新高考物理复习专题一0四光练习含答案

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考点过关练
考点一 光的折射与全反射
1.(2023江苏,5,4分)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是( )


答案 A
2.(2022浙江6月选考,8,3分)如图所示,王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验,在失重环境下,往大水球中央注入空气,形成了一个空气泡,气泡看起来很明亮,其主要原因是( )
A.气泡表面有折射没有全反射
B.光射入气泡衍射形成“亮斑”
C.气泡表面有折射和全反射
D.光射入气泡干涉形成“亮纹”
答案 C
3.(2023福建,3,4分)如图,一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有适量清水,水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔,使光束与液流保持在同一竖直平面内,观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中,有助于光束更好地沿液流传播的是( )
A.减弱激光强度
B.提升瓶内液面高度
C.改用折射率更小的液体
D.增大激光器与小孔之间的水平距离
答案 B
4.(2023湖南,7,5分)(多选)一位潜水爱好者在水下活动时,利用激光器向岸上救援人员发射激光信号,设激光光束与水面的夹角为α,如图所示。他发现只有当α大于41°时,岸上救援人员才能收到他发出的激光光束,下列说法正确的是( )
A.水的折射率为1sin41°
B.水的折射率为1sin49°
C.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
答案 BC
5.(2020浙江7月选考,13,3分)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°
答案 C
6.(2021浙江6月选考,12,3分)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°,则( )
A.光盘材料的折射率n=2
B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度
答案 D
7.(2022山东,7,3分)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14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
答案 A
8.(2022湖北,14,9分)如图所示,水族馆训练员在训练海豚时,将一发光小球高举在水面上方的A位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为23d。训练员将小球向左水平抛出,入水点在B位置的正上方,入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置,折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n=43,求:
(1)tan θ的值;
(2)B位置到水面的距离H。
答案 (1)43 (2)427d
9.[2022湖南,16(2),8分]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。
(ⅰ)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;
(ⅱ)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)。
答案 见解析
解析
(ⅰ)由可视角度为60°,可知最大折射角r=30°,由折射定律可知,最大入射角i的正弦值为sin i=sinrn=14,由图中几何关系可得d=L/2tani=152L=2155 mm≈1.55 mm。
(ⅱ)如图,若使可视角度刚好被扩为180°,则临界光线恰好不发生全反射sin C=1n=12,可得C=30°
由图中几何关系有tan C=x2+L2d
解得x=233-0.8 mm≈0.35 mm
考点二 光的波动性
10.(2022浙江6月选考,4,3分)关于双缝干涉实验,下列说法正确的是( )
A.用复色光投射就看不到条纹
B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹
D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大
答案 B
11.(2023河北,2,4分)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后,在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象,下列说法正确的是( )
A.上述现象与彩虹的形成原理相同
B.光在薄膜的下表面发生了全反射
C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉
D.薄膜厚度发生变化,硅片总呈现深紫色
答案 C
12.(2021福建,5,6分)(多选)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10 909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换,如图所示。下列说法正确的是( )
A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波
B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波
C.“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现
D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程
答案 BD
13.(2021浙江6月选考,16,2分)(多选)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是( )
A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化
D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
答案 AB
14.(2021天津,2,5分)光刻机是制造芯片的核心装备,利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力,在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比 ( )
A.波长变短 B.光子能量增加
C.频率降低 D.传播速度增大
答案 A
15.(2022山东,10,4分)(多选)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( )
图甲
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
答案 ACD
16.(2023山东,5,3分)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是( )
A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动
B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动
C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动
D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动
答案 A
17.(2020山东,3,3分)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是( )
A.Δt=5λc B.Δt=15λ2c
C.Δt=10λc D.Δt=15λc
答案 A
18.(2021湖北,5,4分)如图所示,由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光,经半反半透镜后分成透射光和反射光,透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置,P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上,从另一侧面M和N位置出射,则 ( )
A.λ1<λ2,M是波长为λ1的光出射位置
B.λ1<λ2,N是波长为λ1的光出射位置
C.λ1>λ2,M是波长为λ1的光出射位置
D.λ1>λ2,N是波长为λ1的光出射位置
答案 D
三年模拟
考点强化练
考点一 光的折射与全反射
1.(2023届安徽五校二联,4)如图甲是光纤的示意图,图乙是光纤简化示意图(内芯简化为长直玻璃丝,外套简化为真空),玻璃丝长为AC=L,折射率为n,AB、CD代表端面,光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝,在玻璃丝内部恰好发生全反射,已知光在真空中传播速度为c,下列选项正确的是( )

