2014年高考真題匯編11：光學(xué)

8/8專題十一光學(xué)1.【2014·新課標(biāo)全國(guó)卷I】(2)一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示．玻璃的折射率為n＝.(ⅰ)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？(ⅱ)一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置．【答案】（i）R（ii）略【解析】在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖所示，由全反射條件有sinθ=1/n，由幾何關(guān)系有OE=Rsinθ，由對(duì)稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為l=2OE，聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)得l=R，（ii）設(shè)光線在距O點(diǎn)R的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系和已知條件得α=60°>θ，光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射，最后由G點(diǎn)射出，如圖所示，由反射定律和幾何關(guān)系有OG=OC=R。射到G點(diǎn)的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出．2.【2014·新課標(biāo)Ⅱ卷】(2)一厚度為h的大平板玻璃水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面，在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上，已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射)，求平板玻璃的折射率．【答案】h/2【解析】如圖所示，考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線，假設(shè)它斜射到玻璃上表面的點(diǎn)折射，根據(jù)折射定律有nrsinθ=sinα，式中n是玻璃的折射率，θ是入射角，α是折射角。現(xiàn)假設(shè)A′恰好在紙片邊緣，由題意，在A′點(diǎn)剛好發(fā)生全反射，故α＝②設(shè)AA′線段在玻璃上表面的投影長(zhǎng)為L(zhǎng)，由幾何關(guān)系有sinθ＝③由題意，紙片的半徑應(yīng)為R＝L＋r④聯(lián)立以上各式可得n＝h/2⑤3.【2014·北京卷】以往，已知材料的折射率都為正值(n>0)．現(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料，其折射率可以為負(fù)值(n<0)，稱為負(fù)折射率材料．位于空氣中的這類材料，入射角i與折射角r依然滿足，但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)．現(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料，一束電磁波從其上表面射入，下表面射出．若該材料對(duì)此電磁波的折射率n＝－1，正確反映電磁波穿過(guò)該材料的傳播路徑的示意圖是()ABCD【答案】B【解析】本題考查光的折射，是一道創(chuàng)新題，但本質(zhì)上還是光的折射定律，本題給定信息“光的折射光線和入射光線位于法線的同側(cè)”，無(wú)論從光從空氣射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入空氣，都要符合此規(guī)律，故A、D錯(cuò)誤。折射率為-1，由光的折射定律可知，同側(cè)的折射角等于入射角，C錯(cuò)誤，B正確。4.【2014·全國(guó)卷】在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589nm的光，在距雙縫1.00m的屏上形成干涉圖樣．圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350cm，則雙縫的間距為()A．2.06×10－7mB．2.06×10－4mC．1.68×10－4mD．1.68×10－3m【答案】C【解析】本題考查雙縫干涉條紋間距離公式．雙縫干涉相鄰條紋間距Δx＝λ/d，則d＝λ/Δx＝1.68×10－4m，C正確．5.【2014·福建卷I】如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路的是()ABCD【答案】A【解析】光線在空氣沿半徑射入玻璃磚時(shí)，傳播方向不變，由玻璃磚射向空氣時(shí)，在其分界處當(dāng)入射角大于或等于臨界角時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，故A正確；光線由空氣射向玻璃磚時(shí)，由于光線與分界面不垂直，所以除了有反射現(xiàn)象之外還應(yīng)發(fā)生折射現(xiàn)象，其折射角小于入射角，故B、D錯(cuò)誤；光線由空氣沿半徑射入玻璃時(shí)，傳播方向不變，由玻璃磚射向空氣時(shí)，折射角應(yīng)大于入射角，故C錯(cuò)誤。6.【2014·江蘇卷】(1)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到題12B1(甲)圖所示的條紋，僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，觀察到的條紋如題12B1(乙)圖所示．他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是______．(題12B1圖)A．減小光源到單縫的距離B．減小雙縫之間的距離C．減小雙縫到光屏之間的距離D．換用頻率更高的單色光源【答案】(1)B【解析】根據(jù)Δx＝λ/d知，要使條紋間距變大，可減小雙縫之間的距離，增大光的波長(zhǎng)(即降低光的頻率)或增大雙縫到屏的距離，故只有B正確．7.【2014·四川卷】電磁波已廣泛運(yùn)用于很多領(lǐng)域．下列關(guān)于電磁波的說(shuō)法符合實(shí)際的是()A．電磁波不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象B．常用的遙控器通過(guò)發(fā)出紫外線脈沖信號(hào)來(lái)遙控電視機(jī)C．根據(jù)多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度D．