高考物理二輪復(fù)習(xí)分類訓(xùn)練專題15 光學(xué)（含解析）

專題15光學(xué)【真題匯編】1、(2022·山東卷·T10)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng)。同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙，圖丙所示圖樣。下列描述正確的是()A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋【答案】ACD【解析】A．由圖可知，圖乙中間部分等間距條紋，所以圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，同時(shí)也發(fā)生衍射，故A正確；B．狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)條紋間距公式SKIPIF1<0可知照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；D．照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋，故D正確。故選ACD。2、(2022·山東卷·T7)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，SKIPIF1<0右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的SKIPIF1<0圓，左則是直角梯形，SKIPIF1<0長(zhǎng)為R，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0夾角SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直SKIPIF1<0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SKIPIF1<0面全反射后，從SKIPIF1<0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【答案】A【解析】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，如下圖可知，激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?，根?jù)圖像可知，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SKIPIF1<0，由幾何關(guān)系得SKIPIF1<0根據(jù)全反射臨界角公式得SKIPIF1<0SKIPIF1<0兩種頻率的細(xì)激光束的全反射的臨界角關(guān)系為SKIPIF1<0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，故僅有a光。A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。3、(2022·全國(guó)乙卷·T17)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=6.63×10-34Js。R約為()A.1×102m B.3×102m C.6×102m D.9×102m【答案】B【解析】一個(gè)光子的能量為E=hνν為光的頻率，光的波長(zhǎng)與頻率有以下關(guān)系c=λν光源每秒發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為SKIPIF1<0P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點(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)為3×1014個(gè)，那么此處的球面的表面積為S=4πR2則SKIPIF1<0聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m故選B。4、(2022·浙江6月卷·T8)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”【答案】C【解析】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)比較亮。故選C。5、(2022·浙江6月卷·T4)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【答案】B【解析】A．用復(fù)色光投射同樣能看到條紋，A錯(cuò)誤；B．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；C．由條紋間SKIPIF1<0知，把光屏前移或后移，改變了L，從而改變了條紋間距，但還可能看到明暗相間條紋，C錯(cuò)誤；D．由條紋間SKIPIF1<0知，且λ藍(lán)<λ紅，則藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的小，D錯(cuò)誤。故選B。6、(2022·浙江1月卷·T11)如圖所示，用激光筆照射半圓形玻璃磚圓心O點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有a、b、c、d四條細(xì)光束，其中d是光經(jīng)折射和反射形成的。當(dāng)入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)小角度SKIPIF1<0時(shí)，b、c、d也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，則()A.光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0B.光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0C.光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于SKIPIF1<0D.光速b、c之間的夾角減小了SKIPIF1<0【答案】B【解析】A．設(shè)入射光線a的入射角為SKIPIF1<0，則反射角為SKIPIF1<0，光束c的折射角為SKIPIF1<0，光束d的反射角也為SKIPIF1<0，入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)小角度SKIPIF1<0時(shí)，入射角變?yōu)镾KIPIF1<0由反射定律可知反射角等于入射角，則光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度等于SKIPIF1<0，故A錯(cuò)誤；B．由折射定律有SKIPIF1<0，SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0即光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0，故B正確；C．光束d的反射角變化與光束c的折射角變化相等，則光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0，故C錯(cuò)誤；D．