高考物理专题 光学含答案.docx

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高考物理专题光学含答案

专题十七　光学

考纲解读

考点

内容

要求

高考示例

常考题型

预测热度

光的折射与全反射

光的折射定律

Ⅱ

2017课标Ⅲ,34

（2）,10分

2017课标Ⅱ,34

（2）,10分

2017北京理综,14,6分

2017天津理综,2,6分

2016课标Ⅰ,34

（2）,10分

选择题

计算题

★★★

折射率

Ⅰ

测定玻璃的折射率

全反射、光导纤维

Ⅰ

光的波动性

光的干涉、衍射和偏振现象

Ⅰ

2017课标Ⅱ,34

（1）,5分

2015课标Ⅰ,34

（1）,5分

选择题

填空题

★★★

用双缝干涉测光的波长

分析解读　　本专题内容为新课标高考的选考内容,是选修模块3-4中的两个重要部分之一,高考命题为了突出知识的覆盖面,该部分出题的可能性很大。

光学专题体现了几何光学和物理光学的基本规律和重要的研究方法,研究了光的传播规律、光的本性及它们在科技、生活中的重要应用。

复习时应在理解概念和规律上多下工夫。

重点是光的折射、色散、全反射、光的干涉、衍射现象以及利用它们分析解决实际问题。

在几何光学中,正确作图是基础,应结合规律和几何关系进行分析解决问题。

在物理光学中,应正确理解产生现象的原因和条件,并能熟练地运用解决实际问题。

命题探究

　　如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。

这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射。

设光线在半球面的入射角为i,折射角为r。

由折射定律有

sini=nsinr①

　　由正弦定理有

=

②

由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。

由题设条件和几何关系有

sini=

③

式中L是入射光线与OC的距离。

由②③式和题给数据得

sinr=

④

由①③④式和题给数据得

n=

≈1.43⑤

五年高考

考点一　光的折射与全反射

1.（2017北京理综,14,6分）如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。

如果光束b是蓝光,则光束a可能是（　　）

A.红光B.黄光

C.绿光D.紫光

答案　D

2.（2017天津理综,2,6分）

明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载:

“凡宝石面凸,则光成一条,有数棱则必有一面五色”,表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。

如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是（　　）

A.若增大入射角i,则b光先消失

B.在该三棱镜中a光波长小于b光

C.a光能发生偏振现象,b光不能发生

D.若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,则a光的遏止电压低

答案　D

3.[2015课标Ⅱ,34

（1）,5分]（多选）如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。

则　　　。

A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度

B.在真空中,a光的波长小于b光的波长

C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率

D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失

E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距

答案　ABD

4.（2015安徽理综,18,6分）如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。

当出射角i'和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。

已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　A

5.（2014北京理综,20,6分）以往,已知材料的折射率都为正值（n>0）。

现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值（n<0）,称为负折射率材料。

位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足

=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。

现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。

若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（　　）

答案　B

6.（2013四川理综,3,6分）光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知（　　）

A.折射现象的出现说明光是纵波

B.光总会分为反射光和折射光

C.折射光与入射光的传播方向总是不同的

D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同

答案　D

7.[2017课标Ⅱ,34

（2）,10分]一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透明液体,过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。

容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁涂有吸光材料。

在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。

答案　1.55

8.[2017课标Ⅲ,34

（2）,10分]如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO'表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。

已知玻璃的折射率为1.5。

现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。

求

（ⅰ）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;

（ⅱ）距光轴

的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。

答案　（ⅰ）

R　（ⅱ）

R（或2.74R）

9.[2017江苏单科,12B（3）]人的眼球可简化为如图所示的模型。

折射率相同、半径不同的两个球体共轴。

平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。

取球体的折射率为

且D=

R。

求光线的会聚角α。

（示意图未按比例画出）

答案　由几何关系sini=

解得i=45°,则由折射定律

=n,解得γ=30°

且i=γ+

解得α=30°

10.[2016课标Ⅰ,34

（2）,10分]如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m。

从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为

。

（ⅰ）求池内的水深;

（ⅱ）一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m。

当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。

求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。

答案　（ⅰ）2.6m　（ⅱ）0.7m

11.[2014课标Ⅰ,34

（2）,9分]一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图所示。

玻璃的折射率为n=

。

（ⅰ）一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?

