人教版新高考物理一轮总复习训练题光学

这是一份人教版新高考物理一轮总复习训练题光学，共7页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.(2020·福建福州华侨中学期中)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( )
A.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C.在光导纤维内传送图像是利用光的色散现象
D.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
2.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )
A.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小
B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小
C.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大
D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
3.(2020·浙江杭师大附中月考)如图甲、乙所示,将一块平板玻璃ABCD放置在另一平板玻璃之上,在CD下夹入两张纸片,当光竖直向下射入后,从上往下看,下列说法正确的是( )
A.观察到的条纹如图丙所示
B.干涉条纹由空气薄膜上下两个表面反射的光叠加而成
C.抽去一张纸片,干涉条纹变密
D.更换波长较长的光,重新观察,干涉条纹变密
4.(2020·山西太原五中阶段考)如图所示,一半径为R的玻璃半球,折射率为1.5,现有一束均匀的平行光垂直入射到整个半球的底面上,进入玻璃半球的光线中不能直接从半球面出射的百分比为( )
A.66.7%B.55.6%C.44.4%D.33.3%
5.如图所示,一束由红光和紫光组成的复色光,垂直等边三棱镜的AC边射向BC边O点后,分成a、b两束光。下列说法正确的是( )
A.红光的临界角一定小于60°
B.a光一定为单色光,b光一定为复色光
C.用同一装置进行单缝衍射实验时,紫光条纹比红光条纹宽
D.用同一装置进行双缝干涉实验时,紫光条纹比红光条纹稀疏
6.(2020·江苏震泽中学月考)某一质检部门为检测一批矿泉水的质量,利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中,放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气),如图所示,特制容器未画出,通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上,屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为λ,真空中的光速为c,双缝S1与S2之间距离为d,双缝到屏的距离为l,则下列说法正确的是( )
A.来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为3λc
B.x2>x1
C.该矿泉水的折射率为x1x2
D.仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中,P点处能观察到暗条纹
7.(2020·浙江卷)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射。当入射角θ=60°时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,则( )
A.玻璃砖的折射率为1.5
B.OP之间的距离为22R
C.光在玻璃砖内的传播速度为33c
D.光从玻璃到空气的临界角为30°
二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
8.下列说法正确的是( )
A.如果地球表面没有大气层,太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些
B.雨后彩虹是阳光通过水雾形成的衍射现象
C.激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度,从而对目标进行跟踪
D.从本质上说激光是横波
9.直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图所示。a、b光相比( )
A.玻璃对a光的折射率较小
B.玻璃对a光的临界角较大
C.b光在玻璃中的传播速度较小
D.b光在玻璃中的传播时间较短
10.如图所示,一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为l,玻璃砖的折射率n=3,若光从上表面AB射入的入射角i=60°,光在真空中的光速为c,则( )
A.折射角r=30°
B.光在玻璃中传播的时间为23l3c
C.光在玻璃中传播的时间为2lc
D.改变入射角i,光在下表面CD可能发生全反射
三、非选择题(本题共5小题,共57分)
