2021年高考物理二轮复习核心考点专项突破光学练习（含解析）.pdf

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光学
一选择题
1.(多选)下列说法正确的是()
,看到的物体将比物体所处的实际位置高
,光纤内芯的折射率比外壳的大
,看起来特别明亮是因为光线从气泡中射向水中时,一部分光在界面上
发生了全反射


【答案】ABE
【解析】景物的光斜射到水面上,会发生折射现象,进入水中的光线会靠近法线,水中
的鱼逆着光的方向看景物形成的像会比物体的实际位置高,,
会在内芯和外壳的界面处发生全反射,所以内芯的折射率比外壳的大,
看起来特别明亮是因为光线从水射入气泡时发生全反射的缘故,
光的干涉现象,、沙漠蜃景都是由于光的全反射而产生的,E正确.
,半圆形玻璃砖按图中实线位置放置,

θ(0°<θ<90°),,以下
说法正确的是()
→F→B方向移动:.



=45°时,=2
【答案】BCE
【解析】画出光路图易知,折射光斑在弧形屏上沿C→D方向移动,选项A错误;随着
入射角增大,反射光增强,而折射光减弱,故折射光斑的亮度逐渐变暗,选项B正确;根据
0°<θ<90°及折射定律可知,在玻璃砖转动过程中,折射角一定大于入射角,而反射角等
于入射角,则折射角一定大于反射角,选项C正确;根据反射定律和几何知识知,玻璃砖转
过θ角,则反射光线转过2θ角,选项D错误;当玻璃砖转至θ=45°时,恰好看不到折
1
射光线,恰好发生了全反射,则临界角C=45°,由临界角公式sinC=,解得折射率n=
n
2,选项E正确.
,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入
气泡,A为入射点,之后a、b色光分别从C点、D点射向介质,
角为30°,a色光的偏向角为45°(C点出射光线与A点入射光线的夹角),CD弧所对的圆
心角为3°,则下列结论正确的是()
°
=3
a
,a光的频率小于b光的频率
1
=
2sin51°
、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置,屏上的条纹间距x<x
ab
【答案】ADE
【解析】光线在A点的入射角为i,折射角分别为r、°,
ab
而偏向角θ=2(r-i),得r=°,由几何知识得:AC弧所对的圆心角为180°-
aaa
2×°=75°,CD弧所对的圆心角为3°,则AD弧所对的圆心角为78°,故r=
b
180°-78°
=51°,b色光的偏向角为θ=2(r-i)=42°,
2bb:.
°sin60°sinr
射率n=a=<==b
asinisin30°sin30°bsini
sin51°
=<n,则a光的频率大于b光的频率,
sin30°a
11
正弦sinC==.,a光的偏向角大于b光的偏向角,a光
n2sin51°
b
的折射率大于b光的折射率,a、b两单色光在透明介质中的波长λ<
ab
l
Δx=λ,波长长的双缝干涉时条纹间距较大,故Δx<Δx,故E正确.
dab
,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。若
要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是________。





【答案】ACD
l
【解析】根据条纹间距表达式x可知:因红光的波长大于绿光的波长,则改用
d
红色激光可增大条纹间距,选项A正确;因蓝光的波长小于绿光的波长,则改用蓝色激光可
减小条纹间距,选项B错误;减小双缝间距d可增加条纹间距,选项C正确;将屏幕向远离
双缝的位置移动,即增加l可使条纹间距变大,选项D正确;光源与双缝间的距离不影响条
纹间距,选项E错误;故选ACD。
,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)
光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是()
:.


°角振动的光
【答案】ABD
【解析】太阳光是自然光,光波可沿垂直传播方向的任何方向振动,所以在P的另一侧
能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,当然可以看到
透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,所以看不到透射光;沿与竖直
方向成45°角振动的光,其振动方向与透振方向不垂直,仍可看到透射光,A、B、D正确.
二填空题
,在杨氏双缝干涉实验中,×10-7m,屏上P点距双缝S
1
×10-7m,则在这里出现的应是________(填“明条纹”或“暗条
2
纹”).×10-7m的激光进行上述实验,保持其他条件不变,则屏上的条
纹间距将________(填“变宽”“变窄”或“不变”).
【解析】由题意知Δs=×10-7m=,
l
Δx=λ知,λ变大,Δx变大,所以条纹间距将变宽.
d
【答案】暗条纹变宽
,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与其平行的日光灯,
能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填“折射”“干涉”或“衍射”).当缝的宽
度(选填“远大于”或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显。:.
【答案】衍射接近
【解析】通过两支铅笔中间的缝能看到彩色条纹,说明光绕过缝而到人的眼睛,所以这
是由于光的衍射现象,由发生明显衍射条件可知,当缝的宽度与光波的波长接近或比光波的
波长少得多时能发生明显衍射现象。
。实验时,接通电源使光源正常发光:调
整光路,使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题:
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数,该同学可__________;




