高考物理二輪復(fù)習(xí)專題分層突破練15光學(xué)(含解析)

專題分層突破練15光學(xué)A組1.(2020山東聊城二模)下列說(shuō)法中不正確的是()A.電子表的液晶顯示用到了偏振光B.光纖利用的是光的全反射C.紅光由空氣進(jìn)入水中,波長(zhǎng)變短,顏色不變D.激光可用于全息照相,利用了其能量高的特點(diǎn)2.(2020海南高考調(diào)研)紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從水中射向空氣,若綠光在界面上恰好發(fā)生全反射,則下列判斷正確的是()A.黃光一定能發(fā)生全反射B.紅光一定能發(fā)生全反射C.黃光在水中的波長(zhǎng)比紅光在水中的波長(zhǎng)長(zhǎng)D.這三種單色光相比,紅光在水中傳播的速率最大3.(2020北京門頭溝一模)一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是()A.此介質(zhì)的折射率等于1.5B.此介質(zhì)的折射率等于2C.入射角小于45°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.入射角大于45°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象4.(2020北京平谷區(qū)一模)一束由a、b兩種單色光組成的復(fù)色光射向玻璃制成的三棱鏡,通過(guò)三棱鏡的傳播情況如圖所示。關(guān)于a、b兩種單色光,下列說(shuō)法正確的是()A.玻璃對(duì)a色光的折射率大于對(duì)b色光的折射率B.a色光的光子的能量小于b色光的光子的能量C.a色光在玻璃中的傳播速度比b色光小D.a色光發(fā)生全反射的臨界角比b色光小5.(多選)(2020浙江臺(tái)州二模)一個(gè)高為h的玻璃圓柱體中心S處裝有一個(gè)小彩燈。小彩燈可以發(fā)出紅、藍(lán)兩種顏色變換的光,已知圓柱體的玻璃對(duì)紅、藍(lán)兩種光的折射率分別為n1、n2,則()A.在玻璃圓柱體內(nèi),紅光的傳播速度大于藍(lán)光的傳播速度B.若圓柱體的半徑足夠大,紅光在上表面的圓形透光面比藍(lán)光小C.若要使兩種色光均可從玻璃圓柱體上表面的各個(gè)地方射出,則玻璃圓柱體上表面的半徑不能超過(guò)?D.從玻璃圓柱體上表面正上方觀看小彩燈,看到的燈比實(shí)際高,且藍(lán)光比紅光更高6.(2020山東泰安二模)如圖所示,圓心角60°、半徑為R的扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面,一束平行于角平分線OM的單色光經(jīng)由界面OA射入介質(zhì),折射光線平行于OB且恰好射向M(不考慮反射光線,已知光在真空中的傳播速度為c)。求:(1)介質(zhì)的折射率;(2)光在介質(zhì)中的傳播時(shí)間。7.(2020東北三省三聯(lián))如圖所示,ABC為等邊三棱鏡,P、Q分別為AB邊、AC邊的中點(diǎn),BC面鍍有一層銀,構(gòu)成一個(gè)反射面,一單色光以垂直于BC面的方向從P點(diǎn)射入,經(jīng)折射、反射,剛好照射在AC邊的中點(diǎn)Q,求:(1)棱鏡對(duì)光的折射率;(2)使入射光線繞P點(diǎn)在紙面內(nèi)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)光線再次照射到Q點(diǎn)時(shí),入射光線轉(zhuǎn)過(guò)的角度。8.(2020安徽二測(cè))如圖所示,將一個(gè)折射率為n=72的透明長(zhǎng)方體放在空氣中,矩形ABCD是它的一個(gè)截面,一單色細(xì)光束入射到P點(diǎn),AP之間的距離為d,入射角為θ,AD=6AP,AP間的距離為d=30cm,光速為c=3.0×108(1)若要使光束進(jìn)入長(zhǎng)方體后正好能射至D點(diǎn)上,求光線在PD之間傳播的時(shí)間;(2)若要使光束在AD面上發(fā)生全反射,求角θ的范圍。