知識(shí)點(diǎn)十八 光學(xué)-2022年高考物理分類(lèi)題庫(kù)

知識(shí)點(diǎn)八光學(xué)1.(2022·全國(guó)乙卷)一點(diǎn)光源以113W的功率向周?chē)蟹较蚓鶆虻剌椛洳ㄩL(zhǎng)約為6×10-7m的光,在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)。普朗克常量為h=6.63×10-34J·s。R約為 ()A.1×102mB.3×102mC.6×102m D.9×102m【解析】選B。光子的能量E=hν,光的波長(zhǎng)與頻率關(guān)系c=λν,光源每秒發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為n=PE,光子以球面波的形式傳播,則以光源為原點(diǎn)的球面上的光子數(shù)相同,此時(shí)距光源的距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)n0=3×1014個(gè),則有n=4πR2n0,聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m,故選項(xiàng)B2.(2022·浙江6月選考)關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是 ()A.用復(fù)色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相間條紋D.藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的大【解析】選B。用復(fù)色光投射同樣能看到條紋,A錯(cuò)誤;雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果,B正確;由條紋間距Δx=Ldλ知,把光屏前移或后移,改變了L,從而改變了條紋間距,但還能看到明暗相間條紋,C錯(cuò)誤;由條紋間距Δx=Ldλ且λ藍(lán)<λ紅知,藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的小,3.(2022·浙江6月選考)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(lái)很明亮,其主要原因是 ()A.氣泡表面有折射沒(méi)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“亮斑”【解析】選C。當(dāng)光從水中射到空氣泡的界面處時(shí),一部分光的入射角大于或等于臨界角,發(fā)生了全反射現(xiàn)象;還有一部分光折射到內(nèi)壁然后再折射出去,所以水中的空氣泡看起來(lái)比較明亮。故選C。4.(2022·遼寧選擇考)完全失重時(shí),液滴呈球形,氣泡在液體中將不會(huì)上浮。2021年12月,在中國(guó)空間站“天宮課堂”的水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,航天員向水球中注入空氣形成了一個(gè)內(nèi)含氣泡的水球。如圖所示,若氣泡與水球同心,在過(guò)球心O的平面內(nèi),用單色平行光照射這一水球。下列說(shuō)法正確的是 ()A.此單色光從空氣進(jìn)入水球,頻率一定變大B.此單色光從空氣進(jìn)入水球,頻率一定變小C.若光線1在M處發(fā)生全反射,光線2在N處一定發(fā)生全反射D.若光線2在N處發(fā)生全反射,光線1在M處一定發(fā)生全反射【解析】選C。光的頻率是由光源決定的,與介質(zhì)無(wú)關(guān),頻率不變,A、B錯(cuò)誤;由題圖可看出光線1入射到水球的入射角小于光線2入射到水球的入射角,則光線1在水球外表面折射后的折射角小于光線2在水球外表面折射后的折射角,設(shè)水球半徑為R、氣泡半徑為r、光線經(jīng)過(guò)水球后的折射角為α、光線進(jìn)入氣泡的入射角為θ,根據(jù)幾何關(guān)系有sin(π-θ)R=sinαr,則可得出光線2的θ角大于光線1的θ角,故若光線1在M處發(fā)生全反射,光線25.(2022·山東等級(jí)考)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的14圓,左側(cè)是直角梯形,AP長(zhǎng)為R,AC與CO夾角45°,AC中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束,垂直AB面入射,器件介質(zhì)對(duì)a、b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中,能在PM面全反射后,從OM面射出的光是(不考慮三次反射以后的光) (A.僅有a光B.僅有b光C.a、b光都可以 D.a、b光都不可以【解析】選A。當(dāng)兩種頻率的細(xì)激光束從A點(diǎn)垂直于AB面入射時(shí),激光沿直線傳播到O點(diǎn),經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。保持光的入射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中,如圖可知,激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?根據(jù)圖形可知,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中,光線傳播到PM面的入射角逐漸增大。當(dāng)入射點(diǎn)為B點(diǎn)時(shí),根據(jù)光的反射定律及幾何關(guān)系可知,光線傳播到PM面的P點(diǎn),此時(shí)光線在PM面上的入射角最大,設(shè)為α,由幾何關(guān)系得α=45°,根據(jù)全反射臨界角公式得sinCa=1na=11.42<22,sinCb=1nb=11.40>22,兩種頻率的細(xì)激光束的全反射的臨界角關(guān)系為Ca<45°<Cb,故在入射光從A向B移動(dòng)過(guò)程中,a光能在PM面全反射后,從OM面射出;b光不能在PM面發(fā)生全反射,6.