2024届新高考物理精准冲刺复习：光学+电磁波与相对论初步

2024届新高考物理精准冲刺复习

光学电磁波与相对论初步考点一光的折射、全反射基础篇1.(2021北京,2,3分)如图所示的平面内,光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖,

出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是

(

)A.这是光的干涉现象B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度答案

C

2.(2021天津,2,5分)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

3.(2021海南,6,3分)如图,长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ,MN=2NP,

其折射率为

。一束单色光在纸面内以α=45°的入射角从空气射向MQ边的中点O,则该束单色光

(

)A.在MQ边的折射角为60°B.在MN边的入射角为45°C.不能从MN边射出D.不能从NP边射出答案

C

4.(2021浙江6月选考,12,3分)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观

察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等

间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°,则

(

)A.光盘材料的折射率n=2B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度答案

D

5.(2022山东,7,3分)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆

心、半径为R的

圆,左侧是直角梯形,AP长为R,AC与CO夹角45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB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PM面全反射后,从OM面出射的光是(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

6.(2022江苏,12,8分)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)tanθ

(2)D·tanθ7.[2021广东,16(2),6分]如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到

光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折

射到空气中,测得入射角为α,折射角为β;光从P点射向外侧N点,刚好发生

全反射并被Q接收,求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。答案

sinθ=

8.[2022广东,16(2),6分]一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液

体,液体上方是空气,其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终

指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面

射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率

n和激光在液体中的传播速度v。答案

c9.[2022河北16(2),8分]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

(ⅰ)

(ⅱ)

10.[2022重庆,16(2),8分]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n红和n蓝。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h红,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?答案见解析解析①为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射,以红光为例,当入射角最大达到临界角C红时,光线恰好垂直水面折射出去,光路图如图所示假设球半径为R,根据全反射定律可知sinC红=

由几何关系可知tanC红=

同理可知蓝光有sinC蓝=

,tanC蓝=

两式联立解得h蓝=

·h红②蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红,即n蓝>n红>1,可知h蓝=

·h红<h红,所以蓝灯应该在红灯的上方。11.[2022全国乙,34(2),10分]一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大

角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内),入射角为i,经折射后射至AB

边的E点,如图所示。逐渐减小i,E点向B点移动,当sini=

时,恰好没有光线从AB边射出棱镜,且DE=DA。求棱镜的折射率。答案

12.[2022全国甲,34(2),10分]如图,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截

面,M为AB边的中点。在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角

为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射

出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。答案

a13.[2022五市十校联考,16(2)]如图所示,玻璃砖的横截面是半径为R的四

分之一圆,一光线从半径OA上到圆心O距离为

R的D点沿截面射入玻璃砖,入射光线与OA的夹角α=45°,折射光线射到AB弧上的E点,且光线在

AB弧上的入射角β=30°。光在真空中的传播速度为c。求:①玻璃砖对该光线的折射率n;②光线从D点传播到E点的时间t。答案①

②

14.[2022长沙市一中月考五,16(2)]如图所示,一球体光学器件是用折射率

为

的某种玻璃制成的,其半径为R,现用一细光束垂直球体的轴线以i=45°的入射角从真空中射入球体,不考虑光线在球体内的反射。①求该光线从球体中射出时,出射光线偏离原方向的角度;②若入射角i可以改变,求球体上有光线射出的面积。

答案①30°②2πR2

15.[2021全国乙,34(2),10分]用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折

射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路,C、D两个大头针确定出

射光路,O和O'分别是入射点和出射点,如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h

=15.0mm;A到过O点的法线OM的距离AM=10.0mm,M到玻璃砖的距离

MO=20.0mm,O'到OM的距离为s=5.0mm。

图(a)图(b)(ⅰ)求玻璃砖的折射率;(ⅱ)用另一块材料相同,但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验,玻璃砖

的截面如图(b)所示。光从上表面入射,入射角从0逐渐增大,达到45°时,玻

璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。答案

(ⅰ)

(ⅱ)15°16.(2022长郡中学月考六,18)如图所示,一装满水的水槽放在太阳光下,将

平面镜M斜放入水中,调整其倾斜角度,使一束太阳光从O点经水面折射

和平面镜反射,然后经水面折射回到空气中,最后射到槽左侧上方的屏幕

N上,即可观察到彩色光带。如果逐渐增大平面镜的倾角θ,各色光将陆续

消失。已知所有光线均在同一竖直平面内。(1)从屏幕上最后消失的是哪种色光;(不需要解释)(2)如果射向水槽的光线与水面成30°角,当平面镜M与水平面夹角θ=45°

