押辽宁卷第4题-光学(辽宁卷)(解析版)

押辽宁卷第4题光学高中物理光学部分，涉及知识点游离于高中物理主线之外，相对独立，考题相对简单，可以说是必得分模块。辽宁为新高考省份，自主命题，在两年新高考真题中，光学部分均考察光的折射、全反射知识点。该模块还有其它考点，如下表：考点细分几何光学光的折射全反射物理光学光的干涉光的衍射、偏振各种光学现象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（速度小）介质射向光疏（速度大）介质。(2)入射角大于或等于临界角。4.解决光的折射问题的思路（1）根据题意画出正确的光路图。（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。（3）利用折射定律、折射率公式求解。（4）注意折射现象中光路是可逆的。（5）常见介质对光路的控制类别项目平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向5.物理光学知识体系6．两类问题(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：障碍物尺寸远远小于光的波长，衍射越明显。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。1．（2021年·辽宁卷）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（）A．频率小，发生全反射的临界角小B．频率大，发生全反射的临界角小C．频率小，发生全反射的临界角大D．频率大，发生全反射的临界角大【答案】C【详解】由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由全反射可知折射率越小发生全反射的临界角越大。2．（2022年·辽宁卷）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【答案】C【详解】AB．光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，AB错误；CD．如图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有；则可得出光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。1．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． B．1.5 C． D．2【答案】B【详解】如图折射角的正弦值；根据折射定律可得该透明材料的折射率2．如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（

）A．这是光的干涉现象B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度【答案】C【详解】A．光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；C．由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知nc<nb；C正确；B．由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则b光在真空中的波长较短，B错误；D．根据v=知，c光束的折射率小，则c光在棱镜中的传播速度大，D错误。3.(多选)如图所示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图，边长等于L，在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成30°角由真空射入三棱镜，从BC边射出的光线与BC边的夹角为30°。光在真空中的速度为c，则()A．玻璃的折射率为eq\r(3)B．玻璃的折射率为eq\r(2)C．光在三棱镜中的传播路程0.5LD．光在三棱镜中的传播时间为eq\f(\r(3)L,2c)【答案】ACD【解析】光射入三棱镜的光路图如图所示，i1＝90°－30°＝60°，由折射定律得n＝eq\f(sini1,sinr1)①，光在BC边折射时，由折射定律有eq\f(1,n)＝eq\f(sini2,sinr2)②，由题意知r2＝90°－30°＝60°，则i2＝r1③，联立①②③解得r1＝i2＝30°，n＝eq\r(3)，故A正确，B错误；由几何知识知，从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程s＝0.5L，故C正确；光在三棱镜中传播的速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，光在三棱镜中的传播时间t＝eq\f(s,v)＝eq\f(\r(3)L,2c)，故D正确。4．“道威棱镜”是广泛用于图形翻转的光学仪器，其横截面ABDC是底角为45°的等腰梯形（如图所示）。若此玻璃棱镜的折射率n=2，从M点发出的一束平行于底边CD的单色光从ACA．折射角为30°B．光在棱镜中的传播速度等于光速cC．折射光线经CD边再次折射后进入空气D．光线最终在BD边某点折射时的入射角为60°【答案】A【详解】A．在AC边上某点入射时的入射角，光路如图所示可得i=45°由折射定律得sin45∘sinγ=n=2B．光线在棱镜中的传播速度v=cnC．由全反射临界条件得sinC=1n=22；解得临界角为C=45°；作出光路如图所示，由三角形内角和为180°可得∠EFC=180D．因∠GFD=∠EFC=15∘，由三角形内角和为180°可得∠FGD=180∘5．如图所示，一均匀透明体上部分为半球、下部分为圆柱，半球的半径和圆柱上表面的半径均为R，圆柱高度为5R，在圆柱体的底部中心O点放一点光源，半球上发光部分的表面积S=0.8πR2（已知球冠表面积的计算公式为S=2πrℎ，r为球的半径，A．1.33 B．1.41 C．1.67 D．2.00【答案】B【详解】根据题意可知，半球上发光部分的表面积S=0.8πR2=2πRℎ；解得ℎ=0.4R；l=设临界状态入射角为C，根据余弦定理可知cosC=l2+R2−(5R)22lR=6．如图所示，边长为2a的正方体玻璃砖，底面中心有一单色点光源O，从外面看玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，不考虑光的反射。从外面看玻璃砖四个侧面被照亮的总面积为（）A．2a2 B．a2 C．2π【答案】D【详解】由几何关系可知底面对角线为(2a)2+(2a)2=22a；玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，设临界角为C，由几何关系可得sinC=7．如图所示是某款手机防窥屏的原理图，在透明介质中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可实现对像素单元可视角度θ的控制（可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。