高三物理二輪高頻考點(diǎn)突破專題21 幾何光學(xué)和物理光學(xué)

高考物理二輪高頻考點(diǎn)專題突破專題21幾何光學(xué)和物理光學(xué)專練目標(biāo)專練內(nèi)容目標(biāo)1幾何光學(xué)（1T—11T）目標(biāo)2物理光學(xué)（12T—18T）【典例專練】一、幾何光學(xué)1．如圖是由不同材料制作的等腰直角三角形和半圓形玻璃磚，將它們放在水平面并相切于A點(diǎn)，是半圓形玻璃磚的直徑，O是半圓形玻璃磚圓心。現(xiàn)將該光源放置在A點(diǎn)左側(cè)P處，垂直水平面向上發(fā)射激光，經(jīng)過半圓弧上某點(diǎn)M后，恰好又能經(jīng)過B點(diǎn)，已知，，與水平方向夾角恰好為，等腰直角三角形玻璃磚的折射率。下列說法正確的是（）A．半圓形玻璃磚的折射率B．的距離為C．半圓弧玻璃磚上M點(diǎn)到水平面的距離為D．從P射出的激光，經(jīng)過等腰直角三角形和半圓形玻璃磚的時(shí)間之比為【答案】AC【詳解】A．假設(shè)從B發(fā)射某束激光，恰好經(jīng)過M點(diǎn)，然后經(jīng)過界面后到達(dá)P點(diǎn)，其光路圖如圖所示根據(jù)光路可逆性，從P豎直向上發(fā)射的激光恰好到達(dá)B點(diǎn)。根據(jù)幾何知識(shí)可知，射向M點(diǎn)的光線的折射角r等于，入射角等于，根據(jù)折射率可知，A正確；B．根據(jù)上圖可知所以，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)幾何知識(shí)M點(diǎn)到水平面距離，C正確；D．激光在等腰直角三角形的光速為在半形玻璃磚的光速時(shí)間之比為D錯(cuò)誤。故選AC。2．如圖所示，矩形ABCD為一玻璃磚的截面，、。該截面內(nèi)一條單色光線a從A點(diǎn)射向BC中點(diǎn)E，剛好在BC發(fā)生全反射并直接射向D點(diǎn)。該單色光的另一條與AE平行的光線b從AB上的P點(diǎn)（未畫出）折射進(jìn)入玻璃磚，光線經(jīng)BC反射后直接射向CD的中點(diǎn)F。已知真空中光速為c，則下列說法正確的是（）A．玻璃磚的折射率為 B．光線b第一次打在BC面上時(shí)發(fā)生全反射C．光線b第一次打在CD面上時(shí)發(fā)生全反射 D．光線b第一次從P點(diǎn)傳播到F點(diǎn)用時(shí)為【答案】BD【詳解】A．設(shè)玻璃磚的折射率為n，根據(jù)幾何關(guān)系可知該單色光在玻璃磚中發(fā)生全反射的臨界角C滿足解得n=2故A錯(cuò)誤；BC．如圖所示，設(shè)光線b在AB面的折射角為α，則根據(jù)折射定律有解得根據(jù)幾何關(guān)系可知光線b在BC面的入射角的正弦值等于cosα，并且所以光線b第一次打在BC面上時(shí)發(fā)生全反射。同理可知光線b在CD面的入射角等于α，并且所以光線b第一次打在CD面上時(shí)不能發(fā)生全反射，故B正確，C錯(cuò)誤；D．光線b第一次從P點(diǎn)到F點(diǎn)的傳播距離為光線b在玻璃磚中的傳播速度為光線b第一次從P點(diǎn)傳播到F點(diǎn)用時(shí)為故D正確。故選BD。3．某玻璃磚中有一個(gè)空氣三棱柱，其截面如圖所示?，F(xiàn)有一束很細(xì)的具有二種不同顏色的復(fù)色光從邊射向空氣，經(jīng)過二次折射后，有、兩束光分別從邊上、兩點(diǎn)射回玻璃中（、點(diǎn)未畫出，已知點(diǎn)離A點(diǎn)近）。則（）A．光子的動(dòng)量比光子的動(dòng)量大B．在氫原子能級(jí)躍遷中，產(chǎn)生光的能級(jí)能量差比產(chǎn)生光的能級(jí)能量差小C．當(dāng)、兩束光由玻璃射向空氣中，光臨界角比光臨界角大D．用、兩束光在相同條件下做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光干涉相鄰條紋間距比光大【答案】ABD【詳解】A．因?yàn)閍光的偏折程度大，則a光的折射率大于b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，根據(jù)所以光子的動(dòng)量比光子的動(dòng)量大，則A正確；B．根據(jù)可知在氫原子能級(jí)躍遷中，產(chǎn)生光的能級(jí)能量差比產(chǎn)生光的能級(jí)能量差小，所以B正確；C．根據(jù)，a光的折射率大于b光的折射率，則光臨界角比光臨界角小，所以C錯(cuò)誤；D．