高三物理二輪高頻考點突破專題21 幾何光學和物理光學

高考物理二輪高頻考點專題突破專題21幾何光學和物理光學專練目標專練內(nèi)容目標1幾何光學（1T—11T）目標2物理光學（12T—18T）【典例專練】一、幾何光學1．如圖是由不同材料制作的等腰直角三角形和半圓形玻璃磚，將它們放在水平面并相切于A點，是半圓形玻璃磚的直徑，O是半圓形玻璃磚圓心?，F(xiàn)將該光源放置在A點左側(cè)P處，垂直水平面向上發(fā)射激光，經(jīng)過半圓弧上某點M后，恰好又能經(jīng)過B點，已知，，與水平方向夾角恰好為，等腰直角三角形玻璃磚的折射率。下列說法正確的是（）A．半圓形玻璃磚的折射率B．的距離為C．半圓弧玻璃磚上M點到水平面的距離為D．從P射出的激光，經(jīng)過等腰直角三角形和半圓形玻璃磚的時間之比為【答案】AC【詳解】A．假設從B發(fā)射某束激光，恰好經(jīng)過M點，然后經(jīng)過界面后到達P點，其光路圖如圖所示根據(jù)光路可逆性，從P豎直向上發(fā)射的激光恰好到達B點。根據(jù)幾何知識可知，射向M點的光線的折射角r等于，入射角等于，根據(jù)折射率可知，A正確；B．根據(jù)上圖可知所以，B錯誤；C．根據(jù)幾何知識M點到水平面距離，C正確；D．激光在等腰直角三角形的光速為在半形玻璃磚的光速時間之比為D錯誤。故選AC。2．如圖所示，矩形ABCD為一玻璃磚的截面，、。該截面內(nèi)一條單色光線a從A點射向BC中點E，剛好在BC發(fā)生全反射并直接射向D點。該單色光的另一條與AE平行的光線b從AB上的P點（未畫出）折射進入玻璃磚，光線經(jīng)BC反射后直接射向CD的中點F。已知真空中光速為c，則下列說法正確的是（）A．玻璃磚的折射率為 B．光線b第一次打在BC面上時發(fā)生全反射C．光線b第一次打在CD面上時發(fā)生全反射 D．光線b第一次從P點傳播到F點用時為【答案】BD【詳解】A．設玻璃磚的折射率為n，根據(jù)幾何關(guān)系可知該單色光在玻璃磚中發(fā)生全反射的臨界角C滿足解得n=2故A錯誤；BC．如圖所示，設光線b在AB面的折射角為α，則根據(jù)折射定律有解得根據(jù)幾何關(guān)系可知光線b在BC面的入射角的正弦值等于cosα，并且所以光線b第一次打在BC面上時發(fā)生全反射。同理可知光線b在CD面的入射角等于α，并且所以光線b第一次打在CD面上時不能發(fā)生全反射，故B正確，C錯誤；D．光線b第一次從P點到F點的傳播距離為光線b在玻璃磚中的傳播速度為光線b第一次從P點傳播到F點用時為故D正確。故選BD。3．某玻璃磚中有一個空氣三棱柱，其截面如圖所示?，F(xiàn)有一束很細的具有二種不同顏色的復色光從邊射向空氣，經(jīng)過二次折射后，有、兩束光分別從邊上、兩點射回玻璃中（、點未畫出，已知點離A點近）。則（）A．光子的動量比光子的動量大B．在氫原子能級躍遷中，產(chǎn)生光的能級能量差比產(chǎn)生光的能級能量差小C．當、兩束光由玻璃射向空氣中，光臨界角比光臨界角大D．用、兩束光在相同條件下做雙縫干涉實驗，光干涉相鄰條紋間距比光大【答案】ABD【詳解】A．因為a光的偏折程度大，則a光的折射率大于b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，根據(jù)所以光子的動量比光子的動量大，則A正確；B．根據(jù)可知在氫原子能級躍遷中，產(chǎn)生光的能級能量差比產(chǎn)生光的能級能量差小，所以B正確；C．根據(jù)，a光的折射率大于b光的折射率，則光臨界角比光臨界角小，所以C錯誤；D．