发光像素单元紧贴防窥屏的下表面，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的行射。下列说法正确的是（）A．屏障的高度d越大，可视角度θ越大B．透明介质的折射率越大，可视角度θ越大C．防窥屏实现防窥效果主要是因为光发生了全反射D．防窥屏实现防窥效果主要是因为防窥屏使光的波长发生了变化【答案】B【详解】A．如果屏障越高，则入射角变小，使折射角变小，θ角变小，故A错误；B．由图可知，可视角度θ是光线进入空气中时折射角的2倍，透明介质的折射率越大，折射角越大，θ角越大，故B正确；CD．防窥屏实现防窥效果主要是因为某些角度范围内的光被屏障吸收，能射出到空气中的光其入射角都小于临界角，没有发生全反射，且与光的波长无关，故C、D错误。8．（多选）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路，θ1为冰晶上的入射角，θ2为经过第一个界面的折射角，θ3A．在冰晶内红光的传播速度比紫光的小B．若θ1=C．保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大D．若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大【答案】BD【详解】A．由于红光的折射率小于紫光的折射率，根据v=cnB．图3中紫光满足θ1=θ3=60°故B正确；C．保持入射角不变，将紫光改为红光，因紫光的折射率大于红光的折射率，则偏转角将减小，故C错误；D．根据光电效应方程有Ekm9．（多选）如图，ΔABC是某种透明材料三棱镜的横截面，已知∠A=90°，∠C=30°，一束仅含有红光和紫光的复色光垂直于ABA．紫光的波长比红光长B．紫光在BC边上没有发生全反射C．红光在棱镜中的传播速度比紫光大D．红光在AC边的出射光线方向与BC边平行【答案】CD【详解】A．紫光的波长比红光短，选项A错误；B．作出光路图如图：棱镜对红光的折射率比紫光小，可知紫光在棱镜中发生全反射的临界角比红光小，而红光的临界角sinC红=1n=33C．棱镜对红光的折射率比紫光小，根据n=cvD．红光从BC边全反射后射到AC边上的入射角为30°，由折射定律可知n=sin∠3sin∠2=即红光经AC边折射后，其出射光线的折射角为60°，与AC边夹角为30°，与BC边平行，选项D正确。10．（多选）为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度，从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示．现将这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），用同种激光从光导纤维束端面EF射入，且光线与EF夹角为β，如图丙所示。则（

）A．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小B．该新材料的折射率为2C．若该激光在真空中波长为λ，则射入该新材料后波长变为2D．若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，则β角需满足0°<β<180°【答案】BCD【详解】A．图甲中若减小入射角θ，则反射角减小，折射角也减小，则和折射光线之间的夹角将变大，选项A错误；B．由图乙可知，当入射角大于45°时，反射光线的强度不再变化，可知临界角为C=45°，则该新材料的折射率为n=1sinCC．若该激光在真空中波长为λ，则λ=cf；射入该新材料后波长变为λD．若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄，则β角需满足n=sin90°−βsin90°−C；解得β=0°11．（多选）半径为R的均质透明半圆柱体的横截面示意图如图所示。一绿色细光束平行于直径AC从P点射向半圆柱体，进入半圆柱体后，经PC面反射，到达AC面。P点到直径AC的距离为22R，透明半圆柱体对绿光的折射率为2，仅考虑第一次到达A．绿光束在AC面上一定发生全反射B．绿光束在AC面上一定不会发生全反射C．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定不会发生全反射D．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定发生全反射【答案】AC【详解】AB．作出光路，如图所示令在P点的入射角为θ，折射角为α，根据几何关系有sinθ=22RR=22；解得则有；β=180∘−θ−180∘−2α=15∘；则有∠BDC=β+α=45CD．若入射光束为红色光束，根据光谱对应的规律可知，红光在半圆柱体中的折射率小于绿光，即当红光从P点入射时，折射角α增大，根据上述光路结合几何关系可知，红光在AC界面上的入射角小于绿光在AC界面上的入射角45∘12．关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（

）A．用复色光投射就看不到条纹B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大【答案】B【详解】A．用复色光投射同样能看到条纹，A错误；B．双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，B正确；C．由条纹间知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；D．由条纹间知，且λ蓝<λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。13．如图甲所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在屏上观察到如图乙所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图丙所示．他改变的实验条件可能是（）A．减小双缝到光屏之间的距离B．增大双缝之间的距离C．将绿光换为红光D．减小光源到单缝的距离【答案】C【详解】根据乙图和丙图可知条纹宽度变大，根据条纹间距公式Δx=Ld14.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率．方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为真空)，如图所示，特制容器未画出，通过对比填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率．单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心．已知入射光在真空中的波长为λ，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为L，则下列说法正确的是()A．