备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练13 光学（Word版附解析）

这是一份备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练13 光学（Word版附解析），共11页。试卷主要包含了下列关于光学现象的说法正确的是，微波炉是利用微波进行工作的，4 mm等内容，欢迎下载使用。

基础巩固
1.(2024广东佛山二模)下列关于光学现象的说法正确的是( )
A.图甲,光信号在光导纤维中发生全反射,则内芯的折射率小于外套的折射率
B.图乙观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜,此过程利用了光的偏振现象,光是横波
C.让激光束通过一个狭缝,可能观察到光屏上出现图丙所示的现象,波长越长,条纹间距越大
D.在图丁中,激光束沿液流传播,若改用折射率更小的液体,则实验现象更明显
答案 B
解析 图甲,光信号在光导纤维中发生全反射,则内芯的折射率大于外套的折射率,A错误;观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜,此过程利用了光的偏振现象,光是横波,B正确;图丙是双缝干涉图样,让激光束通过一个狭缝,不可能观察到光屏上出现丙图所示的现象,C错误;在图丁中,激光束沿液流传播,若改用折射率更大的液体,光发生全反射时,临界偏角越小,光在液体中的路程更长,实验现象更明显,D错误。
2.(2024江苏泰州一模)微波炉是利用微波(高频电磁波)进行工作的。微波能穿透玻璃、陶瓷等容器,遇到金属炉壁会反射,遇到水和食物等会被吸收,并使食物内水分子剧烈振动而达到加热目的。某次利用微波炉加热食物时出现了受热不均的情况,造成该现象的主要原因是( )
A.电磁波在食物内部发生了干涉
B.电磁波在食物内部发生了折射
C.电磁波在食物表面发生了反射
D.电磁波经过食物时发生了衍射
答案 A
解析 利用微波炉加热食物时出现了受热不均的情况,造成该现象的主要原因是电磁波在食物内部发生了干涉,形成振动加强区和减弱区,从而使食物受热不均,A正确;B、C、D错误。
3.(2023江苏卷)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
解析 光线越接近地面,折射率越大,折射角越小,选项A正确。
4.我国唐代贾公彦是第一个提出指纹鉴别的人(指纹上凸出部位称为嵴,凹陷部位称为峪)。某款手机采用的是光学指纹识别,其识别原理示意图如图甲所示,手指按压指纹识别区时,与镜片接触的嵴线破坏接触区域的全反射,使得反射光线出现明暗分布,CCD图像传感器通过识别光线的强弱对指纹进行识别,如图乙所示。若镜片的折射率为n1=1.45,实验测得人手指折射率n2在1.50~1.56之间,下列说法正确的是( )
A.手指未按压指纹识别区时,光线在镜片的上表面不能发生全反射
B.手指按压指纹识别区时,光线在与镜片接触的嵴线处不能发生全反射
C.手指未按压指纹识别区时,入射角i越大,光线在镜片的上表面越不容易发生全反射
D.当光线垂直入射镜片下表面时,仍然可以实现指纹识别功能
答案 B
解析 手指未按压指纹识别区时,光线在镜片上表面能发生全反射,当手指按压指纹识别区时,因为n2>n1,故接触部分不能发生全反射,A错误,B正确;手指未按压指纹识别区时,入射角i越大,则折射角越大,故光线在镜片的上表面越容易发生全反射,C错误;当光线垂直入射镜片下表面时,入射角为0°,反射角也为0°,则无法识别指纹,D错误。
5.(2024山东卷)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( )
甲
乙
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
答案 C
解析 若滚珠b、c均合格,则平板玻璃间距离处处相等,不会产生干涉条纹。由题图乙干涉条纹可知,平板玻璃间存在高度差,形成劈尖干涉。由条纹分布可知,滚珠a、b处高度一致,滚珠c处与滚珠a、b处存在高度差,故选项C正确。
