2024届高考物理二轮专题复习与测试专题强化练十四几何光学与物理光学

专题强化练(十四)几何光学与物理光学1．以下现象不属于衍射的是()A．白光经过狭窄的单缝得到彩色图样B．白光照射肥皂膜呈现出彩色图样C．光照射刀片的阴影轮廓模糊不清D．光照射不透明圆盘的阴影中心出现亮斑解析：白光照射单缝后，在光屏上出现彩色条纹是光的衍射现象，A项错误；白光照射肥皂膜呈现彩色图样是光的薄膜干涉现象，B项正确；光照射刀片的阴影轮廓模糊不清是光的衍射造成的，C项错误；白光照射不透明的小圆盘，在圆盘阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象造成的，D项错误．故选B.答案：B2．如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹)．在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是()A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫解析：双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹．双缝干涉条纹的宽度(即相邻亮、暗条纹间距)Δx＝eq\f(l,d)λ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应于红光和蓝光．而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，2、4分别对应于紫光和黄光．综上所述，1、2、3、4四个图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确．答案：B3．一束单色光穿过两块两面平行的玻璃砖，出射光线与入射光线的位置关系可能正确的是()解析：一束单色光穿过两块玻璃砖，分别经过两次从空气中射入到玻璃，和两次从玻璃射入空气的折射，且两块玻璃砖的两面都是平行的，根据折射定律可知，最后的出射光线与最初的入射光线平行，B、C两项错误．光由空气斜射进入玻璃砖，折射光线、入射光线在空气和玻璃砖两种介质中，折射角小于入射角；当光再由玻璃砖斜射进入空气时，折射角大于入射角，故最后的出射光线应该位于最初的入射光线延长线的左侧，A项正确，D项错误．故选A.答案：A4.如图所示为一光导纤维的示意图．光纤内芯的折射率为n(n>1.1)，外套的折射率为1.1.已知光在内芯和外套界面发生全反射时的临界角为C，且sinC＝eq\f(1.1,n).为使光在内芯和外套界面发生全反射，光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角θ应满足()A．sinθ≤eq\r(n2－1.21) B．sinθ≥1.1eq\r(n2－1)C．sinθ≤eq\f(10,11)eq\r(n2－1) D．sinθ≤1.1eq\r(1－\f(1,n2))解析：若光在内芯和外套界面恰能发生全反射，则在端面入射时eq\f(sinθ,sinα)＝n在内芯与外套发生全反射时sin(90°－α)＝sinC＝eq\f(1.1,n)，解得sinθ＝eq\r(n2－1.21)，则光在光纤一端端面由空气直接射入内芯时的入射角θ应满足sinθ≤eq\r(n2－1.21)，故选A.答案：A5．(2023·江苏卷)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置．则双缝间的距离变为原来的()A．eq\f(1,3)倍 B．eq\f(1,2)倍C．2倍 D．3倍解析：根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx＝eq\f(L,d)λ，由题图知Δx乙＝2Δx甲，则d乙＝eq\f(1,2)d甲，故选B.答案：B6．(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6m，功率为5.0×10－3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，该激光器发出的()A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－18JD．光子数约为每秒3.8×1016个解析：波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A项错误，B项正确．光子能量E＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,1.5×10－6)J＝1.326×10－19J．故C项错误．每秒钟发出的光子数n＝eq\f(Pt,E)＝3.8×1016.故D项正确．故选BD.答案：BD7．(多选)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示．他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是()A．水的折射率为eq\f(1,sin41°)B．水的折射率为eq\f(1,sin49°)C．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°D．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°解析：他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则说明α＝41°时激光恰好发生全反射，则sin(90°－41°)＝eq\f(1,n)，则n＝eq\f(1,sin49°)，A项错误、B项正确；当他以α＝60°向水面发射激光时，入射角i1＝30°，则根据折射定律有nsini1＝sini2，折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C项正确、D项错误．故选BC.答案：BC8．(多选)美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应理论的质疑者之一，他通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性．已知电子电量为1.6×10－19C，普朗克常量为6.63×10－34J·s.若某次实验中得到如图所示的Uc－ν图像，则下列说法正确的是()A．该金属的截止频率与入射光的频率无关B．遏止电压Uc与入射光的频率和强弱都有关C．由图像可知普朗克常量约为6.67×10－34J·sD．实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的解析：截止频率是光照射金属时产生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，A项正确；入射光的频率越高，光电子的初动能就越大，则遏止电压就越高，频率相等时，入射光的强弱决定了电流的强弱，遏止电压与入射光的强弱无关，B项错误；由爱因斯坦光电方程得hν＝eq\f(1,2)mv2＋W0，光电子的动能在遏止电压产生的电场中全部转换为电势能，不能到达阳极从而形成电流，即hν＝eUc＋W0整理得UC＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)图像的斜率eq\f(h,e)＝eq\f(ΔUC,Δν)＝0.417×10－14V·s，代入电子电量得h＝6.67×10－34J·s，C项正确；实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是正确的，D项错误．故选AC.答案：AC9.(2023·广东韶关一模)如图所示，半圆形玻璃砖半径为R，直径AB与荧光屏MN(足够大)平行且相距为2R.频率相同的两束平行光a、b均以53°角同时射入玻璃砖，a光从圆心O入射，恰好从半圆弧的三等分点D射出，b光从半圆弧的中点C射出．不考虑光在半圆弧上的反射，sin53°＝0.8，求：(1)玻璃砖的折射率；(2)荧光屏上两光点之间的距离．(结果可用根号表示)解析：(1)根据题设条件作出光路图，如图所示，研究a光，入射角为θ1＝53°，折射角为θ2＝30°，根据折射定律可得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(8,5)＝1.6.(2)根据光路图可知，a、b两束光打到荧光屏上的点P1、P2的距离为d＝P1P2＝Rtan53°－2Rtan30°＝eq\f(4－2\r(3),3)R.答案：(1)n＝1.6(2)eq\f(4－2\r(3),3)R10．如图所示，直角三棱镜ABC置于空气中，一细束单色光从直角三棱镜的AC面的中点垂直射入，进入三棱镜后在AB面恰好发生全反射，已知∠ABC＝30°，AC边长等于L.MN为一光屏，且与BC边垂直．请求出：(1)该三棱镜的折射率n；(2)最终打在光屏上的光斑到B点的距离s.解析：(1)由几何关系可知光线在AB面上的入射角为60°，由临界角公式可知sin60°＝eq\f(1,n)，得n＝eq\f(2\r(3),3).(2)光线在BC面上的E点同时发生反射和折射，投射到光屏上的PQ两点．且由几何关系可得线段BE＝eq\f(\r(3),3)L.在E点发生反射现象时，根据几何关系光斑P点到B点的距离BP＝BEtan60°＝L，在E点发生折射时，由n＝eq\f(sinα,sin30°)，可得sinα＝eq\f(\r(3),3)，BQ＝eq\f(BE,tanα)＝eq\f(\r(6),3)L.答案：(1)eq\f(2\r(3),3)(2)eq\f(\r(6),3)L11．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．(1)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；(2)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)．解析：(1)发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ＝60°，则r＝eq\f(θ,2)＝30°，在介质中的入射角为i，则eq\f(sinr,sini)＝n，解得sini＝eq\f(1,4).由几何关系sini＝eq\f(\f(L,2),\r(d2＋（\f(L,2)）2))，解得d＝eq\r(2.4)mm≈1.55mm.(2)若视角度θ刚好被扩