2023高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十六几何光学与物理光学

专题强化练(十六)　几何光学与物理光学

1．以下现象不属于衍射的是(　　)

A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样

B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样

C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清

D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑

解析：白光照射单缝后，在光屏上出现彩色条纹是光的衍射现象，A错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是光的薄膜干涉现象，B正确；光照射刀片的阴影轮廓模糊不清是光的衍射造成的，C错误；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造成的，D错误．故选B.

答案：B

2．劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图所示，将一块平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上，在一端夹入两张纸片，当单色光从上方入射后，从上往下可以看到干涉条纹．则(　　)

A．干涉条纹是由a、b上表面反射的光叠加产生的

B．相邻的暗条纹对应位置下方的空气膜厚度差不同

C．若抽去一张纸片，条纹变密

D．若某亮条纹发生弯曲，该亮条纹对应位置的空气膜厚度仍相等

解析：干涉条纹是由于a下表面和b上表面反射光叠加产生的，故A错误；劈尖干涉条纹特点，任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等，任意相邻的明条纹或者暗条纹对应的薄膜厚度差恒定，故B错误，D正确；干涉条纹光程差Δx＝2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当满足Δx＝nλ时，表现为亮条纹，故相邻亮条纹间的空气厚度为，若抽去一张纸倾角减小，故亮条纹之间距离增大，因此干涉条纹变疏，故C错误．故选D.

答案：D

3．一束单色光穿过两块两面平行的玻璃砖，出射光线与入射光线的位置关系可能正确的是(　　)

A　　　　　　　　　　B

C  D

解析：一束单色光穿过两块玻璃砖，分别经过两次从空气中射入到玻璃，和两次从玻璃射入空气的折射，且两块玻璃砖的两面都是平行的，根据折射定律可知，最后的出射光线与最初的入射光线平行，B、C错误．光由空气斜射进入玻璃砖，折射光线、入射光线在空气和玻璃砖两种介质中，折射角小于入射角；当光再由玻璃砖斜射进入空气时，折射角大于入射角，故最后的出射光线应该位于最初的入射光线延长线的左侧，A正确，D错误．故选A.

答案：A

4．如图所示为一光导纤维的示意图．光纤内芯的折射率为n(n>1.1)，外套的折射率为1.1.已知光在内芯和外套界面发生全反射时的临界角为C，且sin C＝.为使光在内芯和外套界面发生全反射，光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角θ应满足(　　)

A．sin θ≤ B．sin θ≥1.1

C．sin θ≤ D．sin θ≤1.1

解析：若光在内芯和外套界面恰能发生全反射，则在端面入射时＝n在内芯与外套发生全反射时sin(90°－α)＝sin C＝，解得sin θ＝，则光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角θ应满足sin θ≤，故选A.

答案：A

5.(2022·浙江卷)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的．当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则(　　)

A．光束b顺时针旋转角度小于Δθ

B．光束c逆时针旋转角度小于Δθ

C．光束d顺时针旋转角度大于Δθ

D．光束b、c之间的夹角减小了2Δθ

解析：设入射光线a的入射角为α，则反射角为α，光束c的折射角为β，光束d的反射角也为β，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，入射角变为α′＝Δθ＋α.

由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于Δθ，故A错误；

由折射定律有＝n>1，＝n>1，

可得Δθ′<Δθ，

即光束c逆时针旋转角度小于Δθ，故B正确；光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于Δθ，故C错误；光束b顺时针旋转角度等于Δθ，光束c逆时针旋转角度小于Δθ，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于2Δθ，故D错误；故选B.

答案：B

6．某同学欲探测某种环境下是否有频率高于7.73×1014 Hz的电磁波辐射，利用光电效应现象自制了一个探测器，如图所示．当环境中含有高于此频率的电磁波时灵敏电流表有示数．下表给出了几种金属的极限频率．则(　　)

A．发生光电效应的金属板应该选用金属钙

B．如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于7.73×1014 Hz的电磁波

C．要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，两板间距选适当大一些的

D．如果在两板间加上“左正右负”的电压，效果会更好

解析：根据题表数据可知金属钙的极限频率为7.73×1014 Hz，只有当环境中有高于7.73×1014 Hz的电磁波辐射时，才能使光电子从钙板中逸出，从而使灵敏电流表有示数，所以发生光电效应的金属板应该选用金属钙，故A正确；根据题表数据可知金属钠的极限频率为5.53×1014 Hz，如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于5.53×1014 Hz的电磁波，不一定含有频率高于7.73×1014 Hz的电磁波，故B错误；要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，且为了能够使光电子能够更易到达阳极，两板间距应选适当小一些的，故C错误；如果在两板间加上“左负右正”的电压，光电子受到向右的电场力，更易到达阳极，效果会更好，故D错误．故选A.

答案：A

7.(多选)透明烧杯中装有适量的水和食用油，现将一根筷子竖直插入到烧杯内的左侧，在一定的角度观察发现筷子被“折断”成多节，如图所示，则(　　)

A．食用油的折射率比水大

B．光从食用油向水中传播时频率减小

C．光从食用油向水中传播时，达到一定角度后会发生全反射

D．当筷子竖直放置于烧杯正中间时，筷子不会被“折断”

解析：由题图偏折情况可知，光线在食用油中偏折程度比在水中大，则食用油的折射率大于水的折射率，故A正确；光在不同介质中传播，频率不变，故B错误；光从光密介质进入光疏介质，当入射角大于临界角时，会发生全反射，故C正确；当筷子竖直放置于烧杯正中间时，来自浸入水中的筷子的光几乎垂直地射到水与空气的界面，射出的光线偏折较小，所以筷子看上去仍然是直的，感觉筷子不会被“折断”，故D正确．故选ACD.

答案：ACD

8．(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的(　　)

A．是紫外线

B．是红外线

C．光子能量约为1.3×10－18 J

D．光子数约为每秒3.8×1016个

解析：波长的大小大于可见光的波长，属于红外线．故A错误，B正确．光子能量E＝h＝6.63×10－34× J＝1.326×10－19 J．故C错误．每秒钟发出的光子数n＝＝3.8×1016.故D正确．故选BD.

答案：BD

9．如图所示，有一玻璃圆柱体，横截面半径为R＝10 cm，长为L＝100 cm.一点光源在玻璃圆柱体中心轴线上的A点，与玻璃圆柱体左端面距离d＝4 cm，点光源向各个方向发射单色光，其中射向玻璃圆柱体从左端面中央半径为r＝8 cm圆面内射入的光线恰好不会从柱体侧面射出．光速为c＝3×108 m/s；求：

(1)玻璃对该单色光的折射率；

(2)该单色光通过玻璃圆柱体的最长时间．

解析：(1)

由题意可知，光线AB从圆柱体左端面射入，在柱体侧面发生全反射．

sin i＝＝，n＝，sin C＝，sin θ＝cos C＝，得n＝.

(2)折射光BD在玻璃圆柱体内传播路程最长，因而传播时间最长．

s＝＝nL，v＝，t＝＝＝6×10－9 s.

答案：(1)　(2)6×10－9 s

10．(2022·全国甲卷)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．在截面所在平面内，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．

解析：光线在M点发生折射有sin 60°＝nsin 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＝，C＝90°－θ.

联立有tan θ＝，n＝.

根据几何关系有tan θ＝＝，

解得NC＝a－BN＝a－.

再由tan θ＝，解得PC＝a.

答案：n＝，PC＝a