2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 專題12 光學(xué)（含解析）

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1、2022年高三物理一輪復(fù)習(xí) 專題12 光學(xué)（含解析） 34．[物理——選修34][xx·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ] (2)一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示．玻璃的折射率為n＝. (ⅰ)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？ (ⅱ)一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距2(3)R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置． (2)(ⅰ)R (ⅱ)略 [解析] 在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后

2、都能從玻璃磚射出，如圖所示，由全反射條件有 sin θ＝n(1)① 由幾何關(guān)系有 OE＝Rsin θ② 由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為 l＝2OE③ 聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)得 l＝R④ (ⅱ)設(shè)光線在距O點(diǎn)2(3)R的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系及①式和已知條件得 α＝60°>θ⑤ 光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射．最后由G點(diǎn)射出，如圖所示，由反射定律和幾何關(guān)系得 OG＝OC＝2(3)R⑥ 射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出． [xx·新課標(biāo)Ⅱ卷] [物理——選修3－4] (2)一厚度為h的大平板玻

3、璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面，在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上，已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率． 34．[答案] (1)BCE (2)2(h) [解析] (1)由Q點(diǎn)的振動(dòng)圖像可知，t＝0.10 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)Q沿y軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由波的圖像可知，波向左傳播，波的周期T＝0.2 s，振幅A＝10 cm，t＝0.10 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)P向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過0.15 s＝4(3)T時(shí)，即在t＝0.25 s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)到x軸下方位置，且速度方向向上，加速度方向也沿y軸正方向，B項(xiàng)正確；波動(dòng)速度v

4、＝T(λ)＝0.2(8) m/s＝40 m/s ，故從t＝0.10 s到t＝0.25 s，波沿x軸負(fù)方向傳播的距離為x＝vt＝6 m，C項(xiàng)正確；由于P點(diǎn)不是在波峰或波谷或平衡位置，故從t＝0.10 s到t＝0.25 s的4(3)周期內(nèi)，通過的路程不等于3A＝30 cm，D項(xiàng)錯(cuò)誤；質(zhì)點(diǎn)Q做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振動(dòng)方程為y＝Asin T(2π)t＝0.10sin 10πt(國(guó)際單位制)，E項(xiàng)正確． (2)如圖所示，考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃上表面的A′點(diǎn)折射，根據(jù)折射定律有 nsin θ＝sin α① 式中n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角． 現(xiàn)假設(shè)A′恰

5、好在紙片邊緣，由題意，在A′點(diǎn)剛好發(fā)生全反射，故α＝2(π)② 設(shè)AA′線段在玻璃上表面的投影長(zhǎng)為L(zhǎng)，由幾何關(guān)系有sin θ＝L2＋h2(L)③ 由題意，紙片的半徑應(yīng)為 R＝L＋r④ 聯(lián)立以上各式可得n＝2(h)⑤ 20． [xx·北京卷] 以往，已知材料的折射率都為正值(n>0)．現(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料，其折射率可以為負(fù)值(n<0) ，稱為負(fù)折射率材料．位于空氣中的這類材料，入射角i與折射角r依然滿足sin r(sin i)＝n，但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)．現(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料，一束電磁波從其上表面射入，下表面射出．若該

6、材料對(duì)此電磁波的折射率n＝－1，正確反映電磁波穿過該材料的傳播路徑的示意圖是( ) A B C D 20．B 本題考查光的折射．是一道創(chuàng)新題，但本質(zhì)上還是光的折射定律，本題給定信息“光的折射光線和入射光線位于法線的同側(cè)”，無(wú)論是從光從空氣射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入空氣，都要符合此規(guī)律，故A、D錯(cuò)誤．折射率為－1，由光的折射定律可知，同側(cè)的折射角等于入射角，C錯(cuò)誤，B正確． 17． [xx·全國(guó)卷] 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589 nm的光，在距雙縫1.00 m的屏上形成干涉圖樣．圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350