(2022·湖北選擇考)如圖所示,水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí),將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距離為d,A位置離水面的高度為23d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出,入水點(diǎn)在B位置的正上方,入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置,折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率n=43,不計(jì)空氣阻力,(1)tanθ的值;(2)B位置到水面的距離H?！窘馕觥?1)由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知d=v0t23d=12tanθ=gt解得tanθ=4(2)因tanθ=43可知θ=53°從A點(diǎn)射到水面的光線的入射角為α,折射角為90°-θ=37°,則由折射定律可知n=sin解得α=53°由幾何關(guān)系可知Htan37°+23dtan53°=解得H=4d答案:(1)43(2)7.(2022·廣東選擇考)一個(gè)水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體,液體上方是空氣,其橫截面如圖所示。一激光器從罐體底部P點(diǎn)沿著罐體的內(nèi)壁向上移動(dòng),它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點(diǎn)。當(dāng)光束與豎直方向成45°角時(shí),恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束。已知光在空氣中的傳播速度為c,求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v?！窘馕觥慨?dāng)入射角達(dá)到45°時(shí),恰好到達(dá)臨界角C,根據(jù)sinC=1可得液體的折射率n=1sinC=1由于n=c可知激光在液體中的傳播速度v=cn=2答案:2228.(2022·全國(guó)乙卷)[物理—選修3-4]一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由D點(diǎn)入射(入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)),入射角為i,經(jīng)折射后射至AB邊的E點(diǎn),如圖所示。逐漸減小i,E點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng),當(dāng)sini=16時(shí),恰好沒(méi)有光線從AB邊射出棱鏡,且DE=DA【解析】因?yàn)楫?dāng)sini=16時(shí),恰好沒(méi)有光線從AB邊射出,可知光線在E點(diǎn)發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為C,則sinC=1由幾何關(guān)系可知,光線在D點(diǎn)的折射角為r=90°-2C則sinisin聯(lián)立可得n=1.5答案:1.59.(2022·河北選擇考)如圖,一個(gè)半徑為R的玻璃球,O點(diǎn)為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點(diǎn)光源S發(fā)出的一束光在A點(diǎn)射出,出射光線AB與球直徑SC平行,θ=30°。光在真空中的傳播速度為c。求:(1)玻璃的折射率;(2)從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的最短時(shí)間?！窘馕觥?1)根據(jù)題意將光路圖補(bǔ)充完整,如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系可知i1=θ=30°,i2=60°根據(jù)折射定律有nsini1=sini2解得n=3(2)設(shè)全反射的臨界角為C,則sinC=1n=光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有v=c根據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)θ=45°,即光路為圓的內(nèi)接正方形時(shí),從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的時(shí)間最短,則正方形的邊長(zhǎng)x=2R則最短時(shí)間為t=4xv答案:(1)3(2)410.(2022·全國(guó)甲卷)邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面,M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在平面內(nèi),一光線自M點(diǎn)射入棱鏡,入射角為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離?！窘馕觥?2)光線在M點(diǎn)發(fā)生折射,設(shè)折射角為θ,則有sin60°=nsinθ由題知,光線經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為C則sinC=1n,C=90°-聯(lián)立有tanθ=32,n=根據(jù)幾何關(guān)系有tanθ=MBBN=解得NC=a-BN=a-a再由tanθ=PC解得PC=3-答案:(2)72311.(2022·湖南選擇考)如圖,某種防窺屏由透明介質(zhì)和對(duì)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(duì)像素單元可視角度θ的控制(可視角度θ定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍)。透明介質(zhì)的折射率n=2,屏障間隙L=0.8mm。發(fā)光像素單元緊貼屏下,位于相鄰兩屏障的正中間。不考慮光的衍射。(1)若把發(fā)光像素單元視為點(diǎn)光源,要求可視角度θ控制為60°,求屏障的高度d;(2)若屏障高度d=1.0mm,且發(fā)光像素單元的寬度不能忽略,求像素單元寬度x最小為多少時(shí),其可視角度θ剛好被擴(kuò)為180°(只要看到像素單元的任意一點(diǎn),即視為能看到該像素單元)?！窘馕觥?1)發(fā)光像素單元射到屏障上的光被完全吸收,考慮射到屏障頂端的光射到透明介質(zhì)和空氣界面,折射后從界面射向空氣,由題意可知θ=60°,則r=θ2=30在介質(zhì)中的入射角為i,則sinrsi