2023届二轮复习专项分层特训 专项8 光（含答案）

这是一份2023届二轮复习专项分层特训 专项8 光（含答案），共11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。
1.小红利用如图所示的实验装置测量紫光的波长，实验中观察发现像屏上出现了清晰但条纹数偏少的干涉条纹．为观察到更密的条纹，可以( )
A．将单缝向双缝靠近
B．使用间距更小的双缝
C．将屏向靠近双缝的方向移动
D．转动手轮，移动分划板
2.
某透明材料制成的管道的横截面如图所示，a、b为过O点的同心圆．用两束平行光Q、P射向管道，光束P通过圆心，光束Q进入材料的折射光线恰好与圆a相切，并与光束P交于圆b上的M点．已知b的半径是a的两倍，则该材料的折射率为( )
A．1.25 B．1.5
C． eq \r(2) D． eq \r(3)
3.
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．O、P之间的距离为 eq \f(\r(2),2) R
C．光在玻璃砖内的传播速度为 eq \f(\r(3),3) c
D．光从玻璃到空气的临界角为30°
4.
如图所示，△ABC为某种玻璃制成的三棱镜的横截面，其中∠A＝45°，∠B＝60°，AB长度为30 cm.今有一束单色光从P点垂直BC边入射，边AC边上的M点出射，出射方向与AC的夹角为60°，则玻璃的折射率为( )
A．2sin 15° B． eq \f(1,sin 15°)
C．2cs 15° D． eq \f(1,2cs 15°)
5.[2022·山东卷]柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的 eq \f(1,4) 圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角45°，AC中点为B.a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面全反射后，从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)( )
A．仅有a光 B．仅有b光
C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以
二、多项选择题
6.[2022·山东卷]某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样．下列描述正确的是( )
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
7.[2022·浙江浙南名校联盟4月联考]如图甲所示，发光二极管(LED)可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途．LED的原理结构如图乙所示，管芯的发光面紧贴半球形透明介质，人们能从半球形表面(弧面)看到发出的光．已知半球球心O点为发光面AB的中心，半球和发光面半径分别为R和r，则( )
A．发光面发出的光进入透明介质后，光的颜色发生了变化
B．若半球形表面(弧面)的任意位置都有整个发光面的光射出，则介质折射率应小于 eq \f(R,r)
C．若透明介质的折射率为1.7，发光面的直径为2 mm，为了使半球形表面(弧面)的任意位置都有整个发光面的光射出，R必须大于1.7 mm
D．无论R和r大小关系如何，不可能在半球形表面(弧面)任意位置都有整个发光面的光射出
三、非选择题
8．如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点．在截面所在平面的，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离．
9.[2022·湖北押题卷]如图所示为一个透明球体的横截面，其半径为R，AB是一直径，现有一束圆环形平行细光沿AB方向射向球体(AB直径为圆环光线的中心轴线)，所有光线经折射后恰好经过B点而在右侧光屏MN上形成一圆亮环，已知光屏到B点的距离为L＝2R，透明球体的折射率n＝ eq \r(3) ，光在真空中的传播速度为c，求：
(1)圆环形平行细光在入射前的半径r；
(2)光从入射点传播到光屏所用时间．
10.如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍).透明介质的折射率n＝2，屏障间隙L＝0.8 mm.发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射．
(1)若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度θ控制为60°，求屏障的高度d；
(2)若屏障高度d＝1.0 mm，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元).
11.如图所示，人看水中的鱼比实际位置要浅，原因是水对可见光的折射，其原理与如图乙所示的光路图类似，一盛满水高度AB＝1.6 m、宽度BC＝1.2 m的矩形容器放置在水平地面上，在C点安装一个可发射单色光的点光源，某人竖直站在与B点的距离为d＝0.4 m的地面上，光源发出的光经过A点到达人眼，人看到光源的像在P点，已知人眼与地面的高度差为h＝1.9 m．若人贴着AB竖直站立在厚度为Δh的正方体木板上，木板静止在水平地面上，把光源移到CD的中点F，发出的光经过AD的中点E到达人眼，光在空气中的速度为c＝3.0×108 m/s，sin 53°＝ eq \f(4,5) ，cs 53°＝ eq \f(3,5) ， eq \r(7) ＝2.646，求：
(1)木板的厚度Δh和水对这种单色光的折射率；
(2)光从C到A的传播时间；
(3)若光源发出的光恰好在A处发生全反射，光源的位置距C点的距离h0(不考虑光在水中的多次反射，光源只沿CD方向移动，结果保留2位有效数字).
