新高考物理三轮冲刺突破练习专题24光学（含解析）

专题24光学目录TOC\o"1-2"\h\u专题24光学 1考向一折射定律及其应用 1考向二对全反射现象的理解和应用 3考向三光的色散现象 10考向四光的干涉现象 12考向五光的衍射和光的偏振现象 14【题型演练】 16考向一折射定律及其应用1．对折射率的理解(1)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小．(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．3.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向【典例1】如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边SKIPIF1<0以角度SKIPIF1<0入射，依次经SKIPIF1<0和SKIPIF1<0两次反射，从直角边SKIPIF1<0出射。出射光线相对于入射光线偏转了SKIPIF1<0角，则SKIPIF1<0（）A．等于SKIPIF1<0 B．大于SKIPIF1<0C．小于SKIPIF1<0 D．与棱镜的折射率有关【答案】A【详解】如图所示设光线在AB边的折射角为SKIPIF1<0，根据折射定律可得SKIPIF1<0设光线在BC边的入射角为SKIPIF1<0，光线在AC边的入射角为SKIPIF1<0，折射角为SKIPIF1<0；由反射定律和几何知识可知SKIPIF1<0SKIPIF1<0联立解得SKIPIF1<0根据折射定律可得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0过D点做出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为SKIPIF1<0，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为SKIPIF1<0。故选A。[变式]如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1:3。当细光束以SKIPIF1<0的入射角射入球中，其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为（）A．SKIPIF1<0 B．1.5 C．SKIPIF1<0 D．2【答案】B【详解】如图折射角的正弦值SKIPIF1<0根据折射定律可得该透明材料的折射率SKIPIF1<0故选B。考向二对全反射现象的理解和应用1．求解光的折射、全反射问题的四点提醒(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．(2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．(3)在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．(4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．2．解决全反射问题的一般方法(1)确定光是光密介质进入光疏介质．(2)应用sinC＝eq\f(1,n)确定临界角．(3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射．(4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图．(5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题．3．求解全反射现象中光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化，即v＝eq\f(c,n).(2)全反射现象中，光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定．(3)利用t＝eq\f(l,v)求解光的传播时间．【典例2】完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（

