2025年高考二轮复习物理专题分层突破练13　光学2

专题分层突破练13光学选择题:每小题6分,共60分基础巩固1.下列关于光学现象的说法正确的是()A.图甲,光信号在光导纤维中发生全反射,则内芯的折射率小于外套的折射率B.图乙观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜,此过程利用了光的偏振现象,光是横波C.让激光束通过一个狭缝,可能观察到光屏上出现图丙所示的现象,波长越长,条纹间距越大D.在图丁中,激光束沿液流传播,若改用折射率更小的液体,则实验现象更明显答案B解析图甲,光信号在光导纤维中发生全反射,则内芯的折射率大于外套的折射率,A错误;观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜,此过程利用了光的偏振现象,光是横波,B正确;图丙是双缝干涉图样,让激光束通过一个狭缝,不可能观察到光屏上出现丙图所示的现象,C错误;在图丁中,激光束沿液流传播,若改用折射率更大的液体,光发生全反射时,临界偏角越小,光在液体中的路程更长,实验现象更明显,D错误。2.(2024江苏泰州一模)微波炉是利用微波(高频电磁波)进行工作的。微波能穿透玻璃、陶瓷等容器,遇到金属炉壁会反射,遇到水和食物等会被吸收,并使食物内水分子剧烈振动而达到加热目的。某次利用微波炉加热食物时出现了受热不均的情况,造成该现象的主要原因是()A.电磁波在食物内部发生了干涉B.电磁波在食物内部发生了折射C.电磁波在食物表面发生了反射D.电磁波经过食物时发生了衍射答案A解析利用微波炉加热食物时出现了受热不均的情况,造成该现象的主要原因是电磁波在食物内部发生了干涉,形成振动加强区和减弱区,从而使食物受热不均,A正确;B、C、D错误。3.(2023江苏卷)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()答案A解析光线越接近地面,折射率越大,折射角越小,选项A正确。4.我国唐代贾公彦是第一个提出指纹鉴别的人(指纹上凸出部位称为嵴,凹陷部位称为峪)。某款采用的是光学指纹识别,其识别原理示意图如图甲所示,手指按压指纹识别区时,与镜片接触的嵴线破坏接触区域的全反射,使得反射光线出现明暗分布,CCD图像传感器通过识别光线的强弱对指纹进行识别,如图乙所示。若镜片的折射率为n1=1.45,实验测得人手指折射率n2在1.50~1.56之间,下列说法正确的是()A.手指未按压指纹识别区时,光线在镜片的上表面不能发生全反射B.手指按压指纹识别区时,光线在与镜片接触的嵴线处不能发生全反射C.手指未按压指纹识别区时,入射角i越大,光线在镜片的上表面越不容易发生全反射D.当光线垂直入射镜片下表面时,仍然可以实现指纹识别功能答案B解析手指未按压指纹识别区时,光线在镜片上表面能发生全反射,当手指按压指纹识别区时,因为n2>n1,故接触部分不能发生全反射,A错误,B正确;手指未按压指纹识别区时,入射角i越大,则折射角越大,故光线在镜片的上表面越容易发生全反射,C错误;当光线垂直入射镜片下表面时,入射角为0°,反射角也为0°,则无法识别指纹,D错误。5.(2024山东卷)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示,将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是()甲乙A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格,滚珠c不合格D.滚珠b不合格,滚珠c合格答案C解析若滚珠b、c均合格,则平板玻璃间距离处处相等,不会产生干涉条纹。由题图乙干涉条纹可知,平板玻璃间存在高度差,形成劈尖干涉。由条纹分布可知,滚珠a、b处高度一致,滚珠c处与滚珠a、b处存在高度差,故选项C正确。6.(2024山东三模)导光管照明系统可以把太阳光或自然光传输到需要照明的地方,该系统主要由采光区、传输区和漫射区三部分组成,传输区为透明材料制成的实心传输通道。某导光管照明系统的直角传输区截面如图所示,采光区采集的光垂直于AD边进入传输区,经传输后在BC边垂直进入漫射区。已知∠A=53°,sin53°=45,cos53°=35。要使传输区内传输的光不能从侧壁射出,则传输区的折射率最小为(A.53 B.C.43 D.答案A解析光在传输区发生全反射,当入射角最大时,对应折射率最小,如图所示,当光垂直于AD边进入传输区,此时有nmin=1sinC=17.(2023湖北卷)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边上有光线射出部分的长度为()A.12d B.C.d D.2答案C解析如图所示,在直角三角形SCO中,sin30°=SCSO=SCd,可求出SC=d2;在直角三角形OSN中,∠ONS=60°,可知光线SN的入射角r=30°,n=sinisinr=sin45°sin30°=2,sinC=1n=12,解得全反射的临界角为45°8.(10分)光纤通信已成为现代主要的有线通信方式。现有一长为1km、直径为d=0.2mm的长直光纤,一束单色平行光从该光纤一端沿光纤方向射入,经过5×106s在光纤另一端接收到该光束。已知光速c=3×108m/s。(1)求该光纤的折射率。(2)如图所示,该光纤绕圆柱转弯,若平行射入该光纤的光在转弯处均能发生全反射,求该圆柱体半径R的最小值。答案(1)1.5(2)0.4mm解析(1)单色平行光在长直光纤中传输,有v=l解得v=2×108m/s该光纤的折射率n=c解得n=1.5。