新高考物理二轮专题复习精练专题12 光学（原卷版）

专题十二、光学第一部分织网点睛，纲举目张1．折射率(1)光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫作介质的折射率，公式为n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(2)实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。2．临界角折射角等于90°时的入射角，称为临界角。当光从折射率为n的某种介质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)。3．全反射的条件(1)光从光密介质射向光疏介质。(2)入射角大于或等于临界角。三、光的波动性、电磁波与相对论1．建构知识体系2．突破两类问题(1)光的色散问题①在同一介质中，不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。②由n＝eq\f(c,v)，n＝eq\f(λ0,λ)可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越小。(2)光的衍射和干涉问题①光的衍射是无条件的，但发生明显的衍射现象是有条件的。②两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距Δx＝eq\f(l,d)λ。第二部分实战训练，高考真题演练1．（2022高考北京卷）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2．（2022新高考海南卷）如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1׃3..。当细光束以30°的入射角射入球中。其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为A.SKIPIF1<0B.1.5C.SKIPIF1<0D.23.（2022高考湖北物理）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SKIPIF1<0d。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SKIPIF1<0，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距离H。4.（2022山东物理）柱状光学器件横截面如图所示，SKIPIF1<0右侧是以O为圆心、半径为R的SKIPIF1<0圆，左则是直角梯形，SKIPIF1<0长为R，SKIPIF1<0与SKIPIF1<0夹角SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直SKIPIF1<0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SKIPIF1<0面全反射后，从SKIPIF1<0面射出的光是（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5．（2022年6月浙江选考）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，其主要原因是第第8题图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“亮斑”6.（2022·全国理综甲卷·34（2））（10分）如图，边长为a的正方形SKIPIF1<0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SKIPIF1<0边的N点恰好发生全反射，反射光线从SKIPIF1<0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。7（2022·高考广东物理）（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16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SKIPIF1<0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。8.（2022·全国理综乙卷·34）（2）.一细束单色光在三棱镜SKIPIF1<0的侧面SKIPIF1<0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SKIPIF1<0边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当SKIPIF1<0时，恰好没有光线从SKIPIF1<0边射出棱镜，且SKIPIF1<0。求棱镜的折射率。9.（2022年1月浙江选考）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度SKIPIF1<0时，b、c、d也会随之转动，则（）A.光束b顺时针旋转角度小于SKIPIF1<0B.光束c逆时针旋转角度小于SKIPIF1<0C.光束d顺时针旋转角度大于SKIPIF1<0D.光速b、c之间的夹角减小了SKIPIF1<010..（2022高考辽宁物理）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（）A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射11（8分）（2022重庆高考）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SKIPIF1<0和SKIPIF1<0。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SKIPIF1<0，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？12（2021重庆高考）如图所示，一直角棱镜ABC，∠A=90°，AC=1.。从AB边界面垂直入射的甲、乙两种不同频率的单色光，在棱镜中传播速度分别为k1c和k2c（0＜k1＜k2＜1，c为真空中的光速），甲光第一次到达BC边恰好发生全反射。求：①该棱镜分别对甲光和乙光的折射率；②BC边的长度。13.（2022高考河北）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。14.（2022新高考江苏卷）如图所示，两条距离为D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。15.(2019·天津高考)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。A．选用两光学表面间距大的玻璃砖B．选用两光学表面平行的玻璃砖C．选用粗的大头针完成实验D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________。(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)16(2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；A．将单缝向双缝靠近B．将屏向靠近双缝的方向移动C．将屏向远离双缝的方向移动D．使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝________；(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm，测得屏与双缝间的距离为1.20m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为______nm(结果保留3位有效数字)。第三部分思路归纳，内化方法1.几何光学计算题往往是光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问题。解决此类问题应注意以下四个方面：(1)依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角。(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象。(3)准确作出光路图。(4)充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、全等三角形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系。2.机械波和光波、电磁波(1)机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，是波特有的现象。偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。(2)光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。(3)光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑。(4)电磁波是横波，其传播不需要介质，不同频率的电磁波具有不同的特性，有不同的用途。(5)“尺缩”效应、“钟慢”效应和“同时”的相对性，只有在高速运动的情形下才会明显显现。3.实验：测定玻璃的折射率数据处理的三种方法(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角时的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。(2)作sinθ1­sinθ2图像：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1­sinθ2的图像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。(3)“单位圆”法确定sinθ1、sinθ2，计算折射率n。以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，如图所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，则n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。4.实验：用双缝干涉测光的波长（1）．如图所示，光源发出的光经过滤光片后变成单色光，再经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S1和S2之后，S1、S2双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S1、S2间距离d及双缝与屏的距离l有关，其关系式为：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。（2）．两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。第四部分最新模拟集萃，提升应试能力1.（2023云南昆明云南师大附中质检）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示的明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度SKIPIF1<0随坐标SKIPIF1<0的变化图像，可能正确的是（）A. B.C. D.2.（2023湖南三湘创新发展联考）某透明物体的横截面如图所示，其中ABC为等腰直角三角形，直角边的长度为L，ADC为半圆，其圆心O在AC边的中点，此透明物体的折射率SKIPIF1<0。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入透明物体，经过BC边全反射后能照亮（即有光射出）半圆某区域。则半圆ADC上被照亮（即有光射出）的圆弧长度为（）