由于a光的折射率大于b光的折射率，則a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，用、兩束光在相同條件下做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，根據(jù)可知，光干涉相鄰條紋間距比光大，所以D正確；故選ABD。4．如圖，空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一細(xì)光束從空氣中以某一角度（）入射到第一塊玻璃板的上表面。下列說法正確的是（）A．在第二塊玻璃板下表面一定沒有出射光B．第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行C．第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長(zhǎng)線的左側(cè)D．第一塊玻璃板下表面的出射光線一定在入射光延長(zhǎng)線的右側(cè)【答案】BC【詳解】A．根據(jù)題意作出光路圖，如下圖所示，顯然光在玻璃板中的折射角一定小于入射角，因此光不可能在玻璃板中發(fā)生全反射現(xiàn)象，即在第一塊、第二塊玻璃板下表面一定有出射光，故A錯(cuò)誤；B．分析可知出射光線一定平行于入射光線，故B正確；C．由光路圖可知第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長(zhǎng)線的左側(cè)，故C正確；D．第一塊玻璃板下表面的出射光線一定在入射光延長(zhǎng)線的左側(cè)，故D錯(cuò)誤。故選BC。5．DVD光盤由塑料保護(hù)層和信息記錄層組成。如圖所示，激光束以入射角從空氣入射到厚度為、折射率為的塑料保護(hù)層后，聚集到信息記錄層的光斑寬度為，才能有效獲取信息。在保證不變的前提下，減小激光束照到塑料保護(hù)層的寬度（），則（）A．須滿足 B．須滿足C．在和不變時(shí)，須減小 D．在和不變時(shí)，須減小【答案】AC【詳解】AB．設(shè)激光束入射角為時(shí)其折射角為，則由折射率公式有由聯(lián)立可得故A正確，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)又所以得出在和不變時(shí)，不變，不變，欲減小，則必須減小，故C正確；D．在和不變時(shí)，欲減小，則必須減小，減小，減小，又必須增大，故D錯(cuò)誤。故選AC。6．某長(zhǎng)方體透明介質(zhì)如圖所示，為嵌在介質(zhì)內(nèi)部緊貼面的線狀單色可見光光源，與面垂直，為中點(diǎn)，。介質(zhì)對(duì)該單色光的折射率為2，只考慮由直接射向面的光線。下列說法正確的是（）A．光從面射出的區(qū)域占該面總面積的B．光從面射出的區(qū)域占該面總面積的C．若發(fā)出的單色光頻率變小，面有光射出的區(qū)域面積將增大D．若發(fā)出的單色光頻率變小，面有光射出的區(qū)域面積將減小【答案】AC【詳解】AB．從光源發(fā)出的光射到面上的臨界角滿足則，設(shè)，則在面上有光線射出的長(zhǎng)度為則有光線射出的面積占面總面積的比例為故A正確；B錯(cuò)誤；CD．若發(fā)出的單色光頻率變小，則光的折射率變小，臨界角變大，根據(jù)知，在面上有光線射出的長(zhǎng)度變大，則面有光射出的區(qū)域面積將增大，故C正確；D錯(cuò)誤。故選AC。7．光的反射、折射及全反射是自然界中很常見的現(xiàn)象，在一次實(shí)驗(yàn)課上，某小組進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：將一束單色細(xì)光束由空氣（視為真空）沿著半徑方向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對(duì)其從圓心O點(diǎn)射出后的折射光線的強(qiáng)度用相應(yīng)傳感器進(jìn)行了記錄，發(fā)現(xiàn)從O點(diǎn)射出的折射光線的強(qiáng)度隨著夾角θ的變化而變化，變化情況如圖乙的圖線所示，則下列說法正確的是（）A．在角θ小于30時(shí)，在O點(diǎn)處既有反射光，又有折射光B．圓柱形透明體對(duì)該單色光的全反射臨界角為60C．圓柱形透明體對(duì)該單色光的折射率為2D．圓柱形透明體對(duì)該單色光的折射率為【答案】BD【詳解】A．從圖像中可以看出角θ小于30°時(shí)，沒有折射光，A錯(cuò)誤；B．當(dāng)θ＝30°時(shí)，即入射角為60°時(shí)，折射光線強(qiáng)度為零，故此時(shí)發(fā)生全反射，B正確；CD．因?yàn)槿瓷渑R界角為60°，又，C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。