专题十四光-习题

专题十四光考点1光的折射全反射考点2光的波动性目录三年模拟五年高考实验微专题16测量玻璃的折射率实验微专题17用双缝干涉实验测量光的波长实验微专题题型23光路分析练综合题型强化练/限时检测练/五年高考考点1光的折射全反射考向1光的折射折射率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

(

)A2.

(2021浙江6月,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9

0°,则

(

)A.光盘材料的折射率n=2B.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D3.

(2022江苏,12,8分)如图所示,两条距离为D的平行光线,以入射角θ从空气射入平静水面,反射光线与折射光线垂直。求:(1)水的折射率n;(2)两条折射光线之间的距离d。

答案

(1)tanθ

(2)D·tanθ4.

(模块融合)(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

d。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=

,求:(1)tanθ的值;(2)B位置到水面的距离H。

答案

(1)

(2)

d考向2全反射5.

(回归教材·人教版选必一P94)(2024浙江6月,3,3分)如图为水流导光实验,出水口受激光照射,下面桶中的水被照亮,则

(

)

A.激光在水和空气中速度相同

B.激光在水流中有全反射现象C.水在空中做匀速率曲线运动

D.水在水平方向做匀加速运动B6.

(数据呈现方式创新)(2021江苏,7,4分)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上,将激光束垂直于AC面入射,可以看到光束从圆弧面ABC出射,沿AC方向缓慢平移

该砖,在如图所示位置时,出射光束恰好消失。该材料的折射率为

(

)

A.1.2

B.1.4

C.1.6

D.1.8A7.

(2023湖北,6,4分)如图所示,楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°,OP边上的点光源S到顶点O的距离为d,垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次

反射,OQ边上有光射出部分的长度为

(

)

A.

d

B.

d

C.d

D.

dC8.

(2020山东,9,4分)(多选)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜的ABC面垂直,D位于

线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为

,只考虑由DE直接射向侧面AA'C'C的光线。下列说法正确的是

(

)ACA.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的

B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的

C.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将增大D.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将减小9.

[2022广东,16(2),6分]一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所

发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表

面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在

液体中的传播速度v。答案

c考向3光路分析10.

(2020浙江1月,12,3分)如图所示,一束光与某材料表面成45°角入射,每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0<k<1)。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量

的(1-k2)倍,则该材料折射率至少为

(

)

A.

B.

C.1.5

D.2A11.

(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

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A12.

(2023浙江1月,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A13.

[2024全国甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=

,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光

线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。

求此时h与R的比值。答案

14.

(2024山东,15,8分)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。

横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射,折射光线垂直EG边射出。

已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。(1)求sinθ;(2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。答案

(1)

(2)ED≤

15.

[2022重庆,16(2),8分]如图所示,水面上有一透明均质球,上半球露出水面,下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯(可视为点光源),均质球对两种色光的折射率

分别为n红和n蓝。为使从光源照射到上半球面的光,都能发生折射(不考虑光线在球内

反射后的折射),若红灯到水面的最大距离为h红,①求蓝灯到水面的最大距离;②两灯都装在各自到水面的最大距离处,蓝灯在红灯的上方还是下方?为什么?答案见解析16.

[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=0.8mm。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=1.0mm,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

(ⅰ)

mm

(ⅱ)

mm17.

(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<

)。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

(1)

(2)

≤b≤

考点2光的波动性1.

(2024山东,4,3分)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示,将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙

所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是

(

)A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格,滚珠c不合格D.滚珠b不合格,滚珠c合格C2.

(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C3.

(2023辽宁,8,6分)(多选)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置,当轮船以设计的标准速度航行时,球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示,两列波的叠加

可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是

(

)A.插入水中的筷子,看起来折断了B.阳光下的肥皂膜,呈现彩色条纹C.驶近站台的火车,汽笛音调变高D.振动音叉的周围,声音忽高忽低BD4.

