知识点十八 光学-2021年高考物理分类题库

知识点十八光学1.(2021·浙江6月选考·T12)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【解析】选D。根据题目已知条件,光路图如图所示,由此可知n=sin45°sin30°=2,选项A错误;根据n=c2.(2021·浙江6月选考·T16)肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是()A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°【解析】选A、B。由于该装置并不是竖直放置,所以过最高点、最低点的截面一定不是梯形,选项A正确;肥皂膜的彩色条纹是光在薄膜前后表面反射的光的叠加造成的,所以选项B正确;由于不断受重力影响,下方薄膜逐渐变厚,上方会变薄,所以光程差也会变化,条纹的宽度、间距也会变化,选项C错误;旋转金属环不会改变薄膜的形状,则光程差就不变,干涉条纹就不会变化,选项D错误。3.(2021·山东等级考·T7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 ()【解析】选D。从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,其光程差为Δx=2d,即光程差为薄膜厚度的2倍,当光程差Δx=nλ时此处表现为亮条纹,故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为12λ4.(2021·全国甲卷（1）)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3.0×108m/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)。

【解析】由n=cv得,v=cn=2.0×10当光线垂直入射时,tmin=dv=5×10-10临界角sinα=1n=23,故cosα故tmax=dcosαv=35×10故单色光通过玻璃所用的时间范围为5×10-10s≤t<35×10-10s答案:2.0×1085×10-1035×10-105.(2021·浙江6月选考·T17（2）)如图所示是“用双缝干涉测量光的波长”实验的装置。实验中:（1）观察到较模糊的干涉条纹,要使条纹变得清晰,值得尝试的是(单选)。

A.旋转测量头B.增大单缝与双缝间的距离C.调节拨杆使单缝与双缝平行（2）要增大观察到的条纹间距,正确的做法是(单选)。

A.减小单缝与光源间的距离B.减小单缝与双缝间的距离C.增大透镜与单缝间的距离D.增大双缝与测量头间的距离【解析】（1）为了将模糊的条纹变清晰,旋转测量头只能调节分划板的刻度线与干涉条纹是否平行,不能调节清晰程度,选项A错误;增大单缝与双缝之间的距离既不能调节干涉条纹间隔,也不能调节清晰程度,选项B错误;调节拨杆使单缝与双缝平行,使得经过单缝后形成的中心最宽的衍射条纹经过双缝更容易发生清晰的双缝干涉现象,选项C正确。（2）根据双缝干涉条纹间隔公式Δx=Lλd可知,增加双缝到屏幕(测量头)的距离L、光的波长λ答案:（1）C（2）D6.(2021·全国乙卷·T34（2）)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。(1)求玻璃砖的折射率;(2)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。【解析】(1)从O点射入时,设入射角为α,折射角为β。根据题中所给数据可得:sinα=10.0sinβ=5.0再由折射定律可得玻璃砖的折射率:n=sinαsinβ=(2)当入射角为45°时,设折射角为γ,由折射定律:n=sin45可求得:γ=30°再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ,光路图如下:而此时出射光线恰好消失,则说明发生全反射,有:sinC=1解得:C=45°由几何关系可知:θ+30°=C即玻璃砖上下表面的夹角:θ=15°答案:(1)2(2)15°7.(2021·河北选择考·T16(2))将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置,圆心上下错开一定距离,如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为θ。当θ=60°时,A右侧恰好无光线射出;当θ=30°时,有光线沿B的半径射出,射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求:(1)半圆柱体对该单色光的折射率;(2)两个半圆柱体之间的距离d。【解析】(1)光从半圆柱体A射入,满足从光密介质到光疏介质,当θ=60°时发生全反射,有sinθ=1解得n=2(2)当入射角θ=30°时,经两次折射沿半圆柱体B的半径射出,设折射角为r,光路如图由折射定律有sinθ·n=sinr由几何关系有tanr=h−Rsinθ联立解得d=2(h-R2答案:(1)233(2)2(h-8.(2021·湖南选择考·T16（2）)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验,认识到光沿直线传播。身高1.6m的人站在水平地面上,其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞,直径为1.0cm,深度为1.4cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质,不考虑光在透明介质中的反射。(1)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少?(2)若让折射进入孔洞的光能成功射出,透明介质的折射率最小为多少?【解析】(1)根据题意作出如下光路图当孔在人身高一半时有tanθ=h2-d2L=0tanα=0.010.014=由折射定律有n=sinθsinα≈(2)若让折射进入孔洞的光能成功射出,则可画出如下光路图根据几何关系有n'=sin90°sinα答案:(1)1.38(2)1.79.(2021·广东选择考·T16（2）)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。【解析】根据光的折射定律有n=sinβsinα根据光的全反射规律有sinθ=1n联立解得sinθ=sinαsinβ答案:sinθ=sinα10.(2021·山东等级考·T15)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别为n1=2和n2=314。取sin37°=35,cos37°=45(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围;(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL(保留3位有效数字)。【解析】(1)设C是全反射的临界角,光线在第一个三梭镜右侧斜面上恰好发生全反射时,根据折射定律得sinC=1n 代入较大的折射率得C=45°②所以顶角θ的范围为0<θ<45°(或θ<