）A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射[变式1]如图，某三棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC，BC长度为d，O为BC中点。在ABC所在平面内，光线PO垂直BC边入射，恰好在AB边界发生全反射。(ⅰ)求该三棱镜的折射率；(ⅱ)保持光线PO入射点O不变，入射方向逐渐向CO方向偏转，求AB边有光线射出的区域宽度。【答案】eq\r(2)(ⅱ)eq\f(\r(2),4)d【解析】(ⅰ)光线PO恰好在AB边界发生全反射，临界角C＝45°，设三棱镜的折射率为n，有：sinC＝eq\f(1,n)解得折射率n＝eq\r(2)。(ⅱ)光线PO垂直BC边入射的光线，进入棱镜后在AB边上的E点发生全反射。光线PO入射方向逐渐转向CO方向时，光线从棱镜的出射点对应由E点逐渐向B点移动。当光线几乎沿CO方向入射时，光线折射后沿OD方向，由折射定律有n＝eq\f(sin90°,sin∠DOE)解得∠DOE＝45°由几何关系得：OE＝OB＝eq\f(d,2)光线出射区域的宽度DE＝OEsin∠DOE解得区域宽度DE＝eq\f(\r(2),4)d。[变式2]某种透明材料制成的空心球体外径是内径的2倍，其过球心的某截面(纸面内)如图所示。一束单色光(在纸面内)从外球面上A点入射，入射角为45°时，光束经折射后恰好与内球面相切。(1)求该透明材料的折射率；(2)欲使光束从A点入射后，恰好在内球面上发生全反射，则应将入射角变为多少度？【答案】(1)eq\r(2)(2)30°【解析】(1)作光路图如图甲，设光束经折射后到达内球面上B点，由题意知，入射角i＝45°，折射角r＝∠BAO由几何关系有：sinr＝eq\f(BO,AO)＝0.5由折射定律有：n＝eq\f(sini,sinr)代入数据解得：n＝eq\r(2)。(2)作光路图如图乙，设在A点的入射角为i′时，光束经折射后到达内球面上C点，并在C点恰好发生全反射，则光束在内球面上的入射角∠ACD等于临界角C。由sinC＝eq\f(1,n)代入数据得：∠ACD＝C＝45°由正弦定理有eq\f(sin∠ACO,AO)＝eq\f(sin∠CAO,CO)AO＝2R，CO＝R，∠ACO＝180°－∠ACD，解得：sin∠CAO＝eq\f(sin∠ACD,2)＝eq\f(\r(2),4)由折射定律有：n＝eq\f(sini′,sin∠CAO)解得：sini′＝0.5，即此时的入射角i′＝30°。【典例3】如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为SKIPIF1<0，（1）求蓝灯到水面的最大距离；（2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）上方，理由见解析【详解】（1）为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从折射出去，以红光为例，当折射角最大达到临界角SKIPIF1<0时，光线垂直水面折射出去，光路图如图所示假设半球半径为SKIPIF1<0，根据全反射定律和几何关系可知SKIPIF1<0同理可知蓝光SKIPIF1<0两式联立解得SKIPIF1<0（2）蓝光的折射率SKIPIF1<0大于红光的折射率SKIPIF1<0，根据（1）问结果SKIPIF1<0结合SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0所以蓝灯应该在红灯的上方。[变式1]如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：（1）水的折射率n；（2）两条折射光线之间的距离d。【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【详解】（1）设折射角为SKIPIF1<0，根据几何关系可得SKIPIF1<0根据折射定律可得SKIPIF1<0联立可得SKIPIF1<0（2）如图所示根据几何关系可得SKIPIF1<0[变式2]如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为SKIPIF1<0d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率SKIPIF1<0，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距离H。【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【详解】（1）由平抛运动的规律可知SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（2）因SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0，从A点射到水面的光线的入射角为α，折射角为SKIPIF1<0，则由折射定律可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由几何关系可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0考向三光的色散现象1．光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带．(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象．2．各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大【典例4】如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是()A．玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象B．a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度大C．a光的频率比b光的频率大D．若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则a光最先消失E．若让a、b两种色光通过一双缝干涉装置，则a光形成的干涉条纹的间距更大【答案】ACD【解析】玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象，A正确；由题图知，两种光射向气泡时，玻璃对a光的偏折程度较大，因此a光的折射率较大，则a光的频率比b光的频率大，再依据v＝eq\f(c,n)可知，a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小，故C正确，B错误；因a光的折射率较大，由sinC＝eq\f(1,n)知，a光的全反射临界角较小，且根据几何关系可得，a光从气泡射向玻璃砖的入射角较大，若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则a光最先达到全反射的条件，从而a光最先消失，D正确；让a、b两种色光通过一双缝干涉装置，因a光的折射率较大，其波长较短，根据干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，则b光形成的干涉条纹的间距更大，E错误。