8．如圖所示，半圓玻璃磚可繞過圓心的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心O與足夠大光屏的距離d=20cm，初始半圓玻璃磚的直徑與光屏平行時(shí)，一束光對(duì)準(zhǔn)圓心、垂直于光屏射向玻璃磚，在光屏上O1點(diǎn)留下一光點(diǎn)，保持入射光方向不變，讓玻璃磚繞O點(diǎn)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，光屏上光點(diǎn)也會(huì)移動(dòng)，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過角時(shí)，光屏上光點(diǎn)位置距離O1點(diǎn)為20cm，（sin=）則（）A．玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)后，光屏上的光點(diǎn)會(huì)相對(duì)于向上移動(dòng)B．該玻璃磚的折射率為C．該玻璃磚的折射率為D．當(dāng)玻璃磚繞O點(diǎn)相對(duì)初始位置轉(zhuǎn)過的角度α的正弦值為時(shí)，光屏上的光點(diǎn)消失【答案】ACD【詳解】A．如圖所示玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)后，光屏上的光點(diǎn)會(huì)相對(duì)于向上移動(dòng)，故A正確；BC．玻璃磚轉(zhuǎn)過30°角時(shí)，折射光路如上圖所示，入射角根據(jù)幾何關(guān)系可得解得則折射角根據(jù)折射定律可得可得故B錯(cuò)誤，C正確；D．發(fā)生全反射時(shí)，有此時(shí)轉(zhuǎn)過的角度剛好等于臨界角，則故D正確。故選ACD。9．如圖所示為某種透明介質(zhì)制成的半徑為R的半圓柱體形的截面圖，其中O點(diǎn)為截面的圓心，一平行的細(xì)光束與截面AB成45°，且射向圓心的光束剛好在AB面發(fā)生全反射，已知光在真空中的速度為c，忽略光在介質(zhì)中的二次反射。則下列說法正確的是（）A．該透明介質(zhì)的折射率為B．光由射入透明介質(zhì)到從界面AB射出的最短時(shí)間為C．由半圓柱體最高點(diǎn)O′射入的光在介質(zhì)中的折射角為30°D．能從界面AB射出光線所對(duì)應(yīng)的入射光線占弧AO′B區(qū)域的【答案】ACD【詳解】A．由題意可知，射入O點(diǎn)的光線剛好在AB界面發(fā)生全反射，則此時(shí)的入射角等于臨界角C，即C=45°，又sinC=解得，A正確；B．由A選項(xiàng)分析可知，射入O點(diǎn)的光線是從界面AB射出的最左側(cè)的光線，當(dāng)射入透明介質(zhì)的光線與半圓柱相切時(shí)，為在透明介質(zhì)中射出的最右側(cè)的光線，光路圖如圖所示，由折射定律得解得β=45°CD兩點(diǎn)之間的距離為且此距離為光在透明介質(zhì)中的最短距離，又由于光在該介質(zhì)中的速度為則光在介質(zhì)中的最短時(shí)間為，B錯(cuò)誤；C．由半圓柱體最高點(diǎn)O′射入時(shí)，由幾何關(guān)系可知入射角為45°，由折射定律解得r=30°，C正確；D．由以上分析可知CE段射入透明介質(zhì)的光能從界面AB射出，即入射光線占弧AO′B區(qū)域的，D正確；故選ACD。10．ABCDE為單反照相機(jī)取景器中五棱鏡的一個(gè)截面示意圖，AB⊥BC，由a、b兩種單色光組成的細(xì)光束從空氣垂直于AB射入棱鏡，經(jīng)兩次反射后光線垂直于BC射出，且在CD、AE邊只有a光射出，光路圖如圖所示，則a、b兩束光（）A．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率小B．在棱鏡內(nèi)，a光的傳播速度比b光的大C．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小D．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距小【答案】ABC【詳解】A．由圖知，光線在CD界面上，以相同的入射角入射的a、b兩種光，a光發(fā)生了折射，b光發(fā)生了全反射，說明b光比a光折射率大，折射率越大，頻率越大，所以a光的頻率比b光小，A正確；B．由公式在棱鏡內(nèi)a光速度大，B正確；C．由折射率n＝可知以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小，C正確；D．