(2023重庆,5,4分)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹,发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将

a、b光以相同的入射角由水斜射入空气,发现a光的折射角比b光的大。则

(

)A.在空气中传播时,a光的波长比b光的大B.在水中传播时,a光的速度比b光的大C.在水中传播时,a光的频率比b光的小D.由水射向空气时,a光的全反射临界角比b光的小D5.

(2024黑吉辽,4,4分)某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所

示。用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条

亮条纹中心间距变小的是

(

)A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离A6.

(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A7.

(2021江苏,6,4分)铁丝圈上附有肥皂膜,竖直放置时,肥皂膜上的彩色条纹上疏下密,由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是

(

)

C8.

(2021浙江6月,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°AB9.

(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D10.

(2024湖南,9,5分)(多选)1834年,洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外

倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是

(

)A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动BC11.

(2021山东,7,3分)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是

(

)D三年模拟题型23光路分析1.

(2024湖南名校联合体联考)(多选)在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图所示,等腰梯形ABCD是“道威棱镜”的横截面,底角为45°。一束

单色光从AB边的E点沿平行BC边的方向射入棱镜,折射光线经BC边反射后照射在CD

边上的F点(图中未标出),然后让光束绕E点沿顺时针转过45°,此过程中BC边的反射光

线均直接照射到CD边,不考虑光在CD边的反射,已知棱镜对光的折射率为

,下列说法正确的是

(

)BDA.开始时,光束在E点射入棱镜时的折射角为60°B.光束在F点发生折射,折射光线与BC边平行C.在光束绕E点转动过程中,照射到BC边的光束会从BC边射出D.在光束绕E点转动过程中,光束在棱镜中传播时间会越来越短2.

(2024辽宁名校联盟一模)(多选)一个柱状玻璃砖的横截面如图所示,它可视为由半径为R的四分之一圆OPQ与直角三角形OPM组成,∠OPM=90°,∠OMP=60°。现

有一束单色光从OM边上的S点以入射角i=45°射入玻璃砖,折射光线恰好与OP垂直,接

着经圆弧面PQ反射后从N点垂直边界OQ射出。已知光在真空中的传播速度为c,则

(

)A.玻璃对该单色光的折射率为

B.ON=

RC.OS=

RD.该单色光在玻璃砖中的传播时间为

AC3.

(2024雅礼中学月考)某半径为r的类地行星表面有一单色点光源P,其发出的沿各方向的光经过厚度为(

-1)r、折射率n=2的均匀行星大气层射向太空。取包含P和行星中心O的某一截面(如图所示),设此截面内,一卫星探测器在半径为

的轨道上绕行星做匀速圆周运动。忽略行星表面对光的反射。sin15°=

。(1)从P点发出的光入射到大气外表面时,求发生全反射的临界角;(2)求大气外表面发光区域在截面上形成的弧长;(3)卫星探测器运行时,只能在轨道某些部分观测到光,求这部分轨道的弧长。

答案

(1)30°

(2)

(3)

三年模拟30分钟1.

(2024安徽名校联盟期末)下列说法正确的是

(

)A.光导纤维束传送信号利用了光的衍射现象B.在光的双缝干涉实验中,把入射光由红光改为蓝光,条纹间距将变宽C.潜艇利用声呐探测周围物体的分布情况,其原理是波的衍射D.用标准平面检查光学表面的平整程度利用了光的干涉现象D2.

(2024山东潍坊一模)制造半导体元件,需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅(SiO2)薄膜的厚度,把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖,用波长λ=630nm的激光

从上方照射劈尖(不考虑光在反射过程中的半波损失),观察到在腐蚀区域内有8条暗

纹,且斜面转为平面的棱MN处是亮纹,二氧化硅的折射率为1.5,则二氧化硅薄膜的厚度

为

(

)A.1680nm

B.1890nmC.2520nm

D.3780nmA3.

