2021届新高考物理二轮复习检测（三十一）光学

专题跟踪检测（三十一）

光学

1.［多选］如图所示，以下关于光学知识的叙述正确的是（）

甲乙丙丁

A.甲图是著名的泊松亮斑图案，这是光波的衍射现象

B.乙图中的彩虹是不同色光在水滴中折射率不同造成的

C.丙图的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的偏振原理

D.丁图是医学上的内窥镜，其核心部件光导纤维能传输光像信号，是利用光的全反射

解析：选ABD题图丙的照相机镜头上涂有一层增透膜，增透膜利用了光的干涉原理，

选项C错误。

2.（2020・聊城一楼）下列说法不正确的是（）

A.电子表的液晶显示用到了偏振光

B.光纤利用的是光的全反射

C.红光由空气进入水中，波长变短，颜色不变

D.分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到的条纹间距更窄

解析：选D电子表的液晶显示用到了偏振光，A正确；光纤利用的是光的全反射，B

正确；红光由空气进入水中，频率不变，所以颜色不变，根据。=今="；可知折射率"变

大，波长变短，C正确；分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，因为:一＜2*,

根据干涉条纹间距公式Ax=，，可知用黄光时得到的条纹间距更宽，D错误。

3.［多选］以下物理学知识的相关叙述正确的是（）

A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振

B.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应

C.变化的电场周围一定产生变化的磁场

D.狭义相对论认为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关

解析：选BD用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，选项

A错误；交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应，选项B正确；变化的电

场周围一定产生磁场，均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，选项C错误；狭义相对论认

为，在惯性参考系中，光速与光源、观察者间的相对运动无关，选项D正确。

4.［多选］（2020•天津调研）如图所示，由红、紫两种色光组成的复色光束PO,沿半径方

向由空气射入玻璃半圆柱后，被分成沿图示方向射出的两光束OA和八本

则下列判断正确的是（）

A.04是单色光B.04是复色光

C.。〃是单色光D.为复色光

解析：选AD由题图可知08为反射光，所以08应为复色光；而折射后只有一束光

线，故有一光发生了全反射，而红光与紫光相比较，紫光的临界角要小，故紫光发生了全

反射，所以0A是红光，为单色光，故选A、D„

5.“牛顿环”又称“牛顿圈”，如图甲所示。牛顿环的上表面是半径很大的玻璃球冠

的平面，下表面是球冠的凸面，其工作原理为“薄膜干涉”。可以用来判断透镜表面曲率

半径和液体折射率等。把牛顿环与玻璃面接触，在日光下或用白光照射时，可以看到明暗

相间的彩色圆环；若用单色光照射，则会出现一些明暗相间的单色圆环，如图乙所示。它

们是由球面和被检测面上反射的光相互干涉而形成的条纹，这些圆环的分布情况与球冠半

径及被测物品的表面情况有关。以下分析正确的是（）

A.圆环的间距大小与球冠半径大小无关

B.球冠的半径越大，圆环的间距越小

C.若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的

D.被检测的面必须是平的

解析：选C若将玻璃球体的半径增大一些，则玻璃球体与被检测的平面之间的夹角

将减小，它们之间的空气膜的厚度的变化减慢，所以形成的同心圆环的间距增大，球冠的

半径越大，圆环的间距越大，故A、B错误；根据薄膜干涉的原理可知，当光程差为波长的

整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，所以若观察到的

是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的，故C正确；根据薄膜干涉的特点可知，被检

测的面可以是平的，也可以是凸的，或凹的，故D错误。

6.(2020•浙江7月选考)如图所示，圆心为0、半径为K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〃=60。时，光线从玻璃徜圆形表面出射

后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,贝!!()