光在真空中運(yùn)動(dòng)的速度在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值可能不同【答案】C【解析】衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；常用的遙控器通過(guò)發(fā)出紅外線脈沖信號(hào)來(lái)遙控電視機(jī)，B錯(cuò)誤；遙遠(yuǎn)天體和地球的距離發(fā)生變化時(shí)，遙遠(yuǎn)天體的電磁波由于相對(duì)距離發(fā)生變化而出現(xiàn)多普勒效應(yīng)，所以能測(cè)出遙遠(yuǎn)天體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，C正確；光在真空中運(yùn)動(dòng)的速度在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值是相同的，即光速不變?cè)?，D錯(cuò)誤．8.【2014·四川卷】如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則()A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大【答案】D【解析】光從水中進(jìn)入空氣，只要在沒(méi)有發(fā)生全反射的區(qū)域，就可以看到光線射出，所以A、B錯(cuò)誤；光的頻率是由光源決定的，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以C錯(cuò)誤；由v=c/n得，光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大，所以D正確。9.【2014·天津卷】一束由兩種頻率不同的單色光組成的復(fù)色光從空氣射入玻璃三棱鏡后，出射光分成a、b兩束，如圖所示，則a、b兩束光()A．垂直穿過(guò)同一塊平板玻璃，a光所用的時(shí)間比b光長(zhǎng)B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí)，a光臨界角比b光的小C．分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置，b光形成的相鄰亮條紋間距小D．若照射同一金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)，b光照射時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大【答案】AB【解析】本題考查了光的折射率、全反射、雙縫干涉及光電效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)圖中光線的偏轉(zhuǎn)角度可以判斷出三棱鏡對(duì)a光的折射率比b光的大，所以a光的頻率大，在玻璃中速度小，通過(guò)玻璃所用的時(shí)間長(zhǎng)，A正確；a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角，B正確；發(fā)生雙縫干涉時(shí)相鄰條紋間的距離公式Δx＝λ/d，由于b光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，所以b光形成的相鄰亮條紋間距大，C錯(cuò)誤；由于a光的頻率大于b光的頻率，根據(jù)公式Ek＝hν－W得出a光照射金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能大，D錯(cuò)誤．10.【2014·浙江卷】關(guān)于下列光學(xué)現(xiàn)象，說(shuō)法正確的是()A．水中藍(lán)光的傳播速度比紅光快B．光從空氣射入玻璃時(shí)可能發(fā)生全反射C．在岸邊觀察前方水中的一條魚(yú)，魚(yú)的實(shí)際深度比看到的要深D．分別用藍(lán)光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用紅光時(shí)得到的條紋間距更寬【答案】CD【解析】本題考查光速、光的全反射、折射、雙縫干涉等知識(shí)，在同一種介質(zhì)中，波長(zhǎng)越短，波速越慢，故紅光的傳播速度比藍(lán)光大，A錯(cuò)誤；光從空氣射向玻璃是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，不能發(fā)生全反射，B錯(cuò)誤；在岸邊觀察水中的魚(yú)，由于光的折射，魚(yú)的實(shí)際深度比看到的深度要深，C正確；在空氣中紅光的波長(zhǎng)比藍(lán)光的長(zhǎng)，根據(jù)Δx＝λ/d可知，紅光的雙縫干涉條紋間距大，D正確。11.【2014·重慶卷】打磨某剖面如題11圖1所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ切磨在θ1＜θ＜θ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況)，則下列判斷正確的是()題11圖1A．若θ＞θ2，光線一定在OP邊發(fā)生全反射B．若θ＞θ2，光線會(huì)從OQ邊射出C．若θ＜θ1，光線會(huì)從OP邊射出D．若θ＜θ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射【答案】(1)D【解析]本題第一問(wèn)考查光的折射和全反射，第二問(wèn)考查波的圖像．12.【2014·江蘇卷】(3)Morpho蝴蝶的翅膀在陽(yáng)光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒，這是因?yàn)楣庹丈涞匠岚虻镊[片上發(fā)生了干涉．電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖見(jiàn)題12B2圖．一束光以入射角i從a點(diǎn)入射，經(jīng)過(guò)折射和反射后從b點(diǎn)出射．設(shè)鱗片的折射率為n，厚度為d，兩片之間空氣層厚度為h.取光在空氣中的速度為c，求光從a到b所需的時(shí)間t.(題12B2圖)【答案】（3）+?！窘馕觥吭O(shè)光在鱗片中的折射角為γ，根據(jù)折射定律有sini=nsinγ，在鱗片中傳播的路程l1=，傳播速度v=c/n，傳播時(shí)間t1=l1/v，解得t1=，同理，在空氣中的傳播時(shí)間t2=，則t1+t2=+。13.【2014·山東卷】(2)如圖所示，三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點(diǎn)，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i入射，第一次到達(dá)AB邊恰好發(fā)生全反射．已知θ＝15°，BC邊長(zhǎng)為2L，該介質(zhì)的折射率為.求：(ⅰ)入射角i；(ⅱ)從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時(shí)間(設(shè)光在真空中的速度為c，可能用到：sin75°＝或t