2023年高考物理高频考点穿透卷专题41光学（含解析）

专题41光学一.真题再现1.(2023·全国卷Ⅱ)如下图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线．那么________．A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．假设改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，那么折射光线a首先消失E．分别用a、b光在同一个双缝干预实验装置上做实验，a光的干预条纹间距大于b光的干预条纹间距【答案】ABD【题型】多项选择题【难度】一般2.(2023·全国乙卷)如下图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为eq\f(4,3).(1)求池内的水深；(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为2.0m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保存1位有效数字)．【答案】(1)2.6m(2)0.7m【解析】(1)如图，设到达池边的光线的入射角为i，依题意，水的折射率n＝eq\f(4,3)，光线的折射角θ＝90°.由折射定律有nsini＝sinθ①由几何关系有sini＝eq\f(l,\r(l2＋h2))②式中，l＝3.0m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得h＝eq\r(7)m≈2.6m． ③式中h′＝2m．联立③④⑤⑥式得x＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3\r(\f(7,23))－1))m≈0.7m． ⑦【题型】计算题【难度】一般3．(2023·全国卷Ⅱ)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下外表贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上外表放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率．【答案】eq\r(1＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(h,R－r)))2)【解析】根据全反射定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上外表时入射角为临界角(如下图)设为θ，且sinθ＝eq\f(1,n).根据几何关系得：sinθ＝eq\f(L,\r(h2＋L2))而L＝R－r联立以上各式，解得n＝eq\r(1＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(h,R－r)))2).【题型】计算题【难度】一般〔二〕试题猜测4．图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．光在真空中的传播速度为c.(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间．【答案】(1)sini≤eq\r(n2－1)(2)eq\f(Ln2,c)【解析】(1)设光线在端面AB上C点(见图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sini＝nsinr ①设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ ②式中，θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足nsinθ＝1 ③由几何关系得α＋r＝90° ④由①②③④式得sini≤eq\r(n2－1). ⑤【题型】计算题【难度】一般5．桌面上有一玻璃圆锥，圆锥的轴(图中的虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，此三角形的边长为L，如下图．有一半径为eq\f(L,3)的圆柱形平行光束垂直底面射到圆锥上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．玻璃圆锥的折射率为eq\r(3)，求：(1)光在玻璃圆锥中的传播速度；(2)光束在桌面上形成光斑的面积．【答案】(1)1.73×108m/s(2)eq\f(πL2,36)【解析】(1)由n＝eq\f(c,v)解得v＝1.73×108△OBE为等边三角形，所以BE＝L－OA＝eq\f(L,3)光斑半径R＝eq\f(L,2)－eq\f(L,3)＝eq\f(L,6)所以光斑面积S＝πR2＝eq\f(πL2,36).【题型】计算题【难度】一般6．如下图，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，那么以下说法中正确的选项是()A．用同一双缝干预实验装置分别以a、b光做实验，a光的干预条纹间距大于b光的干预条纹间距B．用a、b光分别做单缝衍射实验时，它们的衍射条纹宽度都是均匀的C．在水中a光的速度比b光的速度小D．a光在水中的临界角大于b光在水中的临界角E．a光的频率小于b光的频率【答案】ADE【题型】多项选择题【难度】一般7．以下说法正确的选项是()A．在水中的鱼斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实际位置高B．光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的大C．水中的气泡，看起来特别明亮是因为光线从气泡中射向水中时，一局部光在界面上发生了全反射D．全息照相主要是利用了光的衍射现象E．沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象【答案】ABE【解析】A选项中，画光路图可知在水中的鱼斜向上看岸边的物体时，看到的物体比物体所处的实际位置高，A选项正确．光纤通信是利用全反射的原理工作的，而发生全反射时必须是从光密介质射向光疏介质，所以光纤内芯的折射率比外壳的大，B选项正确．水中的气泡看起来特