高三物理二轮高频考点突破专题21 几何光学和物理光学

高考物理二轮高频考点专题突破专题21几何光学和物理光学专练目标专练内容目标1几何光学（1T—11T）目标2物理光学（12T—18T）【典例专练】一、几何光学1．如图是由不同材料制作的等腰直角三角形和半圆形玻璃砖，将它们放在水平面并相切于A点，是半圆形玻璃砖的直径，O是半圆形玻璃砖圆心。现将该光源放置在A点左侧P处，垂直水平面向上发射激光，经过半圆弧上某点M后，恰好又能经过B点，已知，，与水平方向夹角恰好为，等腰直角三角形玻璃砖的折射率。下列说法正确的是（）A．半圆形玻璃砖的折射率B．的距离为C．半圆弧玻璃砖上M点到水平面的距离为D．从P射出的激光，经过等腰直角三角形和半圆形玻璃砖的时间之比为【答案】AC【详解】A．假设从B发射某束激光，恰好经过M点，然后经过界面后到达P点，其光路图如图所示根据光路可逆性，从P竖直向上发射的激光恰好到达B点。根据几何知识可知，射向M点的光线的折射角r等于，入射角等于，根据折射率可知，A正确；B．根据上图可知所以，B错误；C．根据几何知识M点到水平面距离，C正确；D．激光在等腰直角三角形的光速为在半形玻璃砖的光速时间之比为D错误。故选AC。2．如图所示，矩形ABCD为一玻璃砖的截面，、。该截面内一条单色光线a从A点射向BC中点E，刚好在BC发生全反射并直接射向D点。该单色光的另一条与AE平行的光线b从AB上的P点（未画出）折射进入玻璃砖，光线经BC反射后直接射向CD的中点F。已知真空中光速为c，则下列说法正确的是（）A．玻璃砖的折射率为 B．光线b第一次打在BC面上时发生全反射C．光线b第一次打在CD面上时发生全反射 D．光线b第一次从P点传播到F点用时为【答案】BD【详解】A．设玻璃砖的折射率为n，根据几何关系可知该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角C满足解得n=2故A错误；BC．如图所示，设光线b在AB面的折射角为α，则根据折射定律有解得根据几何关系可知光线b在BC面的入射角的正弦值等于cosα，并且所以光线b第一次打在BC面上时发生全反射。同理可知光线b在CD面的入射角等于α，并且所以光线b第一次打在CD面上时不能发生全反射，故B正确，C错误；D．光线b第一次从P点到F点的传播距离为光线b在玻璃砖中的传播速度为光线b第一次从P点传播到F点用时为故D正确。故选BD。3．某玻璃砖中有一个空气三棱柱，其截面如图所示。现有一束很细的具有二种不同颜色的复色光从边射向空气，经过二次折射后，有、两束光分别从边上、两点射回玻璃中（、点未画出，已知点离A点近）。则（）A．光子的动量比光子的动量大B．在氢原子能级跃迁中，产生光的能级能量差比产生光的能级能量差小C．当、两束光由玻璃射向空气中，光临界角比光临界角大D．用、两束光在相同条件下做双缝干涉实验，光干涉相邻条纹间距比光大【答案】ABD【详解】A．因为a光的偏折程度大，则a光的折射率大于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，根据所以光子的动量比光子的动量大，则A正确；B．根据可知在氢原子能级跃迁中，产生光的能级能量差比产生光的能级能量差小，所以B正确；C．根据，a光的折射率大于b光的折射率，则光临界角比光临界角小，所以C错误；D．由于a光的折射率大于b光的折射率，则a光的波长小于b光的波长，用、两束光在相同条件下做双缝干涉实验，根据可知，光干涉相邻条纹间距比光大，所以D正确；故选ABD。4．如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度（）入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是（）A．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光B．第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行C．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧【答案】BC【详解】A．根据题意作出光路图，如下图所示，显然光在玻璃板中的折射角一定小于入射角，因此光不可能在玻璃板中发生全反射现象，即在第一块、第二块玻璃板下表面一定有出射光，故A错误；B．分析可知出射光线一定平行于入射光线，故B正确；C．