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本卷分第一卷(选择题)和第二卷(非选择题)两局部。总分值100分，时间90分钟。
第一卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每题4分，共40分，在每题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(2022·北京市房山区高三上学期期末) 对以下光学现象的认识，正确的选项是( D )
A．阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的全反射现象
B．雨后天空中出现的彩虹是光的干预现象
C．用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的折射现象
D．某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，他看到灯的位置比实际位置高
解析：阳光下水面上的油膜呈现出彩色条纹是光的干预现象，选项A错误；雨后天空中出现的彩虹是光的色散现象，选项B错误；用白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象，选项C错误；某人潜入游泳池中，仰头看游泳馆天花板上的灯，由于光的折射，他看到灯的位置比实际位置高，选项D正确。
2．(2022·福建厦门外国语学校高二下学期期中)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，以下图能正确描述其光路的是( A )
解析：A图中从玻璃射向空气可能发生全反射，A正确；B图中从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不会发生全反射，B错误；C图中光线在玻璃空气界面既有反射又有折射，因为是从光密介质进入光疏介质，折射角应大于入射角，C错误；D图中光线从空气射向玻璃，折射角应小于入射角，D错误。
3．(2022·浙江省温州中学高二下学期期中)与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2022年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜测，其中最为合理的是( C )
A．地球上有人用红色激光照射月球
B．太阳照射到地球的红光反射到月球
C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
D．太阳光中的红光在月球外表形成干预条纹
解析：观看月全食时，看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光经地球大气折射后照射到月球上，光线再反射射向地球大气时，其它色光被大气吸收掉，红光不易被吸收，故月亮是红色的，选项ABD错误，C正确。
4．(物理与日常生活)市场上有种灯具俗称“冷光灯〞，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃外表上镀了一层薄膜(氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃外表反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，那么所镀薄膜的厚度最小应为( B )
A.λ B．λ
C．λ D．λ
解析：为减小反射的热效应显著的红外线，那么要求红外线在薄膜的前后外表反射后叠加作用减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
5.如下图，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( D )
A．红光 B．黄光
C．蓝光 D．紫光
解析：从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如下图。
当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：
sinα＝，sinβ＝，
n＝
竖直向下看时，d接近于零，故n＝，即：h＝H
因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小。
6．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2022年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父〞。以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的( A )
A．图甲中，弯曲的水流可以导光
B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色
D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象
解析：图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干预现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误。
7．(2022·安徽省安庆一中、安师大附中、湖南长沙一中等四省五校高三上学期期末)以下说法正确的选项是( AC )
A．光的双缝干预实验中，假设仅将光源从蓝光改为红光，那么所得干预图样中相邻亮条纹间距变大
B．照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的衍射现象
C．泊松亮斑支持了光的波动说
D．光的偏振现象说明光是纵波
解析：光的双缝干预实验中，假设仅将光源从蓝光改为红光，那么因红光的波长大于蓝光，所以干预图样中相邻亮条纹间距变大，选项A正确；照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干预现象，选项B错误；泊松亮斑支持了光的波动说，选项C正确；光的偏振现象说明光是横波，选项D错误。
8．(2022·河北省冀州中学高二下学期期中)把一个曲率半径很大的凸透镜的弯曲外表压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入(如图甲)，这时可以看到亮暗相同的同心圆(如图乙)，这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫做牛顿环，为了使同一级圆环的半径变大(例如中心数起的第二道圆环)，那么应( AC )
A．将凸透镜的曲率半径变大
B．将凸透镜的曲率半径变小
C．改用波长更长的单色光照射
D．改用波长更短的单色光照射
解析：当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹。将凸透镜的曲率半径变大，与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小，出现同一亮条纹的厚度由中心向外偏移，同一级圆环的半径变大；相反，凸透镜的曲率半径变小，同一级圆环的半径变小，故A正确，B错误；改用波长更长的单色光照射，出现同一级亮纹的光程差变大，空气层厚度应变大，所以，同一级圆环的半径变大，因此要使半径变大，可以改用波长更长的单色光照射，故C正确，D错误，应选AC。
9．(2022·陕西西安二十六中高二下学期期末)某同学用单色光进行双缝干预实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，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( BC )
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．增大双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
解析：根据Δx＝λ知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离，增大光的波长(即降低光的频率)或增大双缝到屏的距离，故BC正确，AD错误。
10．(2022·天津市重点中学高二联考)如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的，如图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，以下说法正确的选项是( AB )