由于a光的折射率大于b光的折射率，則a光的波長小于b光的波長，用、兩束光在相同條件下做雙縫干涉實驗，根據(jù)可知，光干涉相鄰條紋間距比光大，所以D正確；故選ABD。4．如圖，空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一細光束從空氣中以某一角度（）入射到第一塊玻璃板的上表面。下列說法正確的是（）A．在第二塊玻璃板下表面一定沒有出射光B．第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行C．第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè)D．第一塊玻璃板下表面的出射光線一定在入射光延長線的右側(cè)【答案】BC【詳解】A．根據(jù)題意作出光路圖，如下圖所示，顯然光在玻璃板中的折射角一定小于入射角，因此光不可能在玻璃板中發(fā)生全反射現(xiàn)象，即在第一塊、第二塊玻璃板下表面一定有出射光，故A錯誤；B．分析可知出射光線一定平行于入射光線，故B正確；C．由光路圖可知第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè)，故C正確；D．第一塊玻璃板下表面的出射光線一定在入射光延長線的左側(cè)，故D錯誤。故選BC。5．DVD光盤由塑料保護層和信息記錄層組成。如圖所示，激光束以入射角從空氣入射到厚度為、折射率為的塑料保護層后，聚集到信息記錄層的光斑寬度為，才能有效獲取信息。在保證不變的前提下，減小激光束照到塑料保護層的寬度（），則（）A．須滿足 B．須滿足C．在和不變時，須減小 D．在和不變時，須減小【答案】AC【詳解】AB．設激光束入射角為時其折射角為，則由折射率公式有由聯(lián)立可得故A正確，B錯誤；C．根據(jù)又所以得出在和不變時，不變，不變，欲減小，則必須減小，故C正確；D．在和不變時，欲減小，則必須減小，減小，減小，又必須增大，故D錯誤。故選AC。6．某長方體透明介質(zhì)如圖所示，為嵌在介質(zhì)內(nèi)部緊貼面的線狀單色可見光光源，與面垂直，為中點，。介質(zhì)對該單色光的折射率為2，只考慮由直接射向面的光線。下列說法正確的是（）A．光從面射出的區(qū)域占該面總面積的B．光從面射出的區(qū)域占該面總面積的C．若發(fā)出的單色光頻率變小，面有光射出的區(qū)域面積將增大D．若發(fā)出的單色光頻率變小，面有光射出的區(qū)域面積將減小【答案】AC【詳解】AB．從光源發(fā)出的光射到面上的臨界角滿足則，設，則在面上有光線射出的長度為則有光線射出的面積占面總面積的比例為故A正確；B錯誤；CD．若發(fā)出的單色光頻率變小，則光的折射率變小，臨界角變大，根據(jù)知，在面上有光線射出的長度變大，則面有光射出的區(qū)域面積將增大，故C正確；D錯誤。故選AC。7．光的反射、折射及全反射是自然界中很常見的現(xiàn)象，在一次實驗課上，某小組進行了實驗：將一束單色細光束由空氣（視為真空）沿著半徑方向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對其從圓心O點射出后的折射光線的強度用相應傳感器進行了記錄，發(fā)現(xiàn)從O點射出的折射光線的強度隨著夾角θ的變化而變化，變化情況如圖乙的圖線所示，則下列說法正確的是（）A．在角θ小于30時，在O點處既有反射光，又有折射光B．圓柱形透明體對該單色光的全反射臨界角為60C．圓柱形透明體對該單色光的折射率為2D．圓柱形透明體對該單色光的折射率為【答案】BD【詳解】A．從圖像中可以看出角θ小于30°時，沒有折射光，A錯誤；B．