A.内芯相对于外套是光疏介质
B. sin θ=1n
C.光在玻璃丝中传播的速度为c sin θ
D.光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为n2cL
答案 D
2.(2023届安徽黄山三模,4)在透明均匀介质内有一球状空气泡,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入空气泡,A为入射点,部分光路如图所示。已知光从A点射入的入射角为30°,介质对a光的折射率na=2,下列判断正确的是( )
A.a光射出空气泡后的光线相对于射入空气泡前光线的偏向角为15°
B.a光在该介质中传播速度大于b光在该介质中传播速度
C.b光可能在D点发生全反射
D.a、b光从C、D两点出射光线间的夹角等于∠COD
答案 D
3.(2023届山东济南三模,5)如图所示,由同种材料制成的玻璃吊坠下部分是半径为R的半球体,上部分是高为R的圆锥体,O点为半球体的球心,M点为圆锥体的顶点。平行于MO的光线从半球体表面N点射入玻璃吊坠,经折射后恰好经过M点,N点到直线MO的距离为32R,则该玻璃吊坠的折射率为( )
A.32 B.62 C.3 D.6
答案 C
4.(2024届湘豫名校入学考,7)如图甲所示,用折射率为2的玻璃做成内径为R、外径为2R、长为L的半圆环柱体。一束平行光射向此半圆环柱体的外表面,且与半圆环柱体横截面的对称轴OO'平行,如图乙所示,不计多次反射。则半圆环柱体内表面有光线射出的区域的面积是( )

A.πRL B.RL C.22πRL D.23πRL
答案 D
5.(2023届浙江金华义乌三模,11)隐身技术中要用到一种负折射率材料,光在通过这种介质时,折射光线与入射光线分布在法线的同一侧,折射率的公式为n=sinisin(-r)=-sinisinr(i、r分别是入射光线、折射光线与法线的夹角)。如图所示,在真空中放置两个完全相同的负折射率材料制作的直角三棱镜A、B,顶角为37°,A、B两棱镜斜面相互平行放置,两斜面间的距离为d。一束同种频率光的激光,从A棱镜上的P点垂直入射,它在棱镜中的折射率为n1=-43,在B棱镜下方有一平行于下表面的光屏。光通过两棱镜后,打在光屏上的点到P'点(P'点为P点在光屏上的投影)的距离为( )
A.0 B.1615d C.35d D.53d
答案 D
6.(2023届山东潍坊一模,8)光刻机是生产大规模集成电路的核心设备。一个光刻机的物镜投影原理简化图如图所示,三角形ABC为一个等腰直角三棱镜的横截面,半球形玻璃砖的半径为R,球心为O,OO'为玻璃砖的对称轴。间距为3R的两条平行光线,从左侧垂直AB边射入三棱镜,经AC边反射后进入半球形玻璃砖,最后会聚在硅片上M点。已知半球形玻璃砖的折射率为3,反射光线关于轴线OO'对称。O、M两点间的距离为( )
A.R B.33R C.R3 D.R4
答案 C
7.(2023届河北保定二模,8)(多选)如图甲所示,直径为D、深度为H的圆柱形容器内充满某种透明液体,在其底部正中央放置一点光源S,从液面上方看,直径为d的液面被光源照亮,某物理兴趣小组想要让光源能够照亮容器的整个液面,在容器底部中央镶嵌一直径为L的圆形平面镜MN(上表面与容器底上表面齐平),并把光源向上移动一段距离h,如图乙所示,则( )

A.该液体的折射率n=d2+4H2d
B.该液体的折射率n=d2+4H22H
C.平面镜的直径L≥D-d
D.光源上移的距离h≥H(D-d)d
答案 ACD
考点二 光的波动性
8.(2024届山东泰安期中,1)下列有关光的现象的说法正确的是( )