专项8 光
1．解析：由于相邻明（暗）干涉条纹的宽度为Δx＝ eq \f(L,d) λ，要增加观察到的条纹个数，即减小Δx，需要增大d或者减小L，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，A、B、D错误，C正确．
答案：C
2．解析：连线如下图
已知b的半径是a的两倍，且根据几何关系可知，两光线入射点与O点组成了正三角形，所以Q光线入射角为60°，折射角为30°，折射率为n＝ eq \f(sin 60°,sin 30°) ＝ eq \r(3) ，故选D.
答案：D
3．解析：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，则sin C＝ eq \f(1,n) ＝ eq \f(OP,R) ，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，作出光路图如图所示，出射光线刚好经过玻璃砖圆形表面的最高点Q，设在P点的折射角为θ1，则n＝ eq \f(sin θ,sin θ1) ，由几何关系可知，OP＝R tan θ1，联立解得n＝ eq \r(3) ，A错误；O、P之间的距离为 eq \f(\r(3),3) R，B错误；光在玻璃砖内的传播速度v＝ eq \f(c,n) ＝ eq \f(\r(3),3) c，C正确；光从玻璃到空气的临界角C满足sin C＝ eq \f(1,n) ＝ eq \f(\r(3),3) ，D错误．
答案：C
4．解析：光从BC射入，从AC射出，则在AB边发生全反射，由于不考虑光的多次反射，则光线在玻璃中的光路如图所示
由几何关系可得
∠AMN＝180°－∠A－（90°－∠2）＝105°
光在AC边M点
∠3＝∠AMN－90°＝15°
∠4＝90°－60°＝30°
玻璃的折射率为
n＝ eq \f(sin ∠4,sin ∠3) ＝ eq \f(sin 30°,sin 15°) ＝2cs 15°
故选C.
答案：C
5．解析：根据题意作出光路图如图1所示，根据临界角sin C＝ eq \f(1,n) 可知Ca45°，从图中可以看出两束光经过OC面反射以后均能射到PM面上，入射角在0°～45°范围内，所以只有a光才有可能在PM面上发生全反射，B、C项错误；分析易知，射到P点的a光线全反射到M点，入射角为45°，发生全反射不能从OM面射出，画出a光在PM面上恰好发生全反射的光线的光路图如图2所示，可知该光线经Q点全反射后射至OM面上E点，由几何关系可知在E点的入射角为2Ca－45°，小于Ca，即可以从E点射出，故A正确，D错误．
答案：A
6．解析：双缝干涉条纹是均匀的，所以图乙是双缝干涉条纹，但也发生了衍射现象，A项正确；遮住一条狭缝，就只能观察到单缝衍射现象，狭缝宽度增大时，衍射现象减弱，图丙中中央亮条纹宽度减小，B项错误；照射两狭缝时，发生双缝干涉，根据Δx＝ eq \f(Lλ,d) 可知，当增加L时，图乙中相邻暗条纹中心间的距离增大，C项正确；照到双缝的光是由一束光经单缝衍射后形成的，两光的相位相同，根据相关条件可知，|S2P－S1P|＝（2n＋1） eq \f(λ,2) （n＝0，1，2，…）时，P点一定是暗条纹，D项正确．
答案：ACD
7．解析：光的颜色由频率决定，所以光进入透明介质后，光的颜色不变，故A错误；如图，从发光面任意位置作一条光线到半球面表面（弧面），并过光线的射出点作其与球心的连线，即法线，通过O点左右对称关系，确定出在端点A或B沿垂直AB方向射出的光线有最大的入射角，如果此时不发生全反射，那么半球形表面（弧面）任意位置都有整个发光面的光射出，可得sin C＝ eq \f(1,n) >sin α＝ eq \f(r,R) ，则有n< eq \f(R,r) ，即介质折射率应小于 eq \f(R,r) ，故B正确，D错误；由n< eq \f(R,r) ，解得R>nr＝1.7 mm，则R必须大于1.7 mm，C正确．
答案：BC
8．解析：光线在M点发生折射有sin 60°＝n sin θ
