高考物理必備專題18之17 光學(xué)的聯(lián)系實(shí)際的新情景問題（原卷版）

專題17光學(xué)物理的最新“聯(lián)系實(shí)際的新情景問題”本章內(nèi)容分為“幾何光學(xué)”、“波動(dòng)光學(xué)”和“光的顏色、色散、激光”三部分。其中對幾何光學(xué)復(fù)習(xí)，一是理解折射率的概念、折射定律和全反射規(guī)律；重點(diǎn)掌握折射和全反射現(xiàn)象的分析，即通過作光路圖來確定光線的傳播方向和弄清光路中的邊、角關(guān)系.同時(shí)注意將這些知識與現(xiàn)代科技、生產(chǎn)、生活實(shí)際結(jié)合?！豆獾牟▌?dòng)性》主要介紹了建立這些理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和一些重要的物理現(xiàn)象．重點(diǎn)有光的干涉現(xiàn)象，衍射現(xiàn)象，光的偏振，雙縫干涉，薄膜干涉，單縫衍射；這些只是從理論上作了初步的解釋，或者就是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察的結(jié)果，沒有嚴(yán)格的推導(dǎo)，要求我們在復(fù)習(xí)這部分知識時(shí)，必須重視有關(guān)實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，另一方面要注意這些知識的實(shí)際應(yīng)用，如增透膜、劈尖干涉等，這也是學(xué)生的難點(diǎn)所在。1.（2022·.浙江高考試題）如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個(gè)空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是（）A.氣泡表面有折射沒有全反射B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”C.氣泡表面有折射和全反射D.光射入氣泡干涉形成“亮紋”2.（2022江蘇南京寧海中學(xué)4月模擬）用鐵環(huán)粘上肥皂液，用白熾燈光照射，從反射光的方向去看，呈現(xiàn)如圖所示的現(xiàn)象，最上部是較寬的黑色條紋，其下是若干彩色條紋圖。已知可見光的頻率為3.9×1014Hz~7.5×1014Hz，請估算肥皂膜最上面黑色條紋區(qū)域的厚度最大值為（）A.20nm B.80nm C.200nm D.2000nm【3（2022天津河?xùn)|二模）下列說法正確的是（）A.圖1中，用自然光照射透振方向（箭頭所示）互相垂直的前后兩個(gè)豎直放置的偏振片，光屏依然發(fā)亮B.圖2為光導(dǎo)纖維示意圖，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率小C.圖3所示的雷達(dá)測速利用了多普勒效應(yīng)D.圖4所示的照相機(jī)鏡頭上呈現(xiàn)的淡紫色是由光的衍射現(xiàn)象引起的4（2022江蘇南京寧海中學(xué)4月模擬）下列圖中的有關(guān)應(yīng)用，說法不正確的是（）A.在圖甲中，利用光的干涉原理檢測物體表面的平整度B.在圖乙中，內(nèi)窺鏡利用了光的全反射原理C.在圖丙中，全息照片的拍攝利用了光的干涉原理D.在圖丁中，超聲波測速儀利用波的衍射原理測汽車速度5.（2022·山東煙臺市德州市高三下學(xué)期一模）單鏡頭反光相機(jī)簡稱單反相機(jī)，它用一塊放置在鏡頭與感光部件之間的透明平面鏡把來自鏡頭的圖像投射到對焦屏上。對焦屏上的圖像通過五棱鏡的反射進(jìn)入人眼中。如圖所示為單反照相機(jī)取景器的示意圖，ABCDE為五棱鏡的一個(gè)截面，AB⊥BC。光線垂直AB射入，分別在CD和EA上發(fā)生全反射，且兩次全反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出。下列說法正確的是（）A.∠BCD=135°B.∠BAE和∠BCD不相等C.該五棱鏡折射率的最小值是D.該五棱鏡折射率的最小值是6．如圖甲所示，某汽車大燈距水平地面的高度為81cm，該大燈結(jié)構(gòu)的簡化圖如圖乙所示?，F(xiàn)有一束光從焦點(diǎn)處射出，經(jīng)旋轉(zhuǎn)拋物面反射后，垂直半球透鏡的豎直直徑AB從C點(diǎn)射入透鏡。已知透鏡直徑遠(yuǎn)小于大燈離地面高度，，半球透鏡的折射率為，tan15°≈0.27，則這束光照射到地面的位置與大燈間的水平距離為（）A．3m B．15m C．30m D．45m7．如圖所示，一束光與某材料表面成角入射，每次反射的光能量為入射光能量的k倍（0<k<1）。若這束光最終進(jìn)入材料的能量為入射光能量的倍。設(shè)真空中的光速為c，則（）A．該材料折射率至少為B．該材料折射率至少為C．光在該材料中的傳播速度為(1+k)cD．光從空氣進(jìn)入該材料，光的頻率變小8．導(dǎo)光管采光系統(tǒng)是一套采集天然光，并經(jīng)管道傳輸?shù)绞覂?nèi)的采光系統(tǒng)，如圖為過裝置中心軸線的截面。上面部分是收集陽光的半徑為R的某種均勻透明材料的半球形采光球，O為球心，下面部分是內(nèi)側(cè)涂有反光涂層的導(dǎo)光管，MN為兩部分的分界面，M、N為球面兩點(diǎn)。若一束平行MN且與MN相距的細(xì)光束從空氣入射到采光球表面時(shí)，經(jīng)折射綠光恰好照射到N點(diǎn)。則（）A．綠光在采光球中的傳播速度為B．紅光一定能從N點(diǎn)上方射出C．紫光有可能直接折射經(jīng)過O點(diǎn)D．要使光束在導(dǎo)光管中發(fā)生全反射，涂層折射率應(yīng)小于管壁折射率9.（2022·湖北八市高三下學(xué)期二模）一種“光開關(guān)”的“核心區(qū)”如圖虛框區(qū)域所示，其中1、2是兩個(gè)完全相同的截面為等腰直角三角形的棱鏡，直角邊與虛框平行，兩斜面平行，略拉開一小段距離，在兩棱鏡之間可充入不同介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。