(2024山东淄博期末)洛埃镜实验可以得到杨氏双缝干涉实验的结果,其实验的基本装置如图所示。S为单色光源,M为一平面镜,S发出的光直接照在光屏上,同时S发

出的光还通过平面镜反射到光屏上,最终在光屏上得到明暗相间的干涉条纹。设光源

S到平面镜所在平面的距离和到光屏的距离分别为d和L,光的波长为λ,在光屏上形成

干涉条纹,则

(

)A.若将平面镜M右移一小段距离,光屏上的条纹间距变小B.若将平面镜M右移一小段距离,光屏上的条纹间距变大C.相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=

λD.相邻两条亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx=

λD4.

(2024湖南邵阳二模)“半波损失”是一种在波的反射过程中产生的现象,是指波从波疏介质射向波密介质时,反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达

入射点时的振动方向相反,即反射波相对于入射波相位突变π的现象。现有一种防蓝

光眼镜,从眼镜前面观察,可以发现镜片呈现蓝色,它是通过在镜片前表面镀膜增强蓝

光的反射来实现的,膜的折射率为n1,镜片材质的折射率为n2,且n1>n2,膜的最小厚度为d,

蓝光在膜中的波长为λ,则

(

)A.d=

B.d=

C.d=

D.d=

A5.

(2024湖南益阳三模)由于大气层的存在,太阳光在大气中折射,使太阳“落山”后我们仍然能看见它。某同学为研究这一现象,建立了一个简化模型。将折射率很小

的不均匀大气等效成折射率为

的均匀大气,并将大气层的厚度等效为地球半径R。根据此模型,一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间大约为(地

球自转周期为24h,地球上看到的太阳光可以看成平行光)

(

)A.3h

B.2hC.1.5h

D.1hD6.

(真实情境·反机械刷题)(2024江苏南通二模)如图所示,桌面上放一枚硬币,一个透明圆柱体放在硬币上。从圆柱体侧面任意位置观察硬币,均未能看到。圆柱体的折

射率可能等于

(

)

A.1.30

B.1.33

C.1.38

D.1.48D7.

(2024湖北八市联考)琉璃灯表演中有一个长方体玻璃柱,如图所示,底面是边长为a的正方形,高为2a。在玻璃柱正中央竖直固定一长为a的线状光源,向四周发出红

光。已知玻璃柱的材料对红光的折射率为

,忽略线状光源的粗细,则玻璃柱一个侧面的发光面积为

(

)

A.

a2

B.

a2

C.

a2

D.2a2

A8.

(2024皖南八校联考)如图所示,有一束复色光沿等边三棱镜截面ABC所在平面从空气射向AB边的中点D,入射方向与AB边的夹角θ=30°,经三棱镜折射后分为a、b两

束单色光,单色光a折射到BC边的中点E,单色光b折射到F点。下列说法正确的是

(

)A.a光在三棱镜中的传播速度大于b光在三棱镜中的传播速度B.对同一障碍物,a光比b光的衍射现象更明显C.入射光从DB之间且垂直AB边射入,则a光不能从BC边射出D.用a、b光分别照射同一种金属,若a光能发生光电效应,则b光也一定能发生光电效应C9.

(2024江苏南京二模)如图所示,在“测量玻璃的折射率”的实验中,某同学发现当光以入射角i=60°从空气射入截面为矩形的玻璃砖时,下表面射出玻璃砖的光线相

对入射光线的侧移恰好等于BC。已知玻璃砖的厚度为L,光在真空中的传播速度

为c。求:(1)玻璃对光的折射率;(2)光在玻璃砖中传播的时间。答案

(1)

(2)

10.

(2024河北部分学校一模)如图所示,边长为a的等边三角形ABC是一中空玻璃棱镜的横截面,中空部分是圆心在三角形垂心O处、半径为

的圆。让一束激光从AB边的D点以45°的入射角射入棱镜,光恰能沿平行于BC边的直线经O点后从AC边射出。(1)求玻璃的折射率n;(2)若保持入射角45°不变,使入射点沿AB边向A点缓慢移动,当入射点移至E点(图中未画出)时,恰好没有光进入中空部分,求A、E两点间的距离x。答案

(1)

(2)