(2)若双缝的间距为d,屏与双缝间的距离为l,测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之
间的距离为Δx,则单色光的波长λ=_________;
(3)某次测量时,,,
。则所测单色光的波长为
______________nm(结果保留3位有效数字)。
xd
【答案】(1)B(2)(3)630
(n1)l
l
【解析】(1)由Δx=,因Δx越小,目镜中观察得条纹数越多,故B符合题意;
d
xldx
(2)由,λ=;
n1d(n1)l
d103m103m
(3)λ==103m630nm。
(n1)l(41)
三计算题
,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌:.
面垂直,过轴线的截面为等边三角形,
到圆锥的底面上,=:
(1)通过计算说明光线1能不能在圆锥的侧面B点发生全反射;
(2)光束在桌面上形成的光斑半径为多少?
1
【解析】(1)临界角sinC=
n
3
C=arcsin
3
光路图如图所示,入射角为60°
3
又arcsin=60°
2
所以有C<60°
所以,光线1能在圆锥的侧面B点发生全反射.
(2)此时光线在第一个界面上发生全反射后垂直射在相对一侧的界面上,沿直线射出,:.
如图所示,由几何知识可得rtan60°=(R+r)tan30°,故半径R=2r。
【答案】(1)能,计算见解析(2)2r
,△ABC是一直角三棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=60°.一细光束从BC边
的D点折射后,射到AC边的E点,
于G,.
(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角;
(2)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?
【解析】(1)光线在BC面上折射,由折射定律有
sini=nsinr①
11
式中,n为棱镜的折射率,
11
AC面上发生全反射,由反射定律有
i=r②
22
式中i和r分别是该光线在AC面上的入射角和反射角
22
光线在AB面上发生折射,由折射定律有
nsini=sinr③
33
式中i和r分别是该光线在AB面上的入射角和折射角
33
由几何关系得
i=r=60°,r=i=30°④
2213
F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为
δ=(r-i)+(180°-i-r)+(r-i)⑤
112233
由①②③④⑤式得
δ=60°.⑥
(2)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsini≥nsinC>nsin
2:.
i⑦
3
式中C是全反射临界角,满足
nsinC=1⑧
由④⑦⑧式知,棱镜的折射率n的取值范围应为
23
≤n<2.⑨
3
,其半径R=20cm,AB是过圆心的一条
,发射出一条很细的水平激光束,
将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动h=,水平激光束第一次从B点射出.(光在
真空中的传播速度为3×108m/s,3=)试求:
(1)玻璃的折射率;
(2)经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间(从进入玻璃圆柱体开始计时).
sinα
【解析】(1)光线SC经折射后经过B点,光路如图所示,由折射定律得n=
sinβ
由几何关系有α=2β
R-
sinα===
R202
α=60°,β=30°
解得n=3:.
(2)光线SC折射后经B点反射出玻璃的光路如图所示.
CB=BD=2Rcosβ=3R
c
由v=得v=3×108m/s
n
23R
光在玻璃中的传播时间t==4×10-9s
v
【答案】(1)3(2)4×10-9s
,ABCD是一玻璃砖的截面图,一束光与AB面成30°角从AB边上的E点射
入玻璃砖中,折射后经玻璃砖的BC边反射后,从CD边上的F点垂直于CD边射出.
已知∠B=90°,∠C=60°,EB=10cm,BC==3×108m/s,求:
(1)玻璃砖的折射率;
(2)光在玻璃砖中从E到F所用的时间.(结果保留两位有效数字)
【答案】(1)3(2)×10-9s
【解析】(1)光在玻璃砖中传播光路如图所示,
由几何关系可得
i=60°,r=∠BQE=∠CQF=30°
sini
由折射定律n=
sinr
得n=3
c
(2)由n=,得v=3×108m/s
v:.
由几何关系得EQ=2EB=20cm
QF=QCcos30°=(BC-BQ)cos30°=(153-15)cm
EQ+QF
t=≈×10-9s
v
,CD是半径为R的四分之一
圆,圆心为O;光线从AB面上的M点入射,入射角为θ,光进入棱镜后恰好在BC面上的O
点发生全反射,然后由CD面射出。已知OB段的长度为L,真空中的光速为c。求:
(1)透明材料的折射率n;
(2)该光在透明材料内传播的时间t。
【解析】(1)设光线在AB面的折射角为r,光路如图所示
sinθ
根据折射定律得:n=
sinr
1
设棱镜的全反射临界角为θ,由题意,光线在BC面恰好发生全反射,得到sinθ=
CCn
由几何知识可知,r+θ=90°
C
联立以上各式解得n=1+sin2θ。
c
(2)光在棱镜中的传播速度v=
n
L
由几何知识得,MO==nL
sinθ
C
该光在透明材料内传播的时间:.
MO+R1+sin2θ(L1+sin2θ+R)
t==。
vc
1+sin2θ(L1+sin2θ+R)
【答案】(1)1+sin2θ(2)
c
,厚度为d的平行玻璃砖与光屏EF均竖直放置,玻璃砖右侧面距光屏为d,
,一束垂直玻璃砖表面,另-束与玻璃砖表
3
面成45°角,两束光经折射后射到光屏上,光屏上两光点间距为2+d,已知光在真空
3
:
(1)玻璃砖的折射率;
(2)激光在玻璃砖中传播的时间.
【解析】(1)作出光路图如图所示,入射角α=45°
3
设折射角为β,光束从玻璃砖出射时偏离入射点距离为y,y=d
3:.
y1
sinβ==
y2+d22
sin45°
由折射定律n==2
sinβ
c
(2)n=,y2+d2=vt
v
26d
解得t=
3c
26d
【答案】(1)2(2)
3c
,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO′表示光轴(过球心O
与半球底面垂直的直线)。。现有一束平行光垂直入射到半球的底
面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求
(i)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;
R
(ii)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
3
23(223)R
【答案】(i)R(ii)
35
【解析】(i)如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,
当i等于全反射临界角i时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。
0
ii①
0
设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsini1②
0:.
l
由几何关系有sini③
R
2
联立①②③式并利用题给条件,得lR④
3
R
(ii)设与光轴距的光线在球面B点折射时的入射角和折射角分别为i和r,由折
311
射定律有
nsinisinr⑤
11
sinCsin(180or)
设折射光线与光轴的交点为C,在△OBC中,由正弦定理有1⑥
ROC
由几何关系有Cri⑦
11
1
sini⑧
13
3(223)R
联立⑤⑥⑦⑧式及题给的条件得OC⑨
5