全国高考光学题

全国高考光学题

全国高考光学题 ‎2016全国一卷。（2）（10分）如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。‎ ‎（i）求池内的水深；‎ ‎（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。‎ ‎2016全国二卷。34．[物理——选修3–4]（15分）‎ ‎（1）（5分）关于电磁波，下列说法正确的是_____。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波 C．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度垂直 D．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输 E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失 12‎ ‎2016全国三卷。（2）（10分）如图，玻璃球冠的折射率为，其底面镀银，底面的半径是球半径的倍；在过球心O且垂直于底面的平面（纸面）内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角。‎ ‎2015全国一卷 ‎（1）在双缝干涉实验中，分布用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距与绿光的干涉条纹间距相比 （填“＞”“＜”或“＝”）。若实验中红光的波长为，双缝到屏幕的距离为，测得第一条到第6条亮条纹中心间的距离为，则双缝之间的距离为 。‎ ‎2015全国二卷 ‎34.(1)(5分) 如图，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻 璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线，则 ‎ 12‎ ‎ （填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）‎ ‎ ‎ A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B. 在真空中，a光的波长小于b光的波长 C. 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 ‎2014全国一卷 ‎（2）(9分)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。玻璃的折射率为n=。‎ ‎（i）一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？‎ ‎（ii）一细数光线在O点左侧与O相距处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置。‎ ‎2014全国二卷 ‎（2）（10分）一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全挡住从圆形发光面发出的光线（不考虑反射），求平板玻璃的折射率。‎ 12‎ ‎2013全国一卷 ‎(2)(9分)图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长度为L，折射率为n， AB代表端面，已知光在真空中的传播速度为c ‎(i)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足 的条件； ‎ ‎(ii)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。‎ ‎2013全国二卷 ‎(2)(10分)如图，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A=30°，∠B=30°。一束平行于AC边的光线自AB边的p点摄入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出，若光线在P店的入射角和在M店的折射角相等 ‎（i）求三棱镜的折射率 ‎（ii）在三棱镜的AC边是否有光线逸出，写出分析过程。（不考虑多次反射）‎ ‎2012新课标 ‎（2）（9分）一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。‎ ‎2011新课标 ‎（2）一半圆柱形透明物体横截面如图所示，地面AOB镀银，（图中粗线），O 12‎ 表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点的入射，经过AB面反射后从N点射出，已知光线在M点的入射角为30，MOA=60，NOB=30。求 ‎ （i）光线在M点的折射角 ‎ （ii）透明物体的折射率 ‎2016全国一卷答案：34．[物理——选修3-4]（15分）‎ ‎（2）（10分）‎ ‎（i）如图，设达到池边的光线的入射角为i。依题意，水的折射率n=，光线的折射角θ=90°。由折射定律有 nsin i=sin θ①‎ 由几何关系有 sin i=②‎ 式中，l=3 m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得 h=m≈2.6 m③‎ 12‎ ‎（ii）设此时救生员的眼睛到池边的距离为x。依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°。由折射定律有 nsin i'=sin θ' ④‎ 式中，i'是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有 sin i'=⑤‎ x+l=a+h' ⑥‎ 式中h'=2 m。联立③④⑤⑥式得 x=(3–1)m≈0.7 m⑦‎ ‎2016全国二卷答案：34.[物理——选修3-4](15分)‎ ‎（1）ABC ‎2016全国三卷答案：34．（2）答：设球半径为R，球冠底面中心为O'，连接OO'，则OO'⊥AB。令∠OAO'=α，有 cos α==①‎ 即α=30°②‎ 由题意MA⊥AB 所以∠OAM=60°‎ 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示。设光线在M点的入射角为i、折射角为r，在N点的入射角为i'，反射角为i''，玻璃折射率为n。由于△OAM为等边三角形，有 i=60°④‎ 由折射定律有sin i=nsin r⑤‎ 代入提给条件n=得r=30°⑥‎ 12‎ 作底面在N点的法线NE，由于NE∥AM，有i'=30°⑦‎ 根据反射定律，有i''=30°⑧‎ 连接ON，由几何关系知△MAN≌△MON，故有∠MNO=60°⑨‎ 由⑦⑨式得∠ENO=30°⑩‎ 于是∠ENO为反射角，ON为反射光线。这一反射光线经球面再次折射后不改变方向。所以，经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为 β=180°–∠ENO=150°⑪‎ 评分参考：②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪式各1分。‎ ‎2015全国一卷答案 ‎（1）＞ 0.300‎ ‎2015全国二卷答案 ‎（1）ABD ‎2014全国一卷答案 ‎（2）(9分) ‎ ‎（i）解：在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图。由全反射条件有 θ ‎ ①‎ 由几何关系有 图a ‎ ②‎ 由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为 ‎ ③‎ 联立①②③式，代入已知数据得 ‎ ④‎ ‎（ii）‎ 12‎ 解：设光线在距O点的C点射入后，在上表面的入射角为，由几何关系及式和已知条件得 ‎=60°＞ ⑤‎ 光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图。由反射定律和几何关系得 ‎ ⑥‎ 射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。‎ ‎2014全国二卷答案 ‎（2）‎ 解析：如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的点折射，根据折射定律有： ①‎ 式中，n是玻璃的折射率，是入射角，是折射角 现假设恰好在纸片边缘，由题意，在A刚好发生全反射，故 ②‎ 设线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有： ③‎ 由题意，纸片的半径应为：R=L+r ④‎ 联立以上各式可得： ⑤‎ 12‎ ‎2013全国一卷答案 ‎（2）‎ (i) 解析：（i）设光线在端面AB上C点（如上图）的入射角为i,折射角为r,由折射定律有 sini=nsinr ①‎ 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ② ‎ 式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足nsinθ=1③‎ 由几何关系得 α+r=900 ④‎ 由①②③④得sini≤ ⑤‎ (ii) 光在玻璃丝中传播速度的大小为 ⑥‎ 光速在玻璃丝轴线上的分量为 ⑦‎ 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为　⑧‎ 光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长，由②③⑥⑦⑧式得 ⑨‎ ‎2013全国二卷答案 答案：（i）；（ii）AC面无光线射出 12‎ 解析：本题考查光的折射，涉及全反射。较容易。做出光在三棱镜中的传播路线如图所示，由几何关系可知，光在P点的入射角及M点的折射角均为，对P、M出的折射，由折射定律有，，解得：。由几何关系可知，由光的反射定律有。解得，则。解得：；‎ 由几何关系可知，光线进入棱镜后在AC面的入射角。由可知，棱镜对空气的临界角为。因此，光线在N点发生全反射，AC面无光线射出。‎ ‎2012全国新课标答案 ‎(2)解：如图，考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。根据折射定律有 ①‎ 式中，n是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角。‎ 现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。由题意，在A点刚好发生全反射，故 ②‎ 设线段OA在立方体上表面的投影长为RA，由几何关系有③‎ 12‎ 式中a为玻璃立方体的边长，有①②③式得④‎ 由题给数据得 ⑤‎ 由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为RA的圆。所求的镀膜面积S′与玻璃立方体的表面积S之比为⑥‎ 由⑤⑥式得⑦‎ ‎2011新课标答案 ‎（2）解：如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于氏面EF对称，Q、P和N 三点共线。‎ 设在M点处，光的和射角为i，折射角为r，‎ ‎。根据题意有 ‎ ①‎ 由几何关系得，，于是 ‎ ②‎ 且 ③‎ 由①②③式得 ④‎ ‎（ii）解：根据折射率公式有 ‎ ⑤‎ 由④⑤式得 12‎ 12‎