2023高考二轮复习专项练习(物理)专题分层突破练13　光学

专题分层突破练13　光学

A组

1.(2021辽宁沈阳实验中学高三模拟)对于光的认识,下列说法正确的是(　　)

A.光不容易观察到衍射现象是因为光的速度太大

B.偏振光可以是横波,也可以是纵波

C.照相机镜头的偏振滤光片可使水下影像清晰

D.雨后路面上的油膜呈现彩色,是光的折射现象

2.(2020天津卷)新冠肺炎疫情突发,中华儿女风雨同舟、守望相助,筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪,通过人体辐射的红外线测量体温;防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒,为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较(　　)

A.红外线的光子能量比紫外线的大

B.真空中红外线的波长比紫外线的长

C.真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D.红外线能发生偏振现象,而紫外线不能

3.(2021北京门头沟高三一模)如图所示,一束白光通过三棱镜发生色散,a、b是其中的两束单色光,这两束光相比较(　　)

A.在真空中,a光的速度大

B.在真空中,a光的波长长

C.水对b光的折射率小

D.光从水中射向空气,b光的临界角大

4.如图所示,有三块等腰直角三角形的透明材料(图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)恰好拼成一个长方形。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射,在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料中的传播速率依次为v1、v2、v3,下列关系式中正确的是(　　)

A.v2>v1>v3 B.v3>v1>v2

C.v3>v2>v1 D.v1>v2>v3

5.(多选)(2021湖北华中师大附中高三质量测评)用如图所示的装置观察光的全反射现象,将半圆形玻璃砖固定在量角器上,量角器的圆心O与半圆形玻璃砖的圆心重合,半圆形玻璃砖可绕圆心O旋转。实验时将只含有红光和紫光的复色光,沿半径方向从量角器30°的刻度线射入半圆形玻璃砖,复色光被分成a、b两光束,a沿180°刻度线方向射出,b沿150°刻度线方向射出。下列判断正确的是(　　)

A.b是复色光

B.玻璃对红光的折射率为2

C.若半圆形玻璃砖顺时针旋转α,a消失,b顺时针旋转2α

D.若半圆形玻璃砖逆时针旋转α,a消失,b顺时针旋转2α

6.(2021湖北武汉高三质检)如图所示,半圆AOB为透明柱状介质的横截面,半径为R,折射率为,建立直角坐标系xOy,y轴与直径AB平行,且与半圆相切于原点O。一束平行单色光沿x轴正方向射向整个介质,欲使所有平行光线都不能到达x轴正半轴,需紧贴直径AB放置一遮光板,则该遮光板沿y轴方向的长度至少为(不考虑反射光的影响)(　　)

A.R B.R C.R D.R

7.(2021江苏南京高三二模)如图所示,一艘渔船停在平静的水面上,渔船的前部上端P点有一激光钓鱼灯,从P点射向水面的激光束与竖直方向的夹角为53°,激光在水中的折射光线与水面的夹角也为53°,照到水下B点的鱼,B处的深度h=1.8 m,求:(c=3×108 m/s,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)

(1)水的折射率;

(2)激光从A到B传播的时间。

8.(2021湖南娄底高三零模)如图所示,AB是半径为R的玻璃球的水平直径,CD为竖直直径,O为圆心,P点为CB弧上一点,且P与O连线与OC夹角为30°,一个点光源贴在A点,发出的光经玻璃球传播到C点刚好发生全反射,光屏刚好与圆球相切于B点,求:

(1)玻璃球对光的折射率;

(2)照射到P点的光折射后,折射光照射在光屏上的位置离B点的距离。(tan 15°=2-)

B组

9.(2021辽宁抚顺高三模拟)有一腰长为16 cm的等腰直角三棱镜,为了测定它的折射率,先把三棱镜的一个端面放在铺好白纸的桌面上,用铅笔画出它的轮廓线ABO,如图所示。从OB上的C点观察A,发现A的像的位置在D处,测得lDO=9 cm,lOC=12 cm,光在真空中的传播速度为c。则下列判断正确的是(　　)

A.观察者看到A点的像时的折射光线对应的折射角的正弦值为0.6

B.三棱镜的折射率为

C.光在三棱镜中传播的速度为

D.光在三棱镜中发生全反射的临界角的正弦值为0.5

10.(2021山东枣庄高三二模)右图为长方体均匀玻璃砖的截面,厚度为l。现有由两种单色光组成的复合光,从O点射入玻璃砖,入射角为60°,其折射光线分别沿OA、OB方向,对应的折射角分别为37°、53°,光从O点到A点的传播时间为tOA,从O点到B点的传播时间为tOB。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。则下列对tOA和tOB的比较,正确的是(　　)

A.tOA=tOB　B.tOA<tOB　C.tOA>tOB　D.无法确定

11.(多选)(2021山东济南高三一模)如图所示,a、b两束单色光通过半圆形玻璃砖从圆心O点出射。保持入射光的方向不变,让半圆形玻璃砖绕O点逆时针缓慢转动,当转过α角时,a光出射光消失;当转过β角时,b光出射光消失。已知α<β,下列说法正确的是(　　)

A.玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率

B.a、b两束光在介质中的光速之比为

C.通过同一狭缝时,a光的衍射现象更明显

D.分别用两束光使用同一装置做双缝干涉实验,a光的条纹间距大于b光的条纹间距

12.(2021河南高三二模)如图所示,AOBC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。已知该介质对红光和紫光的折射率分别为n1=,n2=。

(1)请画出光路示意图,标出两个亮斑的大致位置,说明亮斑的颜色。

(2)求两个亮斑间的距离。

13.(2021湖南高三高考模拟)下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πh2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?