7、 cm，則雙縫的間距為( ) A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 m C．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m 17．C [解析] 本題考查雙縫干涉條紋間距離公式．雙縫干涉相鄰條紋間距Δx＝d(l)λ，則d＝Δx(l)λ＝1.68×10－4 m，C正確． 13． [xx·福建卷Ⅰ] 如圖， 一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是( ) A B C D 13．A [解析] 光線由空氣沿半徑射入玻璃磚時(shí)，傳播方

8、向不變，由玻璃磚射向空氣時(shí)，在其分界面處當(dāng)入射角大于或等于臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，故A項(xiàng)正確；光線由空氣射向玻璃磚時(shí)，由于光線與分界面不垂直，所以除了有反射現(xiàn)象之外還應(yīng)發(fā)生折射現(xiàn)象，其折射角小于入射角，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；光線由空氣沿半徑射入玻璃磚時(shí)，傳播方向不變，由玻璃磚射向空氣時(shí)，折射角應(yīng)大于入射角，故C項(xiàng)錯(cuò)誤． [xx·江蘇卷] [選修3－4] (1)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到題12B1(甲)圖所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如題12B1(乙)圖所示．他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是______． (題12B1圖) A．減小光源到單縫的距離

9、 B．減小雙縫之間的距離 C．減小雙縫到光屏之間的距離 D．換用頻率更高的單色光源 (1)B [解析] 根據(jù)Δx＝d(l)λ知，要使條紋間距變大，可減小雙縫之間的距離，增大光的波長(zhǎng)(即降低光的頻率)或增大雙縫到屏的距離，故只有B正確． 2．[xx·四川卷] 電磁波已廣泛運(yùn)用于很多領(lǐng)域．下列關(guān)于電磁波的說法符合實(shí)際的是( ) A．電磁波不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 B．常用的遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號(hào)來(lái)遙控電視機(jī) C．根據(jù)多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度 D．光在真空中運(yùn)動(dòng)的速度在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值可能不同 2．C [解析] 衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；常用的遙

10、控器通過發(fā)出紅外線脈沖信號(hào)來(lái)遙控電視機(jī)，B錯(cuò)誤；遙遠(yuǎn)天體和地球的距離發(fā)生變化時(shí)，遙遠(yuǎn)天體的電磁波由于相對(duì)距離發(fā)生變化而出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，所以能測(cè)出遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，C正確；光在真空中運(yùn)動(dòng)的速度在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值是相同的，即光速不變?cè)?，D錯(cuò)誤． 3．[xx·四川卷] 如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則( ) A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球 B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出 C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大 D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大 3．D [解析] 光從水中進(jìn)入空氣，只要在沒有發(fā)生全反射

11、的區(qū)域，就可以看到光線射出，所以A、B錯(cuò)誤；光的頻率是由光源決定的，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以C錯(cuò)誤；由v＝n(c)得，光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大，所以D正確． 8． [xx·天津卷] 一束由兩種頻率不同的單色光組成的復(fù)色光從空氣射入玻璃三棱鏡后，出射光分成a、b兩束，如圖所示，則a、b兩束光( ) A．垂直穿過同一塊平板玻璃，a光所用的時(shí)間比b光長(zhǎng) B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)，a光臨界角比b光的小 C．分別通過同一雙縫干涉裝置，b光形成的相鄰亮條紋間距小 D．若照射同一金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)，b光照射時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大 8．AB [解析] 本題考查了光的折射率、全

12、反射、雙縫干涉及光電效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)圖中光線的偏轉(zhuǎn)角度可以判斷出三棱鏡對(duì)a光的折射率比b光的大，所以a光的頻率大，在玻璃中速度小，通過玻璃所用的時(shí)間長(zhǎng)，A正確；a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角，B正確；發(fā)生雙縫干涉時(shí)相鄰條紋間的距離公式Δx＝ d(l) λ，由于b光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以b光形成的相鄰亮條紋間距大，C錯(cuò)誤；由于a光的頻率大于b光的頻率，根據(jù)公式Ek＝hν－W得出a光照射金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能大，D錯(cuò)誤． 18． [xx·浙江卷] 關(guān)于下列光學(xué)現(xiàn)象，說法正確的是( ) A．水中藍(lán)光的傳播速度比紅光快 B．光從空氣射入玻璃時(shí)可能發(fā)生全反射 C．在岸

