2024屆高考物理復習專題★★光學電磁波與相對論初步考點一光的折射、全反射基礎篇1.(2021北京,2,3分)如圖所示的平面內(nèi),光束a經(jīng)圓心O射入半圓形玻璃磚,

出射光為b、c兩束單色光。下列說法正確的是

(

)A.這是光的干涉現(xiàn)象b的波長大于光束c的波長b的折射率大于對光束c的折射率b的傳播速度大于光束c的傳播速度答案

C

2.(2021天津,2,5分)光刻機是制造芯片的核心裝備,利用光源發(fā)出的紫外

線,將精細圖投影在硅片上,再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片。為提高光刻機清晰

投影最小圖像的能力,在透鏡組和硅片之間充有液體。紫外線進入液體

后與其在真空中相比

(

)答案

A

3.(2021海南,6,3分)如圖,長方體玻璃磚的橫截面為矩形MNPQ,MN=2NP,

其折射率為

。一束單色光在紙面內(nèi)以α=45°的入射角從空氣射向MQ邊的中點O,則該束單色光

(

)MQ邊的折射角為60°MN邊的入射角為45°MN邊射出NP邊射出答案

C

4.(2021浙江6月選考,12,3分)用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時觀

察到的現(xiàn)象如圖所示。入射點O和兩出射點P、Q恰好位于光盤邊緣等

間隔的三點處,空氣中的四條細光束分別為入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b間的夾角為90°,則

(

)n=2b、c和d的強度之和等于光束a的強度c的強度小于O點處折射光束OP的強度答案

D

5.(2022山東,7,3分)柱狀光學器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O為圓

心、半徑為R的

圓,左側(cè)是直角梯形,AP長為R,AC與CO夾角45°,AC中點為B。a、b兩種頻率的細激光束,垂直AB面入射,器件介質(zhì)對a、b光的折

射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變,入射點從A向B移動過程

中,能在PM面全反射后,從OM面出射的光是(不考慮三次反射以后的光)

(

)

a光

b光C.a、b光都可以

D.a、b光都不可以答案

A

6.(2022江蘇,12,8分)如圖所示,兩條距離為D的平行光線,以入射角θ從空

氣射入平靜水面,反射光線與折射光線垂直。求:(1)水的折射率n;(2)兩條折射光線之間的距離d。

答案

(1)tanθ

(2)D·tanθ7.[2021廣東,16(2),6分]如圖所示,一種光學傳感器是通過接收器Q接收到

光的強度變化而觸發(fā)工作的。光從擋風玻璃內(nèi)側(cè)P點射向外側(cè)M點再折

射到空氣中,測得入射角為α,折射角為β;光從P點射向外側(cè)N點,剛好發(fā)生

全反射并被Q接收,求光從玻璃射向空氣時臨界角θ的正弦值表達式。答案

sinθ=

8.[2022廣東,16(2),6分]一個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點沿著罐體的內(nèi)壁向上移動,它所發(fā)出的光束始終

指向圓心O點。當光束與豎直方向成45°角時,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。答案

c9.[2022河北16(2),8分]如圖,一個半徑為R的玻璃球,O點為球心。球面內(nèi)

側(cè)單色點光源S發(fā)出的一束光在A點射出,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:(ⅰ)玻璃的折射率;(ⅱ)從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間。答案

(ⅰ)

(ⅱ)

10.[2022重慶,16(2),8分]如圖所示,水面上有一透明均質(zhì)球,上半球露出水

面,下半球內(nèi)豎直中心軸上有紅、藍兩種單色燈(可視為點光源),均質(zhì)球

對兩種色光的折射率分別為n紅和n藍。為使從光源照射到上半球面的光,

都能發(fā)生折射(不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射),若紅燈到水面的最大距

離為h紅,①求藍燈到水面的最大距離;②兩燈都裝在各自到水面的最大距離處,藍燈在紅燈的上方還是下方?為

什么?答案見解析解析①為使從光源照射到上半球面的光都能發(fā)生折射,以紅光為例,當入射角最大達到臨界角C紅時,光線恰好垂直水面折射出去,光路圖如圖所示假設球半徑為R,根據(jù)全反射定律可知sinC紅=

由幾何關(guān)系可知tanC紅=

同理可知藍光有sinC藍=

,tanC藍=

兩式聯(lián)立解得h藍=

·h紅②藍光的折射率n藍大于紅光的折射率n紅,即n藍>n紅>1,可知h藍=

·h紅<h紅,所以藍燈應該在紅燈的上方。11.[2022全國乙,34(2),10分]一細束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大

角度由D點入射(入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)),入射角為i,經(jīng)折射后射至AB