當θ＝30°時，即入射角為60°時，折射光線強度為零，故此時發(fā)生全反射，B正確；CD．因為全反射臨界角為60°，又，C錯誤，D正確。故選BD。8．如圖所示，半圓玻璃磚可繞過圓心的垂直軸轉(zhuǎn)動，圓心O與足夠大光屏的距離d=20cm，初始半圓玻璃磚的直徑與光屏平行時，一束光對準圓心、垂直于光屏射向玻璃磚，在光屏上O1點留下一光點，保持入射光方向不變，讓玻璃磚繞O點順時針方向轉(zhuǎn)動時，光屏上光點也會移動，當玻璃磚轉(zhuǎn)過角時，光屏上光點位置距離O1點為20cm，（sin=）則（）A．玻璃磚轉(zhuǎn)動后，光屏上的光點會相對于向上移動B．該玻璃磚的折射率為C．該玻璃磚的折射率為D．當玻璃磚繞O點相對初始位置轉(zhuǎn)過的角度α的正弦值為時，光屏上的光點消失【答案】ACD【詳解】A．如圖所示玻璃磚轉(zhuǎn)動后，光屏上的光點會相對于向上移動，故A正確；BC．玻璃磚轉(zhuǎn)過30°角時，折射光路如上圖所示，入射角根據(jù)幾何關(guān)系可得解得則折射角根據(jù)折射定律可得可得故B錯誤，C正確；D．發(fā)生全反射時，有此時轉(zhuǎn)過的角度剛好等于臨界角，則故D正確。故選ACD。9．如圖所示為某種透明介質(zhì)制成的半徑為R的半圓柱體形的截面圖，其中O點為截面的圓心，一平行的細光束與截面AB成45°，且射向圓心的光束剛好在AB面發(fā)生全反射，已知光在真空中的速度為c，忽略光在介質(zhì)中的二次反射。則下列說法正確的是（）A．該透明介質(zhì)的折射率為B．光由射入透明介質(zhì)到從界面AB射出的最短時間為C．由半圓柱體最高點O′射入的光在介質(zhì)中的折射角為30°D．能從界面AB射出光線所對應的入射光線占弧AO′B區(qū)域的【答案】ACD【詳解】A．由題意可知，射入O點的光線剛好在AB界面發(fā)生全反射，則此時的入射角等于臨界角C，即C=45°，又sinC=解得，A正確；B．由A選項分析可知，射入O點的光線是從界面AB射出的最左側(cè)的光線，當射入透明介質(zhì)的光線與半圓柱相切時，為在透明介質(zhì)中射出的最右側(cè)的光線，光路圖如圖所示，由折射定律得解得β=45°CD兩點之間的距離為且此距離為光在透明介質(zhì)中的最短距離，又由于光在該介質(zhì)中的速度為則光在介質(zhì)中的最短時間為，B錯誤；C．由半圓柱體最高點O′射入時，由幾何關(guān)系可知入射角為45°，由折射定律解得r=30°，C正確；D．由以上分析可知CE段射入透明介質(zhì)的光能從界面AB射出，即入射光線占弧AO′B區(qū)域的，D正確；故選ACD。10．ABCDE為單反照相機取景器中五棱鏡的一個截面示意圖，AB⊥BC，由a、b兩種單色光組成的細光束從空氣垂直于AB射入棱鏡，經(jīng)兩次反射后光線垂直于BC射出，且在CD、AE邊只有a光射出，光路圖如圖所示，則a、b兩束光（）A．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率小B．在棱鏡內(nèi)，a光的傳播速度比b光的大C．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小D．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距小【答案】ABC【詳解】A．由圖知，光線在CD界面上，以相同的入射角入射的a、b兩種光，a光發(fā)生了折射，b光發(fā)生了全反射，說明b光比a光折射率大，折射率越大，頻率越大，所以a光的頻率比b光小，A正確；B．由公式在棱鏡內(nèi)a光速度大，B正確；C．