云南高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-22光学（提升题）

云南高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-22光学（提升题）

一、单选题

1．（2021·云南曲靖·统考二模）2020年3月15日中国散裂中子源（CSNS）利用中子成像技术帮助中国科技大学进行了考古方面的研究。散射中子源是研究中子特性、探测物质微观结构和运动的科研装置。下列关于中子研究的说法正确的是（　　）

A．中子是卢瑟福用粒子轰击发现的

B．经过4次衰变，2次衰变后，新核中的中子数为136个

C．高速中子流垂直射入电场或磁场中均不偏转，实质是射线

D．核电站可通过“慢化剂”控制中子数目来控制核反应的速度

2．（2022·云南曲靖·二模）2021年5月15日，我国“天问”一号火星探测器在火星上成功软着陆，这是我国航天事业又一个具有里程碑意义的进展，图中甲，乙是“天问”一号着陆器的运动示意图，关于“天问”一号探测器的发射和着陆，下列说法正确的是（　　）

A．着陆器按如图乙的样子沿箭头方向飞向火星比按如图甲更能有效减速

B．火星探测器的发射速度在第一宇宙速度至第二宇宙速度之间

C．着陆器向火星着陆的过程中使用降落伞，说明火星上有大气层

D．尽管地球距火星非常遥远，科学家们还是可以同步操控火星着陆器着陆

3．（2022·云南·模拟预测）雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是

A．紫光、黄光、蓝光和红光

B．紫光、蓝光、黄光和红光

C．红光、蓝光、黄光和紫光

D．红光、黄光、蓝光和紫光

二、多选题

4．（2020·云南·统考三模）下列说法正确的是（　　）

A．驱动力的频率越高，受迫振动的振幅越大

B．在地球上接收到来自遥远星球的光波波长变长，可判断该星球正在远离地球

C．激光测距是应用了激光平行度好的特点

D．变化的磁场一定产生变化的电场

E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中光的传播速度均相同

三、解答题

5．（2020·云南·统考一模）在桌面上有一个倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面相接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示，有一半径为r=0.1m的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的桌面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合，已知玻璃的折射率为n=1.73．则

（1）通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面B点全反射；

（2）光线1经过圆锥侧面B点后射到桌面上某一点所用的总时间是多少？（结果保留三位有效数字）。

6．（2020·云南·统考三模）如图甲为一透明装饰品示意图，当被光照射时，能够从正面反射出大量的光线，其截面图如图乙所示，虚线为其对称轴，∠AOB可以根据需要打磨成不同大小，现有细光束从图示位置垂直于MN射入饰品内。当时，光线恰好不从AO中射出。

(1)求饰品材料的折射率；

(2)若，试判断光线第一次射到BO边时是否发生全反射，并说明理由。

7．（2020·云南红河·一模）如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同，截面为圆周，半径均为R，对接成半圆。一光束从A点垂直射入甲中，OA＝R，在B点恰好发生全反射，从乙介质D点(图中未画出)射出时，出射光线与BD连线间夹角为15°。已知光在真空中的速度为c，求：

（1）乙介质的折射率；

（2）光由B到D传播的时间。

8．（2020·云南·统考三模）一正三棱柱形透明体的横截面如图所示，AB=AC=BC=6R，透明体中心有一半径为R的球形真空区域，一束平行单色光从AB面垂直射向透明体。已知透明体的折射率为，光在真空中的传播速度为c。求：

(i)从D点射入透明体的光束要经历多长时间从透明体射出；

(ii)为了使光线不能从AB面直接进入中间的球形真空区域，则必须在透明体AB面上贴至少多大面积的不透明纸。（不考虑AC和BC面的反射光线影响）。

9．（2020·云南·统考一模）如图所示为半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面，O为该横截面的圆心．光线 PQ沿着与AB成30°角的方向射入玻璃砖，入射点Q到圆心O的距离为，光线恰好从玻璃砖的中点E射出，已知光在真空中的传播速度为c．

