专题13 光学-5年（2020年-2024年）高考1年模拟物理真题分项汇编（北京地区专用）

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一、单选题
1．（2024·北京·高考）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10−18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10−34J⋅s，下列说法正确的是（ ）
A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显
B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多
C．此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
【答案】C
【详解】A．此阿秒光脉冲的波长为λ = cT = 30nm < 550nm
由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误；
B．由知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，故B错误；
C．阿秒光脉冲的光子能量最小值
故此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离，故C正确；
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。
故选C。
2．（2023·北京·高考）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象B．衍射现象C．干涉现象D．全反射现象
【答案】C
【详解】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的薄膜干涉现象。
故选C。
3．（2023·北京·高考）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。
方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。
方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。
下列说法正确的是（ ）
A．由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度
B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长
C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小
D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大
【答案】B
【详解】A．由能量守恒定律可得
解得
选项A错误；
B．由表达式
可知
即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，选项B正确；
C．若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，选项C错误；
D．由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，选项D错误。
故选B。
4．（2022·北京·高考）下列现象能说明光是横波的是（ ）
A．光的衍射现象B．光的折射现象
C．光的偏振现象D．光的干涉现象
【答案】C
【详解】光的偏振现象能说明光是横波。
故选C。
5．（2021·北京·高考）如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（ ）
A．这是光的干涉现象
B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长
C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率
D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度
【答案】C
【详解】A．光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；
C．由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知nc < nb
C正确；
B．由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则b光在真空中的波长较短，B错误；
D．根据v =知，c光束的折射率小，则c光在棱镜中的传播速度大，D错误。
故选C。
6．（2020·北京·高考）以下现象不属于干涉的是（ ）
A．白光经过杨氏双缝得到彩色图样
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过三棱镜得到彩色图样
D．白光照射水面油膜呈现彩色图样
【答案】C
【详解】A．根据光的干涉定义可知白光经过杨氏双缝得到彩色图样是杨氏双缝干涉，故A错误；
B．由于重力的作用，肥皂膜形成了上薄下厚的薄膜，光线通过薄膜时频率不变，干涉条纹的产生是由于光线在薄膜前后两表面反射形成的两列光波的叠加，白光照射肥皂膜呈现彩色图样是属于干涉现象，故B错误；
C．白光经过三棱镜得到彩色图样是光在折射时产生的色散现象，故C正确；
D．水面上的油膜呈现彩色是光的干涉现象，属于薄膜干涉，故D错误；
故选C。
7．（2020·北京·高考）随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波（ ）
A．光子能量更大B．衍射更明显
C．传播速度更大D．波长更长
【答案】A
【详解】A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据可知5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；
B．发生明显衍射的条件是障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G越不容易发生明显衍射，故B错误；
C．光在真空中的传播速度都是相同的；光在介质中的传播速度为