折射率小的光波長(zhǎng)大，通過同一雙縫干涉裝置，根據(jù)公式，a光的相鄰亮條紋間距大，D錯(cuò)誤。故選ABC。11．如圖所示，兩束激光束對(duì)稱地射到上下對(duì)稱的三棱鏡上A和B點(diǎn)上，光線方向與三棱鏡中心軸平行，A、B與三棱鏡中心線距離為d。已知每束激光束的功率為。三棱鏡的頂角為，對(duì)激光的折射率為。假若激光射到三棱鏡后全部通過，不考慮反射光，下列說法正確的是（）A．激光通過三棱鏡后方向改變角B．若不計(jì)三棱鏡左右厚度，則兩激光束在中心軸上交點(diǎn)與三棱鏡距離為C．激光束對(duì)三棱鏡水平方向作用力大小為D．增加三棱鏡頂角，激光可能不能通過三棱鏡【答案】BD【詳解】A．兩束激光進(jìn)入三棱鏡時(shí)，垂直入射則沿平行于對(duì)稱軸的方向在三棱鏡內(nèi)傳播，在射出三棱鏡界面時(shí)，發(fā)生折射，由幾何知識(shí)可知入射角為30°，根據(jù)可知，其折射角為60°。所以激光通過三棱鏡后方向改變30°故A錯(cuò)誤；B．若不計(jì)三棱鏡左右厚度，則設(shè)兩激光束在中心軸上交點(diǎn)與三棱鏡距離為L(zhǎng)，根據(jù)幾何關(guān)系有解得故B正確；C．先分析一束激光束，在三棱鏡中的速度為進(jìn)入三棱鏡時(shí)，取極短時(shí)間，有聯(lián)立，可得同理，射出三棱鏡時(shí)，入射光線對(duì)三棱鏡的水平作用力F2滿足合力為則兩束激光的合力為故C錯(cuò)誤；增加三棱鏡頂角，由幾何關(guān)系可知，出射光線的入射角隨之增加，當(dāng)達(dá)到臨界角，則激光不能通過三棱鏡。故D正確。故選BD。物理光學(xué)12．1834年，洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果（稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)）．某實(shí)驗(yàn)小組重做該實(shí)驗(yàn)，如圖所示，水平放置的平面鏡左側(cè)有一與紙面垂直的縫光源S，S僅發(fā)出單一頻率的光，平面鏡右側(cè)固定有豎直放置的光屏，平面鏡所在水平線與光屏的交點(diǎn)為P，對(duì)光屏上呈現(xiàn)的干涉圖樣以下說法正確的是（）A．光屏上呈現(xiàn)水平的明暗相間的干涉條紋B．光屏上呈現(xiàn)的條紋關(guān)于P點(diǎn)上下對(duì)稱C．若將縫光源S水平向右移動(dòng)一小段距離，光屏上的條紋間距將變大D．若將縫光源S豎直向下移動(dòng)一小段距離，光屏上的條紋間距將變大【答案】AD【詳解】A．光源發(fā)出直接到屏上的光和被平面鏡反射到屏上的光是相干光，該干涉現(xiàn)象可以看成雙縫干涉，故光屏上出現(xiàn)與平面鏡平行的明暗相間的條紋，故A正確；B．在P點(diǎn)下方?jīng)]有反射光線照射，故不會(huì)有干涉條紋，故B錯(cuò)誤；C．光源到屏的距離可以看成雙縫到屏的距離L，光源S到平面鏡中虛像的間距看成雙縫的間距d，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間的距離公式將縫光源S水平向右移動(dòng)一小段距離，則L變小，故光屏上的條紋間距將變小，故C錯(cuò)誤；D．光源到屏的距離可以看成雙縫到屏的距離L，光源S到平面鏡中虛像的間距看成雙縫的間距d，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間的距離公式若將縫光源S豎直向下移動(dòng)一小段距離，則d變小，故光屏上的條紋間距將變大，故D正確。故選AD。13．2021年6月中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院科研人員接受采訪時(shí)表示我國(guó)“”和“”芯片的發(fā)展攻克了許多技術(shù)難題，有望在2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，屆時(shí)中國(guó)將打破海外的芯片壟斷．其中“”、“”表示芯片內(nèi)單個(gè)晶體管的柵極寬度，如圖甲所示為芯片內(nèi)單個(gè)晶體管的示意圖，下列說法正確的是（）A．在形狀相同的芯片內(nèi)，“”工藝要比“”工藝集成的晶體管數(shù)量更少B．一寬度大于的平行紫光照射寬度為的縫隙后，紫光的寬度變?yōu)镃．用相同材料制成的如圖乙所示的方形導(dǎo)體，保持d不變，L減小，導(dǎo)體的電阻不變D．波長(zhǎng)為的電磁波，可以用于城市電視、廣播等信號(hào)的無線遠(yuǎn)距離傳輸【答案】AC【詳解】A．由題意可知，由于“”、“”表示芯片內(nèi)單個(gè)晶體管的柵極寬度，所以在形狀相同的芯片內(nèi)，“”工藝要比“”工藝集成的晶體管數(shù)量更少，A正確；B．