A．在冰晶中，b光的传播速度较小
B．通过同一装置发生双缝干预，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光中央亮条纹更宽
解析：由题图乙可知，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝知b光的传播速度较小，A正确；由a光的折射率小于b光的折射率，可知a光的频率小于b光的频率，所以a光的波长大于b光的波长，根据Δx＝λ可知，a光相邻条纹间距较大，B正确；a光的折射率较小，由临界角公式sin C＝可知，a光的临界角较大，C错误；波长较长，中央亮条纹越宽，故a光的中央亮条纹更宽，D错误。
第二卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，每题6分，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(2022·北京市海淀区高三下学期期末)某同学用双缝干预实验仪测量光的波长，如下图。
(1)实验中选用的双缝间距为d，双缝到像屏的距离为L，在像屏上得到的干预图样如下图，分划板刻线在图中A、B位置时，游标卡尺的读数分别为x1、x2，那么入射的单色光波长的计算表达式为λ＝。
(2)分划板刻线在某条明条纹位置时游标卡尺如下图，那么其读数为31.10 mm。
解析：(1)根据双缝干预条纹的间距公式Δx＝λ得，
λ＝＝；
(2)游标卡尺的主尺读数为31 mm，游标尺上第2个刻度与主尺上某一刻度对齐，游标读数为0.05×2 mm＝0.10 mm，所以最终读数为31.10 mm。
12.如下图，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC；在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像让P2的像挡住，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3以及P1、P2的像。记下P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45°。那么该透光物质的折射率n＝，并在图中画出正确完整的光路图。
解析：通过作图找出BC面上的反射点和AB面上的出射点，那么由几何知识可得各角的大小，如下图，那么n＝＝，其实验原理与用两面平行的玻璃砖相同，故P1的像让P2的像挡住、P3挡住P1、P2的像，P4应挡住P3以及P1、P2的像。
13．登山运发动在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否那么将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干预的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014 Hz。
(1)他设计的这种“增反膜〞所依据的原理是两反射光叠加后加强。
(2)这种“增反膜〞的厚度是1.23×10－7_m。
解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个外表反射出来形成的光叠加后加强，那么光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7 m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7 m，故膜的厚度至少是1.23×10－7 m。
三、论述·计算题(共4小题，共42分。解容许写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)平行光垂直射向一半径为R的透明介质半球的平面，其截面如下图，发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s，求：
(1)介质球对该入射光的折射率；
(2)该光在介质球中的传播速度。
解析：(1)由题意知光在介质球界面处的临界角为 C＝30°
由sinC＝得n＝＝2
(2)光在介质球中的传播速度为v＝＝1.5×108 m/s
答案：(1)2 (2)1.5×108 m/s
15．(10分)1801年，托马斯·杨用双缝干预实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏双缝干预的结果(称洛埃镜实验)。
(1)洛埃镜实验的根本装置如下图，S为单色光源，M为一平面镜。试用平面镜成像作图法画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域。
(2)设光源S到平面镜的垂直距离和光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干预条纹。写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx的表达式。
解析：此题考查光的反射、平面镜成像和光的干预等知识。
(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像S′，画出边沿光线，范围如下图。
(2)根据杨氏双缝干预实验中干预条纹宽度与双缝间距、缝屏距离、光波波长之间的关系式Δx＝λ，因为d＝2a，所以Δx＝λ。
16．(11分)如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。
(1)求池内的水深；
(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保存1位有效数字)。
答案：(1)2.6 m (2)0.7 m
解析：(1)如图，设到达池边光线的入射角为i。依题意，水的折射率n＝，光线的折射角θ＝90°。由折射定律有
nsini＝sinθ①
由几何关系有sini＝②
式中，l＝3 m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得
h＝ m≈2.6 m③
(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ′＝45°。由折射定律有nsini′＝sinθ′④
式中，i′是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系得
sini′＝⑤
x＋l＝a＋x′⑥
式中x′＝2 m。
联立③④⑤⑥式得x＝(3－1)m≈0.7 m
17．(12分)(2022·山东省潍坊七县(市)高二联考)如下图，为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R＝10 cm的四分之一圆弧，AB与水平面屏幕MN垂直并接触于A点。由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i＝45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑。该介质对红光和紫光的折射率分别为n1＝，n2＝。
(1)判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；
(2)求两个亮斑间的距离。
答案：(1)在AM处产生的亮斑颜色为红色，在AN处产生的亮斑颜色为红色与紫色的混合色
(2)(5＋10)cm
解析：(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，sinC1＝＝，C1＝60°，同理C2＝45°，i＝45°＝C2，i＝45°<C1所以紫光在AB面发生全反射，而红光在AB面一局部折射，一局部反射，且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑P1为红色，在AN处产生的亮斑P2为红色与紫色的混合色
(2)画出如图光路图，设折射角为r，两个光斑分别为P1、P2。根据折射定律
n1＝
求得sinr＝
由几何知识可得：tanr＝
解得AP1＝5 cm
由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形，
解得AP2＝10 cm
所以P1P2＝(5＋10)cm
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