11.(8分)(2020·山东青岛一中期末)实验小组要测定玻璃砖的折射率,实验室器材有:玻璃砖、大头针4枚(P1、P2、P3、P4)、刻度尺、笔、白纸。
(1)实验时,先将玻璃砖放到白纸上,画出玻璃砖的上、下两个表面aa'和bb',在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2,如图甲所示,再插大头针P3、P4时,要使 。
A.P3要插在P1、P2的连线上
B.P3要挡住透过玻璃砖观察到的P1、P2
C.P4要插在P2、P3的连线上
D.P4要挡住P3和透过玻璃砖观察到的P1、P2
甲
乙
(2)作出光路如图乙所示,过C点作法线交玻璃砖于A点和C点,过O点延长入射光线交AC于B点。设OA的长度为l1,OB的长度为l2,OC的长度为l3,AB的长度为l4,AC的长度为l5,为方便地测量出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量的量至少有 ,则计算玻璃砖折射率的表达式为n= 。
12.(9分)(2020·天津一中期末)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件,要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座最左端,依次放置其他光学元件,由左到右,表示各光学元件的字母排列顺序应为C、 、 、 、A。
(2)已知测量头是50分度的游标卡尺。某同学调整手轮后,从测量头的目镜看去,第1次映入眼帘的干涉条纹如图甲所示,图甲中的数字是该同学给各亮纹的编号,此时图乙中游标卡尺的读数x1=1.16 mm;接着再转动手轮,映入眼帘的干涉条纹如图丙所示,此时图丁中游标卡尺的读数x2= mm。
(3)利用上述测量结果,该同学经计算得这种色光的波长λ=660 nm。已知l=700 mm,则该同学选用的双缝屏的缝间距d= mm。(计算结果保留2位有效数字)
13.(10分)如图所示,一束宽度为d的平行光射向截面为正三角形的玻璃三棱镜,入射光与AB界面夹角为45°,玻璃的折射率n=2,光束通过三棱镜后到达与BC界面平行的光屏PQ,求光屏PQ上光斑的宽度d'。
14.(14分)(2020·四川成都七中月考)如图所示,ABCD是某种透明材料的截面,AB面为平面,CD面是半径为R的圆弧面,O1O2为对称轴,一束单色光从O1点斜射到AB面上折射后照射到圆弧面上E点时刚好发生全反射,AB面上入射角的正弦值为33,∠DO2C=120°,透明材料对单色光的折射率为233,光在真空中传播速度为c,求:
(1)O1O2与O2E的夹角θ的大小;
(2)光在透明材料中传播的时间(不考虑光在BC面的反射)(结果可以用根号表示)。
15.(16分)(2020·辽宁沈阳质检)右图是一个水平横截面为圆形的平底玻璃缸,玻璃缸深度为2h,缸底面圆心处有一单色点光源S,缸中装有某种液体,深度为h,O点为液面的圆心,OS垂直于水平面。用面积为πh2的黑纸片覆盖在液面上,则液面上方恰好无光线射出。若在上述黑纸片上,以O为圆心剪出一个面积为13πh2的圆孔,把余下的黑纸环仍放置在液面上原来的位置,使所有出射光线都从缸口射出,则缸口的最小面积为多少?
章末目标检测卷十 光学
1.A 解析:光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,故A正确。用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象,故B错误。在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,故C错误。用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象,故D错误。
2.D 解析:光从水里射入空气时发生折射,入射角相同时,折射率越大,折射角越大,从水面上看感觉光源越浅,因水对红光的折射率最小,故红灯看起来最深;设光源的深度为d,光的临界角为C,则光能够照亮的水面面积大小为S=π(dtan C)2,可见,临界角越大的光,照亮的面积越大,各种色光中,水对红光的折射率最小,红光的临界角最大,所以红灯照亮的水面面积较大,选项D正确。
3.B 解析:任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等,故干涉条纹如图丁所示,A错误。劈尖干涉是由空气薄膜上下两个表面反射的光叠加而成,B正确。抽去一张纸片后,空气薄膜的厚度变化范围减小,以致干涉时的光程差的变化范围减小,故条纹数减少,条纹变疏,C错误。同理,更换波长较长的光后,干涉时的光程差的变化范围减小,故条纹数减少,条纹变疏,D错误。
4.B 解析:由全反射临界角的定义有sin α=1n=23,根据几何关系,出射光线离光轴最远的距离为l=sin α·R=23R,光线能直接射出的百分比为π23R2πR2=49,所以光线不能直接射出的百分比为1-49=59=55.6%,故选项A、C、D错误,B正确。
5.B 解析:复合光在O点入射角为60°,紫光频率大,在同一介质中折射率大,临界角小,只有一条光线发生全反射,红光临界角大于60°,紫光临界角小于60°,A错误。光发生折射时,一定伴随着反射现象,故b光既有全反射的紫光,也有部分反射的红光,是复色光,B正确。紫光频率大,波长短,条纹更细,C错误。紫光频率大,波长短,条纹更密集,D错误。
