知識點十八 光學-2021年高考物理分類題庫

知識點十八光學1.(2021·浙江6月選考·T12)用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時觀察到的現(xiàn)象如圖所示。入射點O和兩出射點P、Q恰好位于光盤邊緣等間隔的三點處,空氣中的四條細光束分別為入射光束a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b間的夾角為90°,則 ()A.光盤材料的折射率n=2B.光在光盤內(nèi)的速度為真空中光速的三分之二C.光束b、c和d的強度之和等于光束a的強度D.光束c的強度小于O點處折射光束OP的強度【解析】選D。根據(jù)題目已知條件,光路圖如圖所示,由此可知n=sin45°sin30°=2,選項A錯誤;根據(jù)n=c2.(2021·浙江6月選考·T16)肥皂膜的干涉條紋如圖所示,條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是()A.過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C.肥皂膜從形成到破裂,條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化D.將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90°,條紋也會跟著轉(zhuǎn)動90°【解析】選A、B。由于該裝置并不是豎直放置,所以過最高點、最低點的截面一定不是梯形,選項A正確;肥皂膜的彩色條紋是光在薄膜前后表面反射的光的疊加造成的,所以選項B正確;由于不斷受重力影響,下方薄膜逐漸變厚,上方會變薄,所以光程差也會變化,條紋的寬度、間距也會變化,選項C錯誤;旋轉(zhuǎn)金屬環(huán)不會改變薄膜的形狀,則光程差就不變,干涉條紋就不會變化,選項D錯誤。3.(2021·山東等級考·T7)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜,觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像,可能正確的是 ()【解析】選D。從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光,其光程差為Δx=2d,即光程差為薄膜厚度的2倍,當光程差Δx=nλ時此處表現(xiàn)為亮條紋,故相鄰亮條紋之間的薄膜的厚度差為12λ4.(2021·全國甲卷（1）)如圖,單色光從折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為3.0×108m/s,則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為m/s;對于所有可能的入射角,該單色光通過玻璃板所用時間t的取值范圍是s≤t<s(不考慮反射)。

【解析】由n=cv得,v=cn=2.0×10當光線垂直入射時,tmin=dv=5×10-10臨界角sinα=1n=23,故cosα故tmax=dcosαv=35×10故單色光通過玻璃所用的時間范圍為5×10-10s≤t<35×10-10s答案:2.0×1085×10-1035×10-105.(2021·浙江6月選考·T17（2）)如圖所示是“用雙縫干涉測量光的波長”實驗的裝置。實驗中:（1）觀察到較模糊的干涉條紋,要使條紋變得清晰,值得嘗試的是(單選)。

A.旋轉(zhuǎn)測量頭B.增大單縫與雙縫間的距離C.調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行（2）要增大觀察到的條紋間距,正確的做法是(單選)。