B組9.(2020山東臨沂一模)單鏡頭反光相機(jī)簡(jiǎn)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(lái)自鏡頭的圖像投射到對(duì)焦屏上。對(duì)焦屏上的圖像通過(guò)五棱鏡的反射進(jìn)入人眼中。如圖為單反照相機(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)生反射,且兩次反射的入射角相等,最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射,則該五棱鏡折射率的最小值是()A.1sin22.C.22 D.10.(2020北京適應(yīng)性考試)已知天然材料的折射率都為正值(n>0)。近年來(lái),人們針對(duì)電磁波某些頻段設(shè)計(jì)的人工材料,可以使折射率為負(fù)值(n<0),稱為負(fù)折射率介質(zhì)。電磁波從正折射率介質(zhì)入射到負(fù)折射介質(zhì)時(shí),符合折射定律,但折射角為負(fù),即折射線與入射線位于界面法線同側(cè),如圖甲所示。點(diǎn)波源S發(fā)出的電磁波經(jīng)一負(fù)折射率平板介質(zhì)后,在另一側(cè)成實(shí)像。如圖乙所示,其中直線SO垂直于介質(zhì)平板,則圖中畫出的4條折射線(標(biāo)號(hào)為1、2、3、4)之中,正確的是()A.1 B.2 C.3 D.411.(2020東北三省四市一模)如圖所示,一束平行于直徑AB的單色光照射到玻璃球上,從N點(diǎn)進(jìn)入玻璃球射在B點(diǎn),在B點(diǎn)反射后到球面的P點(diǎn)(P點(diǎn)未畫出)。已知玻璃球的半徑為R,折射率n=3,光在真空中的傳播速度為c,求:(1)入射點(diǎn)N與出射點(diǎn)P間的距離;(2)此單色光由N點(diǎn)經(jīng)B點(diǎn)傳播到P點(diǎn)的時(shí)間。12.(2020山西太原模擬)如圖所示,兩等腰三棱鏡ABC和CDA腰長(zhǎng)相等,頂角分別為∠A1=60°和∠A2=30°。將AC邊貼合在一起,組成∠C=90°的四棱鏡。一束單色光平行于BC邊從AB上的O點(diǎn)射入棱鏡,經(jīng)AC界面后進(jìn)入棱鏡CDA。已知棱鏡ABC的折射率n1=6+22,棱鏡CDA的折射率n2=2,不考慮光在各界面上反射后的傳播,求:sin15°=6-2(1)光線在棱鏡ABC內(nèi)與AC界面所夾的銳角θ;(2)判斷光能否從CD面射出。參考答案專題分層突破練15光學(xué)1.D解析電子表的液晶顯示用到了偏振光,A正確;光纖利用的是光的全反射,B正確;紅光由空氣進(jìn)入水中,頻率不變,所以顏色不變,根據(jù)v=cn=λf,可知折射率n變大,波長(zhǎng)變短,C正確;光具有很高的相干性,可用于全息照相,由于它記錄了光的相位信息,看起來(lái)立體感較強(qiáng),跟真的一樣,D2.D解析紅、黃、綠三種單色光,紅光的折射率最小,綠光的折射率最大,則根據(jù)sinC=1n可知,紅光的臨界角最大,綠光的臨界角最小,若綠光在界面上恰好發(fā)生全反射,則紅光和黃光都不能發(fā)生全反射,A、B錯(cuò)誤;根據(jù)λ=vf=cnf,紅光的折射率最小,頻率最小,則在水中的波長(zhǎng)最長(zhǎng),C錯(cuò)誤;根據(jù)v=cn3.B解析介質(zhì)的折射率n=sin45°sin30°=2,A錯(cuò)誤,B正確;這是光從真空射向介質(zhì)的情景,其折射角小于入射角,4.B解析由圖看出,b光通過(guò)三棱鏡后偏折厲害,說(shuō)明b光在玻璃中