由题知，光线经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，则sin C＝ eq \f(1,n) ，C＝90°－θ
联立有tan θ＝ eq \f(\r(3),2) ，n＝ eq \f(\r(7),2)
根据几何关系有tan θ＝ eq \f(MB,BN) ＝ eq \f(a,2BN)
解得NC＝a－BN＝a－ eq \f(a,\r(3))
再由tan θ＝ eq \f(PC,NC) ，解得PC＝ eq \f(\r(3)－1,2) a
答案： eq \f(\r(7),2) eq \f(\r(3)－1,2) a
9．解析：（1）如图所示，设细光的入射角为i，由几何关系可得i＝2θ
由折射定律可得 eq \f(sin i,sin θ) ＝n
解得i＝60°
圆环形平行细光在入射前的半径为r＝R sin i＝ eq \f(\r(3),2) R
（2）光在介质中的传播速度为v＝ eq \f(c,n)
光在介质中传播的时间为t1＝ eq \f(2R cs θ,v) ＝ eq \f(3R,c)
光从B点进入空气中的折射角也为i＝60°
光从B到MN的时间为t2＝ eq \f(\f(L,cs 60°),c) ＝ eq \f(4R,c)
所以光从入射点传播到光屏所用时间为t＝t1＋t2＝ eq \f(7R,c)
答案：（1） eq \f(\r(3),2) R （2） eq \f(7R,c)
10．解析：（1）发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ＝60°，则r＝ eq \f(θ,2) ＝30°
在介质中的入射角为i，则 eq \f(sin r,sin i) ＝n
解得sin i＝ eq \f(1,4)
由几何关系有sin i＝ eq \f(\f(L,2),\r(d2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(L,2)))\s\up12(2)))
解得d＝ eq \r(2.4) mm
（2）若视角度θ刚好被扩为180°，则折射角r′＝ eq \f(180°,2) ＝90°，此时光线在界面处的入射角sin i′＝ eq \f(sin r′,n) ，解得i′＝30°
此时发光像素单元最远发光点到屏障的距离为
x1＝d tan i′＝ eq \f(\r(3),3) mm
像素单元宽度x最小为
x＝2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x1－\f(L,2))) ＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2\r(3),3)－0.8)) mm≈0.35 mm.
答案：（1） eq \r(2.4) mm （2）0.35 mm
11．解析：（1）设A点的折射光线与水平方向的夹角为α，由几何关系可得tan α＝ eq \f(h－AB,d) ，由几何关系可知，把光源移到CD的中点F，经过AD中点E的折射光线与水平方向的夹角也为α，tan α＝ eq \f(h＋Δh－AB,0.5BC) ，由题意知tan ∠BAC＝ eq \f(BC,AB)
由折射率的定义可知n＝ eq \f(sin （90°－α）,sin ∠BAC)
结合题中所给的已知条件，综合解得Δh＝0.15 m，n＝ eq \f(4,3) .
（2）由n＝ eq \f(c,v) ，CA＝ eq \r(（AB）2＋（BC）2) ，光从C到A的传播时间t＝ eq \f(CA,v)
解得t＝8.9×10－9 s.
（3）若光源发出的光恰好在A处发生全反射，则由n＝ eq \f(1,sin C0) 可得sin C0＝ eq \f(3,4) ，则cs C0＝ eq \f(\r(7),4)
又tan C0＝ eq \f(1.2 m,1.6 m－h0) ，解得h0＝0.54 m.
答案：（1）0.15 m eq \f(4,3) （2）8.9×10－9 s （3）0.54 m