6.(2024广东深圳二模)1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验)。实验基本装置如图所示,单色光源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在光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,这样就形成了两个相干光源。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a和L,光的波长为λ。如果仅改变以下条件,关于光屏上相邻两条亮条纹间距Δx的描述正确的是( )
A.平面镜水平向左移动少许,Δx将变小
B.平面镜竖直向下移动少许,Δx将变小
C.光屏向左移动少许,Δx将变大
D.点光源S由红色换成绿色,Δx将变大
答案 B
解析 从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光,故是相干光,该干涉现象可以看成双缝干涉,如图所示,所以SS'之间的距离为双缝间的距离,光源S到光屏的距离为双缝到屏的距离,双缝干涉相邻亮条纹之间的距离为Δx=Ldλ,因为d=2a,所以相邻两条亮条纹间距离为Δx=L2aλ。平面镜水平向左移动少许,Δx不变,A错误;平面镜竖直向下移动少许,a变大,Δx将变小,B正确;光屏向左移动少许,L变小,Δx将变小,C错误;点光源S由红色换成绿色,波长变小,Δx将变小,D错误。
7.(2023湖北卷)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边上有光线射出部分的长度为( )
A.12dB. 22d
C.dD. 2d
答案 C
解析 如图所示,在直角三角形SCO中,sin 30°=SCSO=SCd,可求出SC=d2;在直角三角形OSN中,∠ONS=60°,可知光线SN的入射角r=30°,n=sinisinr=sin45°sin30°=2,sin C=1n=12,解得全反射的临界角为45°,图中SA、SB是全反射的临界光线,光线的出射范围为AB,AC=CB=CS=d2,则AB=AC+CB=d,选项C正确。
8.(10分)(2024广东深圳二模)光纤通信已成为现代主要的有线通信方式。现有一长为1 km、直径为d=0.2 mm的长直光纤,一束单色平行光从该光纤一端沿光纤方向射入,经过5×10-6 s在光纤另一端接收到该光束。已知光速c=3×108 m/s。
(1)求该光纤的折射率。
(2)如图所示,该光纤绕圆柱转弯,若平行射入该光纤的光在转弯处均能发生全反射,求该圆柱体半径R的最小值。
答案 (1)1.5
(2)0.4 mm
解析 (1)单色平行光在长直光纤中传输,有v=lt
解得v=2×108 m/s
该光纤的折射率n=cv
解得n=1.5。
(2)如图所示,当光纤中最下面的光线发生全反射,则平行光在弯曲处全部发生全反射
由几何关系可知
sin C=RminRmin+d
又sin C=1n
解得Rmin=0.4 mm。
综合提升
9.(2024福建厦门二模)2024年春节,厦门在赏笃湖举办了多场灯光展。如图为白鹭女神雕像灯光秀,展现了厦门的历史、文化和未来愿景。下列说法正确的是( )
A.红光的频率比蓝光的高
B.红光从湖水进入空气后传播速度变慢
C.在湖水中传播时,红光的速度比蓝光的大
D.从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置深
答案 C
解析 红光的波长比蓝光的长,则红光的频率比蓝光的低,A错误;根据折射率与光速的关系有n=cv,折射率大于1,可知红光从湖水进入空气后传播速度变快,B错误;在湖水中传播时,红光的折射率比蓝光的小,结合上述可知,红光的速度比蓝光的大,C正确;从岸上看湖水中的彩灯,彩灯发出的光经过界面进入空气,入射角小于折射角,人沿折射光反向延长线看过去,看到的虚像位于彩灯实际位置的上方,即从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置浅,D错误。
10.在折射率为n=2的液体内部有一点光源S,点光源可以向各个方向移动。某时刻,在液面上观察到半径为R=0.2 m的圆形光斑。现让点光源S向某个方向匀速移动,发现光斑最右侧边沿B位置不动,最左侧边沿D向左侧移动,经过2 s,左侧边沿D向左移动了x=22 m,侧面图如图所示,则点光源S移动速度的方向和大小为( )
A.水平向左
B.水平向右
C.v=1 m/s
D.v=2 m/s
答案 C