[变式1]三束单色光a、b、c沿图示方向射向圆形玻璃砖，经两次折射后变成复色光d，以下说法正确的是()A．b光的频率比c光小B．在真空中，a光传播速度比b、c大C．在玻璃砖中，a光传播速度比b、c小D．a光的光子能量最小E．若以a、b、c三种单色光分别用相同的装置做“用双缝干涉测定单色光的波长”的实验，则a光观察到的条纹间距最大【答案】：ADE【解析】：从光的偏折程度看a光的偏折程度最小，c光最大，故a光的折射率最小，c光的折射率最大，则a光的频率最小，c光的频率最大，b光的频率比c光小，故A正确；任何单色光在真空中传播速度均为光速，故B错误；由光在介质中传播速度公式：v＝eq\f(c,n)可知，a光的折射率最小，在玻璃砖中传播速度最大，故C错误；光子能量与光的频率成正比，则知a光的光子能量最小，故D正确；三种单色光中a光的波长最长，干涉条纹间距与波长成正比，则在同样的装置做双缝干涉实验时观察到的条纹间距a光的干涉条纹间距最大，故E正确．[变式2]如图所示，从点光源S发出的一束复色光，以一定的角度入射到玻璃三棱镜的表面，经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光．下面的说法中正确的是 ()A．在三棱镜中a光的传播速率大于b光的传播速率B．a光频率大于b光频率C．若改变复色光的入射角，可在入射面发生全反射D．a、b两束光分别通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa<ΔxbE．真空中的a、b两束光的光速相对于不同的惯性参考系是相同的【答案】：BDE【解析】：经过三棱镜，b光的偏折角小于a光的偏折角，所以可以得b光的折射率小于a光的折射率，由公式v＝eq\f(c,n)知，在三棱镜中a光传播速率小于b光的传播速率，故A错误；由于a光的折射率大于对b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，故B正确；当光线由光疏介质射到光密介质时，不会发生全反射，所以改变复色光的入射角，不可能在入射面发生全反射，故C错误；由于a光的频率大于b光的频率，所以a光的波长小于b光，根据公式Δx＝eq\f(l,d)λ，a、b两束光分别通过同一双缝干涉时a光条纹间距小于b光条纹间距，故D正确；根据光速不变原理可知E正确．考向四光的干涉现象1．双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ.(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹．2．亮暗条纹的判断方法(1)如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹．(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹．3．条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长．4．薄膜干涉(1)如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹．(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹．【典例5】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【解析】根据条纹间距表达式Δx＝eq\f(l,d)λ可知：因红光的波长大于绿光的波长，则改用红色激光可增大条纹间距，选项A正确；因蓝光的波长小于绿光的波长，则改用蓝色激光可减小条纹间距，选项B错误；减小双缝间距d可增加条纹间距，选项C正确；将屏幕向远离双缝的位置移动，即增加l可使条纹间距变大，选项D正确；光源与双缝间的距离不影响条纹间距，选项E错误．[变式]如图所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 ()A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大B．在真空中a、b两光传播速度相同C．从真空射入同种介质发生全反射时，a光全反射临界角小D．从同种介质射入真空发生全反射时，a光全反射临界角小E．在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象【答案】：BDE【解析】：根据题图可知，b光的干涉条纹间距大于a光的干涉条纹间距．由双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，b光的波长比a光的大．由λ＝eq\f(c,f)可知，b光的频率比a光的小，则在同种介质中，b光的折射率小于a光，根据n＝eq\f(c,v)可知，在介质中，a光的传播速度比b光的小，选项A错误；在真空中a、b两光传播速度相同，均为光速，选项B正确；从真空射入同种介质不会发生全反射，选项C错误；由介质射入真空发生全反射的临界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，a光折射率较大，从同种介质射入真空发生全反射时a光全反射临界角小，选项D正确；由于b光的波长比a光的大，根据发生明显衍射现象的条件可知，在相同的条件下，b光比a光更容易产生明显的衍射现象，选项E正确．考向五光的衍射和光的偏振现象1．对光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波长越长，衍射现象越明显．任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别．(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的．2．自然光和偏振光的比较自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向【典例6】关于波的干涉和衍射，下列说法正确的是 ()A．衍射是一切波特有的现象B．两列波发生干涉时，振动加强区域的质点的位移一定始终最大C．声波容易发生衍射是因为声波的波长较长D．观察薄膜干涉时，应该在入射光的同一侧E．医院中用于体检的“B超”利用了超声波的衍射原理【答案】ACD【解析】衍射是一切波特有的现象，选项A正确；两列波发生干涉时，振动加强区域的质点振动始终加强，不是位移始终最大，选项B错误；声波容易发生衍射是因为声波的波长较长，选项C正确；薄膜干涉是两列频率相同的反射光在薄膜上出现的现象，因此应在入射光的同一侧观察，选项D正确；医院中用于体检的“B超”利用了超声波的反射原理，选项E错误．【变式】光的偏振现象说明光是横波．下列现象中能反映光的偏振特性的是 ()A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹E．阳光在水面的反射光是自然光【答案】：ABC【解析】：在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，选项A、B反映了光的偏振特性；选项C是偏振现象的应用；选项D是光的衍射现象，D项错误；阳光在水面的反射光是偏振光，故选项E错误．