A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<03．（2023南京六校联考）如图所示，AOB是置于真空中截面为四分之一圆的玻璃砖，圆的半径为R，一束单色光从OA的中点G垂直OA射入，在圆弧面上的D点发生反射和折射，反射光线和折射光线分别照射到OB所在平面上的E点和F点，已知△EDF为直角三角形，光在真空中的速度为c.求：(1)玻璃砖对光的折射率；(2)光由G点传播到F点的时间．4。（8分）（2022年9月河北示范性高中调研）内圆半径为r，外圆半径为SKIPIF1<0的透明介质半球壳的截面图如图所示。现将点光源放在P处，P在圆心O点正上方内壳上，光射向外壳经过折射后射出球壳，出射点距OP连线的最大距离为SKIPIF1<0。（不考虑光的反射，已知光在真空的传播速度为c）。求：①此透明介质的折射率；②光线从P点第一次到外球壳传播的最长时间。5.（2023四川内江一中入学考试）如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求：（1）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；（2）距光轴SKIPIF1<0的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。6.（2023浙江舟山质检）夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料。如图所示，介质球的球心位于O点，半径为R。平行于直径SKIPIF1<0的单色光沿SKIPIF1<0从空气射入介质球，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中时出射光线恰好与SKIPIF1<0平行，已知SKIPIF1<0与SKIPIF1<0的距离为SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）

A.介质球的折射率为SKIPIF1<0B.该单色光从空气射入球面不同位置，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时的出射光线均与入射光平行C.换不同的单色光线，沿SKIPIF1<0入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与SKIPIF1<0平行D.增大单色光的频率，入射光射入球体后，在球内表面可能发生全反射7.（2023四川遂宁摸底）下列关于光的说法正确的是（）A.图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象B.图乙中，激光切割主要利用了激光的能量高的特性C.图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样D.图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的干涉现象8.（2023浙江舟山质检）如图所示，下列说法正确的有（）

A.如图甲，自然光由空气射向水面，反射光是偏振光B.如图乙，立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理相同C.拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体，通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光D.如图丁所示的衍射图样是由光照射一个不透光的圆盘得到的9.（2023湖北新高考协作体高三起点考试）一束复色光由空气射入玻璃，在界面发生折射，分为a、b两束单色光，折射光路图如图所示，现比较a、b两束单色光，下列说法正确的是（）A.玻璃对a光的折射率更大B.b光在玻璃中传播速度更大C.两束光从玻璃射向空气时，b光更容易发生全反射D.若a光照射某金属表面，恰能发生光电效应，则b光照射此金属，一定不能发生光电效应10.（2023湖北新高考协作体高三起点考试）某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验中：（1）双缝干涉实验装置如图所示：下列说法中正确的是___________。A．光源发出的光要经滤光片成为单色光，滤光片一般装在单缝前B．实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上观察到清晰干涉条纹C．为了减小测量误差，最好测量相邻条纹间的中心距离D．如果把普通光源换成激光光源，则光具座上透镜、滤光片、单缝均可以撤去（2）该同学以某种单色光做实验时，先将测量头的分划板中心刻度线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第一条亮纹，此时手轮上的刻度如图所示，读数为_______mm；转动手轮，当分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐时，读数是17.332mm，已知装置中双缝间距为0.2mm，双缝到屏的距离是1.0m，则测得此单色光的波光为_______m（保留两位有效数字）。12.（2023陕西师大附中期初检测）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SKIPIF1<0边的E点，如图所示，逐渐减小i，当SKIPIF1<0时，恰好没有光线从SKIPIF1<0边射出棱镜，且SKIPIF1<0，单色光在三棱镜中的折射率SKIPIF1<0，求：（1）当逐渐减小入射角i时，E点向AB上哪个点移动；（2）恰好没有光线从SKIPIF1<0边射出棱镜时，入射角θ的正弦值。（温馨提示：本题可能涉及到数学公式SKIPIF1<0，SKIPIF1<0）13.（2023四川成都蓉城名校联盟联考）2021年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，某同学在观看太空水球光学实验后，想研究光在含有气泡的水球中的传播情况，于是找到一块环形玻璃砖模拟光的传播，俯视图如图所示。已知玻璃砖的折射率为SKIPIF1<0，外圆半径为2R，光线a沿半径方向射入玻璃砖，光线b与光线a平行，两束光线之间的距离为x=SKIPIF1<0R，光线b经折射后恰好与内柱面相切；光在真空中的传播速度为c。求：（1）该玻璃砖的内圆半径r；（2）光线a、b在外圆界面内传播的时间差∆t（不考虑光