，折射光减弱，所以小孩看到的石块越来越暗，故B错误;3s内小孩

13sinC

通过的位移为AVH1X3m=3m,根据全反射临界角公式得sin可得tanC#*

~3

不________

1.3）23V7_x_*—

4年=7,如图所示，这条河的深度为h=tanC=^-m=V7m,故C正确;U0时小孩看到的石

h3V7

块深度为h视』=丁m,故D错误.

6.［2022.湖北卷］如图-所示,水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A

位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为力.训练

员将小球向左水平抛出，入水点在8位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为。.小

球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为，己

知水的折射率"J,求：

⑴tan6的值；

(2)5位置到水面的距离H.

A

44d

［答案］⑴'⑵27

［解析］(1)由平抛运动的规律可知d=vot

21

1=力

丝

tan。=

4

解得tan金

4

⑶因tan0=3可知0=53。,设从A点射到水面的光线的入射角为a,折射角为90。-叙37。,则由折

sina

射定律可知〃=sm37',解得a=53°

2

由几何关系可知Htan37°+3tan53°=d

4d

解得M

7.一半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示,半圆的半径为R、圆心为0.一光线沿横截面从

直径AB上的E点以入射角i=45。入射，经玻璃砖折射后，射到圆弧上的F点（图中未画

出），恰好发生全反射.已知玻璃砖对该光线的折射率n=则下列说法正确的是（C）

A.光线在玻璃砖中传播的速度大小为为真空中的光速）

B.光线从空气射入玻璃砖后，光的频率变大

C.ZEFO=45°

D.O、E两点间的距离为2R

［解析］根据折射率与光速的关系，可知光线在玻璃砖中传播的速度大小v=n=2G故A错误；

光经过折射、反射后，频率不会变化，光线从空气射入玻璃砖后，光的频率不变，故B错误;设光

142

线在玻璃中发生全反射的临界角为C,有sinC="=2，则C=45。,则/ER9=45。,故C正确;光线

sini

在玻璃石专中的光路（部分）如图所示，根据折射定律有行'”，解得-30。,在2^0厂中，根据正弦

E0Rv7

定理有配=sin\MF,解得EQ=3尺故口错误.

8.［2023・山东卷］一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所

示.两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N,相距为d,直径均为2a,折射率为0）,M、N下端

横截面平齐且与被测物体表面平行.激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被

测物体表面镜面反射至N下端面,N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有

关.

（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为仇求e的正弦值；

（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃

丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）.

被测物体表面

______dl2~n^d+2al2~n^

［答案］（1），九2一1（2）云whs2

［解析］（1）由于激光在M内发生全反射，故

1

sina>n

根据几何关系。+尸=90。

Vn2-l

可得sin底n

sin6

根据折射定律有而="

可以得到最大偏角的正弦值为sin保配I

V

（2）当激光刚好能被N下端面接收时，对应被测物体的距离

题型2光的波动性

1.（多选）关于如图所示的甲、乙、丙、丁四幅图，下列说法正确的是(BC)

甲乙

!l!lll!

IIIIIIIIIIIIIIIIH

丙T

A.图甲为双缝干涉示意图,若换成频率更高的单色光照射双缝，则实验得到的条纹间距应该更

大

B.图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样

C.图丙为劈尖干涉的示意图，两玻璃片间垫有一些纸片，若从两玻璃片之间抽出部分纸片，则

从上往下看可以观察到条纹间距变大

D.图丁所示为相机拍摄车前挡玻璃的照片，能明显减弱汽车玻璃表面反射光是利用了薄膜干

涉原理

［解析］根据干涉条纹间距公式华工,若改用频率较高的单色光照射，则波长变小，其他条件

保持不变，则得到的干涉条纹间距将变小，故A错误;图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样，也

叫泊松亮斑，故B正确;抽去纸片后空气层的倾角变小,相当于减小了d,故相邻亮条纹（或暗条

纹）之间的距离变大，干

涉条纹间距变大，故C正确;相机拍摄时减弱了玻璃表面的反射光，是在照相机镜头前增加偏

振片过滤掉了反射的光，应用了偏振原理，故D错误.