解析 设全反射临界角为C,则满足sin C=1n=22,根据几何关系可知,光源S离液面的距离h=RtanC=0.2 m,若保持B位置不动,最左侧边沿D向左运动,则光源S应沿着光路斜向下运动,如图所示,光斑移动距离s=xcs C,光源移动的速度为v=st,解得v=1 m/s,故选C。
11.(多选)(2024广西卷)如图所示,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是( )
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为l2aλ
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为laλ
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλ
D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为l2aΔxλ
答案 AD
解析 单色光源与其相对平面镜对称的像形成相干的两个单色光源,类似“双缝”,其间距d=2a,光屏上相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距为l2aλ,选项A正确,B错误。将装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,v=λ1f,折射率n=cv,c=λf,则λ1=λn,选项C错误。若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,有Δx=l2aλ2,得λ2=2aΔxl,结合选项C分析,可知λ2=λn',所以n'=l2aΔxλ,选项D正确。
12.(10分)(2022广东卷)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 2 22c
解析 由题意知,发生全反射的临界角C=45°,根据sin C=1n
可得液体的折射率n=1sinC=1sin45°=2
由于n=cv
可知激光在液体中的传播速度v=cn=22c。
13.(10分)透明材料制成的一件艺术摆件的截面图如图所示,上半部分是半径为R的半圆形,一细光束沿径向射入,在底面B点恰好发生全反射,OA是圆心O到底面的高,已知lOA=lAB=24R,光在真空中传播的速度为c,求:
(1)该透明材料的折射率;
(2)最终从透明艺术摆件射出的光线与最初的入射光线相比偏转的角度;
(3)光在透明艺术摆件中传播的时间。
答案 (1)2
(2)105°
(3)(6+32)R2c
解析 (1)由题意可知,该透明材料的临界角为C=45°
则折射率n=1sin45°=2。
(2)光路如图所示
由几何关系可知∠OBC=90°,lOB=lOA2+lAB2=12R,则∠OCB=30°
根据光的折射定律得
sin α=nsin 30°=22
则∠DCO=α=45°
可得∠CDO=75°,即最终从透明艺术摆件射出的光线与最初的入射光线相比偏转了105°。
(3)光在透明艺术摆件中传播的速度
v=cn=22c
传播的时间
t=R+12R+Rcs30°v=(6+32)R2c。
14.(10分)(2024广东佛山阶段练习)在一个平静的湖面上,距离水面高度h1=30 m处有一条水平缆索,缆索上每隔t=10 s就从站台以速度v=1 m/s沿一个方向持续开出一辆缆车。湖水深h2=8 m,缆索中央正下方的湖底有一潜水员,该潜水员只能看到湖面半径r1=9 m的圆面有亮光,又在透过湖面半径r2=6 m的圆面上才能清晰地看到缆索上的缆车。已知145≈12,sin 53°=0.8,cs 53°=0.6,求:
(1)湖水的折射率(用分式表示);
(2)潜水员最多能清晰地看到缆索上缆车的数量。
答案 (1)43
(2)10
解析 (1)根据题意可知,由于潜水员只能看到湖面半径r1=9 m的圆面有亮光,如图所示
则有sin C=r1r12+h22=1n
解得n=43。
(2)潜水员透过湖面半径r2=6 m的圆面看到缆索上的缆车,如图所示
由几何关系有
sin r=r2r22+h22,sin i=LL2+h12
又有n=sinisinr=43
解得L=40 m
由对称性可知,潜水员透过湖面半径r2=6 m的圆面看到缆索长度为
d=2(L+r2)=92 m
由题意可知,相邻缆车间的距离为
Δx=vt=10 m
则有N=dΔx=9.2
即潜水员最多能清晰地看到缆索上缆车的数量为10辆。