（ⅱ）一细束光线在O点左侧与O相距

R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置。

答案　（ⅰ）

R　

（ⅱ）设光线在距O点

R的C点射入后,在上表面的入射角为α,由几何关系及①式和已知条件得

α=60°>θ⑤

光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图。

由反射定律和几何关系得

OG=OC=

R⑥

射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。

教师用书专用（12—25）

12.[2016浙江自选,13

（1）,4分]如图所示的半圆形玻璃砖,圆心为O,半径为R,折射率为

。

光由空气从A点垂直射入玻璃砖,OA=

。

则（　　）

A.该玻璃的临界角为45°B.光在玻璃砖中的传播速度为v=

c

C.光第一次射出玻璃砖的折射角为60°

D.玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化

答案　C

13.（2015福建理综,13,6分）如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则（　　）

A.λa<λb,na>nbB.λa>λb,na

C.λa<λb,naλb,na>nb

答案　B

14.[2015重庆理综,11

（1）,6分]虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明。

两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示。

M、N、P、Q点的颜色分别为（　　）

A.紫、红、红、紫B.红、紫、红、紫

C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红

答案　A

15.（2015四川理综,3,6分）直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图。

a、b光相比（　　）

A.玻璃对a光的折射率较大

B.玻璃对a光的临界角较小

C.b光在玻璃中的传播速度较小

D.b光在玻璃中的传播时间较短

答案　C

16.（2014四川理综,3,6分）如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球。

则（　　）

A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B.小球所发的光能从水面任何区域射出

C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大

D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

答案　D

17.[2014重庆理综,11

（1）,6分]打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况）,则下列判断正确的是（　　）

A.若θ>θ2,光线一定在OP边发生全反射

B.若θ>θ2,光线会从OQ边射出

C.若θ<θ1,光线会从OP边射出

D.若θ<θ1,光线会在OP边发生全反射

答案　D

18.（2013浙江理综,16,6分）与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。

小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是（　　）

A.地球上有人用红色激光照射月球

B.太阳照射到地球的红光反射到月球

C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球

D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹

答案　C

19.[2016课标Ⅲ,34

（2）,10分]如图,玻璃球冠的折射率为

其底面镀银,底面的半径是球半径的

;在过球心O且垂直于底面的平面（纸面）内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。

求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。

答案　150°

20.[2015江苏单科,12B（3）]人造树脂是常用的眼镜镜片材料。

如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。

已知光线的入射角为30°,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n。

答案　

（或1.5）

21.[2015海南单科,16

（2）,8分]一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图所示。

已知玻璃的全反射临界角为γ（γ<

）。

与玻璃砖的底平面成（

-γ）角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。

经柱面折射后,有部分光（包括与柱面相切的入射光）能直接从玻璃砖底面射出。

若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光,求底面透光部分的宽度。

答案　

22.[2014山东理综,38

（2）]如图,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。

已知θ=15°,BC边长为2L,该介质的折射率为

。

求:

（ⅰ）入射角i;

（ⅱ）从入射到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为c,可能用到:

sin75°=

或tan15°=2-

）。

答案　（ⅰ）45°　（ⅱ）

L

23.[2014江苏单科,12B（3）]Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。

电子显微镜下鳞片结构的示意图见题图。

一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。

设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。

取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。

答案　设光在鳞片中的折射角为γ,折射定律sini=nsinγ

在鳞片中传播的路程l1=

传播速度v=

传播时间t1=

解得t1=

同理,在空气中的传播时间t2=

则t=t1+t2=

+

24.[2013江苏单科,12B（3）]如图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。

光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直BC射出。

若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?