来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为eq\f(3λ,c)B．x2>x1C．该矿泉水的折射率为eq\f(x1,x2)D．仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹【答案】C【解析】第三条亮条纹对应路程差s＝3λ，但光在介质中的传播速度小于c，故A错误；由x＝eq\f(L,d)λ，n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)可知(λ0为光在矿泉水中的波长)，光在矿泉水中的波长小于真空中的波长，所以x2<x1，故B错误；由n＝eq\f(c,v)＝eq\f(λ,λ0)，x1＝eq\f(L,d)λ，x2＝eq\f(L,d)λ0，得n＝eq\f(x1,x2)，故C正确；由Δx＝eq\f(L,d)λ可知，向左移动S0对观察结果没有影响，故D错误．15.用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图5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()【答案】D【解析】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，此处出现亮条纹，相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为eq\f(1,2)λ，在图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，薄膜层的厚度变化率逐渐变小，则薄膜的厚度不是均匀减小，故选项D正确。16．利用光的干涉原理可以检测甲烷、二氧化碳、瓦斯等气体的浓度，具有精度高、操作简便的特点。如图为一甲烷检测仪的工作原理图，其中P点为双缝中垂线与光屏的交点。则（）A．空气室和甲烷室内的介质不同，不能在光屏上观察到干涉条纹B．P点出现亮条纹，可知此时甲烷室中没有甲烷C．随着甲烷室中甲烷浓度的变化，光屏上相邻两干涉条纹的间距也相应变化D．通过测量干涉条纹在光屏上的位移量，可以知道甲烷在空气中的含量【答案】D【详解】A．通过空气和甲烷，光的频率不变，能在光屏上观察到干涉条纹，故A错误；B．只有满足光程差是波长的整数倍，就可以在P点出现亮条纹，故B错误；C．由于光的频率未变，相邻两干涉条纹间距不变，故C错误；D．光通过的介质浓度改变，干涉条纹相对原位置会在光屏上有位移，通过测量位移量，可以知道甲烷在空气中的含量，故D正确。17．如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径。把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹。这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是（）A．圆环状条纹是由于凸透镜上、下表面的反射光发生干涉形成的B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越稀疏C．如果改用一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环状条纹间距将变小D．如果改用波长更长的单色光照射，观察到的圆环状条纹间距将变大【答案】D【详解】A．当光垂直照射到凸透镜上时，光的传播方向不变，而当光从玻璃射入空气时一部分光发生反射，另一部分光透射进入空气，当该部分光从空气进入下面的平面玻璃时又有一部分光发生反射，这样两列反射光是相干光，它们在凸透镜的下表面相遇，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时是暗条纹，故出现亮暗相间的圆环状干涉条纹，故A错误；B．圆环状条纹的间距不相等，从圆心向外条纹越来越密集，故B错误；C．若换一个曲率半径更大的凸透镜，仍然相同的水平距离但空气层的厚度变小，所观察到的圆环状条纹间距变大，故C错误；D．如果改用波长更长的单色光照射而其他条件保持不变，则观察到的圆环状条纹间距变大，故D正确。18.如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是()A．条纹方向与AB边平行B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大C．减小薄片的厚度，条纹间距变小D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小【答案】D【解析】薄膜干涉的光程差Δx＝2d(d为薄膜厚度)，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应与BC边平行，故A错误；因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化，因此条纹是等间距的，故B错误；减小薄片厚度，条纹间距将增大，故C错误；将红光换成蓝光照射，入射光波长减小，条纹间距将减小，故D正确。19.以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到()A．黑白相间的条纹，这是光的干涉B．黑白相间的条纹，这是光的衍射C．彩色的条纹，这是光的干涉D．彩色的条纹，这是光的衍射【答案】D【解析】由题可知该现象为光的衍射现象，故A、C错误；线状白炽灯发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，故B错误，D正确。20.（多选）利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ【答案】ACD【解析】偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A或B转过的角度等于θ，故C、D正确。21.（多选）下列关于光的性质说法正确的是()A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的干涉现象D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象【答案】BC【解析】托马斯·杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波，A错误；在照相机镜头前装上偏振片可以滤掉反射光，使影像更清晰，B正确；马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的薄膜干涉现象，C正确；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的干涉现象，D错误。22．如图所示是观看立体电影时放映机镜头上的偏振片和观看者所带的偏光眼镜的配置情况，其中正确的是（）A． B．C