2.（多选）某同学利用图甲所示的装置研究光的干涉和衍射，光电传感器可用来测量光屏上光

强的分布.某次实验时，在电脑屏幕上得到图乙所示的光强分布.下列说法正确的是（BC）

乙

A.这位同学在缝屏上安装的是双缝

B.这位同学在缝屏上安装的是单缝

C.当作干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变大,应选用双缝间距较小的双缝

D.当作干涉现象研究时，若要使干涉条纹的间距变小,应增大缝屏与光屏间的距离

［解析］根据题意，由图乙可知，条纹中间亮、两边窄，是衍射条纹，所以在缝屏上安装的是单缝,

L

故A错误,B正确;根据题意,由公式Ax=”可知，若要使干涉条纹的间距变大，应选用双缝间距

较小的双缝，若要使干涉条纹的间距变小,应减小缝屏与光屏间的距离，故D错误,C正确.

3.［2023•山东卷］如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图.G为标准石英环、C为待测柱形样

品、C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直照射上方石

英板，会形成干涉条纹.已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时，下列说法正确的

是（A）

A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动

B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动

C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动

D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动

［解析］由题意可知,C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时,G增长的高度大于C增

长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，故选

A.

题型3波粒二象性

1.图甲是研究光电效应规律的实验装置图，用绿光照射阴极K,实验测得电流/与电势差

满足图乙所示规律，电子的电荷量约为1.6x10-19。关于该实验的说法正确的是（B）

A.如果用红光照射该光电管,一定会发生光电效应

B.达到饱和电流时，每秒钟从阴极逸出的光电子数约为4x1012个

C.光电子的最大初动能为0.64eV

D.增大绿光的光照强度，饱和电流不会改变

［解析］绿光的频率超过了截止频率，但红光频率低于绿光，不一定能发生光电效应,A错误;由

0.64X1CT4

题图乙知，饱和电流为0.64pA,则每秒内逸出的光电子数约为而5十个=4x1012个,B正

确;由题图乙知，遏止电压为0.6V,则最大初动能为0.6eV,C错误;增大光照强度，单位时间逸

出的光电子数增加,饱和电流也会增大,D错误.

2.光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流.下

表中记录了某同学进行光电管实验时的数据.

次入射光子相对饱和电流逸出光电子的

数的能量/eV光强大小yhiA最大初动能/fev

14.0弱290.8

24.0中430.8

34.0强600.8

由表中数据得出的以下论断中正确的是（D）

A.三次实验采用了不同频率的入射光

B.三次实验光电管中的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,不论光强多大，饱和电流一定大于60mA

D.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大初动能为1.8eV

［解析］表格中入射光子的能量相同，根据光子的能量E=/?v,可知三次实验采用的入射光的频

率相同，故A错误;由光电效应方程Ek=〃v-Wo,代入数据可解得三次实验中金属的逸出功都是

用）=3.2eV,所以三次实验所用的金属板材质相同，故B错误;当入射光子的能量为5.0eV时，

相对光强越强，单位时间内飞出的光电子越多，光电流越大，故C错误.若入射光子的能量为

5.0eV,则Ek=hv-W0=5.QeV-3.2eV=1.8eV,即逸出光电子的最大初动能为1.8eV,故D正确.

3.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为IO-*j,已知可见光的平均波长约为60国小普朗克

常量/i=6.63xl0-34J-s,则进入人眼的光子数至少为（D）

A.1个B.3个C.30个D.300个

8

C3X1O

［解析］一个可见光光子的平均能量=6.63x10-34x60x1。-，J=3.3xl（y2i工能引起人的视觉

IO大

效应时，进入人眼的光子数至少为片==3-3xw%300（个），故选D.

4.（多选）如图所示，一束单色光入射到截止频率为vo的金属板K上，发射的光电子可沿垂直于

平行板电容器极板的方向从左极板上的小孔进入电场，均不能到达右极板，则