参考答案

专题分层突破练13　光学

1.C　解析 光不容易观察到衍射现象是因为光的波长太小,A错误。偏振光只能是横波,不可以是纵波,B错误。由于水的反射光是偏振光,所以照相机镜头的偏振滤光片可减弱水面的反射光,使水下影像清晰,C正确。雨后路面上的油膜呈现彩色,是光的干涉现象,D错误。

2.B　解析 红外线的频率比紫外线小,根据ε=hν,可知红外线的光子能量比紫外线的小,A错误。波长λ=,红外线的频率低,波长长,B正确。所有电磁波在真空中的传播速度都一样大,都是c=3.0×108 m/s,C错误。红外线和紫外线都是横波,都可以发生偏振现象,D错误。

3.B　解析 在真空中光速都相同,A错误。由题图可看出,三棱镜对b光的折射率大于对a光的,所以νa<νb,设真空中光速为c,由c=λν得λa>λb,B正确。因νa<νb,所以水对a光的折射率小,C错误。根据sin C=可知,Ca>Cb,D错误。

4.A　解析 设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种材料对光的折射率分别为n1、n2、n3。根据全反射条件,光从Ⅰ射向Ⅱ时发生了全反射,则有n1>n2,光从Ⅰ射向Ⅲ时发生了折射,由题图知入射角大于折射角,则有n1<n3,所以n2<n1<n3,根据光在介质中的传播速度公式v=,可得v3<v1<v2,故选A。

5.AC　解析 单色光从一种介质进入另一种介质,一部分光反射,一部分光折射,或全部光发生全反射,则b是反射的复色光,A正确。全反射的临界角sin C=,紫光的折射率比红光的折射率大,其临界角小,紫光发生了全反射,红光的临界角为60°,红光的折射率n=,B错误。半圆形玻璃砖顺时针旋转时,入射角变大,紫光和红光都发生了全反射,法线旋转α角,反射光旋转2α角,C正确,D错误。

6.A　解析 欲使所有光线都不能到达x轴正半轴,即要使所有进入介质的平行光在圆弧面上发生全反射,当有进入介质的平行光在圆弧面上刚好发生全反射时,遮光板沿y轴方向的长度最小,如图所示,根据sin C=,解得sin C=,根据几何关系,遮光板沿y轴方向的最小长度d=2Rsin C=R,故选A。

7.答案 (1)　(2)1×10-8s

解析 (1)根据折射定律可得,水的折射率为n=。

(2)根据折射定律可得激光在水中的传播速度为v=

由几何关系可得x=

激光从A到B传播的时间为t==1×10-8 s。

8.答案 (1)　(2)R

解析 (1)根据题意画出光路图如下图所示

由于照射在C点的光刚好发生全反射,由几何关系可知,光在C点的入射角为45°,则全反射临界角C=45°,折射率n=。

(2)由于∠COP=30°,根据几何关系,照射在P点的光线的入射角i=30°,根据折射率公式n=,解得r=45°

设光线照射到屏上的位置为Q点,由几何关系得

lQB=Rsin 60°+(R-Rcos 60°)tan 15°=R。

9.B　解析 光路图如图所示,设观察者看到A的像时的折射光线对应的折射角是i,入射角是r,由几何关系可得sin i==0.8,A错误。由几何关系可得sin r==0.6,由折射定律得n=,B正确。光在三棱镜中的传播速度是v=c,C错误。光在三棱镜中发生全反射的临界角的正弦值是sin C=,D错误。

10.A　解析 玻璃砖对沿OA方向的单色光的折射率为n1=,此单色光在玻璃砖中传播的速度为v1=,光在玻璃砖中的路程为sOA=,光从O点到A点的传播时间为tOA=;玻璃砖对沿OB方向的单色光的折射率为n2=,此单色光在玻璃砖中传播的速度为v2=,光在玻璃砖中的路程为sOB=,光从O点到B点的传播时间为tOB=。则有tOA=tOB,故只有选项A正确。

11.AB　解析 由于a光的临界角小于b光的临界角,根据sin C=,na>nb,A正确。由于sin α=,sin β=,而v=,所以,B正确。由于na>nb,所以a光的波长小于b光的波长,通过同一狭缝时,b光的衍射现象更明显,C错误。a光的波长小于b光的波长,根据Δx=λ,分别用两束光使用同一装置做双缝干涉实验,a光的条纹间距小于b光的条纹间距,D错误。

12.答案 (1)见解析　(2)(5+10) cm

解析 (1)根据临界角公式sin C=,可得红光与紫光的临界角分别为C红=60°,C紫=45°。而光线在AB面上入射角i=45°,说明紫光恰好发生全反射,红光在AB面有反射,也有折射。所以AM区域的亮斑P1为红色,AN区域的亮斑P2为红色与紫色的混合色,光路图如图所示。

(2)设折射角为r,根据折射定律n1=

得到sin r=

由几何知识可得tan r=

解得lAP1=5 cm

由几何知识可得△OAP2为等腰直角三角形,解得lAP2=10 cm

所以两个亮斑间的距离为(5+10) cm。

13.答案 πh2

解析 用面积为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=π=πh2

由几何关系得tan C=

由全反射知识有sin C=

解得n=

剪出一个面积为S2=πh2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=ππh2,解得r2=h

由几何关系得tan i=

i=30°

根据折射定律有n=

解得θ=45°

缸口的最小半径为r3=r2+htan θ=h

缸口的最小面积为S3=ππh2。