光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度等于SKIPIF1<0，光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0，則光速b、c之間的夾角減小的角度小于SKIPIF1<0，故D錯(cuò)誤；故選B。7、(2022·浙江1月卷·T16)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是近代證實(shí)物質(zhì)波存在的實(shí)驗(yàn)。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動(dòng)量為1.2×10-23kg·m/s，然后讓它們通過(guò)雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列說(shuō)法正確的是()A.發(fā)射電子的動(dòng)能約為8.0×10-15JB.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)約為5.5×10-11mC.只有成對(duì)電子分別同時(shí)通過(guò)雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個(gè)一個(gè)發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣【答案】BD【解析】A．根據(jù)動(dòng)量的大小與動(dòng)能的關(guān)系可知發(fā)射電子的動(dòng)能約為SKIPIF1<0故A錯(cuò)誤；B．發(fā)射電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)約為SKIPIF1<0故B正確；CD．物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動(dòng)性是每個(gè)電子本身的性質(zhì)，則每個(gè)電子依次通過(guò)雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是需要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯(cuò)誤，D正確；故選BD。8、(2022·全國(guó)乙卷·T34(2))一細(xì)束單色光在三棱鏡SKIPIF1<0的側(cè)面SKIPIF1<0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SKIPIF1<0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)SKIPIF1<0時(shí)，恰好沒(méi)有光線從SKIPIF1<0邊射出棱鏡，且SKIPIF1<0。求棱鏡的折射率?！敬鸢浮?.5【解析】因?yàn)楫?dāng)SKIPIF1<0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SKIPIF1<0由幾何關(guān)系可知，光線在D點(diǎn)的折射角為SKIPIF1<0則SKIPIF1<0聯(lián)立可得n=1.59、(2022·全國(guó)甲卷·T34(2))如圖，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)。在截面所在平的，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?！敬鸢浮縎KIPIF1<0，SKIPIF1<0【解析】光線在M點(diǎn)發(fā)生折射有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，則SKIPIF1<0C=90°-θ聯(lián)立有SKIPIF1<0SKIPIF1<0根據(jù)幾何關(guān)系有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0再由SKIPIF1<0解得SKIPIF1<010、(2022·廣東卷·T16(2))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SKIPIF1<0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?！敬鸢浮縎KIPIF1<0，SKIPIF1<0【解析】當(dāng)入射角達(dá)到45o時(shí)，恰好到達(dá)臨界角C，根據(jù)SKIPIF1<0可得液體的折射率SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0可知激光在液體中的傳播速度SKIPIF1<011、(2022·湖南卷·T16(2))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SKIPIF1<0的控制(可視角度SKIPIF1<0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SKIPIF1<0，屏障間隙SKIPIF1<0。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SKIPIF1<0控制為60°，求屏障的高度d；(2)若屏障高度SKIPIF1<0，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SKIPIF1<0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)?！敬鸢浮?1)1.55mm；(2)0.35mm【解析】(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SKIPIF1<0在介質(zhì)中的入射角為i，則SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由幾何關(guān)系SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0(2)若視角度SKIPIF1<0剛好被擴(kuò)為180°，則SKIPIF1<0，此時(shí)光線在界面發(fā)生全反射，此時(shí)光線在界面處的入射角SKIPIF1<0解得C=30°此時(shí)發(fā)光像素單元發(fā)光點(diǎn)距離屏障的距離為SKIPIF1<0像素單元寬度x最小為SKIPIF1<012、(2022·湖北·T14)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SKIPIF1<0d。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SKIPIF1<0，求:(1)tanθ的值；(2)B位置到水面的距離H?！敬鸢浮?1)SKIPIF1<0；(2)SKIPIF1<0【解析】(1)由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0(2)因SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0，從A點(diǎn)射到水面的光線的入射角為α，折射角為SKIPIF1<0，則由折射定律可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由幾何關(guān)系可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<013、【2022·河北·T16(2)】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?！