由光路图可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故C正确；D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的左侧，故D错误。故选BC。5．DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成。如图所示，激光束以入射角从空气入射到厚度为、折射率为的塑料保护层后，聚集到信息记录层的光斑宽度为，才能有效获取信息。在保证不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度（），则（）A．须满足 B．须满足C．在和不变时，须减小 D．在和不变时，须减小【答案】AC【详解】AB．设激光束入射角为时其折射角为，则由折射率公式有由联立可得故A正确，B错误；C．根据又所以得出在和不变时，不变，不变，欲减小，则必须减小，故C正确；D．在和不变时，欲减小，则必须减小，减小，减小，又必须增大，故D错误。故选AC。6．某长方体透明介质如图所示，为嵌在介质内部紧贴面的线状单色可见光光源，与面垂直，为中点，。介质对该单色光的折射率为2，只考虑由直接射向面的光线。下列说法正确的是（）A．光从面射出的区域占该面总面积的B．光从面射出的区域占该面总面积的C．若发出的单色光频率变小，面有光射出的区域面积将增大D．若发出的单色光频率变小，面有光射出的区域面积将减小【答案】AC【详解】AB．从光源发出的光射到面上的临界角满足则，设，则在面上有光线射出的长度为则有光线射出的面积占面总面积的比例为故A正确；B错误；CD．若发出的单色光频率变小，则光的折射率变小，临界角变大，根据知，在面上有光线射出的长度变大，则面有光射出的区域面积将增大，故C正确；D错误。故选AC。7．光的反射、折射及全反射是自然界中很常见的现象，在一次实验课上，某小组进行了实验：将一束单色细光束由空气（视为真空）沿着半径方向射入一块半圆柱形透明体，如图甲所示，对其从圆心O点射出后的折射光线的强度用相应传感器进行了记录，发现从O点射出的折射光线的强度随着夹角θ的变化而变化，变化情况如图乙的图线所示，则下列说法正确的是（）A．在角θ小于30时，在O点处既有反射光，又有折射光B．圆柱形透明体对该单色光的全反射临界角为60C．圆柱形透明体对该单色光的折射率为2D．圆柱形透明体对该单色光的折射率为【答案】BD【详解】A．从图像中可以看出角θ小于30°时，没有折射光，A错误；B．当θ＝30°时，即入射角为60°时，折射光线强度为零，故此时发生全反射，B正确；CD．因为全反射临界角为60°，又，C错误，D正确。故选BD。8．如图所示，半圆玻璃砖可绕过圆心的垂直轴转动，圆心O与足够大光屏的距离d=20cm，初始半圆玻璃砖的直径与光屏平行时，一束光对准圆心、垂直于光屏射向玻璃砖，在光屏上O1点留下一光点，保持入射光方向不变，让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时，光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过角时，光屏上光点位置距离O1点为20cm，（sin=）则（）A．玻璃砖转动后，光屏上的光点会相对于向上移动B．该玻璃砖的折射率为C．该玻璃砖的折射率为D．当玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值为时，光屏上的光点消失【答案】ACD【详解】A．如图所示玻璃砖转动后，光屏上的光点会相对于向上移动，故A正确；BC．玻璃砖转过30°角时，折射光路如上图所示，入射角根据几何关系可得解得则折射角根据折射定律可得可得故B错误，C正确；D．发生全反射时，有此时转过的角度刚好等于临界角，则故D正确。故选ACD。9．如图所示为某种透明介质制成的半径为R的半圆柱体形的截面图，其中O点为截面的圆心，一平行的细光束与截面AB成45°，且射向圆心的光束刚好在AB面发生全反射，已知光在真空中的速度为c，忽略光在介质中的二次反射。则下列说法正确的是（）A．该透明介质的折射率为B．光由射入透明介质到从界面AB射出的最短时间为C．由半圆柱体最高点O′射入的光在介质中的折射角为30°D．能从界面AB射出光线所对应的入射光线占弧AO′B区域的【答案】ACD【详解】A．由题意可知，射入O点的光线刚好在AB界面发生全反射，则此时的入射角等于临界角C，即C=45°，又sinC=解得，A正确；B．