A.玻璃砖的折射率为1.5

B.。尸之间的距离为点R

C.光在玻璃砖内的传播速度为乎c

D.光从玻璃到空气的临界角为30。

解析：选C光路图如图所示，设。尸距离为x,当，=60。时，折7

射角为r,光从玻璃砖圆形表面射出时与玻璃砖的界面交点为Q,由出/K\V\

射光线与入射光线平行知过P点的法线与过。点的法线平行，°,P》

则玻璃砖的折射率〃=品7='—---------

又沿尸点垂直入射的光恰好发生全反射,

则

sinC=n_=£R

联立①②式解得〃=小。故A、B项错误。

临界角C=arcsin坐

光在玻璃瓶中的速度。=£=^c。故C项正确，D项错误。

7.（2020-H照模拟）在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b、c三种

不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，》在水下的像最深，c照亮

水面的面积比a的大，关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回

答如下：①c光的频率最大，②。光的传播速度最小，③6光的折射率最大，④。光的波长

比》光的短。根据老师的假定，以上回答正确的是（）

A.①@B.①③

C.（2X4）D.③④

解析：选C根据视深公式五'=5说明频率最小的光，水对它的折射率最小，在水

下的像最深，所以b的折射率最小，频率最小，波长最大，传播速度最大，③错误，④正

D1

确；照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足tanC=z，又sinC=/c照亮水面的面

积比a的大，则c的临界角大，水对c的折射率小，所以a的折射率最大，a的频率最大，

a的传播速度最小，①错误，②正确。

8.（2020•潍坊模拟）一束复色光由空气斜射向平行玻璃砖，入射角为〃，从另一侧射出时

分成“、5两束单色光，如图所示，下列说法正确的是（）、

A.在该玻璃中a的传播速度比b小---\\

B.6比a更容易发生衍射

C.增大优〃<90。），a、〃可能不会从另一侧射出

D.a从该玻璃射向空气时的临界角比b的大

解析：选D由题图看出，光线通过平行玻璃砖后，a光偏折较小，方光偏折较大，说

明玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，由。=点可知，在该玻璃中a的传播速度比b

大，故A错误；a光的折射率较小，频率较低，波长较长，则a比分更容易发生衍射，故B

错误；光射到玻璃砖下表面时的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定

能从下表面射出，故C错误；由sinC=:可知，由于玻璃对a光的折射率小于对分光的折

射率，则。光的临界角更大，故D正确。

9.A8CDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，ABLBC,由a、两种单

色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂

直于8c射出，且在C。、AE边只有a光射出，光路如图所示。则a、

b两束光（）

A.在真空中，“光的频率比。光的大

B.在棱镜内，。光的传播速度比b光的小

C.以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小

D.用两光照射某一金属板，若“光不能发生光电效应，则5光也一定不能

解析：选C由题图知：光线在CZ）界面上，相同的入射角的a光发生了折射，分光发

生了全反射，说明》光比a光折射率大，6光的频率比a光的大，故A错误；由公式。=今

可知同种介质中a光速度大，故B错误；根据折射定律〃=＞一，可知以相同的入射角从

smr介质

空气斜射入水中，5光的折射角较小，故C正确；根据光电效应方程Ek=/"-Wo,方光比

a光频率大，6光有可能发生光电效应，故D错误。

10.（2020•烟台一楔）如图所示，在等边三棱镜截面A5C内，有一束单色光从空气射向其

边界上的E点，已知该单色光入射方向与三棱镜边界AB的夹角为0=30。，七人

该三棱镜对该单色光的折射率为小，则下列说法中正确的是（）\

BC

A.该单色光在A5边界发生全反射

B.该单色光从空气进入棱镜，波长变长

C.该单色光在三棱镜中的传播光线与底边5c平行

D.该单色光在AC边界发生全反射

解析：选C在AB边界光由空气射入三棱镜，是由光疏介质射入到光密介质，不会发

生全反射，故A错误；光从空气进入棱镜，频率不变，波速变小，波长变小，故B错误;

由几何知识得：光线在A8面上入射角为i=60。，棱镜的折射率为〃=黑=由，故折射角

为r=30。，折射光线与AB面的夹角是60°,所以该单色光在三棱镜中的传播光线与底边

8c平行，故C正确；由几何关系可知，光线在AC边界的入射角等于A8面上的折射角，

根据光路可逆性原理知，该单色光在AC边界不可能发生全反射，故D错误。

11.（2020•青岛质检）如图所示，一小孩在河水清澈的河面上以1m/s的速度游泳，f=0

时刻他看到自己正下方的河底有一小石块，f=3s时他恰好看不到小石块:：^：：：：：：：：^：：：

了，河水的折射率〃=率4下列说法正确的是（）

A.3s后，小孩会再次看到河底的石块

B.前3s内，小孩看到的石块越来越明亮

C.这条河的深度为Sm

D.f=0时小孩看到的石块深度为学m

解析：选Cf=3s时他恰好看不到小石块了，说明在此位置从小石块射到水面的光发

生了全反射，则3s后的位置从小石块射到水面的光仍发生全反射，则小孩仍不会看到河底

的石块，选项A错误；前3s内，从小石块上射向水面的光折射光线逐渐减弱，反射光逐渐

增强，可知小孩看到的石块越来越暗，选项B错误；由于sinC=G=W，则tanC=方，可

知水深/［=,「—、m,选项C正确；1=0时小孩看到的石块深度为h'

1311CzJ〃4

万

m,选项D错误。

12.［多选］一空心玻璃球体外球面为S1,内球面为S2,球体外径为/'1,内径为r2,如图

所示为过球心的一截面，一单色光从外球面舟上的A点以a等于30°

角入射恰好在内球面S2上发生全反射（只考虑第一次全反射），贝！1（）

A.空心球体内径、外径之比为r2：n=l：2

B.若a角增加为60。时折射光线恰好与内球面S2相切，则折射率"=#

C.若入射光改为频率更高的单色光，入射角a仍为30。，则也恰好能在内球面S2上发

生全反射

D.入射光频率越高在玻璃球体内传播速度越大

解析：选ABC设光在A点发生折射的折射角为0,发生全反射的入射角为“，则有n

=嘿9，发生全反射时有sin/?=；,如图甲所示，在三角形ANO中由正弦定理得乎=

sin（：-Q联立解得厂2：n=l：2,故A正确；若a角增加为60。时折射光线恰好与内球面

S2相切，如图乙所示，由几何关系可知NM4O=30。，折射率为"=工$=5，故B正确；

若入射光改为频率更高的单色光，入射角a仍为30。，设此时的折射角为〃'，射到内球面

上的入射角为夕，则有〃'=察新，且乎一=sin（n：.）,联立解得或门夕=；,

则说明恰好发生全反射，故C正确；由公式0=5可知，入射光频率越高，在玻璃球体内传

播速度越小，故D错误。

13.（2020•枣庄二模）如图所示，水平面上静止放置一个透明实心玻璃球，。点是球心，

A是最高点，5是最低点。两条跟水平面夹角为45。的平行光线斜照在球面上，其中一条对

着球心O,其延长线交地面于。点（图中未画出），另一条过最高点4。已知该玻璃的折射率

为血,tan15°=2~\/3o求：

（1）过A点的光线折射进入玻璃球时的折射角；

（2）过A点的光线从玻璃球射出后，跟水平面的交点是在。点的左侧、右侧、还是在O

点？试证明你的猜想。

解析：(1)由题意知，光线在A点入射角i=45。。设折射角为r,由折射定律得〃=含

解得r=30°o

(2)设E点为过A点折射光线的出射点，由几何关系得

AE=2Rcos30°=巾K

过E点作水平面的垂线，垂足为f；过E点作水平线，与A8的交点为C,由几何关

系得

EF=CB=2R~AEcos30°=不

设光线在E