邊的E點,如圖所示。逐漸減小i,E點向B點移動,當sini=

時,恰好沒有光線從AB邊射出棱鏡,且DE=DA。求棱鏡的折射率。答案

12.[2022全國甲,34(2),10分]如圖,邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截

面,M為AB邊的中點。在截面所在平面內(nèi),一光線自M點射入棱鏡,入射角

為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點射

出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。答案

a13.[2022五市十校聯(lián)考,16(2)]如圖所示,玻璃磚的橫截面是半徑為R的四

分之一圓,一光線從半徑OA上到圓心O距離為

R的D點沿截面射入玻璃磚,入射光線與OA的夾角α=45°,折射光線射到AB弧上的E點,且光線在

AB弧上的入射角β=30°。光在真空中的傳播速度為c。求:①玻璃磚對該光線的折射率n;②光線從D點傳播到E點的時間t。答案①

②

15.[2021全國乙,34(2),10分]用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折

射率。實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光路,C、D兩個大頭針確定出

射光路,O和O'分別是入射點和出射點,如圖(a)所示。測得玻璃磚厚度為h

=15.0mm;A到過O點的法線OM的距離AM=10.0mm,M到玻璃磚的距離

MO=20.0mm,O'到OM的距離為s=5.0mm。

圖(a)圖(b)(ⅰ)求玻璃磚的折射率;(ⅱ)用另一塊材料相同,但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗,玻璃磚

的截面如圖(b)所示。光從上表面入射,入射角從0逐漸增大,達到45°時,玻

璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角。答案

(ⅰ)

(ⅱ)15°答案

(1)紅色光

(2)

17.[2022湖南,16(2),8分]如圖,某種防窺屏由透明介質(zhì)和對光完全吸收的

屏障構(gòu)成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可實現(xiàn)對像素單元可視角度θ的

控制(可視角度θ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n=2,屏障間隙L=0.8mm。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。

(ⅰ)若把發(fā)光像素單元視為點光源,要求可視角度θ控制為60°,求屏障的

高度d;(ⅱ)若屏障高度d=1.0mm,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,其可視角度θ剛好被擴為180°(只要看到像素單元的

任意一點,即視為能看到該像素單元)。答案

(ⅰ)1.55mm

(ⅱ)0.35mm答案①

②

19.[2022湖南師大附中一模,16(2)]日暈是一種大氣光學現(xiàn)象,如圖1所

示。在一定的氣象條件下,空氣中的水蒸氣會變成正六棱柱狀的小冰

晶。太陽光穿過小冰晶時發(fā)生折射,在太陽的周圍出現(xiàn)一個圓形的光圈,

這就是日暈。日暈半徑的視角最常見的是22°,如圖2所示,太陽光沿截面

方向射向正六棱柱狀的小冰晶一側(cè)面,從另一側(cè)面射出,當最后的出射角

等于最初的入射角時,偏向角D(光線經(jīng)過冰晶折射偏轉(zhuǎn)的角度)最小,這時

出射光線若到達人的眼睛,人看到的就是22°暈(偏向角為22°)。(可能用

到的數(shù)據(jù):sin41°=0.656,sin68°=

sin41°)圖1圖2圖3①求冰晶的折射率n;②如圖3所示,若光線從正六棱柱六邊形底面射入,側(cè)面射出,最后的出射

角等于最初的入射角時,人看到的是多少度暈?答案①1.312②46°考點二光的波動性1.(2022北京,2,3分)下列現(xiàn)象能說明光是橫波的是

(

)答案

C

2.(2022浙江6月選考,4,3分)關(guān)于雙縫干涉實驗,下列說法正確的是(

)C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相間條紋答案

B

3.(2022山東,10,4分)(多選)某同學采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干

涉與衍射現(xiàn)象,狹縫S1、S2的寬度可調(diào),狹縫到屏的距離為L。同一單色光

垂直照射狹縫,實驗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,當光通過狹縫時,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,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,若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點處一定是暗條紋答案

ACD

4.(2021福建,5,6分)(多選)以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離

通信的主要手段。2020年11月10日,中國載人潛水器“奮斗者”號創(chuàng)造

了10909米深潛紀錄。此次深潛作業(yè)利用了水聲通信和電磁通信等多種

通信方式進行指令傳輸或數(shù)據(jù)交換,如圖所示。下列說法正確的是

(

)

A.“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波B.“奮斗者”號與“滄?！碧柾ㄐ诺男畔⑤d體屬于橫波C.“探索一號”與通信衛(wèi)星的實時通信可以通過機械波實現(xiàn)D.“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程答案

BD

5.(2022浙江6月選考,8,3分)如圖所示,王亞平在天宮課堂上演示了水球光

學實驗,在失重環(huán)境下,往大水球中央注入空氣,形成了一個空氣泡,氣泡

看起來很明亮,其主要原因是

(

)

B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”D.光射入氣泡干涉形成“亮紋”答案

C

6.(2021江蘇新高考適應卷,1)小華通過偏振太陽鏡觀察平靜水面上反射

的陽光,轉(zhuǎn)動鏡片時發(fā)現(xiàn)光有強弱變化。下列說法能夠解釋這一現(xiàn)象的

是

(

)A.陽光在水面反射時發(fā)生了偏振,鏡片起起偏器的作用B.陽光在水面反射時發(fā)生了偏振,鏡片起檢偏器的作用C.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振,鏡片起起偏器的作用D.陽光在水面反射時沒有發(fā)生偏振,鏡片起檢偏器的作用答案