6.C 解析:第三条亮条纹对应路程差s=3λ,但光在介质中的传播速度小于c,故A错误。由公式x=ldλ,n=cv=λ0λ可知,光在水中的波长小于空气中的波长,所以在水中的干涉条纹间距x2小于填充前的干涉条纹间距x1,故B错误。由公式x=ldλ、n=cv=λ0λ可知x1=ldλ0、x2=ldλ=ld·λ0n,得n=x1x2,故C正确。由公式Δx=ldλ可知,移动S0对观察结果没有影响,故D错误。
7.C 解析:作出两种情况下的光路图,如图所示。
设OP长为x,在A处发生全反射,故有sin C=1n=xR,由出射光与入射光平行可知,光在B处射出,故n=sin60°sin∠OBP,由于sin ∠OBP=xx2+R2,联立可得n=3,x=33R,选项A、B错误。由v=cn可得v=33c,选项C正确。由于sin C=1n=33,所以临界角不为30°,选项D错误。
8.CD 解析:由于大气对光的折射,可使光沿直线传播时照不到的地方能够被照亮,因此如果地球表面没有大气层,太阳照亮地球的范围要比有大气层时略小些,A错误。雨后彩虹是阳光通过水雾形成的色散现象,B错误。激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度,从而对目标进行跟踪,C正确。从本质上说激光是电磁波,而电磁波都是横波,因此激光是横波,D正确。
9.ABC 解析:由题图可判断出玻璃对光束b的折射率大于对光束a的折射率,选项A正确。根据公式sin C=1n,可知玻璃对a光的临界角大于b光的临界角,选项B正确。根据公式n=cv可知b光在玻璃中的传播速度比a光小,选项C正确。根据以上分析结合题图可知,b光在玻璃中传播的距离比a光大,同时传播速度比a光小,于是传播时间比a光长,选项D错误。
10.AC 解析:由n=sinisinr得sin r=sinin=sin60°3=0.5,得r=30°,选项A正确。光在玻璃中传播的速度为v=cn,由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为s=lcsr,则光在玻璃中传播的时间为t=sv=nlccsr=3lccs30°=2lc,选项B错误,C正确。由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角,根据光路可逆性原理可知光一定能从CD面射出,选项D错误。
11.解析:(1)bb'一侧观察P1、P2(经aa'折射、bb'折射)的像,在适当的位置插上P3,使得P3与P1、P2的像在一条直线上,即让P3挡住P1、P2的像,再插上P4,让其挡住P3及P2、P1的像,故B、D正确,A、C错误。
(2)设入射角为r,折射角为i,根据几何关系可得sin r=OAOB=l1l2,sin i=OAOC=l1l3
根据折射定律有n=sinrsini
得玻璃的折射率n=l1l2l1l3=l3l2
由表达式可知,要测量l2、l3。
答案:(1)BD (2)l2、l3 l3l2
12.解析:(1)为获取单色线光源,白色光源后面要有滤光片、单缝、双缝,即为E、D、B。
(2)游标卡尺的主尺读数为15 mm,游标尺读数为0.02×1 mm=0.02 mm,所以最终读数为15.02 mm。
(3)相邻亮条纹的间距Δx=x2-x17-1=15.02-1.166 mm=2.31 mm
根据Δx=ldλ得d=lΔxλ=700×10-3×660×10-92.31×10-3 m=0.20 mm。
答案:(1)E D B (2)15.02 (3)0.20
13.解析:画出光路图如图所示
设AB面的入射角为θ,折射角为γ
由n=sinθsinγ得γ=30°
光线射到BC边时由几何关系可知入射角γ'=30°。
由折射定律n=sinθ'sinγ'得θ'=45°
由几何关系知光斑的宽度d'=dcs45°=2d。
答案:2d
14.解析:(1)由折射定律有n=sinαsinr,可得r=30°
光在圆弧面上E点刚好发生全反射,如图所示
则sin C=1n=32,临界角C=60°
由几何关系可知r+θ=C
因此θ=30°。
(2)由几何关系可知O1E的长l1=R
光在E点的反射光线EF平行于AB,则EF的长l2=Rsin 60°-Rsin 30°=(3-1)R2
光在材料中的传播速度v=cn=3c2
则光在材料中的传播时间t=l1+l2v=(3+3)R3c。
答案:(1)30° (2)(3+3)R3c
15.解析:用面积S1=πh2的黑纸片覆盖在液面上,液面上方恰好无光线射出,则从点光源S发出的光线射到黑纸片的边缘处恰发生全反射,临界角为C,光路图如图甲所示
甲
S1=πr12=πh2
由几何关系得tan C=r1ℎ
由全反射知识有sin C=1n
解得n=2
剪出一个面积S2=13πh2的圆孔后,设透光部分的半径为r2,射出光线的最大入射角为i,对应的折射角为θ,光路图如图乙所示
乙
S2=πr22=13πh2
由几何关系得tan i=r2ℎ
根据折射定律有n=sinθsini
缸口的最小半径为r3=r2+htan θ
缸口的最小面积为S3=πr32
解得S3=4+233πh2。
答案:4+233πh2