敬鸢浮?1)SKIPIF1<0；(2)SKIPIF1<0【解析】(i)根據(jù)題意將光路圖補(bǔ)充完整，如下圖所示根據(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SKIPIF1<0(ii)設(shè)全反射的臨界角為C，則SKIPIF1<0光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有SKIPIF1<0根據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)θ=45°時(shí)，即光路為圓的內(nèi)接正方形，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)SKIPIF1<0則最短時(shí)間為SKIPIF1<0【突破練習(xí)】1.(2022·北京市海淀區(qū)高三下學(xué)期一模)以下現(xiàn)象不屬于衍射的是()A.白光經(jīng)過(guò)狹窄的單縫得到彩色圖樣 B.白光照射肥皂膜呈現(xiàn)出彩色圖樣C.光照射刀片的陰影輪廓模糊不清 D.光照射不透明圓盤(pán)的陰影中心出現(xiàn)亮斑【答案】B【解析】A．白光照射單縫后，在光屏上出現(xiàn)彩色條紋是光的衍射現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；B．白光照射肥皂膜呈現(xiàn)彩色圖樣是光的薄膜干涉現(xiàn)象，B正確；C．光照射刀片的陰影輪廓模糊不清是光的衍射造成的，C錯(cuò)誤；D．白光照射不透明的小圓盤(pán)，在圓盤(pán)陰影中心出現(xiàn)一個(gè)亮斑是光的衍射現(xiàn)象造成的，D錯(cuò)誤。故選B。2.(2022·江蘇七市高三下學(xué)期二模)劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖所示，將一塊平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上，在一端夾入兩張紙片，當(dāng)單色光從上方入射后，從上往下可以看到干涉條紋。則()A.干涉條紋是由a、b上表面反射的光疊加產(chǎn)生的B.相鄰的暗條紋對(duì)應(yīng)位置下方的空氣膜厚度差不同C.若抽去一張紙片，條紋變密D.若某亮條紋發(fā)生彎曲，該亮條紋對(duì)應(yīng)位置的空氣膜厚度仍相等【答案】D【解析】A．干涉條紋是由于a下表面和b上表面反射光疊加產(chǎn)生的，故A錯(cuò)誤；BD．劈尖干涉條紋特點(diǎn)，任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等，任意相鄰的明條紋或者暗條紋對(duì)應(yīng)的薄膜厚度差恒定，故B錯(cuò)誤，D正確；C．干涉條紋光程差SKIPIF1<0即光程差為空氣層厚度的2倍，當(dāng)滿足SKIPIF1<0時(shí)，表現(xiàn)為亮條紋，故相鄰亮條紋間的空氣厚度為SKIPIF1<0，若抽去一張紙傾角減小，故亮條紋之間距離增大，因此干涉條紋變疏，故C錯(cuò)誤。故選D。3.(2022·江蘇七市高三下學(xué)期二模)一束單色光穿過(guò)兩塊兩面平行的玻璃磚，出射光線與入射光線的位置關(guān)系可能正確的是()A.B.C. D.【答案】A【解析】BC．一束單色光穿過(guò)兩塊玻璃磚，分別經(jīng)過(guò)兩次從空氣中射入到玻璃，和兩次從玻璃射入空氣的折射，且兩塊玻璃磚的兩面都是平行的，根據(jù)折射定律可知，最后的出射光線與最初的入射光線平行，BC錯(cuò)誤。AD．光由空氣斜射進(jìn)入玻璃磚，折射光線、入射光線在空氣和玻璃磚兩種介質(zhì)中，折射角小于入射角；當(dāng)光再由玻璃磚斜射進(jìn)入空氣時(shí)，折射角大于入射角，故最后的出射光線應(yīng)該位于最初的入射光線延長(zhǎng)線的左側(cè)，A正確D錯(cuò)誤。故選A。4.(2022·江蘇南京鹽城市高三下學(xué)期二模)某小組用圖甲裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)完畢后，在屏上觀察到如圖乙所示的豎直條紋。下列說(shuō)法正確的是()A.裝置中的雙縫沿水平方向放置B.僅向右移動(dòng)單縫，使之靠近雙縫，干涉條紋間距將變大C.僅更換雙縫間距更小的雙縫，干涉條紋間距將變大D.僅將紅色濾光片換為綠色濾光片，干涉條紋間距將變大【答案】C【解析】A．根據(jù)圖乙可知，裝置中的雙縫沿豎直方向放置，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)雙縫干涉的條紋間距公式SKIPIF1<0，僅向右移動(dòng)單縫，條紋間距不變，故B錯(cuò)誤；C．僅更換雙縫間距更小的雙縫，d變小，干涉條紋間距將變大，故C正確；D．僅將紅色濾光片換為綠色濾光片，波長(zhǎng)變小，干涉條紋間距將變小，故D錯(cuò)誤。故選C。5.(2022·江蘇如皋市高三下學(xué)期一調(diào))如圖所示，折射率n=SKIPIF1<0的液面上有一光源S，發(fā)出一條光線，垂直射到水平放置于液體中且距液面高度h的平面鏡M的O點(diǎn)上.當(dāng)平面鏡繞垂直于紙面的軸O以角速度ω逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液面上的觀察者發(fā)現(xiàn)液面上有一光斑掠過(guò)，且光斑到P點(diǎn)后立即消失，求：(1)O、P兩點(diǎn)間的距離x；(2)光斑在P點(diǎn)即將消失時(shí)的瞬時(shí)速度大小v。【答案】(1)SKIPIF1<0；(2)SKIPIF1<0【解析】(1)光線垂直于液面入射，平面鏡水平放置時(shí)反射光線沿原路返回，平面鏡繞O逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光線經(jīng)平面鏡反射開(kāi)始逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，液面上的觀察者能得到由液面折射出去的光線，當(dāng)從P處向左再也看不到液面上的光斑時(shí)，說(shuō)明從平面鏡反射到P點(diǎn)的光線在液面產(chǎn)生全反射，做出光路圖如圖所示：

根據(jù)在P處產(chǎn)生全反射條件得SKIPIF1<0解得C=45°則SKIPIF1<0(2)光斑在液面移動(dòng)的速度v是光線的伸長(zhǎng)速度v2與光線轉(zhuǎn)動(dòng)速度v1的合速度，其中SKIPIF1<0由幾何關(guān)系可知θ=2α，則光線的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度是平面鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的2倍，可得：SKIPIF1<0所以光斑在P點(diǎn)即將消失時(shí)瞬時(shí)速度的大小為SKIPIF1<06.(2022·山東濰坊市高三下學(xué)期一模)如圖所示，SKIPIF1<0是半圓柱體透明型材