时,屏幕上的彩色光带恰好全部消失,求对于最后消失的那种色光,水的折

射率。答案

(1)红色光

(2)

17.[2022湖南,16(2),8分]如图,某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的

屏障构成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可实现对像素单元可视角度θ的

控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后

最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n=2,屏障间隙L=0.8mm。发光像

素单元紧贴屏下,位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。

(ⅰ)若把发光像素单元视为点光源,要求可视角度θ控制为60°,求屏障的

高度d;(ⅱ)若屏障高度d=1.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略,求像素单元

宽度x最小为多少时,其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的

任意一点,即视为能看到该像素单元)。答案

(ⅰ)1.55mm

(ⅱ)0.35mm18.[2022长沙市一中月考,16(2)]1966年时任香港中文大学校长的高锟在

一篇论文中提出利用石英基玻璃纤维,可进行长距离及高信息量的信息

传递,引发了光导纤维的研发热潮,1970年康宁公司最先发明并制造出世

界第一根可用于光通信的光纤,使光纤通信得以广泛应用,被视为光纤通

信的里程碑之一,高锟也因此被国际公认为“光纤之父”。如图为某种

新型光导纤维材料的一小段,材料呈圆柱状,半径为l,长度为3

l,将一束光从底部中心P点以入射角θ射入,已知光在真空中的速度为c。①若已知这种材料的折射率为

,入射角θ=60°,求光线穿过这段材料所需的时间;②这种材料的优势是无论入射角θ为多大,材料侧面

始终不会有光线射出,求材料的折射率的最小值。答案①

②

19.[2022湖南师大附中一模,16(2)]日晕是一种大气光学现象,如图1所

示。在一定的气象条件下,空气中的水蒸气会变成正六棱柱状的小冰

晶。太阳光穿过小冰晶时发生折射,在太阳的周围出现一个圆形的光圈,

这就是日晕。日晕半径的视角最常见的是22°,如图2所示,太阳光沿截面

方向射向正六棱柱状的小冰晶一侧面,从另一侧面射出,当最后的出射角

等于最初的入射角时,偏向角D(光线经过冰晶折射偏转的角度)最小,这时

出射光线若到达人的眼睛,人看到的就是22°晕(偏向角为22°)。(可能用

到的数据:sin41°=0.656,sin68°=

sin41°)图1图2图3①求冰晶的折射率n;②如图3所示,若光线从正六棱柱六边形底面射入,侧面射出,最后的出射

角等于最初的入射角时,人看到的是多少度晕?答案①1.312②46°考点二光的波动性1.(2022北京,2,3分)下列现象能说明光是横波的是

(

)A.光的衍射现象

B.光的折射现象C.光的偏振现象

D.光的干涉现象答案

C

2.(2022浙江6月选考,4,3分)关于双缝干涉实验,下列说法正确的是(

)A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大答案

B

3.(2022山东,10,4分)(多选)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S1、S2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S1、S2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

4.(2021福建,5,6分)(多选)以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离

通信的主要手段。2020年11月10日,中国载人潜水器“奋斗者”号创造

了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种

通信方式进行指令传输或数据交换,如图所示。下列说法正确的是

(

)

A.“奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B.“奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C.“探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D.“探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程答案

BD

5.(2022浙江6月选考,8,3分)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

6.(2021江苏新高考适应卷,1)小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射

的阳光,转动镜片时发现光有强弱变化。下列说法能够解释这一现象的

是

(

)A.阳光在水面反射时发生了偏振,镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振,镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起检偏器的作用答案

B

7.(2021长沙市一中月考一)(多选)关于光现象及其应用,下列说法正确的

有

(

)A.雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的衍射形成的B.光照到不透光小圆盘上,在小圆盘背后阴影区出现泊松亮斑,说明光发

生了衍射C.光导纤维利用全反射的原理,其内芯的折射率大于外套的折射率D.分别用紫光和绿光为光源用同一装置做单缝衍射实验,前者中央亮纹

较宽E.生活中的汽车鸣笛向我们驶来,我们会听到音调变高,这是声波的多普

勒效应答案

BCE

8.(2022湖湘名校教育联合体9月联考,4)如图甲所示,a、b两束激光分别通

过同一套双缝干涉装置,它们的第5条亮条纹分别在屏上的Pa点和Pb点;如

图乙所示,由a、b两束激光组成的复合光通过三棱镜后形成Ⅰ、Ⅱ两条

光线,则下列说法中正确的是(

)甲乙A.a激光的波长较长B.光线Ⅱ是b激光的传播光路C.b激光在三棱镜中传播时间较短D.激光a与b有可能形成稳定的干涉图样答案

C

9.(2021湖北,5,4分)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

拓展一折射成像综合篇1.(2020山东,9,4分)(多选)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。

DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜

的ABC面垂直,D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。

三棱镜对该单色光的折射率为

,只考虑由DE直接射向侧面AA'C'C的光线。下列说法正确的是

(

)

A.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的

B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的

C.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将增大D.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将减小答案

AC

答案

H>h≥(

-1)H2.[2022雅礼中学一模,16(2),8分]如图所示的圆柱形容器中盛满折射率n=

2的某种透明液体,容器底部安装一块平面镜,容器高度为H、直径L=2H,

在圆心正上方高度h处有一点光源S,要使人从液体表面上任意位置处能

够观察到点光源S发出的光,h应满足什么条件?3.(2021湖南六校联考)在平整的水面下方h=

m深处有一与水面平行的长L=1m的单色直线光源AB,已知水对该单色光的折射率为n=

。(ⅰ)若只有A点发光,则岸上观察到水面被照亮的面积多大?(ⅱ)若整个单色直线光源AB发光,则岸上观察到水面被照亮的面积多大?

答案

(ⅰ)9πm2

(ⅱ)(9π+6)m2

4.(2022湖北,14,9分)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

d。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n=

,求:(1)tanθ的值;(2)B位置到水面的距离H。答案

(1)

(2)

d答案

(

+

)d5.[2022湖南六校联考,16(2)]薄壁透明圆柱形玻璃容器浮于水面。容器的

内直径为d。在容器底正中有一小发光源A。在容器壁外、距离容器壁

为d以外的水面区域无光线折射出来。即所谓的“盲区”。已知水的折

射率为n=

。求容器浸水深度h(结果可以用根号表示)。拓展二光路控制光的色散1.(2021雅礼中学联考)大部分高层建筑都会采用玻璃幕墙,玻璃幕墙美观

大方,也提高了建筑内的采光率,玻璃幕墙一般都是用中空玻璃,如图甲所

示。某一玻璃幕墙其剖面及尺寸示意图如图乙所示,双层中空玻璃由两

层玻璃加密封框架形成一个夹层空间,夹层充入干燥空气,每单层玻璃厚

度d=12mm,夹层宽度l=18mm,一光束以入射角i=53°从墙外经双层中空

玻璃射入室内(光束与玻璃剖面在同一平面上),光线通过玻璃后入射光线

与出射光线会有一个偏移量(两光线距离),玻璃折射率n=

,光在空气中的速度近似为c=3.0×108m/s,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求(结果保留两位有效

数字):①这束光通过中空玻璃从室外到室内的偏移量h;②这束光通过中空玻璃从室外到室内的时间t。答案①8.4mm②2.3×10-10s2.(2021湖南师大附中月考一)如图,一玻璃工件的上部是半径为R的半球

体,O点为球心;下部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射

膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距

离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑

多次反射),求该玻璃的折射率。

答案

1.43答案

(ⅰ)

(ⅱ)

3.[2019课标Ⅲ,34(2),10分]如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,∠A=

90°,∠B=30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直

于AC边射出。

(ⅰ)求棱镜的折射率;(ⅱ)保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线

射出。求此时AB边上入射角的正弦。4.[2020课标Ⅲ,34(2),10分]如图,一折射率为

的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从

AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出

射区域的长度的比值。

答案

2答案①

②15°<α<75°5.[2022长沙市一中月考九,16(2)]如图,足够宽的液槽中水的折射率n=

,M是可绕轴转动的平面镜,M与水平面的夹角为α,光线从液槽的侧壁水平射入水中。

①若α=30°,求经平面镜反射后的光线从水面射出时折射角的正弦值;②若经平面镜反射后的光线能从水面射出,求α的取值范围。模型一全反射的应用——光导纤维1.(2021辽宁,4,4分)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(

)应用篇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

2.(2021江苏,7,4分)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上,将激

光束垂直于AC面入射,可以看到光束从圆弧面ABC出射,沿AC方向缓慢

平移该砖,在如图所示位置时,出射光束恰好消失。该材料的折射率为(

)

A.1.2

B.1.4

C.1.6

D.1.8答案

A

3.(2023届湖南师大附中月考一,7)(多选)光纤通信采用的光导纤维由内芯

和外套组成,长为L,其侧截面如图所示