5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大，光在介质中的传播速度越小，故C错误；
D．因5G使用的电磁波频率更高，根据
可知波长更短，故D错误。
故选A。
一、单选题
1．（2024·北京海淀·统考一模）如图所示，光束a射入玻璃三棱镜、出射光为b、c两束单色光。比较b、c两束光，下列说法正确的是（ ）
A．玻璃对光束b的折射率较大
B．光束b的频率更高
C．光束b在玻璃中的传播速度较大
D．经同一双缝干涉装置后光束b的干涉条纹间距较小
【答案】C
【详解】A．根据光路图可知，在入射角相同的情况下，b光的折射角大于c光的折射角，由此可知，b光的折射率小于c光的折射率，故A错误；
B．折射率越大，则光的频率越大，由于光束b的折射率小于光束c的折射率，因此光束b的频率低于光束c的频率，故B错误；
C．根据光在介质中的传播速度与折射率之间的关系
可知，折射率越小，则光在介质中传播的速度越大，由于光束b的折射率小于光束c的折射率，因此光束b在玻璃中的传播速度大于光束c在玻璃中的传播速度，故C正确；
D．由于b光的频率小于c光的频率，而根据
可知，频率越小则波长越长，而根据双缝干涉的条纹间距公式
可知，在经同一双缝干涉装置后，波长大的光产生的条纹间距更大，因此光束b的干涉条纹间距要大于光束c的条纹间距，故D错误。
故选C。
2．（2024·北京西城·统考一模）用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于光的（ ）
A．衍射现象B．干涉现象C．偏振现象D．全反射现象
【答案】B
【详解】用激光照射金属挡板上的两条平行的狭缝，在挡板后面的屏上观察到明暗相间的条纹。这种现象属于双缝干涉现象，即属于光的干涉。
故选B。
3．（2024·北京西城·统考一模）2023年诺贝尔物理学奖授予了“产生阿秒光脉冲的实验方法”。阿秒（as）是一个极短的时间单位，。阿秒光脉冲是一种发光持续时间在as量级的光脉冲，它相当于一个足够快的“快门”，帮助人们“拍摄”高速运动的电子，从而“打开电子世界的大门”。产生阿秒光脉冲的模型是：用强激光照射某些气体，由于激光的电场是交变电场，该电场的电场强度和原子内部的库仑场的强度相当时，电子就可能“电离”成为自由电子；电离后的自由电子在激光电场作用下“加速”；当激光的电场反向后，一些电子就有可能飞到被电离的原子附近并与其“复合”回到基态，同时释放出一个高能光子，其频率为入射强激光频率的整数倍，称为高次谐波光子。在适当的条件下，大量原子辐射出高次谐波叠加形成脉冲宽度为阿秒量级的光脉冲。根据上述信息并结合已有的知识，判断下列说法正确的是（ ）
A．在1阿秒的时间内，光前进的距离约为0.3mm
B．电子复合时释放的光子能量等于电子在激光场中加速时获得的能量
C．电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关
D．强激光光子能量是高次谐波光子能量的整数倍
【答案】C
【详解】A．在1as时间内，光传播距离为
故A项错误；
B．结合题意可知，由于激光是往复振荡，电子在激光电场的作用下会回到原子核附近，在回到原子核的过程中，电子被激光电场加速获得很高的能量，当电子回到原子核，电子的能量以产生高次谐波形式释放这部分能量，辐射高能量光子。释放的光子能量为电子在回到原子核过程获得的动能和电子电离能的总和。所以电子复合时释放的光子能量不等于电子在激光场中加速时获得的能量，故B项错误；
C．由题意可知，电子的“电离”“加速”和“复合”将周期性地发生，时间间隔与激光电场的周期有关，故C项正确；
D．由题意可知，高次谐波光子频率是强激光光子频率的整数倍，由能量子公式
所以因该是高次谐波光子能量是强激光光子能量的整数倍，故D项错误。
故选C。
4．（2024·北京东城·统考一模）图甲、图乙分别为研究光现象的两个实验，下列说法正确的是（ ）
A．图甲正中央的亮点是由于光通过小孔沿直线传播形成的
B．图甲所示现象是光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样，它与光通过圆孔得到的衍射图样是一样的
C．图乙中的P、Q是偏振片，P固定不动，缓慢转动Q，只有如图中所示P、Q的“透振方向”相平行的位置时光屏才是亮的
D．图乙所示现象可以表明光波是横波
【答案】D
【详解】A．图甲正中央的亮点是由于光通过小圆板发生光的衍射得到的，故A错误；
B．圆孔衍射，光的衍射现象的一种。光波通过细小圆孔后产生的衍射，屏上中央亮区多，暗区少，与光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样不一样。故B错误；
C．图乙中的P、Q是偏振片，P固定不动，缓慢转动Q，P、Q的“透振方向”相平行的位置时光屏是最亮的，P、Q的“透振方向”相垂直的位置时光屏是暗的，其他一般的夹角位置，亮度介于两者之间，故C错误；
D．只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确。
故选D。
5．（2024·北京东城·统考一模）一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光、。已知光的频率小于光的频率，下列光路图中可能正确的是（ ）
A． B． C．D．
【答案】B
【详解】由于光的频率小于光的频率，因此玻璃对光的折射率小于对光的折射率，则光进入玻璃后偏折程度大，在下方，又两出射光均应平行于入射光，可知B正确，ACD错误。
故选B。
6．（2024·北京朝阳·统考一模）观察图1、图2两幅图中的现象，下列说法正确的是（ ）
A．图1中竖直浸在水中的这段筷子产生了侧移，是由光的折射引起的
B．图1中竖直浸在水中的这段筷子产生了侧移，是由光的反射引起的
C．图2中肥皂膜上的条纹是由于光的全反射形成的
D．图2中肥皂膜上的条纹是由于光的衍射形成的
【答案】A
【详解】AB．图1中竖直浸在水中的这段筷子产生了侧移，这是光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变而引起，可知是由光的折射引起的，故A正确，B错误；
CD．图2中发生的是薄膜干涉，可知，肥皂膜上的条纹是由于光的干涉形成的，故CD错误。
故选A。
7．（2024·北京丰台·统考一模）下列属于光的衍射现象的是（ ）
A．水面上树的倒影
B．光在不透明圆盘后的影的中心出现一个亮斑
C．肥皂膜在阳光下形成彩色条纹
D．光信号在光纤中传播
【答案】B
【详解】A．水面上树的倒影属于光的反射现象，故A错误；