由折射率n＝可知以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較小，C正確；D．折射率小的光波長大，通過同一雙縫干涉裝置，根據(jù)公式，a光的相鄰亮條紋間距大，D錯誤。故選ABC。11．如圖所示，兩束激光束對稱地射到上下對稱的三棱鏡上A和B點上，光線方向與三棱鏡中心軸平行，A、B與三棱鏡中心線距離為d。已知每束激光束的功率為。三棱鏡的頂角為，對激光的折射率為。假若激光射到三棱鏡后全部通過，不考慮反射光，下列說法正確的是（）A．激光通過三棱鏡后方向改變角B．若不計三棱鏡左右厚度，則兩激光束在中心軸上交點與三棱鏡距離為C．激光束對三棱鏡水平方向作用力大小為D．增加三棱鏡頂角，激光可能不能通過三棱鏡【答案】BD【詳解】A．兩束激光進入三棱鏡時，垂直入射則沿平行于對稱軸的方向在三棱鏡內(nèi)傳播，在射出三棱鏡界面時，發(fā)生折射，由幾何知識可知入射角為30°，根據(jù)可知，其折射角為60°。所以激光通過三棱鏡后方向改變30°故A錯誤；B．若不計三棱鏡左右厚度，則設兩激光束在中心軸上交點與三棱鏡距離為L，根據(jù)幾何關(guān)系有解得故B正確；C．先分析一束激光束，在三棱鏡中的速度為進入三棱鏡時，取極短時間，有聯(lián)立，可得同理，射出三棱鏡時，入射光線對三棱鏡的水平作用力F2滿足合力為則兩束激光的合力為故C錯誤；增加三棱鏡頂角，由幾何關(guān)系可知，出射光線的入射角隨之增加，當達到臨界角，則激光不能通過三棱鏡。故D正確。故選BD。物理光學12．1834年，洛埃利用平面鏡同樣得到了楊氏干涉的結(jié)果（稱洛埃鏡實驗）．某實驗小組重做該實驗，如圖所示，水平放置的平面鏡左側(cè)有一與紙面垂直的縫光源S，S僅發(fā)出單一頻率的光，平面鏡右側(cè)固定有豎直放置的光屏，平面鏡所在水平線與光屏的交點為P，對光屏上呈現(xiàn)的干涉圖樣以下說法正確的是（）A．光屏上呈現(xiàn)水平的明暗相間的干涉條紋B．光屏上呈現(xiàn)的條紋關(guān)于P點上下對稱C．若將縫光源S水平向右移動一小段距離，光屏上的條紋間距將變大D．若將縫光源S豎直向下移動一小段距離，光屏上的條紋間距將變大【答案】AD【詳解】A．光源發(fā)出直接到屏上的光和被平面鏡反射到屏上的光是相干光，該干涉現(xiàn)象可以看成雙縫干涉，故光屏上出現(xiàn)與平面鏡平行的明暗相間的條紋，故A正確；B．在P點下方?jīng)]有反射光線照射，故不會有干涉條紋，故B錯誤；C．光源到屏的距離可以看成雙縫到屏的距離L，光源S到平面鏡中虛像的間距看成雙縫的間距d，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間的距離公式將縫光源S水平向右移動一小段距離，則L變小，故光屏上的條紋間距將變小，故C錯誤；D．光源到屏的距離可以看成雙縫到屏的距離L，光源S到平面鏡中虛像的間距看成雙縫的間距d，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋之間的距離公式若將縫光源S豎直向下移動一小段距離，則d變小，故光屏上的條紋間距將變大，故D正確。故選AD。13．2021年6月中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院科研人員接受采訪時表示我國“”和“”芯片的發(fā)展攻克了許多技術(shù)難題，有望在2022年實現(xiàn)量產(chǎn)，屆時中國將打破海外的芯片壟斷．其中“”、“”表示芯片內(nèi)單個晶體管的柵極寬度，如圖甲所示為芯片內(nèi)單個晶體管的示意圖，下列說法正確的是（）A．在形狀相同的芯片內(nèi)，“”工藝要比“”工藝集成的晶體管數(shù)量更少B．