B

8.(2022湖湘名校教育聯(lián)合體9月聯(lián)考,4)如圖甲所示,a、b兩束激光分別通

過同一套雙縫干涉裝置,它們的第5條亮條紋分別在屏上的Pa點和Pb點;如

圖乙所示,由a、b兩束激光組成的復合光通過三棱鏡后形成Ⅰ、Ⅱ兩條

光線,則下列說法中正確的是(

)甲乙A.a激光的波長較長B.光線Ⅱ是b激光的傳播光路C.b激光在三棱鏡中傳播時間較短a與b有可能形成穩(wěn)定的干涉圖樣答案

C

9.(2021湖北,5,4分)如圖所示,由波長為λ1和λ2的單色光組成的一束復色光,

經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光,透射光經(jīng)擴束器后垂直照射到雙

縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置,P1和

P2分別是波長為λ1和λ2的光形成的距離O點最近的亮條紋中心位置。反

射光入射到三棱鏡一側(cè)面上,從另一側(cè)面M和N位置出射,則

(

)

A.λ1<λ2,M是波長為λ1的光出射位置B.λ1<λ2,N是波長為λ1的光出射位置C.λ1>λ2,M是波長為λ1的光出射位置D.λ1>λ2,N是波長為λ1的光出射位置答案

D

拓展一折射成像綜合篇1.(2020山東,9,4分)(多選)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。

DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BB'C'C面的線狀單色可見光光源,DE與三棱鏡

的ABC面垂直,D位于線段BC的中點。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。

三棱鏡對該單色光的折射率為

,只考慮由DE直接射向側(cè)面AA'C'C的光線。下列說法正確的是

(

)

AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的

AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的

DE發(fā)出的單色光頻率變小,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大DE發(fā)出的單色光頻率變小,AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將減小答案

AC

答案

H>h≥(

-1)H3.(2021湖南六校聯(lián)考)在平整的水面下方h=

m深處有一與水面平行的長L=1m的單色直線光源AB,已知水對該單色光的折射率為n=

。(ⅰ)若只有A點發(fā)光,則岸上觀察到水面被照亮的面積多大?(ⅱ)若整個單色直線光源AB發(fā)光,則岸上觀察到水面被照亮的面積多大?

答案

(ⅰ)9πm2

(ⅱ)(9π+6)m2

4.(2022湖北,14,9分)如圖所示,水族館訓練員在訓練海豚時,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

d。訓練員將小球向左水平拋出,入水點在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n=

,求:(1)tanθ的值;(2)B位置到水面的距離H。答案

(1)

(2)

d答案

(

+

)d拓展二光路控制光的色散①這束光通過中空玻璃從室外到室內(nèi)的偏移量h;②這束光通過中空玻璃從室外到室內(nèi)的時間t?！?0-10s2.(2021湖南師大附中月考一)如圖,一玻璃工件的上部是半徑為R的半球

體,O點為球心;下部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射

膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距

R。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮

多次反射),求該玻璃的折射率。

答案

1.43答案

(ⅰ)

(ⅱ)

3.[2019課標Ⅲ,34(2),10分]如圖,直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面,∠A=

90°,∠B=30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進入棱鏡,然后垂直

于AC邊射出。

(ⅰ)求棱鏡的折射率;(ⅱ)保持AB邊上的入射點不變,逐漸減小入射角,直到BC邊上恰好有光線

射出。求此時AB邊上入射角的正弦。4.[2020課標Ⅲ,34(2),10分]如圖,一折射率為

的材料制作的三棱鏡,其橫截面為直角三角形ABC,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC邊從

AB邊射入棱鏡,不計光線在棱鏡內(nèi)的多次反射,求AC邊與BC邊上有光出

射區(qū)域的長度的比值。

答案

2答案①

②15°<α<75°模型一全反射的應用——光導纖維1.(2021遼寧,4,4分)一束復色光從空氣射入光導纖維后分成a、b兩束單色

光,光路如圖所示。比較內(nèi)芯中的a、b兩束光,a光的(

)應用篇A.頻率小,發(fā)生全反射的臨界角小B.頻率大,發(fā)生全反射的臨界角小C.頻率小,發(fā)生全反射的臨界角大D.頻率大,發(fā)生全反射的臨界角大答案

C

2.(2021江蘇,7,4分)某種材料制成的半圓形透明磚平放在方格紙上,將激

光束垂直于AC面入射,可以看到光束從圓弧面ABC出射,沿AC方向緩慢

平移該磚,在如圖所示位置時,出射光束恰好消失。該材料的折射率為(

)

答案

A

3.(2023屆湖南師大附中月考一,7)(多選)光纖通信采用的光導纖維由內(nèi)芯

和外套組成,長為L,其側(cè)截面如圖所示,一復色光以一定的入射角(i≠0)從

軸心射入光導纖維后分為a、b兩束單色光,已知內(nèi)芯材料對a光的折射率

為n(n<

),真空中的光速為c。下列說法正確的是

(

)a