由A选项分析可知，射入O点的光线是从界面AB射出的最左侧的光线，当射入透明介质的光线与半圆柱相切时，为在透明介质中射出的最右侧的光线，光路图如图所示，由折射定律得解得β=45°CD两点之间的距离为且此距离为光在透明介质中的最短距离，又由于光在该介质中的速度为则光在介质中的最短时间为，B错误；C．由半圆柱体最高点O′射入时，由几何关系可知入射角为45°，由折射定律解得r=30°，C正确；D．由以上分析可知CE段射入透明介质的光能从界面AB射出，即入射光线占弧AO′B区域的，D正确；故选ACD。10．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光（）A．a光的频率比b光的频率小B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的大C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小【答案】ABC【详解】A．由图知，光线在CD界面上，以相同的入射角入射的a、b两种光，a光发生了折射，b光发生了全反射，说明b光比a光折射率大，折射率越大，频率越大，所以a光的频率比b光小，A正确；B．由公式在棱镜内a光速度大，B正确；C．由折射率n＝可知以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小，C正确；D．折射率小的光波长大，通过同一双缝干涉装置，根据公式，a光的相邻亮条纹间距大，D错误。故选ABC。11．如图所示，两束激光束对称地射到上下对称的三棱镜上A和B点上，光线方向与三棱镜中心轴平行，A、B与三棱镜中心线距离为d。已知每束激光束的功率为。三棱镜的顶角为，对激光的折射率为。假若激光射到三棱镜后全部通过，不考虑反射光，下列说法正确的是（）A．激光通过三棱镜后方向改变角B．若不计三棱镜左右厚度，则两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为C．激光束对三棱镜水平方向作用力大小为D．增加三棱镜顶角，激光可能不能通过三棱镜【答案】BD【详解】A．两束激光进入三棱镜时，垂直入射则沿平行于对称轴的方向在三棱镜内传播，在射出三棱镜界面时，发生折射，由几何知识可知入射角为30°，根据可知，其折射角为60°。所以激光通过三棱镜后方向改变30°故A错误；B．若不计三棱镜左右厚度，则设两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为L，根据几何关系有解得故B正确；C．先分析一束激光束，在三棱镜中的速度为进入三棱镜时，取极短时间，有联立，可得同理，射出三棱镜时，入射光线对三棱镜的水平作用力F2满足合力为则两束激光的合力为故C错误；增加三棱镜顶角，由几何关系可知，出射光线的入射角随之增加，当达到临界角，则激光不能通过三棱镜。故D正确。故选BD。物理光学12．1834年，洛埃利用平面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）．某实验小组重做该实验，如图所示，水平放置的平面镜左侧有一与纸面垂直的缝光源S，S仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为P，对光屏上呈现的干涉图样以下说法正确的是（）A．光屏上呈现水平的明暗相间的干涉条纹B．光屏上呈现的条纹关于P点上下对称C．若将缝光源S水平向右移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大D．若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，光屏上的条纹间距将变大【答案】AD【详解】A．光源发出直接到屏上的光和被平面镜反射到屏上的光是相干光，该干涉现象可以看成双缝干涉，故光屏上出现与平面镜平行的明暗相间的条纹，故A正确；B．在P点下方没有反射光线照射，故不会有干涉条纹，故B错误；C．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式将缝光源S水平向右移动一小段距离，则L变小，故光屏上的条纹间距将变小，故C错误；D．光源到屏的距离可以看成双缝到屏的距离L，光源S到平面镜中虚像的间距看成双缝的间距d，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式若将缝光源S竖直向下移动一小段距离，则d变小，故光屏上的条纹间距将变大，故D正确。