PAGEPAGE9考點16光學一、選擇題1.(2023·北京高考)如下圖,一束可見光射向半圓形玻璃磚的圓心O,經折射后分為兩束單色光a和b。以下判斷正確的是()A.玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在真空中a光的波長大于b光的波長D.a光光子能量小于b光光子能量【解題指南】解答此題時應從以下三點進行分析:(1)比擬兩種單色光的入射角和折射角的大小,結合光路可逆原理,利用折射率進行判斷。(2)根據折射率與頻率的關系比擬兩種光的頻率的大小。(3)利用c=λν和E=hν比擬光的波長和光子的能量。【解析】選B。根據光路可逆原理,a光的入射角大于b光,但折射角相同,根據可知玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率,A錯誤;根據折射率與頻率的關系,折射率越大頻率越大,a光的折射率大,所以a光的頻率大,故B正確;由于a光的頻率大,由c=λν可知a光的波長小,C錯誤;光子的能量E=hν,所以a光光子能量大于b光光子能量,D錯誤。2.(2023·福建高考)一束由紅、紫兩色光組成的復色光,從空氣斜射向玻璃三棱鏡。下面四幅圖中能正確表示該復色光經三棱鏡折射別離成兩束單色光的是()【解題指南】解答此題時應明確以下兩點:(1)不同色光折射率不同,以相同入射角進入另一種介質折射角不同。(2)七色光中紅光折射率最小,紫光折射率最大。【解析】選B。光射向三棱鏡經兩次折射向底邊偏折,紫光折射率最大,向底邊偏折多,B對A、C、D錯。3.(2023·大綱版全國卷)以下現象中,屬于光的衍射的是()A.雨后天空出現彩虹B.通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋C.海市蜃樓現象D.日光照射在肥皂膜上出現彩色條紋【解題指南】解答此題時應從以下兩點進行分析:(1)熟悉常見光現象的形成原因。(2)知道什么是光的衍射現象。【解析】選B。光在傳播過程中假設遇到尺寸比光的波長大得不多的障礙物時,光會傳到障礙物的陰影區并形成明暗變化的光強分布的現象是光的衍射現象,通過一個狹縫觀察日光燈看到彩色條紋,就是光的衍射現象,B對;雨后天空出現的彩虹是光的色散現象,是由于光的折射形成的,A錯;海市蜃樓現象是光的折射現象,C錯;日光照射在肥皂膜上出現的彩色條紋,是光的干預現象,D錯。4.(2023·四川高考)以下關于電磁波的說法,正確的是()A.電磁波只能在真空中傳播B.電場隨時間變化時一定產生電磁波C.做變速運動的電荷會在空間產生電磁波D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在【解題指南】解答此題時應注意理解以下兩點:(1)電磁波的形成和傳播;(2)赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在。【解析】選C。電磁波可以在真空中傳播,也可以在介質中傳播,應選項A錯誤;假設電場隨時間均勻變化,那么不能產生電磁波,應選項B錯誤;做變速運動的電荷會在空間激發磁場,從而會在空間產生電磁波,應選項C正確;赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在,應選項D錯誤。5.(2023·四川高考)光射到兩種不同介質的分界面,分析其后的傳播情形可知()A.折射現象的出現說明光是縱波B.光總會分為反射光和折射光C.折射光與入射光的傳播方向總是不同的D.發生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同【解題指南】解答此題時應注意理解以下四點:(1)橫波和縱波都能發生折射現象;(2)當光發生全反射時,沒有折射光;(3)當光垂直分界面入射時,光的傳播方向不發生變化;(4)光在不同介質中的傳播速度不同,從而發生折射。【解析】選D。橫波和縱波都能發生折射現象,故折射現象并不能說明光是縱波,光能發生偏振現象,說明光是橫波,應選項A錯誤;光在發生全反射時,沒有折射光,應選項B錯誤;當入射光垂直射到分界面時,折射光與入射光的傳播方向是相同的,應選項C錯誤;光在不同介質中的傳播速度不同,從而發生折射,應選項D正確。6.(2023·天津高考)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖,O點為圓心,OO'為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側且垂直于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點,入射光線與OO'夾角θ較小時,光屏NQ區域出現兩個光斑,逐漸增大θ角,當θ=α時,光屏NQ區域A光的光斑消失,繼續增大θ角,當θ=β時,光屏NQ區域B光的光斑消失,那么()A.