單色光a從1的左側(cè)垂直于棱鏡表面射入，若能通過2，則為“開”，否則為“關(guān)”，已知棱鏡對a的折射率為2，下列說法正確的是（）A.若不充入介質(zhì)，則能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能B.若充入的介質(zhì)相對棱鏡是光疏介質(zhì)，則有可能實(shí)現(xiàn)“開”功能C.若充入的介質(zhì)相對棱鏡是光密介質(zhì)，則有可能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能D.單色光a通過“光開關(guān)”后傳播方向一定改變10．小宇同學(xué)參加科技嘉年華，設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測器。如圖，S為光源，射出光束，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時(shí)，來自S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C。當(dāng)光射到光電管中的鈉表面（極限頻率為6.0×1014Hz），會(huì)產(chǎn)生光電子。當(dāng)光電流大于或等于10-8A時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。下列說法正確的是（）A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波長不能小于0.5μmB．若S發(fā)出的光能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，則光波的頻率越高、光電煙霧探測器靈敏度越高C．光束遇到煙霧發(fā)生散射，是一種折射現(xiàn)象D．若射向光電管C的光子有5%會(huì)激發(fā)出光電子，當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí)，每秒射向C中鈉表面的光子最少數(shù)目是1.25×1012個(gè)11．我們有時(shí)候可以觀察到太陽周圍的明亮光暈圈，如圖1所示。這種光學(xué)現(xiàn)象是由太陽光線在卷層云中的冰晶折射而產(chǎn)生的。為了理解光暈現(xiàn)象，我們將問題簡化為二維。如圖3為一束紫光在冰晶上H點(diǎn)入射后的折射光線，θ1表示冰晶上的入射角，θ2表示為經(jīng)過第一界面的折射角，θ0表示為光線離開晶體的折射角，以及θD表示為入射和出射光線之間的偏轉(zhuǎn)角。假設(shè)冰晶可以在二維上看成一個(gè)正六邊形且不考慮其他的反射、折射。則以下說法中正確的是（）A．在冰晶內(nèi)紅光的波長比紫光短B．若圖3中紫光滿足，則可知冰晶對該光折射率C．對于從H點(diǎn)以相同入射角入射的光線，紅光的偏轉(zhuǎn)角θD，比紫光的偏轉(zhuǎn)角θD大D．光暈內(nèi)側(cè)為藍(lán)色，外側(cè)為紅色12．光纖通信采用的光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套組成，長為L，其側(cè)截面如圖所示，一復(fù)色光以一定的入射角從軸心射入光導(dǎo)纖維后分為a、b兩束單色光，已知內(nèi)芯材料對a光的折射率為，真空中的光速為c。下列說法正確的是（）。A．在內(nèi)芯介質(zhì)中a單色光的傳播速度比b單色光大B．入射角i由逐漸增大時(shí)，a單色光全反射現(xiàn)象先消失C．從空氣射入光導(dǎo)纖維，a、b單色光的波長都變長D．若入射角時(shí)，a、b單色光在內(nèi)芯和外套界面都發(fā)生全反射，則a單色光在介質(zhì)中傳播的時(shí)間為13.（2022·廣東省汕頭市普通高中二模）094型戰(zhàn)略核潛艇（如圖甲）是目前我國服役中最先進(jìn)核動(dòng)力潛艇，是中國擁有三位一體核戰(zhàn)略的保障，也是國之利器。如果游輪上處于O點(diǎn)的人剛好看到潛艇在其正前方的水下緩慢通過，將人和潛艇均視為質(zhì)點(diǎn)，如圖乙所示，此時(shí)人到水面的高度，潛艇的水下深度。水的折射率為，，，求此時(shí)潛艇與人的水平距離。14.（2022·廣東汕頭市第三次模擬）.在天宮課堂第二課“光學(xué)水球”實(shí)驗(yàn)中，王亞平老師在水球中注入少量氣體，在水球內(nèi)會(huì)形成一個(gè)氣泡。在另一側(cè)，我們可以觀察到王老師一正一反兩個(gè)像，如圖（甲）所示。這是因?yàn)橛幸徊糠止饩€會(huì)進(jìn)入水球中的氣泡，形成了正立的人像，而另一部分無法進(jìn)入氣泡的光線，形成了倒立的人像。為了方便研究，我們簡化為如圖（乙）所示。已知：水球半徑為，氣泡半徑為，兩球?yàn)橥那颉Ｓ袃墒叫泄馍淙胨颍渲泄庋匕霃椒较蛏淙?，光恰好在氣泡表面發(fā)生全反射，水的折射率為。求：兩束平行光之間的距離為多少？15.（2022·廣東湛江市一模)如圖所示，深度為2m的游泳池充滿水，泳池底部A點(diǎn)有一單色光源，A點(diǎn)距游泳池壁的距離為1.5m，某人走向游泳池，距游泳池邊緣B點(diǎn)為2m時(shí)恰好看到光源，已知人的眼睛到地面的高度為1.5m，光在真空中傳播速度為3×108m/s，求：①游泳池中水對該單色光的折射率；②光從光源A發(fā)出到射入人的眼睛所用的時(shí)間（保留兩位有效數(shù)字）。16.（2022·湖南卷·T16（2））如圖，某種防窺屏由透明介質(zhì)和對光完全吸收的屏障構(gòu)成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可實(shí)現(xiàn)對像素單元可視角度的控制（可視角度定義為某像素單元發(fā)出的光