A.減小單縫與光源間的距離B.減小單縫與雙縫間的距離C.增大透鏡與單縫間的距離D.增大雙縫與測量頭間的距離【解析】（1）為了將模糊的條紋變清晰,旋轉(zhuǎn)測量頭只能調(diào)節(jié)分劃板的刻度線與干涉條紋是否平行,不能調(diào)節(jié)清晰程度,選項A錯誤;增大單縫與雙縫之間的距離既不能調(diào)節(jié)干涉條紋間隔,也不能調(diào)節(jié)清晰程度,選項B錯誤;調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行,使得經(jīng)過單縫后形成的中心最寬的衍射條紋經(jīng)過雙縫更容易發(fā)生清晰的雙縫干涉現(xiàn)象,選項C正確。（2）根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式Δx=Lλd可知,增加雙縫到屏幕(測量頭)的距離L、光的波長λ答案:（1）C（2）D6.(2021·全國乙卷·T34（2）)用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光路,C、D兩個大頭針確定出射光路。O和O'分別是入射點和出射點,如圖(a)所示。測得玻璃磚厚度為h=15.0mm;A到過O點的法線OM的距離AM=10.0mm,M到玻璃磚的距離MO=20.0mm,O'到OM的距離為s=5.0mm。(1)求玻璃磚的折射率;(2)用另一塊材料相同,但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗,玻璃磚的截面如圖(b)所示。光從上表面入射,入射角從0逐漸增大,達到45°時,玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角。【解析】(1)從O點射入時,設(shè)入射角為α,折射角為β。根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)可得:sinα=10.0sinβ=5.0再由折射定律可得玻璃磚的折射率:n=sinαsinβ=(2)當入射角為45°時,設(shè)折射角為γ,由折射定律:n=sin45可求得:γ=30°再設(shè)此玻璃磚上下表面的夾角為θ,光路圖如下:而此時出射光線恰好消失,則說明發(fā)生全反射,有:sinC=1解得:C=45°由幾何關(guān)系可知:θ+30°=C即玻璃磚上下表面的夾角:θ=15°答案:(1)2(2)15°7.(2021·河北選擇考·T16(2))將兩塊半徑均為R、完全相同的透明半圓柱體A、B正對放置,圓心上下錯開一定距離,如圖所示。用一束單色光沿半徑照射半圓柱體A,設(shè)圓心處入射角為θ。當θ=60°時,A右側(cè)恰好無光線射出;當θ=30°時,有光線沿B的半徑射出,射出位置與A的圓心相比下移h。不考慮多次反射。求:(1)半圓柱體對該單色光的折射率;(2)兩個半圓柱體之間的距離d。【解析】(1)光從半圓柱體A射入,滿足從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì),當θ=60°時發(fā)生全反射,有sinθ=1解得n=2(2)當入射角θ=30°時,經(jīng)兩次折射沿半圓柱體B的半徑射出,設(shè)折射角為r,光路如圖由折射定律有sinθ·n=sinr由幾何關(guān)系有tanr=h?Rsinθ聯(lián)立解得d=2(h-R2答案:(1)233(2)2(h-8.(2021·湖南選擇考·T16（2）)我國古代著作《墨經(jīng)》中記載了小孔成倒像的實驗,認識到光沿直線傳播。身高1.6m的人站在水平地面上,其正前方0.6m處的豎直木板墻上有一個圓柱形孔洞,直徑為1.0cm,深度為1.4cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此時,由于孔洞深度過大,使得成像不完整,如圖所示?，F(xiàn)在孔洞中填充厚度等于洞深的某種均勻透明介質(zhì),不考慮光在透明介質(zhì)中的反射。(1)若該人通過小孔能成完整的像,透明介質(zhì)的折射率最小為多少?(2)若讓折射進入孔洞的光能成功射出,透明介質(zhì)的折射率最小為多少?【解析】(1)根據(jù)題意作出如下光路圖當孔在人身高一半時有tanθ=h2-d2L=0tanα=0.010.014=由折射定律有n=sinθsinα≈(2)若讓折射進入孔洞的光能成功射出,則可畫出如下光路圖根據(jù)幾何關(guān)系有n'=sin90°sinα答案:(1)1.38(2)1.79.(2021·廣東選擇考·T16（2）)如圖所示,一種光學傳感器是通過接收器Q接收到光的強度變化而觸發(fā)工作的。光從擋風玻璃內(nèi)側(cè)P點射向外側(cè)M點再折射到空氣中,測得入射角為α,折射角為β;光從P點射向外側(cè)N點,剛好發(fā)生全反射并被Q接收,求光從玻璃射向空氣時臨界角θ的正弦值表達式。【解析】根據(jù)光的折射定律有n=sinβsinα根據(jù)光的全反射規(guī)律有sinθ=1n聯(lián)立解得sinθ=sinαsinβ答案:sinθ=sinα10.(2021·山東等級考·T15)超強超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學獎,其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個相同的直角三棱鏡,頂角為θ。一細束脈沖激光垂直第一個棱鏡左側(cè)面入射,經(jīng)過前兩個棱鏡后分為平行的光束,再經(jīng)過后兩個棱鏡重新合成為一束,此時不同頻率的光前后分開,完成脈沖展寬。已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d=100.0mm,脈沖激光中包含兩種頻率的光,它們在棱鏡中的折射率分別為n1=2和n2=314。取sin37°=35,cos37°=45(1)為使兩種頻率的光都能從左側(cè)第一個棱鏡斜面射出,求θ的取值范圍;(2)若θ=37°,求兩種頻率的光通過整個展寬器的過程中,在空氣中的路程差ΔL(保留3位有效數(shù)字)?！窘馕觥?1)設(shè)C是全反射的臨界角,光線在第一個三梭鏡右側(cè)斜面上恰好發(fā)生全反射時,根據(jù)折射定律得sinC=1n 代入較大的折射率得C=45°②所以頂角θ的范圍為0<θ<45°(或θ<