玻璃磚對A光的折射率比對B光的大B.A光在玻璃磚中傳播速度比B光的大C.α<θ<β時,光屏上只有1個光斑D.β<θ<時,光屏上只有1個光斑【解題指南】解答此題時應從以下兩點進行分析:(1)屏上出現一個光斑的原因;(2)A光和B光發生全反射的條件。【解析】選A、D。由題可知A光在玻璃磚中的臨界角為α,玻璃磚對A光的折射率為nA=,B光在玻璃磚中的臨界角為β,玻璃磚對B光的折射率為nB=,由于α<β,故nA>nB,A正確;由波速公式v=可判斷vA<vB,B錯誤;當α<θ<β時,A光發生全反射,B光沒有發生全反射,光屏上有兩個光斑,當β<θ<時,A光和B光都發生全反射,光屏PN區域只有一個光斑,C錯,D對。7.(2023·浙江高考)與通常觀察到的月全食不同,小虎同學在2023年12月10日晚觀看月全食時,看到整個月亮是暗紅的。小虎畫了月全食的示意圖,并提出了如下猜測,其中最為合理的是()A.地球上有人用紅色激光照射月球B.太陽照射到地球的紅光反射到月球C.太陽光中的紅光經地球大氣層折射到月球D.太陽光中的紅光在月球外表形成干預條紋【解題指南】解答此題可按以下思路進行:(1)形成月全食的物理條件;(2)看到月亮是暗紅色的合理性。【解析】選C。月全食時不可能有人用很大能量的紅色激光照射月球,故A項錯誤;只有地球擋住了太陽光,才能形成月全食,不會是太陽光照射到地球,再反射到月球上,故B項錯誤;太陽光中的紅光經地球大氣層折射到月球,符合物理原理,故C項正確;太陽光中的紅光在月球外表不滿足形成干預的條件,故D項錯誤。8.(2023·浙江高考)關于生活中遇到的各種波,以下說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫院“B超〞中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發出的紅外線波長和醫院“CT〞中的X射線波長相同【解題指南】解答此題可按以下思路進行:(1)機械波是質點振動在介質中的傳播,電磁波是電場和磁場的相互轉化,波都可以傳遞信息;(2)波的傳播速度由介質決定,波長由振源和介質共同決定。【解析】選B。A項中電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,由此判斷A錯誤;B項中在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B項正確;C項中,太陽光中的可見光的傳播速度遠大于醫院“B超〞中的超聲波的傳播速度,C項錯誤;D項中,遙控器發出的紅外線波長大于醫院“CT〞中的X射線波長,故D項錯誤。9.(2023·上海高考)電磁波與機械波具有的共同性質是()A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播D.都具有恒定的波速【解題指南】解答此題時應注意理解以下兩點:(1)電磁波與機械波具有的共同性質是都能傳輸能量;(2)具有波的共性。【解析】選B。電磁波是橫波,但機械波有橫波也有縱波,A錯誤;機械波的傳播需要介質,兩者在不同介質中波速不同,C、D錯誤;電磁波與機械波具有的共同性質是都能傳輸能量,B正確。10.(2023·上海高考)白光通過雙縫后產生的干預條紋是彩色的,其原因是不同色光的()A.傳播速度不同B.強度不同C.振動方向不同D.頻率不同【解題指南】光的頻率不同,介質對光的折射率不同。【解析】選D。白光通過雙縫后產生的干預條紋是彩色的,其原因是不同色光的頻率不同。二、填空題11.(2023·江蘇高考)如下圖,兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行,相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L,那么A測得兩飛船間的距離(選填“大于〞“等于〞或“小于〞)L。當B向A發出一光信號,A測得該信號的速度為。【解題指南】理解相對論原理和相對論效應。【解析】根據相對論原理,當物體運動速度接近光速時,空間距離會變短,A與B是相對靜止的,但相對于地球卻以接近光速的速度在飛行,故在地面上測得的距離會比擬短,而在飛船上測得的距離會比擬長。根據相對論的光速不變原理,A測得信號的速度為光速。【答案】大于光速三、計算題12.(2023·江蘇高考)如圖為單反照相機取景器的示意圖,ABCDE為五棱鏡的一個截面,AB⊥BC。光線垂直AB射入,分別在CD和EA上發生反射,且兩次反射的入射角相等,最后光線垂直BC射出。假設兩次反射都為全反射,那么該五棱鏡折射率的最小值是多少?(計算結果可用三角函數表示)【解題指南】理解發生全反射的條件。