(1)求玻璃砖的折射率及光线从Q点传播到E点所用的时间；

(2)现使光线PQ向左平移，求移动多大距离时恰不能使光线从圆弧面射出（不考虑经半圆柱内表面反射后射出的光）．

10．（2020·云南·统考模拟预测）如图所示，等腰直角三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于O点处的点光源在透明介质内向各个方向发射光线，其中从AC边上的D点射出的光线平行于BC，且OC与OD夹角为15°，从E点射出的光线垂直BC向上．已知BC边长为2L．求：

（1）该光在介质中发生全反射的临界角C；

（2）DE的长度x．

11．（2021·云南保山·统考一模）加图所示，三角形ABC是横截面为直角三角形的三棱镜，其中∠A=60°，折射率为，一细束单色光从AC边上的D点平行于BC边射入棱镜，D、C两点间距离为10cm，单色光从D点进入棱镜后折射光线与BC边交于E点（图中未画出），已知光在真空中的速度为c =3×108m/s 。求：

（i）CE的距离和单色光从D点入射到E点所用的时间（计算结果可保留分式或根式）；

（ii）该单色光能否从E点射出三棱镜

12．（2021·云南昆明·统考三模）如图所示，直角三角形为三棱镜的横截面示意图，，，边长为d，为与边平行且相距为d的足够大光屏。现有一束与边等宽的单色平行光垂直边射入棱镜，棱镜对该单色光的折射率为，不考虑经棱镜反射后的光线。

（1）求光线经棱镜后的偏向角；

（2）到达屏上的光线中有一条传播时间最长，求这一最长时间。

13．（2021·云南昆明·统考一模）如图所示，容器内盛有某种液体，液体内放置一倾角可调的平面镜，从光源处发出的细激光束垂直液面入射后射到平面镜上的点，当平面镜与水平方向的夹角为时，经平面镜反射后到达液面的细激光束从液面射出后与液面的夹角为。求：

(1)该液体的折射率；

(2)现使平面镜从图示位置绕点顺时针旋转，要使经平面镜反射到液面的细激光束不能从液面射出，平面镜至少需要转过的角度。

14．（2021·云南曲靖·统考二模）如图，ABCD是某四棱镜的横截面，∠A=60°、∠B=30°、AB//CD，AD=L，。位于ABCD所在平面内的平行单色光垂直于AD边入射（入射点在A、D之间），进入棱镜的光线恰好在AB边发生全反射。真空中光速为c，每条边只考虑一次反射或折射。求：

(1)棱镜材料的折射率；

(2)射向AD边的光线中，从进入棱镜到射出BC边经历的最长时间。

15．（2022·云南昆明·统考一模）以正三角形的各顶点为圆心，以其边长a为半径作圆弧，由这三段圆弧组成的曲边三角形称为“勒洛三角形”。如图所示的“勒洛三角形”ABC是一透明柱体的横截面，点D、E、F分别为圆弧AB、BC、CA的中点。一单色细光束平行于AE从D点射入柱体，沿直线到达E点，E点F点均有光线射出，已知光在真空中的传播速度为c，求∶

（1）该透明材料的折射率n；

（2）光线从D点射入，第一次到达F点的传播时间t。

16．（2022·云南·统考二模）如图所示的直角三角形ABC为棱镜的横截面，，的直角边BC长度为a。在三角形ABC所在的平面内，一细光束以入射角从AC边的中点P射棱镜，光线经AB面反射后垂直手BC边射出，已知光在真空中的传播速度为c。求：

（1）该棱镜对光的折射率；

（2）光从P点进入棱镜到从BC边射出的时间（不考虑光沿原路返回的情况）。

17．（2022·云南曲靖·二模）如图所示，一束由a、b两种光组成的复色光沿半径方向射入某半圆柱形透明介质，光通过透明介质折射后分成两条光束，已知介质的直面边界与光屏平行，光屏与介质砖的距离l=0.3m，入射光线与介质直面边界的夹角=53°，介质对a光的折射率，对b光的折射率。求两束光照在光屏上的光点间的距离d。