一寬度大于的平行紫光照射寬度為的縫隙后，紫光的寬度變?yōu)镃．用相同材料制成的如圖乙所示的方形導體，保持d不變，L減小，導體的電阻不變D．波長為的電磁波，可以用于城市電視、廣播等信號的無線遠距離傳輸【答案】AC【詳解】A．由題意可知，由于“”、“”表示芯片內(nèi)單個晶體管的柵極寬度，所以在形狀相同的芯片內(nèi)，“”工藝要比“”工藝集成的晶體管數(shù)量更少，A正確；B．一寬度大于的平行紫光照射寬度為的縫隙后，由于發(fā)生衍射現(xiàn)象，故紫光的寬度大于，B錯誤；C．根據(jù)電阻定律可知故保持d不變，L減小，導體的電阻不變，C正確；D．根據(jù)電視、廣播等信號傳播，可知波長為的電磁波，不可以用于城市電視、廣播等信號的無線遠距離傳輸，D錯誤。故選AC。14．小剛同學用光傳感器研究光的波動現(xiàn)象，實驗裝置如圖甲所示，某次實驗中，得到了如圖乙所示的光強分布圖，則下列說法正確的是（）A．該同學觀察到的是光的干涉圖樣B．該同學觀察到的是光的衍射圖樣C．若僅減小激光器和中間縫屏的距離，則觀察到條紋的寬度將不變D．若換用光強更大、頻率更低的激光，則觀察到條紋的寬度將變大【答案】BCD【詳解】AB．條紋間距不同，因此不是干涉現(xiàn)象，故A錯誤，B正確；CD．波長增大，兩屏間距增大才會讓條紋間距變大，故CD正確。故選BCD。15．把一塊玻璃板壓在另一塊玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入（如圖），這時可以看到亮暗相間的條紋，下面關(guān)于條紋的說法正確的是（）A．將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，條紋變疏 B．將上玻璃板平行上移，條紋遠離劈尖移動C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動 D．將薄片遠離劈尖移動使劈角變小時，條紋變疏【答案】CD【詳解】AD．將薄片向著劈尖移動使劈角變大時，相鄰亮條紋間距變小，所以干涉條紋會變密；將薄片遠離劈尖移動使劈角變小時，相鄰亮條紋間距變大，所以干涉條紋會變疏，故A錯誤，D正確；BC．將上玻璃板平行上移，導致滿足亮條紋光程差的間距向劈尖移動，因此條紋向著劈尖移動，故C正確，B錯誤。故選CD。16．平凸透鏡其中一個表面是個球面，球面的半徑叫做這個曲面的曲率半徑，另一個表面是平面。如圖甲所示，把一塊平凸透鏡壓在一塊平面玻璃上，讓紅光從上方射入，從上方入射光觀察平凸透鏡，可以觀察到圖乙所示明暗（紅黑）相間的圓環(huán)狀條紋，這就是牛頓環(huán)。以下說法正確的是（）A．圓環(huán)狀條紋是由凸透鏡的上、下表面反射光干涉形成的B．若僅改用綠光照射，則各處條紋間距將變窄C．若僅換用曲率半徑更大的平凸透鏡，則各處條紋間距將變寬D．若僅改用白光照射，則看到的是黑白相間的圓環(huán)狀條紋【答案】BC【詳解】A．環(huán)狀條紋是由凸透鏡與平面玻璃所夾空氣膜的上、下表面反射光干涉形成的，故A錯誤；B．綠光波長比紅光波長短，若將紅光改用綠光來照射，則條紋間距將變窄，故B正確；C．若換用曲率半徑更大的凸透鏡，則空氣膜從內(nèi)到外厚度的變化變緩，條紋間距變寬，故C正確；D．白光是復色光，若用白光照射，看到的是彩色的環(huán)狀條紋，故D錯誤。故選BC。17．利用光在空氣薄膜的干涉可以測量待測圓柱形金屬絲與標準圓柱形金屬絲的直徑差（約為微米量級），實驗裝置如圖甲所示。和是具有標準平面的玻璃平晶，為標準金屬絲，直徑為；為待測金屬絲，直徑為；兩者中心間距為。實驗中用波長為的單色光垂直照射平晶表面，觀察到的干涉條紋