【解析】由題意知,入射角α=22.5°,光線在CD面和EA面上發生了全反射,那么折射率最小值為n=【答案】13.(2023·山東高考)如下圖,ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面,位于截面所在平面內的一束光線由O點垂直AD邊射入。棱鏡的折射率n=,AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°。①求光線第一次射出棱鏡時,出射光線的方向。②第一次的出射點距Ccm。【解題指南】解答此題時應知道全反射公式sinC=及發生全反射的條件。【解析】①根據公式n=將n=代入,該玻璃的臨界角為C=45°光線從O點垂直AD射入后不發生偏轉,恰好射到AB的中點,根據截面的幾何關系可知,入射角等于60°,大于臨界角,發生全反射,恰好射到BC的中點,入射角仍等于60°,在此位置再一次發生全反射,射到CD邊上的O'點,入射角等于30°,設折射角為β。光路圖如下圖。由折射定律及光路可逆原理可得:n=解得β=45°②由光路圖,根據幾何知識可得:第一次出射點O'距C的距離為O'C=tan30°=cm【答案】①與豎直方向成45°角斜向下②14.(2023·新課標全國卷Ⅰ)圖示為一光導纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖,玻璃絲長為L,折射率為n,AB代表端面。光在真空中的傳播速度為c。(ⅰ)為使光線能從玻璃絲的AB端面傳播到另一端面,求光線在端面AB上的入射角應滿足的條件;(ⅱ)求光線從玻璃絲的AB端面傳播到另一端面所需的最長時間。【解題指南】解答此題時應注意理解以下兩點:(1)分析光的折射和全反射現象及相應的臨界現象;(2)找到光線從玻璃絲的AB端面傳播到另一端面所需的最長時間的條件,即光在側壁上恰好發生全反射。【解析】(ⅰ)設光線在端面AB上C點的入射角為i,折射角為r,由折射定律有sini=nsinr①設光線射向玻璃絲內壁D點的入射角為α,為了使該光線可在光導纖維中傳播,應有α≥θ②式子中,θ是光線在玻璃絲內發生全反射時的臨界角,它滿足nsinθ=1③由幾何關系得α+r=90°④由①②③④式得sini≤⑤(ⅱ)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v=⑥光速在玻璃絲軸線方向的分量為vz=vsinα⑦光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一個端面所需時間為T=⑧光線在玻璃絲中傳播,在剛好發生全反射時,光線從端面AB傳播到其另一端面所需時間最長,由②③⑥⑦⑧式得Tmax=【答案】(ⅰ)入射角應滿足sini≤(ⅱ)15.(2023·新課標全國卷Ⅱ)如圖,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發生反射后從BC邊的M點射出,假設光線在P點的入射角和在M點的折射角相等,(ⅰ)求三棱鏡的折射率;(ⅱ)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程。(不考慮屢次反射)【解題指南】解答此題可按以下思路進行:(1)畫出光線的傳播光路圖;(2)根據幾何關系求出入射角和折射角;(3)根據折射率定義計算介質的折射率;(4)分析發生全反射的條件。【解析】(ⅰ)光路如下圖,設光線在P點的入射角為i,折射角為r,因光線平行AC射入,所以i=60°,由折射定律得,對于P處折射有sini=nsinr,對于M處折射有nsinr'=sini,所以r=r',又OO'∥AC,∠MNC=r',∠ANP=∠MNC=r,根據三角形的外角等于不相鄰的兩內角之和,得r=30°,所以。(ⅱ)發生全反射的臨界角C滿足,由圖可知,在N處反射的入射角i″=60°,即sini″=,所以入射角i″>C,符合發生全反射的條件,在AC邊沒有光線透出。【答案】(ⅰ)(ⅱ)見解析16.(2023·重慶高考)利用半圓柱形玻璃,可減小激光光束的發散程度。在如下圖的光路中,A為激光的出射點,O為半圓柱形玻璃橫截面的圓心,AO過半圓頂點。假設某條從A點發出的與AO成α角的光線,以入射角i入射到半圓弧上,出射光線平行于AO,求此玻璃的折射率。【解題指南】解答此題應注意以下三點:(1)正確理解光路圖。(2)利用幾何關系求出折射角r。(3)利用折射定律求得折射率。【解析】根據光路圖,由折射定律得n=sini由幾何關系得r=i-α故n=【答案】17.(2023·海南高考)如圖,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,AC平行于光屏MN,與光屏的距離為L。棱鏡對紅光的折射率為n1,對紫光的折射率為n2。一束很細的白光由棱鏡的側面AB垂直射入,直接到達AC面