高考热点18　光学练习题

热点18　光学

1．(2020·天津卷·3)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城．志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航．红外线和紫外线相比较(　　)

A．红外线的光子能量比紫外线的大

B．真空中红外线的波长比紫外线的长

C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能

答案　B

解析　红外线的频率比紫外线的小，由ε＝hν可知，红外线的光子能量比紫外线的光子能量小；由λ＝可知，红外线的波长比紫外线的波长长，故A错误，B正确；红外线和紫外线在真空中速度相同(均等于光速)，故C错误；红外线和紫外线都是电磁波，都是横波，均能发生偏振现象，故D错误．

2．(2018·北京卷·15)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后(　　)

A．干涉条纹消失

B．彩色条纹中的红色条纹消失

C．中央条纹变成暗条纹

D．中央条纹变成红色

答案　D

解析　在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只透过红光，屏上出现红光(单色光)的干涉条纹．

3.(2021·山东菏泽市高三期末)a、b、c三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径从空气射向玻璃砖．如图1所示，光线b正好过圆心O，光线a、c从光线b的两侧对称入射，光线a、c从玻璃砖下表面进入空气后与光线b交于P、Q，则下列说法正确的是(　　)

图1

A．玻璃对a光的折射率小于对c光的折射率

B．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光窄

C．a、c光分别从空气射入某种介质中，c光发生全反射时临界角较小

D．a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间短

答案　B

解析　由题图可知，光从空气中射入玻璃，a光的偏折程度大，所以玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率，可知a光的频率大于c光的频率，由λ＝知a光的波长比c光短，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ

故在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光窄，故A错误，B正确；光发生全反射时临界角为C，则sin C＝

因为玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率，所以a、c光分别从空气射入某种介质中，c光发生全反射时临界角较大，故C错误；光在玻璃中的传播速度v＝，a光在玻璃砖中的速度小，由题图可知，a光在玻璃砖中光程大，所以a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长，故D错误．

4．(多选)(2020·山东潍坊市昌乐一中高三期末)光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图2所示，一复色光以入射角θ0射入光导纤维后分为a、b两束单色光，a、b两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，下列说法正确的(　　)

图2

A．内芯折射率小于外套的折射率

B．a光光子的能量大于b光光子的能量

C．在内芯中单色光a的传播速度比b大

D．入射角由90°逐渐减小时，b光先发生全发射

答案　CD

解析　光在内芯和外套界面发生全发射，可知光从光密介质射入疏介质，则内芯的折射率大于外套的折射率，A错误；由题图可知，a光射入光导纤维后的折射角大于b光，由折射定律可知光导纤维对a的折射率小于对b光的折射率，则a光的频率小于b光，根据ε＝hν可知，b光光子的能量大于a光光子的能量，B错误；根据n＝，可知在内芯中单色光a的速度大于b光，C正确；根据sin C＝，可知，a光的临界角比b光的大，所以入射角由90°逐渐减小时，b光先发生全反射，D正确．

5.(2021·江苏盐城市、南京市一模)如图3所示，折射率为的三棱镜，横截面为直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°，D为AB边上一点，且xBD＝2xDA.一束平行光平行于BC从AB边射入三棱镜，光在真空中传播的速度为c.下列说法正确的是(　　)

图3

A．光在AB边的折射角为30°

B．光在三棱镜中的传播速度为c

C．光从BD之间入射，能从BC边射出

D．光从AD之间入射，能从AC边射出

答案　A

解析　折射率n＝，由题图可知，入射角为i＝60°，故折射角为r＝30°，故A正确；光在三棱镜中的传播速度v＝＝c，故B错误；光从BD之间入射，折射角为r＝30°，也就是在射入BC边界时，入射角为60°，又因为sin C＝＝，sin 60°＝＞，所以光线在BC边发生了全反射，故C错误；光从AD之间入射，折射角为r＝30°，在射入AC边界时，入射角为60°，大于临界角，故发生全反射，故D错误．

6．(多选)(2021·湖北省1月选考模拟·8)如图4所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光．用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源．下列说法正确的是(　　)

图4

A．d光的频率最高

B．d光在棱镜中的折射率最小

C．a光产生的干涉条纹宽度最大

D．a光打出的光电子的遏止电压最大

答案　BD

解析　光的频率越大，在棱镜中的折射率越大，出射光线相对于入射光线偏折的越厉害，所以a光的频率最高，d光的频率最低，d光在棱镜中的折射率最小，A错误，B正确；a光的波长最短，由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知a光产生的干涉条纹宽度最小，C错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eUc＝0－Ek联立可得eUc＝hν－W0，a光的频率最高，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确．

7.(多选)(2021·山东泰安市高三一模)如图5所示，四边形ABCD是一块玻璃砖的横截面示意图，∠A＝75°，∠D＝90°，DO垂直于AB.一束单色光从O点射入玻璃砖，入射角为i＝45°时，AD和CD面都恰好没有光线射出．下列说法正确的是(　　)

图5

A．玻璃砖对该单色光的折射率为

B．玻璃砖对该单色光的折射率为2

C．单色光从AB边射出时折射角为45°

D．单色光从AB边射出时折射角为60°

答案　AC

解析　光线进入玻璃砖后发生两次全反射，其光路以及对应的角度如图

由于光在AD面和CD面都恰好没有光线射出，即恰好发生全反射，则α＝β＝C(C是临界角)，由几何关系得α＋β＝90°

所以α＝β＝C＝45°，由公式sin C＝，解得n＝，故A正确，B错误；由几何关系知单色光在AB边入射角为30°，由折射定律得＝，解得sin i′＝45°，故C正确，D错误．

8.(2021·湖北宜昌市高三联考)如图6所示，在平静的水面下深h处有一单色点光源S，它发出的光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，已知该单色光的折射率为n，则下列说法正确的是(　　)

图6

A．该单色光在水中的波长比在空气中长

B．圆形区域的面积为

C．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做匀速运动

D．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做加速运动

答案　C

解析　光在不同介质中f相同，在空气中传播速度比在水中的传播速度大，根据λ＝，所以该单色光在水中波长比空气中短，A错误；设临界角为C，根据sin C＝，由几何关系得＝，解得r2＝，所以圆形区域的面积为，B错误；设光源S竖直向下匀速运动的速度为v，则在时间t内，光源向下运动了Δh＝vt，根据几何关系，圆形区域的边缘向外运动了Δr＝Δhtan C＝vttan C，vtan C是定值，所以圆形区域的边缘向外做匀速运动，C正确，D错误．