的折射率要大于a光,A錯(cuò)誤;由于b光的折射率大,它的能量就較大,其頻率較大,B正確;由n=cv可知,b光在玻璃中的傳播速度小,C錯(cuò)誤;由sinC=1n可知,b光的折射率n大,故b光的臨界角小5.AD解析由題可知,n1<n2,根據(jù)公式v=cn可知,在玻璃圓柱體內(nèi),紅光的傳播速度大于藍(lán)光的傳播速度,故A正確;由于紅光的折射率小于藍(lán)光的折射率,即發(fā)生全反射時(shí)紅光的臨界角大,若圓柱體的半徑足夠大,紅光在上表面的圓形透光面比藍(lán)光大,故B錯(cuò)誤;設(shè)玻璃圓柱體上表面的半徑為R,若要使兩種色光均可從玻璃圓柱體上表面的各個(gè)地方射出,則射向圓柱體邊緣的光線的入射角小于藍(lán)光的臨界角,如圖所示:則根據(jù)幾何關(guān)系,有sinC=1n2≥RR2+14?2,整理可以得到:R≤?2n22-1,C錯(cuò)誤6.答案(1)3(2)R解析(1)光路圖如圖所示由幾何知識(shí)得i=60°θ=30°因此有r=30°則介質(zhì)的折射率為n=sin代入數(shù)據(jù)解得n=3(2)設(shè)光在介質(zhì)中的路程為s,由E作EN垂直于OM由幾何關(guān)系得,Rt△ENM中θ=30°s=R光在介質(zhì)中的傳播速度v=c光的傳播時(shí)間t=s7.答案(1)3(2)120°解析(1)畫出光路圖如圖甲所示,根據(jù)對(duì)稱性及光路可逆結(jié)合幾何關(guān)系可知,光在AB面的入射角i=60°,折射角r=30°,根據(jù)折射定律有n=sin(2)當(dāng)光線再次照射到Q點(diǎn)時(shí),光路如圖乙所示,由幾何關(guān)系可知,折射角θ=30°,根據(jù)折射定律有sinαsinθ=3,解得α=60°,8.答案(1)3.5×10-9s(2)30°≤θ≤60°解析(1)由幾何關(guān)系PD=d2t=7dv=7dcn=7d(2)要使光束進(jìn)入長(zhǎng)方體后能射至AD面上,設(shè)最小折射角為α,如圖甲所示,根據(jù)幾何關(guān)系有sinα=d根據(jù)折射定律有sinθ解得角θ的最小值為θ=30°如圖乙,要使光束在AD面上發(fā)生全反射,則要使射至AD面上的入射角β滿足關(guān)系式:sinβ≥sinCsinC=1sinβ=cosα=1-1解得θ≤60°因此角θ的范圍為30°≤θ≤60°。9.A解析設(shè)入射到CD面上的入射角為θ,因?yàn)樵贑D和EA上發(fā)生全反射,且兩次反射的入射角相等。如圖,根據(jù)幾何關(guān)系有4θ=90°,解得θ=22.5°,根據(jù)sinθ=1n解得最小折射率n=1sin22.5°,A正確,B10.D解析由題意可知,負(fù)折射率的介質(zhì)使得折射光線與入射光線均在法線的同一側(cè),現(xiàn)在讓我們判斷從S點(diǎn)發(fā)出的這條光線的折射光線,則光線1、2是不可能的,因?yàn)樗鼈兙诜ň€的另一側(cè),光線3、4是可能的,但是題意中又說(shuō)明在另一側(cè)成實(shí)像,即實(shí)際光線有交點(diǎn),光線3在射出介質(zhì)時(shí),其折射光線也會(huì)在法線的同一側(cè),這樣它就不會(huì)與SO有交點(diǎn)了,而光線4卻能夠與SO有交點(diǎn),故光線4是正確的,D正確。11.答案(1)3R(2)6解析(1)在B點(diǎn)的反射光線與入射光線NB關(guān)于AB對(duì)稱,則可知從P點(diǎn)射出的光線與原平行于AB的入射光線平行對(duì)稱,作出光路圖如圖所示由光路圖知θ1=2θ2由折射定律得n=sin解得θ1=60°,θ2=30°入射點(diǎn)N與出射點(diǎn)P間的距離為2d=Rsinθ1=3R(2)該條光線在玻璃球中的路程s=2×2Rcosθ2=23R光在玻璃球中的速度v=c光在玻璃球中的時(shí)間t=s12.答案