18．（2022·云南昆明·统考一模）如图所示，矩形abcd为一玻璃砖的横截面，玻璃砖ab面镀银，bc边长度为L。由单色光1、单色光2组成的一细光束，在abcd平面内从cd面上的O点以入射角射入玻璃砖，该玻璃砖对单色光1、单色光2的折射率分别为n1和n2，。求经ab面反射一次后从cd面射出的两单色光线间的距离。

19．（2020·云南曲靖·二模）如图，一玻璃砖截面为矩形ABCD，固定在水面上，其下表面BC刚好跟水接触。现有一单色平行光束与水平方向夹角为θ（θ>0），从AB面射入玻璃砖。若要求不论θ取多少，此光束从AB面进入后，到达BC界面上的部分都能在BC面上发生全反射，则该玻璃砖的折射率最小为多少？已知水的折射率为。

20．（2022·云南·模拟预测）光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器，其简化的工作原理示意图如图所示。图中A为轻质绝缘弹簧，C为位于纸面上的线圈，虚线框内有与纸面垂直的匀强磁场；M为置于平台上的轻质小平面反射镜，轻质刚性细杆D的一端与M固连且与镜面垂直、另一端与弹簧下端相连，为圆弧形的、带有均匀刻度的透明读数条，的圆心位于M的中心。使用前需调零:使线圈内没有电流通过时，M竖直且与纸面垂直；入射细光束沿水平方向经上的O点射到M上后沿原路反射。线圈通入电流后弹簧长度改变，使M发生倾斜，入射光束在M上的入射点仍近似处于的圆心，通过读取反射光射到上的位置，可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为k，磁场磁感应强度大小为B，线圈C的匝数为N。沿水平方向的长度为l，细杆D的长度为d，圆弧的半径为r﹐，d远大于弹簧长度改变量的绝对值。

（1）若在线圈中通入的微小电流为I，求平衡后弹簧长度改变量的绝对值及上反射光点与O点间的弧长s；

（2）某同学用此装置测一微小电流，测量前未调零，将电流通入线圈后，上反射光点出现在O点上方，与O点间的弧长为、保持其它条件不变，只将该电流反向接入，则反射光点出现在О点下方，与O点间的弧长为。求待测电流的大小。

21．（2022·云南昆明·统考模拟预测）如图，透明材料的圆柱体底部中心P点处有一束光以入射角射入，已知圆柱体的底面半径为，高度为，光在真空中的速度为c。

（1）若圆柱体折射率为，入射角，求光线从圆柱体底部传播到顶部的时间；

（2）若任意改变入射角，圆柱体侧面始终没有光线射出，求折射率的取值范围。

参考答案：

1．B

【详解】A．由于质量数和电荷数守恒可知，α粒子轰击，生成，并产生了质子即

A错误；

B．每次α衰变，质量数减少4，电荷数减少2，所以中子数减少2，每次β衰变，一个中子转化成一个质子和一个电子，所以中子数减少1，所以经4次α衰变，2次β衰变后产生的核与原核相比，中子数减少4×2+2×1=10，变成136个，B正确；

C．射线的实质是一种能量很高的电磁波，不是中子流，C错误；

D．核电站可经镉棒控制中子数目来控制核反应的速度，慢化剂作用是使中子减速的，D错误。

故选B。    

2．C

【详解】A．着陆器按如图甲的样子沿箭头方向飞向火星，空气阻力垂直于接触面，沿着陆器运动的反方向即空气阻力与重力的合力向上起减速的效果，图乙的阻力垂直于接触面，其阻力竖直方向上的分力与重力的合力起减速效果，相对比可知图甲更能有效减速，A错误；

B．由于“天问”一号火星探测器需要到达火星，因此最终会脱离地球的引力束缚，其发射速度应大于第二宇宙速度，B错误；

C．着陆器向火星着陆的过程中使用降落伞，根据牛顿第二定律可知，减速下降是利用了大气层的阻力，说明火星上有大气层，C正确；

D．地球与火星距离遥远，只能靠着陆巡视器全程自主控制：着陆时，火星和地球的距离达到3.2亿千米，无线电信号一来一往大约35分钟，地面不可能直接遥控，所有动作触发条件的测量、判断，所有动作的执行，包括最后阶段通过拍摄着陆区的图像并选择满足条件的着陆点，均是自主测量、自主判断、自主控制，D错误。

