适用于老高考旧教材2024版高考物理二轮复习专题分层突破练17光学（附解析）

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1.(多选)(2023江西南昌二模)下列说法正确的是( )
A.红光在水中的传播速度比紫光在水中的传播速度大
B.用无色肥皂液吹出的肥皂泡在阳光下呈彩色,是光的干涉形成的
C.光从光疏介质射入光密介质时,可能会发生全反射现象
D.一束光不能通过两个相互垂直的偏振片,说明光是一种纵波
E.通过狭缝去观察与狭缝平行的白色线状光源时,看到的彩色条纹是光的衍射现象形成的
2.(2023福建福州二模)“虹乃雨中日影也,日照雨则有之”是《梦溪笔谈》一书中对彩虹的描述。彩虹是太阳光经过水滴的两次折射和一次反射形成的,如图所示。设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b是两种不同频率的单色光。若增大太阳光入射角,a、b光将 (选填“会”或“不会”)在球面处发生全反射。若利用同一装置进行双缝干涉实验, (选填“a”或“b”)光相邻两条亮纹中心的距离较大。
3.(多选)(2022广西柳州二模)下列说法正确的是( )
A.光的偏振实验表明,光是一种纵波
B.光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射
C.采用同一装置做双缝干涉实验,红光比紫光条纹宽度大
D.在同一种介质中,波长越短的光传播速度越小
E.由于超声波的频率很高,所以超声波容易发生衍射现象
4.(多选)(2022云南昆明模拟)如图所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上,一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面间形成一个劈形空气薄膜,当紫光从上方入射后,从上往下看到明暗相间的等距条纹,下列说法正确的是( )
A.条纹是光的衍射形成的,此现象可以说明光是一
种波
B.若抽去一张纸片,条纹变宽
C.把紫光换成红光,条纹变宽
D.条纹是两玻璃的上表面反射光叠加形成的
E.条纹是在劈形空气薄膜的上、下两表面的反射光叠加形成的
5.(2023山东济宁一模)如图所示,O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面与纸面的交线,MN是垂直于O1O2放置的光屏,A、B是关于O1O2等距且平行的两束不同颜色单色细光束,沿O1O2方向左右移动光屏,可在屏上得到一个光点P,根据该光路图,下列说法正确的是( )
A.在真空中A光的速度比B光的速度大
B.在该玻璃体中,A光比B光的运动时间长
C.在同一条件下,B光比A光发生衍射现象更加明显
D.用同一装置做双缝干涉实验时A光产生的条纹间距比B光的大
6.(2023山东潍坊高三一模)劈尖干涉是一种薄膜干涉,如图甲所示,将一块样板玻璃a放置在另一玻璃板b上,在一端夹入两张纸片,当黄光从上方入射后,从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则( )
A.任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等
B.弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度不相等
C.若抽去一张纸片,条纹变密
D.若换用蓝光从上方入射,条纹变疏
7.(多选)(2023全国甲卷)等腰三角形△abc为一棱镜的横截面,ab=ac;一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜,在bc边反射后从ac边射出,出射光分成了不同颜色的两束,甲光的出射点在乙光的下方,如图所示。不考虑多次反射,下列说法正确的是( )
A.甲光的波长比乙光的长
B.甲光的频率比乙光的高
C.在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大
D.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E.在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大
8.(多选)(2023山东临沂一模)为了研究某种透明新材料的光学性质,将其制成半圆柱体,如图甲所示,一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器,可以探测光的强度,从AB面反射回来的光的强度随角θ变化的情况如图乙所示。现将这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中(假设空气中的折射率与真空相同),用同种激光从端面EF射入,且光线与EF所夹锐角为β,如图丙所示。则( )
A.图甲中若减小入射角θ,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
B.该新材料的折射率为
C.若该激光在真空中波长为λ,则射入该新材料后波长变为λ
D.若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足β>0°
B组素能提升练
9.(多选)(2023河南郑州模拟)如图所示,一正六边形冰晶截面边长为l,一束紫光由AF中点处射到冰晶上,θ1为冰晶上的入射角,θ2为经过第一个界面的折射角,θ3为光离开冰晶的折射角,其中θ1=θ3=60°。若将紫光改为红光,光线仍可从BC边上射出。已知光在真空中的速度为c,则下列说法正确的是( )
A.冰晶对紫光的折射率为
B.紫光在冰晶中传播时间为
C.在冰晶内红光的传播速度比紫光的传播速度小
D.在冰晶内红光的波长比紫光的波长长
E.保持入射角不变,将紫光改为红光,θ3将增大
10.(2023浙江6月选考)在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,直角边的长度为0.9 m,水的折射率n=,细灯带到水面的距离h= m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为( )
11.如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为L。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为n=,真空中光速c=3.0×108 m/s,求:
