知识点十八 光学-2023年高考物理分类题库

知识点八光学1.(2023·江苏选择考·T5)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是 ()【解析】选A。根据折射定律n上sinθ上=n下sinθ下,由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大,则n下>n上,则θ下逐渐减小,画出光路图如图则从高到低θ下逐渐减小,则光线应逐渐趋于竖直方向。2.(2023·江苏选择考·T6)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.13倍B.12倍C.2倍D【解析】选B。根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=Ldλ,由题图知Δx乙=2Δx甲,则d乙=12d3.(2023·湖北选择考·T6)如图所示,楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°,OP边上的点光源S到顶点O的距离为d,垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射,OQ边上有光射出部分的长度 ()A.12dB.22dC.dD.【解析】选C。设光线在OQ界面的入射角为α,折射角为β,由几何关系可知α=30°,则由折射定律可知n=sinβsinα=2,光线射出OQ界面的临界条件为发生全反射,光路图如图,其中OB光线在AB两点发生全反射,由全反射定律sinC=1n=22,即A、B两处全反射的临界角为45°,AB之间有光线射出,由几何关系可知AB=2AC=24.(2023·山东等级考·T5)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是 ()A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动【解析】选A。C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,G增长的高度大于C增长的高度,则劈形空气层的厚度变大,且同一厚度的空气膜向劈尖移动,则条纹向左移动,故A正确,B、C、D错误。5.(2023·浙江6月选考·T13)在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,直角边的长度为0.9m,水的折射率n=43,细灯带到水面的距离h=710m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为 (【解析】选C。取细灯带上某一点作为点光源,点光源发出的光射出的水面形状为圆形,设此圆形的半径为R,点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的光路图如图1所示。由sinC=1n=143=3R=h·tanC=710×3三角形发光体的每一条细灯带发出的光射出的水面形状的示意图如图2所示。三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光射出的水面形状的示意图如图3所示设直角边的长度为a=0.9m,由几何关系可得此三角形的内切圆的半径r=a-12×2a=2−而R=0.3m=13a,可知:R>r6.(多选)(2023·湖南选择考·T7)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1B.水的折射率为1C.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】选B、C。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°)=1n,则n=1sin49°,A错误、B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i7.(2023·全国甲卷·T34(1))等腰三角形abc为一棱镜的横截面,ab=ac;一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜,在bc边反射后从ac边射出,出射光分成了不同颜色的两束,甲光的出射点在乙光的下方,如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是。A.甲光的波长比乙光的长B.甲光的频率比乙光的高C.在棱镜中的传播速度,甲光比乙光的大D.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率E.在棱镜内bc边反射时的入射角,甲光比乙光的大【解析】选ACE。根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示由图可知,乙光的折射角较小,根据折射定律可知乙光的折射率大,则乙光的频率大,根据c=fλ可知,乙光的波长短,A正确,B、D错误;根据v=cn可知甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大,C正确;根据几何关系可知光在棱镜内bc8.(2023·江苏选择考·T14)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子,设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线,卫星探测仪镜头正对着太阳,每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S,卫星离太阳中心的距离为R,普朗克常量为h,光速为c,求:(1)每个光子的动量p和能量E;(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。【解析】(1)由题意可知每个光子的动量为p=ℎλ,每个光子的能量为E=hν=hc(2)太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线,根据题意,设t秒发射总光子数为n,则ntN=4πR2S,可得n=4πR2NtS,所以t秒辐射光子的总能量W=E'=nhc答案:(1)ℎλhcλ9.(2023·全国乙卷·T34(2))如图,一折射率为2的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜,若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。【解析】由题意作出光路图如图所示光线垂直于BC方向射入,根据几何关系可知入射角为45°;由于棱镜折射率为2,根据n=sinisinr，则折射角为30°;∠BMO=60°,因为∠B=45°,所以光在BC边的入射角为θ=90°-(180°-60°-45°)=15°根据反射定律可知∠MOA=2θ=30°根据几何关系可知∠BAO=30°,即△MAO为等腰三角形,则MOAO=又因为△BOM与△CAO相似,故有BMAC=由题知AB=AC=l，联立可得BM=33AC=3所以M到A点的距离为x=MA=l-BM=3−3答案:3−310.(2023·山东等级考·T16)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量,其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N,相距为d,直径均为2a,折射率为n(n<2)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体,经被测物体表面镜面反射至N下端面,N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ,求θ的正弦值;(2)被测物体自上而下微小移动,使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮,玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。【解析】(1)设激光在M内发生全反射的入射角为α,从下端由M射出时的入射角为β,光路图如图激光在M内发生全反射,故sinα≥1由几何关系得:α+β=90°则sinβ≤n根