故选C。

3．B

【详解】试题分析：由折射图象可知a光的偏折程度最大，说明水滴对a的折射率最大，故a的频率最大，由可知，a的波长最小，abcd偏折程度依次减小，故为紫光、蓝光、黄光和红光，B正确；

考点：考查了光的折射

名师点睛：根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序．

4．BCE

【详解】A．驱动力的频率越接近物体的固有频率，受迫振动的振幅越大，选项A错误；

B．根据多普勒效应，在地球上接收到来自遥远星球的光波波长变长，频率变小，则可判断该星球正在远离地球，选项B正确；

C．激光测距是应用了激光平行度好的特点，选项C正确；

D．根据麦克斯韦电磁理论，均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项D错误；

E．狭义相对论认为在不同的惯性参考系中光的传播速度均相同，选项E正确。

故选BCE。

5．（1）能；（2）

【详解】（1）由可得

入射角等于临界角，所以光线1能在圆锥的侧面B点发生全反射。

（2）当半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，经过第一次折射时，由于入射角等于零，所以折射角也是零，因此折射光线不发生偏折，当第二次折射时，由于入射角等于60°，而玻璃的折射率为1.73，可得入射角与临界角相等，所以会发生光的全反射，反射光线却恰好垂直射出，作图如下

根据几何关系可知

所以，总时间

6．(1)n=2；(2)恰好发生全反射，理由见解析

【详解】(1)当时，光线恰好不从AO中射出，发生全反射，如图所示

由几何关系得

其中

联立解得

(2)若，在AO界面的入射角为

所以在AO界面发生全反射，由反射定律得

由几何关系得

因为光线在BO界面上的入射角，所以光线第一次射到BO边时恰好发生全反射

7．（1）；（2）

【详解】（1）如图，由几何关系知，甲介质中，临界角为C甲＝45°

甲介质折射率

n甲＝

解得

n甲＝

乙介质中，光束在D点发生折射，入射角i＝45°，折射角r＝60°

得乙介质折射率

n乙＝＝

（2）光在甲介质中传播速度为

v甲＝＝c

光在甲介质中传播距离为

x甲＝R

光在甲介质中的传播时间为

t甲＝

解得

t甲＝

光在乙介质中传播速度为

v乙＝＝c

光在乙介质中传播距离为

x乙＝R

光在乙介质中传播时间为

t乙＝

解得

t乙＝

因此光由A到D传播的总时间为

t＝t甲＋t乙＝

8．(i)；(ii)

【详解】(i)设透明体的临界角为C，依题意

可知，从D点射入的光线在E点处的入射角为，大于临界角C，发生全反射，其光路图如图所示，

最终垂直于BC边射出，设经历时间为t，则

又

又

得：

(ii)如图，

从真空球上G和G′处射入的光线刚好在此处发生全反射，而在这两条光线之间射入的光线，其入射角均小于，将会射入真空区域，所以只要将这些区间用不透明纸遮住就可以了，显然，在透明体AB面上，被遮挡区域至少是个圆形,设其半径为r，由几何关系可知

则

9．(1)(2)

【详解】(1)光线PQ入射到玻璃砖表面，入射角 ，设对应折射光线QE的折射角为，如图所示：

由几何关系得：

，

即：

根据折射定律有：

解得：

光线QE在玻璃砖内传播的速度为：

传播的距离为：

光线从Q点传播到E点所用的时间：

；

(2)若使光线PQ向左平移距离x，折射光线， 到达圆弧面的入射角恰好等于临界角C，则：

在 应用正弦定理有：

联立解得：

．

10．（1）C=45°；（2）

【详解】（1）由几何关系可知，题图中∠ODE=60°，故光线OD在AC面上的入射角为30°，折射角为45°

根据光的折射定律有

由sinC=1/n，知C=45°.