（计算结果可用三角函数表示）

答案　

25.[2013山东理综,37

（2）]如图所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。

已知棱镜的折射率n=

AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°。

①求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向。

②第一次的出射点距C　　　　cm。

答案　①设发生全反射的临界角为C,由折射定律得

sinC=

代入数据得

C=45°

光路图如图所示,由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°,均发生全反射。

设光线在CD边的入射角为α,折射角为β,由几何关系得α=30°,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD边,由折射定律得

n=

代入数据得

β=45°

②由于AO=2cm,AB=BC=8cm,由几何关系得

AE=BE=BF=CF=4cm,所以CG=CFtan30°=

cm

考点二　光的波动性

1.[2017课标Ⅱ,34

（1）,5分]（多选）在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示出干涉图样。

若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是　　　　。

A.改用红色激光

B.改用蓝色激光

C.减小双缝间距

D.将屏幕向远离双缝的位置移动

E.将光源向远离双缝的位置移动

答案　ACD

2.（2017上海单科,4,3分）用单色光照射位于竖直平面内的肥皂液薄膜,所观察到的干涉条纹为（　　）

答案　B

3.（2014天津理综,8,6分）（多选）一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后,出射光分成a、b两束,如图所示,则a、b两束光（　　）

A.垂直穿过同一块平板玻璃,a光所用的时间比b光长

B.从同种介质射入真空发生全反射时,a光临界角比b光的小

C.分别通过同一双缝干涉装置,b光形成的相邻亮条纹间距小

D.若照射同一金属都能发生光电效应,b光照射时逸出的光电子最大初动能大

答案　AB

4.（2014大纲全国,17,6分）在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589nm的光,在距双缝1.00m的屏上形成干涉图样。

图样上相邻两明纹中心间距为0.350cm,则双缝的间距为（　　）

A.2.06×10-7mB.2.06×10-4m

C.1.68×10-4mD.1.68×10-3m

答案　C

5.（2013大纲全国,14,6分）下列现象中,属于光的衍射的是（　　）

A.雨后天空出现彩虹

B.通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹

C.海市蜃楼现象

D.日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹

答案　B

6.[2015课标Ⅰ,34

（1）,5分]在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1　　　　Δx2（填“>”、“=”或“<”）。

若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为　　　　mm。

答案　>（2分）　0.300（3分）

教师用书专用（7—8）

7.[2015浙江自选,13

（1）,4分]以下说法正确的是（　　）

A.真空中蓝光的波长比红光的波长长

B.天空中的彩虹是由光干涉形成的

C.光纤通信利用了光的全反射原理

D.机械波在不同介质中传播,波长保持不变

答案　C

8.（2014浙江理综,18,6分）（多选）关于下列光学现象,说法正确的是（　　）

A.水中蓝光的传播速度比红光快

B.光从空气射入玻璃时可能发生全反射

C.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深

D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽

答案　CD

三年模拟

A组　2016—2018年模拟·基础题组

考点一　光的折射与全反射　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1.[2018河南八市第一次测评,17

（2）,10分]如图所示,玻璃三棱镜的横截面是边长为a的等边三角形,BC面沿竖直方向,O点为BC的中点,现用一束宽为a的单色平行光束水平射向AB及AC面,若玻璃三棱镜对此平行光束的折射率为

。

①求射向AB中点P的光线经折射后直接到达BC边的位置;

②若距O点距离为

a处放置一平行BC面的光屏,光屏上被照亮的竖直长度为多少?

答案　①BC边的中点　②2a

2.[2017河北衡水摸底,18

（2）,10分]如图所示,MN为竖直放置的光屏,光屏的左侧有半径为R、折射率为

的透明半球体,O为球心,轴线OA垂直于光屏,O至光屏的距离OA=

R,一细束单色光垂直射向半球体的平面,在平面的入射点为B,OB=

R,求:

①光线从透明半球体射出时,出射光线偏离原方向的角度;

②光线在光屏上形成的光斑到A点的距离。

答案　①30°　②0.5R

考点二　光的波动性

1.（2018四川成都七中月考,8,5分）（多选）光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是（　　）

A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的衍射形成的

C.在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象

D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象

E.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由红光改为绿光,则干涉条纹间距变窄

答案　CDE

2.[2017河北唐山联考,14

（1）,5分]（多选）a、b两种单色光形成细光束从水中射向水面,形成两束折射光和一束反射光,如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A.a光的折射率大