(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;
(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。
12.(2023山东临沂一模)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=R,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。
专题分层突破练17 光学
1.ABE 紫光频率大于红光,光在同种介质中传播时,频率越大,光速越小,A正确;在阳光下观察肥皂泡呈彩色,是光的干涉现象,B正确;只有光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于临界角时,才能发生全反射现象,C错误;一束光不能通过两个相互垂直的偏振片,说明光是一种横波,只有横波才有偏振现象,D错误;通过狭缝去观察与狭缝平行的白色线状光源时,看到的彩色条纹是光的衍射现象形成的,E正确。
2.答案 不会 b
解析 因光线射入水滴的折射角等于射出水滴时的入射角,则即使增大太阳光入射角,a、b光也不会在球面处发生全反射。由图可知水滴对a光的折射率较大,则a光的频率较大,波长较短,根据Δx=λ可知,若利用同一装置进行双缝干涉实验,b光相邻两条亮纹中心的距离较大。
3.BCD 光的偏振实验表明,光是一种横波,A错误;光由折射率大的介质(光密介质)射向折射率小的介质(光疏介质)时,如果入射角等于或大于临界角,就会发生全反射,B正确;采用同一装置做双缝干涉实验,根据Δx=λ可知,红光比紫光条纹宽度大,C正确;不同颜色的光在同一种介质中,波长越短的光传播速度越小,D正确;超声波的频率很高,在介质、波速一定的情况下,超声波的波长就很小,则不容易发生衍射现象,E错误。
4.BCE 条纹是光的劈形空气薄膜干涉形成的,此现象可以说明光是一种波,A错误;若抽去一张纸片,同一位置的两反射光的路程差减小,条纹变宽,B正确;把紫光换成红光,红光的波长比紫光的长,条纹变宽,C正确;条纹是在劈形空气薄膜的上表面和下表面的反射光叠加产生的,D错误,E正确。
5.D 在真空中,各色光的传播速度相等,即A光的速度等于B光的速度,A错误;由光路可知,B光的偏折程度比A光大,则B光的折射率较大,根据v=可知,B光在玻璃中的速度较小,则在该玻璃体中,B光比A光的运动时间长,B错误;因B光折射率较大,则B光波长较短,则在同一条件下,A光比B光发生衍射现象更加明显,C错误;因A光波长较长,则根据Δx=λ可知,用同一装置做双缝干涉实验时,A光产生的条纹间距比B光的大,D正确。
6.A 光在空气膜中的光程差为Δx=2d,即光程差为空气层厚度的2倍,当光程差Δx=nλ时,此处表现为亮条纹,当光程差为Δx=λ时,此处表现为暗条纹,所以任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等,A正确;根据选项A的分析可知,弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度相等,B错误;当光程差Δx=nλ时此处表现为亮条纹,则相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为λ,抽去一张纸后空气层的倾角变小,故相邻两条纹之间的距离变大,干涉条纹变稀疏,C错误;蓝光的波长小于黄光的波长,则换用蓝光从上方入射,条纹变密集,D错误。
7.ACE 作出光路图如图所示,细光束经折射后,根据几何关系可知,在bc边上的入射角,甲光比乙光的大,选项E正确;根据折射定律可知n甲v乙,选项C正确;因为n甲λ乙,选项A正确。
8.BC 图甲中若减小入射角θ,则反射角减小,折射角也减小,则反射光线和折射光线之间的夹角将变大,A错误;由图乙可知,当入射角大于45°时,反射光线的强度不再变化,可知临界角为C=45°,则该新材料的折射率为n=,B正确;若该激光在真空中波长为λ,则λ=,射入该新材料后波长变为λ'=λ,C正确;若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄,则β角需满足n=、n=,解得β=30°,若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,β角需大于30°,D错误。
9.ABD 由几何知识可知θ2=30°,冰晶对紫光的折射率为n=,故A正确;由几何知识可知紫光在冰晶中的光程为s=l,传播的速度为v=,传播的时间为t=,故B正确;根据v=,红光的频率比紫光小,红光的折射率比紫光小,红光在冰晶中的传播速度比紫光大,故C错误;根据v=λf,v=,可得λ=,红光的频率比紫光小,红光的折射率比紫光小,则在冰晶内红光的波长比紫光的波长长,故D正确;保持入射角不变,将紫光改为红光,折射率减小,根据折射定律可知θ2将增大,由几何知识可知,在BC面的入射角小于在AF面的折射角,根据折射定律可知θ3变小,故E错误。
10.C 灯带发出的光从水面射出,发生全反射时临界角的正弦值sinC=,则tanC=,灯带上的一个点发出的光发生全反射的临界角如图甲所示,根据几何关系可得r=htanC=m=0.3m,则一个点发出的光在水面上能看到r=0.3m的圆,光射出水面形状的边缘为弧形,如图乙所示。等腰直角三角形发光体的内切圆半径r'满足a2=(a+a+a)r',解得r'==r,故中间无空缺,选项C正确。
甲
乙
11.答案 (1)2.1×108 m/s (2)RL
解析 (1)由n=得v==2.1×108m/s。
(2)光线经过玻璃砖上表面到达下方的半圆柱面出射时可能发生全反射,如图所示,设恰好发生全反射时的临界角为C,由折射定律n=
得C=
则有光线射出的部分圆柱面的面积为S=RL。
12.答案 (1) (2)105° (3)
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=。
(2)光路如图所示
由几何关系可知∠OBC=90°,lOB=R,则∠OCB=30°
根据光的折射定律得
sinα=nsin30°=
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=c
传播的时间
t=。