故选AD。13．2021年6月中国电子信息产业发展研究院科研人员接受采访时表示我国“”和“”芯片的发展攻克了许多技术难题，有望在2022年实现量产，届时中国将打破海外的芯片垄断．其中“”、“”表示芯片内单个晶体管的栅极宽度，如图甲所示为芯片内单个晶体管的示意图，下列说法正确的是（）A．在形状相同的芯片内，“”工艺要比“”工艺集成的晶体管数量更少B．一宽度大于的平行紫光照射宽度为的缝隙后，紫光的宽度变为C．用相同材料制成的如图乙所示的方形导体，保持d不变，L减小，导体的电阻不变D．波长为的电磁波，可以用于城市电视、广播等信号的无线远距离传输【答案】AC【详解】A．由题意可知，由于“”、“”表示芯片内单个晶体管的栅极宽度，所以在形状相同的芯片内，“”工艺要比“”工艺集成的晶体管数量更少，A正确；B．一宽度大于的平行紫光照射宽度为的缝隙后，由于发生衍射现象，故紫光的宽度大于，B错误；C．根据电阻定律可知故保持d不变，L减小，导体的电阻不变，C正确；D．根据电视、广播等信号传播，可知波长为的电磁波，不可以用于城市电视、广播等信号的无线远距离传输，D错误。故选AC。14．小刚同学用光传感器研究光的波动现象，实验装置如图甲所示，某次实验中，得到了如图乙所示的光强分布图，则下列说法正确的是（）A．该同学观察到的是光的干涉图样B．该同学观察到的是光的衍射图样C．若仅减小激光器和中间缝屏的距离，则观察到条纹的宽度将不变D．若换用光强更大、频率更低的激光，则观察到条纹的宽度将变大【答案】BCD【详解】AB．条纹间距不同，因此不是干涉现象，故A错误，B正确；CD．波长增大，两屏间距增大才会让条纹间距变大，故CD正确。故选BCD。15．把一块玻璃板压在另一块玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹，下面关于条纹的说法正确的是（）A．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏 B．将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D．将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏【答案】CD【详解】AD．将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，相邻亮条纹间距变小，所以干涉条纹会变密；将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，相邻亮条纹间距变大，所以干涉条纹会变疏，故A错误，D正确；BC．将上玻璃板平行上移，导致满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此条纹向着劈尖移动，故C正确，B错误。故选CD。16．平凸透镜其中一个表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径，另一个表面是平面。如图甲所示，把一块平凸透镜压在一块平面玻璃上，让红光从上方射入，从上方入射光观察平凸透镜，可以观察到图乙所示明暗（红黑）相间的圆环状条纹，这就是牛顿环。以下说法正确的是（）A．圆环状条纹是由凸透镜的上、下表面反射光干涉形成的B．若仅改用绿光照射，则各处条纹间距将变窄C．若仅换用曲率半径更大的平凸透镜，则各处条纹间距将变宽D．若仅改用白光照射，则看到的是黑白相间的圆环状条纹【答案】BC【详解】A．环状条纹是由凸透镜与平面玻璃所夹空气膜的上、下表面反射光干涉形成的，故A错误；B．绿光波长比红光波长短，若将红光改用绿光来照射，则条纹间距将变窄，故B正确；C．若换用曲率半径更大的凸透镜，则空气膜从内到外厚度的变化变缓，条纹间距变宽，故C正确；D．白光是复色光，若用白光照射，看到的是彩色的环状条纹，故D错误。故选BC。17．利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差（约为微米量级），实验装置如图甲所示。和是具有标准平面的玻璃平晶，为标准金属丝，直径为；为待测金属丝，直径为；两者中心间距为。实验中用波长为的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