13、邊觀察前方水中的一條魚，魚的實(shí)際深度比看到的要深 D．分別用藍(lán)光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用紅光時(shí)得到的條紋間距更寬 18．CD [解析] 本題考查光速、光的全反射、折射、雙縫干涉等知識(shí)．在同一種介質(zhì)中，波長(zhǎng)越短，波速越慢，故紅光的傳播速度比藍(lán)光大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光從空氣射向玻璃是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，不能發(fā)生全反射，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在岸邊觀察水中的魚，由于光的折射，魚的實(shí)際深度比看到的深度要深，選項(xiàng)C正確；在空氣中紅光的波長(zhǎng)比藍(lán)光要長(zhǎng)，根據(jù)Δx＝d(l)λ可知紅光的雙縫干涉條紋間距大，選項(xiàng)D正確． (1)(6分)[xx·重慶卷] 打磨某剖面如題11圖1所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ

14、邊與軸線的夾角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況)，則下列判斷正確的是( ) 題11圖1 A．若θ＞θ2，光線一定在OP邊發(fā)生全反射 B．若θ＞θ2，光線會(huì)從OQ邊射出 C．若θ＜θ1，光線會(huì)從OP邊射出 D．若θ＜θ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 11．[答案] (1)D [解析]本題第一問考查光的折射和全反射，第二問考查波的圖像． [xx·江蘇卷] (3)Morpho蝴蝶的翅膀在陽(yáng)光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒，這是因?yàn)楣庹丈涞匠岚虻?/p>

15、鱗片上發(fā)生了干涉．電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖見題12B2圖．一束光以入射角i從a點(diǎn)入射，經(jīng)過折射和反射后從b點(diǎn)出射．設(shè)鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度為h.取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時(shí)間t. (題12B2圖) (3)n2－sin2i(2n2d)＋ccos i(2h) [解析] 設(shè)光在鱗片中的折射角為γ，根據(jù)折射定律有sin i＝nsin γ.在鱗片中傳播的路程l1＝cos γ(2d)，傳播速度v＝n(c)，傳播時(shí)間t1＝v(l1)，解得t1＝n2－sin2i(2n2d)，同理，在空氣中的傳播時(shí)間t2＝ccos i(2h)，則t＝t1＋t2＝

16、n2－sin2i(2n2d)＋ccos i(2h). [xx·山東卷] (2)如圖所示，三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點(diǎn)，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i入射，第一次到達(dá)AB邊恰好發(fā)生全反射．已知θ＝15°，BC邊長(zhǎng)為2L，該介質(zhì)的折射率為.求： (ⅰ)入射角i； (ⅱ)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時(shí)間(設(shè)光在真空中的速度為c，可能用到：sin 75°＝4(2)或tan 15°＝2－. 38． [答案] (2)(ⅰ)45° (ⅱ)2c(2)L [解析] (2)(ⅰ)根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點(diǎn)的入射角等于臨界角C，由折射定律得 sin C＝n(1)① 代入數(shù)據(jù)得 C＝45°② 設(shè)光線在BC面上的折射角為r，由幾何關(guān)系得 r＝30°③ 由折射定律得 n＝sin r(sin i)④ 聯(lián)立③④式，代入數(shù)據(jù)得 i＝45°⑤ (ⅱ)在△OPB中，根據(jù)正弦定理得 sin 75°(OP)＝sin 45°(L)⑥ 設(shè)所用時(shí)間為t，光線在介質(zhì)中的速度為v，得 OP＝vt⑦ v＝n(c)⑧ 聯(lián)立⑥⑦⑧式，代入數(shù)據(jù)得 t＝2c(2)L⑨