B．光在不透明圆盘后的影的中心出现一个亮斑属于光的衍射现象，故B正确；
C．肥皂膜在阳光下形成彩色条纹属于光的干涉现象，故C错误；
D．光信号在光纤中传播是利用了光的全反射，故D错误。
故选B。
8．（2024·北京石景山·统考一模）阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的（ ）
A．偏振现象B．衍射现象C．干涉现象D．全反射现象
【答案】C
【详解】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的薄膜干涉现象。
故选C。
9．（2024·北京通州·统考一模）深紫外线和极紫外线是生产芯片时常用在硅晶片上雕刻的光，深紫外线的波长为193nm，极紫外线的波长为13.5nm。下列说法正确的是（ ）
A．极紫外线的频率小于深紫外线的频率
B．极紫外线比深紫外线更容易发生衍射
C．极紫外线的光子能量大于深紫外线的光子能量
D．在真空中极紫外线的传播速度小于深紫外线的传播速度
【答案】C
【详解】A．根据题意可知，极紫外线波长小于深紫外线，根据
极紫外线的频率大于深紫外线的频率，故A错误；
B．深紫外线的波长较长，深紫外线更容易发生衍射，故B正确；
C．根据
极紫外线的光子能量大于深紫外线的光子能量，故C正确；
D．在真空中极紫外线的传播速度等于深紫外线的传播速度，故D错误。
故选C。
10．（2024·北京顺义·统考一模）如图所示是光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中的光路图。O 点是半圆形玻璃砖的圆心，不可能发生的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【详解】A B．光线从空气进入玻璃砖，在圆心处发生折射，入射角大于折射角，从玻璃砖进入空气时，入射光线沿半径方向与界面垂直，传播方向不变。故A正确，与题意不符；B错误，与题意相符；
C．光线在圆心O从空气垂直进入玻璃砖，传播方向不变，在玻璃砖中沿半径方向射向空气，传播方向也不变。故C正确，与题意不符；
D．光线从空气沿半径方向进入玻璃砖，传播方向不变，在圆心O处进入空气，折射角大于入射角。故D正确，与题意不符。
本题选错误的故选B。
11．（2024·北京房山·统考一模）下列有关光现象的说法正确的是（ ）
A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色条纹是光的衍射现象
B．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为蓝光，则条纹间距变宽
D．光的偏振现象说明光是一种横波
【答案】D
【详解】A．光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉，不同色光干涉条纹的间距不同，从而形成彩色花纹，所以这是光的干涉现象，故A错误；
B．光导纤维是利用光的全反射现象制成的，根据全反射的条件可知：光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故B错误；
C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为蓝光，入射光的波长变短，由公式可知，则条纹间距变窄，故C错误；
D．偏振是横波的特有的现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故D正确。
故选D。
12．（2024·北京房山·统考一模）激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，可简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道（图中未画出）在光电探测器处相遇，产生干涉条纹。如果整个装置本身具有绕垂直纸面的对称轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，同时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度。某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测光强经过了强→弱→强→弱→强的变化过程。根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是（ ）
A．A束激光的频率小于B束激光的频率
B．整个装置加速转动过程中，B束激光到达光电探测器的路程逐渐变小
C．整个装置加速转动过程中，C处始终没有出现干涉明条纹
D．整个装置加速转动过程中，两束激光的路程差变化了2个波长
【答案】D
【详解】A．由于两束激光出现干涉现象，说明两个光束的频率相等，故A错误；
B．由于整个装置顺时针方向转动，因此整个装置加速转动过程中，B束激光到达光电探测器的路程线减小在变大在变小在变大的周期变化，故B错误；
C．整个装置加速转动过程中，当C处出现强光时就是干涉明条纹，故C错误；
D．由于C处出现了强→弱→强→弱→强的变化，因此两束激光的路程差依次为、、、、，因此变化了2个波长，故D正确。
故选D。
13．（2024·北京门头沟·统考一模）下列现象可说明光具有粒子性的是（ ）
A．光经过三棱镜后发生偏折
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样
D．紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出
【答案】D
【详解】A．光经过三棱镜后发生偏折，这是光的色散，并不能说明光具有粒子性，故A错误；
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样，这是光的干涉现象，说明光具有波动性，并不能说明光具有粒子性，故B错误；
C．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样，这是光的衍射现象，说明光具有波动性，并不能说明光具有粒子性，故C错误；
D．紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出，是光电效应，说明光具有粒子性，故D正确。
故选D。
14．（2024·北京延庆·统考一模）如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb。则（ ）

A．λanbB．λa>λb ，na