（2）由 ，解得  

由几何关系可知，光线OE在AC面上的折射角为45°，根据光的折射定律有，OE光线在AC面上的入射角为30°，故题图中∠OEC=60°，则△ODE为等边三角形，得

11．（i）；（ii）不能从E点射出三棱镜。

【详解】（i）光路如图所示，根据

在D点入射角

可得

所以

，由几何关系可得

可得是等腰三角形

单色光在三棱镜中的传播速度

单色光从入射到E点所用的时间

解得

（ii）由几何关系知光束在E点的入射角为

临界角C满足

因为

所以光束在E点发生全反射，不能从E点射出三棱镜。

12．（1）；（2）

【详解】（1）光线射到边上，入射角为

故光线不能从边射出；

如图所示，光线射到边上的入射角为，折射角为，由几何关系得

由折射定律得

得：

光线经棱镜后的偏向角

（2）由几何关系知从边上D点入射、从边上B点射出的光线传播时间最长

设光线从D点传播到B点的时间为，从B点传播到E点的时间为，

由运动学公式得：

联立求解可得

13．；

【详解】光垂直于液面入射时，光路图如图甲所示

由几何关系得

由光的折射定律得

联立上式，解得

当光从平面镜反射后恰好不能从液面是射出时，光路图如图乙所示

设光的全反射角为，镜面与水平面的夹角为，根据的光的全反射规律得

所以平面镜转过的角度

联立上式，解得

14．(1)；(2)

【详解】画出光路如图所示

(1)因入射光垂直于AD边，故进入棱镜的光线方向不变；由题意可知在AC边发生全反射的临界角为C=60°

根据

解得棱镜材料的折射率为

(2)从D点入射的光线射至BC通过的路程最长，经历的时间最长，设对应的出射点为P因为直角三角形，根据几何关系得

因QB=DC，为等腰三角形，根据几何关系得

通过的路程为

棱镜中的光速

根据

s=vt

解得进入棱镜到射出BC边经历的最长时间

15．（1）；（2）

【详解】

（1）光路图如图，由几何关系得

该透明材料的折射率

（2）根据几何关系

光线从D点射入，第一次到达F点的传播时间

16．（1）；（2）

【详解】（1）作出光路图如图所示

设光在棱镜中的折射角为。根据光的折射定律有

因为DE垂直于BC射出，由几何关系以及光的反射定律可得

所以入射光线折射角

解得，该棱镜对光的折射率为

（2）由几何关系可得

光在棱镜中的传播速度

传播时间

解得

17．0.1m

【详解】由题意可知入射角为

设a光的折射角为，b光的折射角为，由折射定律

解得

根据几何关系得

解得

18．

【详解】设单色光1的折射角为θ1，根据折射定律得

又因为

解得

同理得

经ab面反射一次后从cd面射出的两单色光线间的距离为

解得

19．

【详解】随着θ的增大，当θ为90º时，α最大，β最小，此时若在BC上发生全反射，则对任意θ都能发生全反射。

由折射定律

由全反射有

由几何关系有

由以上各式解得

20．（1），；（2）

【详解】（1）由题意当线圈中通入微小电流I时，线圈中的安培力为

F = NBIl

根据胡克定律有

F = NBIl = k│x│

如图所示

设此时细杆转过的弧度为θ，则可知反射光线转过的弧度为2θ，又因为

d >> x，r >> d

则

sinθ ≈ θ，sin2θ ≈ 2θ

所以有

x = dθ

s = r2θ

联立可得

（2）因为测量前未调零，设没有通电流时偏移的弧长为s′，当初始时反射光点在O点上方，通电流I′后根据前面的结论可知有

当电流反向后有

联立可得

同理可得初始时反射光点在O点下方结果也相同，故待测电流的大小为

21．（1）；（2）

【详解】（1）光路如图所示，根据折射定律

解得

根据几何关系，光在圆柱体中的路程

由

得传播时间

解得

（2）如图所示，若将逐渐增大，图中也将不断增大，而光线在侧面的入射角i将不断减小。当趋近于90°时，由折射定律及全反射可知，图中将趋于临界角C，而此时光线射到侧面处时的入射角i将达到最小，若此时刚好发生全反射，则所有到达侧面的光线将全部发生全反射，不会从侧面射出。因此可得

联合以上各式解得