(2)如图所示,当光纤中最下面的光线发生全反射,则平行光在弯曲处全部发生全反射由几何关系可知sinC=R又sinC=1解得Rmin=0.4mm。综合提升9.(2024福建厦门二模)2024年春节,厦门在赏笃湖举办了多场灯光展。如图为白鹭女神雕像灯光秀,展现了厦门的历史、文化和未来愿景。下列说法正确的是()A.红光的频率比蓝光的高B.红光从湖水进入空气后传播速度变慢C.在湖水中传播时,红光的速度比蓝光的大D.从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置深答案C解析红光的波长比蓝光的长,则红光的频率比蓝光的低,A错误;根据折射率与光速的关系有n=cv,折射率大于1,可知红光从湖水进入空气后传播速度变快,B错误;在湖水中传播时,红光的折射率比蓝光的小,结合上述可知,红光的速度比蓝光的大,C正确;从岸上看湖水中的彩灯,彩灯发出的光经过界面进入空气,入射角小于折射角,人沿折射光反向延长线看过去,看到的虚像位于彩灯实际位置的上方,即从岸上看到湖水中彩灯的位置比实际位置浅,D10.(2024湖北武汉二模)如图所示,某透明介质(折射率n>5)由两个半径分别为2R和R的半球叠合而成,O为二者的球心,OA为与两半球接触面垂直的半径。现有一束细单色光在纸面内从A点以入射角i射入介质,不考虑多次反射,要使折射光能从小半球面射出,则入射角i的取值范围是()A.0°≤i<15° B.0°≤i<30°C.0°≤i<45° D.0°≤i<60°答案B解析根据几何关系可知,入射角i越小,大半球的折射角越小,小半球界面的入射角越小,光越容易从小半球面射出,当入射角i达最大值时,光在小半球界面恰好发生全反射,此时,令在大半球界面处的折射角为θ,则有n=sinimaxsinθ,光在小半球界面处恰好发生全反射,则有n=1sinC,根据正弦定理有2RsinC=Rsinθ,解得imax=30°,即要使折射光能从小半球面射出11.(多选)(2024广西卷)如图所示,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是()A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为l2B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为laC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为l2答案AD解析单色光源与其相对平面镜对称的像形成相干的两个单色光源,类似“双缝”,其间距d=2a,光屏上相邻两条亮条纹(或暗条纹)的中心间距为l2aλ,选项A正确,B错误。将装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,v=λ1f,折射率n=cv,c=λf,则λ1=λn,选项C错误。若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,有Δx=l2aλ2,得λ2=2aΔxl,结合选项C分析,可知λ2=12.(10分)(2024河北唐山一模)在一水池底部水平放置一条长为1m的细灯带,灯带能够发出红光,水对红光的折射率为43,细灯带到水面的竖直高度为1m,已知光在真空中的速度为c=3×108m/s,(1)求能够射出水面的光线在水中传播的最短时间。(2)计算水面上产生光斑的面积。(可用分数、根式表示)答案(1)49×108(2)67+9解析(1)垂直水面射出的光线在水中传播的时间最短,有t=hv=c得t=49×108s(2)如图甲所示,由全反射规律可知甲sinC=1由几何关系得Rh=tan得R=htanC=377产生光斑如图乙所示,矩形面积为S1=l×2R=677乙两半圆面积和为S2=πR2=97πm水面产生光斑的面积S=S1+S2=67+9π713.(10分)透明材料制成的一件艺术摆件的截面图如图所示,上半部分是半径为R的半圆形,一细光束沿径向射入,在底面B点恰好发生全反射,OA是圆心O到底面的高,已知lOA=lAB=24R,光在真空中传播的速度为c,求(1)该透明材料的折射率;(2)最终从透明艺术摆件射出的光线与最初的入射光线相比偏转的角度;(3)光在透明艺术摆件中传播的时间。答案(1)2(2)105°(3)(解析(1)由题意可知,该透明材料的临界角为C=45°则折射率n=1sin45(2)光路如图所示由几何关系可知∠OBC=90°,lOB=lOA2+lAB2=根据光的折射定律得sinα=nsin30°=2则∠DCO=α=45°可得∠CDO=75°,即最终从透明艺术摆件射出的光线与最初的入射光线相比偏转了105°。(3)光在透明艺术摆件中传播的速度v=cn传播的时间t=R+14.(10分)(2024山东淄博二模)某激光液位自动监测仪的示意图如图所示。矩形ABCD为长方体液池的截面,宽度d=6m,装有深度为h=23m的某种液体,在池底部水平放置宽度d'=5m的平面镜,平面镜的右端与C点重合,在其正上方水平放置一长度等于池宽的标尺AB,池左壁高h0=3m处有一激光器S,激光器发出的一束单色光与左池壁成α(0°<α<90°)角射到平面镜上,经平面镜反射后再从液体的上表面射出,打在标尺上形成一亮点。改变α角,测得此截面上能折射出光线的液面EF的长度为L=3(31)m,不考虑光在液面上的反射光。(1)求该液体的折射率n。(2)若保持α=30°,发现液体的深度从h发生变化,变化后标尺上亮点向右移动了Δx=33