一寬度大于的平行紫光照射寬度為的縫隙后，由于發(fā)生衍射現(xiàn)象，故紫光的寬度大于，B錯(cuò)誤；C．根據(jù)電阻定律可知故保持d不變，L減小，導(dǎo)體的電阻不變，C正確；D．根據(jù)電視、廣播等信號(hào)傳播，可知波長(zhǎng)為的電磁波，不可以用于城市電視、廣播等信號(hào)的無線遠(yuǎn)距離傳輸，D錯(cuò)誤。故選AC。14．小剛同學(xué)用光傳感器研究光的波動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，某次實(shí)驗(yàn)中，得到了如圖乙所示的光強(qiáng)分布圖，則下列說法正確的是（）A．該同學(xué)觀察到的是光的干涉圖樣B．該同學(xué)觀察到的是光的衍射圖樣C．若僅減小激光器和中間縫屏的距離，則觀察到條紋的寬度將不變D．若換用光強(qiáng)更大、頻率更低的激光，則觀察到條紋的寬度將變大【答案】BCD【詳解】AB．條紋間距不同，因此不是干涉現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤，B正確；CD．波長(zhǎng)增大，兩屏間距增大才會(huì)讓條紋間距變大，故CD正確。故選BCD。15．把一塊玻璃板壓在另一塊玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入（如圖），這時(shí)可以看到亮暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法正確的是（）A．將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，條紋變疏 B．將上玻璃板平行上移，條紋遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動(dòng) D．將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，條紋變疏【答案】CD【詳解】AD．將薄片向著劈尖移動(dòng)使劈角變大時(shí)，相鄰亮條紋間距變小，所以干涉條紋會(huì)變密；將薄片遠(yuǎn)離劈尖移動(dòng)使劈角變小時(shí)，相鄰亮條紋間距變大，所以干涉條紋會(huì)變疏，故A錯(cuò)誤，D正確；BC．將上玻璃板平行上移，導(dǎo)致滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動(dòng)，因此條紋向著劈尖移動(dòng)，故C正確，B錯(cuò)誤。故選CD。16．平凸透鏡其中一個(gè)表面是個(gè)球面，球面的半徑叫做這個(gè)曲面的曲率半徑，另一個(gè)表面是平面。如圖甲所示，把一塊平凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓紅光從上方射入，從上方入射光觀察平凸透鏡，可以觀察到圖乙所示明暗（紅黑）相間的圓環(huán)狀條紋，這就是牛頓環(huán)。以下說法正確的是（）A．圓環(huán)狀條紋是由凸透鏡的上、下表面反射光干涉形成的B．若僅改用綠光照射，則各處條紋間距將變窄C．若僅換用曲率半徑更大的平凸透鏡，則各處條紋間距將變寬D．若僅改用白光照射，則看到的是黑白相間的圓環(huán)狀條紋【答案】BC【詳解】A．環(huán)狀條紋是由凸透鏡與平面玻璃所夾空氣膜的上、下表面反射光干涉形成的，故A錯(cuò)誤；B．綠光波長(zhǎng)比紅光波長(zhǎng)短，若將紅光改用綠光來照射，則條紋間距將變窄，故B正確；C．若換用曲率半徑更大的凸透鏡，則空氣膜從內(nèi)到外厚度的變化變緩，條紋間距變寬，故C正確；D．白光是復(fù)色光，若用白光照射，看到的是彩色的環(huán)狀條紋，故D錯(cuò)誤。故選BC。17．利用光在空氣薄膜的干涉可以測(cè)量待測(cè)圓柱形金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑差（約為微米量級(jí)），實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。和是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶，為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲，直徑為；為待測(cè)金屬絲，直徑為；兩者中心間距為。實(shí)驗(yàn)中用波長(zhǎng)為的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