【题型演练】1．如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（）A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮纹”【答案】C【详解】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。故选C。2．柱状光学器件横截面如图所示，SKIPIF1<0右侧是以O为圆心、半径为R的SKIPIF1<0圆，左侧是直角梯形，SKIPIF1<0长为R，SKIPIF1<0与SKIPIF1<0夹角SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直SKIPIF1<0面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在SKIPIF1<0面全反射后，从SKIPIF1<0面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（

）A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以【答案】A【详解】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为SKIPIF1<0，由几何关系得SKIPIF1<0根据全反射临界角公式得SKIPIF1<0SKIPIF1<0两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为SKIPIF1<0故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。故选A。如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，其折射率为SKIPIF1<0。一束单色光在纸面内以SKIPIF1<0的入射角从空气射向SKIPIF1<0边的中点O，则该束单色光（）A．在SKIPIF1<0边的折射角为SKIPIF1<0B．在SKIPIF1<0边的入射角为SKIPIF1<0C．不能从SKIPIF1<0边射出D．不能从SKIPIF1<0边射出【答案】C【详解】A．光线从O点入射，设折射角为SKIPIF1<0，由折射定律有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0即该束单色光在SKIPIF1<0边的折射角为SKIPIF1<0，故A错误；B．设边长SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0，作出光路图如图所示。由几何关系可知光在SKIPIF1<0边的入射角为SKIPIF1<0，故B错误；C．设光在玻璃砖与空气界面发生全反射的临界角设为C，有SKIPIF1<0即SKIPIF1<0，而光在MN边的入射角大于SKIPIF1<0，所以光在MN边发生全反射，不能从SKIPIF1<0边射出，故C正确；D．根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点时的入射角为30°，小于全反射临界角，所以光在B点折射出玻璃砖，故D错误。故选C。如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（）A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置【答案】D【分析】本题考查折射定律以及双缝干涉实验。【详解】由双缝干涉条纹间距的公式SKIPIF1<0可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知SKIPIF1<0反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于SKIPIF1<0则SKIPIF1<0所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，ABC错误。故选D。一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（）A．频率小，发生全反射的临界角小B．频率大，发生全反射的临界角小C．频率小，发生全反射的临界角大D．频率大，发生全反射的临界角大【答案】C【详解】由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由全反射SKIPIF1<0可知折射率越小发生全反射的临界角越大。故选C。光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（）A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大【答案】A【详解】紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据SKIPIF1<0可知波长变短；根据SKIPIF1<0可知，光子能量不变。故选A。二、多选题7．氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（）A．图1中的SKIPIF1<0对应的是ⅠB．图2中的干涉条纹对应的是ⅡC．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大【答案】CD【详解】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得SKIPIF1<0可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。A．可知，图1中的SKIPIF1<0对应的是可见光Ⅱ，故A错误；B．由公式有，干涉条纹间距为SKIPIF1<0由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，故B错误；C．根据题意，由公式可得，光子动量为SKIPIF1<0可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；D．根据光电效应方程及动能定理可得SKIPIF1<0可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。故选CD。8.不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显C．若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高D．若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大【答案】BD【详解】由图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a光的波长SKIPIF1<0大于b光的波长SKIPIF1<0，a光的频率SKIPIF1<0小于b光的频率SKIPIF1<0。A．若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件SKIPIF1<0可知产生a光的能级能量差小，故A错误；B．若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；C．在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程SKIPIF1<0可知a光的遏止电压低，故C错误；D．a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距SKIPIF1<0可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。故选BD。8．某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样。下列描述正确的是（）A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹【答案】ACD【详解】A．由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；C．根据条纹间距公式SKIPIF1<0可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；D．照射两条狭缝时，若光从狭缝SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选ACD。三、填空题9．如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为SKIPIF1<0m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为___________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是___________s≤t<___________s（不考虑反射）。【答案】

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0【详解】[1]该单色光在玻璃板内传播的速度为SKIPIF1<0[2]当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，该单色光通过玻璃板所用时间最短，最短时间SKIPIF1<0[3]当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板所用时间最长。由折射定律可知SKIPIF1<0最长时间SKIPIF1<0我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为SKIPIF1<0，则该内芯的折射率为_____。（取SKIPIF1<0，结果保留2位有效数字）【答案】

大

SKIPIF1<0【详解】[1]根据全反射定律SKIPIF1<0可知光钎内芯的折射率比外套的折射率大，这样光在内芯和外壳的界面上才能发生全反射，保证信息的传输。[2]折射率为SKIPIF1<011．如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为_____。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°。【答案】

SKIPIF1<0

大于【详解】[1][2]由几何知识可知，红光在D点发生折射时，折射角为i=60°，入射角为r=30°，由折射定律可得SKIPIF1<0解得玻璃对红光的折射率为SKIPIF1<0若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°。12．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，双缝到屏幕的距离为1m，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】

＞

0.3【详解】[1]双缝干涉条纹间距SKIPIF1<0，红光波长比绿光长，所以用红光的双缝干涉条纹间距较大SKIPIF1<0>SKIPIF1<0[2]条纹间距为SKIPIF1<0根据SKIPIF1<0解得SKIPIF1<013．两束单色光A、B的波长分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，且SKIPIF1<0>SKIPIF1<0，则______（选填“A”或“B”）在水中发生全反射时的临界角较大．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到______（选填“A”或“B”）产生的条纹间距较大．【答案】

A

A【详解】波长越长，频率越小，折射率越小，根据临界角SKIPIF1<0，可知波长越大临界角越大，所以A光的临界角大；双缝干涉条纹的间距SKIPIF1<0，因为A光的波长较长，所以A光产生的条纹间距较大．四、解答题14．如图所示，SKIPIF1<0是一直角三棱镜的横截面，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【详解】（1）相关入射角与折射角如图所示光线在BC面上折射，由折射定律有SKIPIF1<0光线在AC面上发生全反射，由反射定律有SKIPIF1<0光线在AB面上发生折射，由折射定律有SKIPIF1<0由几何关系有SKIPIF1<0，SKIPIF1<0F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0（2）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有SKIPIF1<0式中SKIPIF1<0是全反射临界角，满足SKIPIF1<0解得棱镜的折射率n的取值范围应为SKIPIF1<019．15．如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ=30°。光在真空中的传播速度为c。求：（i）玻璃的折射率；（ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。【答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【详解】（i）根据题意将光路图补充完整，如下图所示根据几何关系可知i1=θ=30°，i2=60°根据折射定律有nsini1=sini2解得SKIPIF1<0（