B.a光在水中的传播速度大

C.保持入射点不变,顺时针方向旋转入射光,则b光先消失

D.保持入射点不变,逆时针方向旋转入射光,则反射光旋转的角速度大于入射光旋转的角速度

E.在空气中,a、b光分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大

答案　BCE

B组　2016—2018年模拟·提升题组

（满分50分　

35分钟）

一、选择题（每小题5分,共15分）

1.[2018河北唐山联考,34

（1）]a、b两种色光以相同的入射角从某种介质射向真空,光路如图所示,则以下叙述正确的是（　　）

A.a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角

B.用同一干涉装置可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽

C.在该介质中a光的传播速度小于b光的传播速度

D.如果b光能使某种金属发生光电效应,a光也一定能使该金属发生光电效应

答案　B

2.[2018宁夏银川一中联考,34

（1）]（多选）如图所示,a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板,a和b、b和c之间的夹角都为β,一细光束由红光和蓝光组成,以入射角θ从O点射入a板,且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点,由此可知　　　　。

A.射出c板后的两束单色光与入射光平行

B.射到P点的光在玻璃中的折射率较大

C.射到P点的光在玻璃中的传播速度较大,波长较长

D.若稍微增大入射角θ,光从b板上表面射入到其下表面时,在该界面上有可能发生全反射

E.若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象,则射到P点的光形成干涉条纹的间距小,这束光为蓝光

答案　ABE

3.（2017浙江杭州五县七校联考,15）（多选）如图甲所示,在平静的水面下有一个点光源S,它发出的是两种不同颜色的a光和b光,在水面上形成了一个被照亮的圆形区域,该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光的圆形区域,周边为环状区域,且为a光的颜色（见图乙）。

则以下说法中正确的是（　　）

A.a光的频率比b光的大

B.水对a光的折射率比b光的大

C.a光在水中的传播速度比b光的大

D.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中,a光的干涉条纹间距比b光的宽

答案　CD

二、非选择题（共35分）

4.（5分）[2016河北五校联考,34

（1）]如图所示,用某种透光物质制成直角三棱镜ABC,∠B=30°,在垂直AC面的直线MN上插上大头针P1、P2,在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像,先后插上大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,使P4挡住P3本身和P1、P2的像,记下P3、P4的位置。

过P3、P4作直线与AB面相交于D点,量出该直线与AB面的夹角为45°。

请画出完整的光路图,并求出该物质的折射率n=　　　。

答案　

5.（10分）[2018河北唐山联考,34

（2）]如图为一三棱镜的横截面图,其中∠B为30°,∠C为90°,AC边的长度为L=

cm,一细光束M垂直AC边由中点射入棱镜,另一细光束N由同一点斜射入棱镜,且两细光束的夹角为45°,经观测可知光束N经界面AB第一次反射后垂直于BC边从棱镜中射出,已知光在空气中的传播速度为c=3×108m/s。

①作出光路图并求出三棱镜的折射率。

②细光束M从进入棱镜到第一次由底边BC射出的过程所用的时间为多少?

（结果可保留根号）

答案　①作出的光路图如图所示

由题意可知细光束N在AC边的入射角为i=45°

由几何关系可知细光束N在AC边的折射角为r=30°

由折射定律可得n=

=

=

　②

×10-10s

6.（10分）[2018河南三市联考,34

（2）]如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体,一束细光束由真空沿着径向与AB成θ角入射,对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录,得到如图乙所示的关系曲线。

如图丙所示是由这种材料制成的器具,左侧是半径为R的半圆,右侧是长为8R,高为2R的长方体,一束单色光从左侧A'点沿半径方向与长边成37°角射入器具。

已知光在真空中的传播速度为c,sin37°=0.6,cos37°=0.8。

求:

①该透明材料的折射率;

②光线穿过器具的时间。

甲

乙

丙

答案　①1.25　②

7.（10分）[2017湖北八校一联,34

（2）]如图所示,折射率为

的上下两面平行的梯形玻璃砖,下表面涂有反射物质,上表面右端垂直于上表面放置一标尺MN。

一细光束以入射角i=45°射到玻璃砖上表面的A点,会在标尺上的两个位置出现光点（图中未画出）,若折射进入玻璃砖内的光在玻璃砖内传播时间为t,则在标尺上出现的两光点的距离为多少?

（设光在真空中的速度为c,不考虑细光束在玻璃砖下表面的第二次反射）

答案　

ct

C组　2016