A.图甲是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样,向右弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
B.图乙的立体电影原理为光的干涉
C.图丙为某单色光通过双缝后得到的干涉图样
D.图丁为光照射到圆盘上,在圆盘后面形成的衍射图样
答案 D
9.(2023届江苏南通4月测试,2)如图所示,电灯S发出的光先后经过偏振片A和B,人眼在P处迎着入射光方向,却看不到光亮,则( )
A.电灯S发出的光是偏振光
B.偏振片A起检偏器的作用
C.以SP为轴将A转过45°,在P处看到光亮
D.将B沿SP向A平移至某位置时,在P处看到光亮
答案 C
10.(2024届河南名校开学考,10)(多选)登山运动员在登雪山时要注意避免紫外线的过度照射,尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射,否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”,设计出了一种能减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为32,真空中的光速为c,紫外线在真空中的频率为f,下列说法正确的是( )
A.紫外线进入“增反膜”后的频率为2f3
B.紫外线进入“增反膜”后的波长为2c3f
C.从“增反膜”前后两个表面反射的光的光程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的12
D.“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的12
答案 BD
11.(2023届湖北天门5月适应考,2)1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏双缝干涉实验的结果,利用的基本装置如图所示,单色线光源S与平面镜M平行。某次实验,S发射波长为λ1的单色光a,光屏上形成干涉条纹,虚线OO'上方的第二条亮条纹出现在N处;若S发射波长为λ2的单色光b,光屏上N处出现第三条亮条纹。已知单色线光源S与镜面所在直线间的距离为d,与光屏间的距离为l,不考虑半波损失,下列说法正确的是( )
A.单色光波长为λ时,光屏上干涉条纹间距为Δx=ldλ
B.两单色光的光子动量之比p1∶p2=3∶2
C.若将平面镜M右移一小段距离,光屏上的条纹间距变小
D.若撤去平面镜M,光屏上仍然能出现明暗相间的条纹
答案 D
12.(2023届山东高三二模,2)在一块平板玻璃上放置一如图所示的薄透镜,在两者之间形成空气膜,现让单色光竖直射向薄透镜,在薄透镜上方向下观察,观察到的现象是( )
A.只能看到同颜色的平行反射光
B.平行、等间距的明暗相间的直干涉条纹
C.同心、内密外疏的明暗相间的圆环状干涉条纹
D.若薄透镜的高度h不变仅增大半径R,则相邻条纹的间距变大
答案 D
微专题专练
微专题23 光路分析
1.(2023届湖北名校联盟三联,5)彩虹的形成可以简化为如图所示的模型。球O是空中的球形雨滴,太阳光(复色光)从M点射入,在雨滴内经反射和折射后射出并进入站在地面上人的眼中,因雨滴对不同色光的折射率不同,从而形成了彩虹,其中a和b是彩虹最外侧的两束光。下列说法正确的是( )
A.a为红光,b为紫光
B.两种光在P点和Q点可以发生全反射
C.人看到空中的彩虹红光在顶端,紫光在底端
D.a光在雨滴中的传播速度大于b光在雨滴中的传播速度
答案 C
2.[2023全国甲,34(1),5分](多选)等腰三角形△abc为一棱镜的横截面,ab=ac;一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜,在bc边反射后从ac边射出,出射光分成了不同颜色的两束,甲光的出射点在乙光的下方,如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是( )
A.甲光的波长比乙光的长
B.甲光的频率比乙光的高
C.在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大
D.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E.在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大
答案 ACE
3.(2023浙江1月选考,13,3分)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射,依次经AC和BC两次反射,从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角,则α( )
A.等于90°
B.大于90°
C.小于90°
D.与棱镜的折射率有关
答案 A
4.[2022全国甲,34(2),10分]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。
答案 72 3-12a
5.[2023全国乙,34(2),10分]如图,一折射率为2的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜,若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。
答案 3-33l
6.[2022河北,16(2),8分]如图,一个半径为R的玻璃球,O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出,出射光线AB与球直径SC平行,θ=30°。光在真空中的传播速度为c。求:
(ⅰ)玻璃的折射率;
(ⅱ)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。
答案 (ⅰ)3 (ⅱ)46Rc
7.[2021河北,16(2)]将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置,圆心上下错开一定距离,如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为θ。当θ=60°时,A右侧恰好无光线射出;当θ=30°时,有光线沿B的半径射出,射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求:
(ⅰ)半圆柱体对该单色光的折射率;
(ⅱ)两个半圆柱体之间的距离d。
答案 (ⅰ)233 (ⅱ)2h-22R
8.(2023山东,16,8分)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量,其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N,相距为d,直径均为2a,折射率为n(n<2)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体,经被测物体表面镜面反射至N下端面,N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ,求θ的正弦值;
(2)被测物体自上而下微小移动,使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
答案 见解析
解析 (1)由题意可知光在M内恰好发生全反射时,从M下端面出射的光与竖直方向的偏角最大为θ,设光在M下端面的入射角为α,则有α=90°-C,故有sin α=cs C,又sin C=1n,n=sinθsinα,联立解得sin θ=n2-1。
(2)由题意可知,从M下端面最右侧射出的与竖直方向夹角为θ的光,刚好能反射到N下端面,如图所示,设光刚好反射到N下端面最左侧,此时玻璃丝下端面到被测物体距离为b0,由图可知tan θ=d2b0,又sin θ=n2-1,解得b0=d22-n2n2-1;设被测物体下移Δb时,光刚好反射到N下端面最右侧,则tan θ=d+2a2b0+Δb,解得Δb=a2-n2n2-1,所以玻璃丝下端面到被测物体的距离b的范围是b0≤b≤b0+Δb,即d22-n2n2-1≤b≤d2+a2-n2n2-1。