2020年高三物理第二轮专题练习之光学(新人教)

2020年高三物理第二轮专题练习之光学(新人教)

光学 ‎1.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到F点，已知入射方向与边的夹角为，、分别为边、的中点，则 A．该棱镜的折射率为 B．光在点发生全反射 C．光从空气进入棱镜，波长变小 D．从点出射的光束与入射到点的光束平行 ‎2.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2，则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中 ‎ A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2‎ C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2‎ ‎3.一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），AB为直角边ABC=45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则 ‎ A. 从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光 B. 屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度 C. 屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度 D. 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大 ‎4.一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是 ‎ A.红光以30°的入射角入射 B.红光以45°的入射角入射 - 9 -‎ C.紫光以30°的入射角入射 D.紫光以45°的入射角入射 ‎5.硅光电池是利用光电效应原理制成的器件。下列表述正确的是 A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 ‎6.红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水气（H2O）、二氧化碳（CO2）能强烈吸收某些波长范围的红外辐射，即地面物体发出的某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。右图为水和二氧化碳对某一波段不同波长电磁波的吸收情况，由图可知，在该波段红外遥感大致能够接收到的波长范围为 ‎ A.2.5～3.5um B.4～4.5um C. 5～7um D. 8～13um ‎ ‎7.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R＝r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则 ‎ A. n可能为 B. n可能为2‎ C. t可能为 D. t可能为 ‎8.用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是 ‎ A.当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°‎ B.当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°‎ - 9 -‎ C.当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°‎ D.干涉条纹保持原来状态不变 ‎9.如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。己知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为 ‎ A. B.1.5 C. D.2‎ ‎10.如图所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角处出液口的安全情况。已知池宽为L，照明灯到池底的距离为H。若保持照明光束方向不变，向贮液池中注入某种液体，当液面高为时， 池底的光斑距离出液口。‎ ‎（1）试求当液面高为时，池底的光斑到出液口的距离x。‎ ‎（2）控制出液口缓慢地排出液体，使液面以v0的速率匀速下降，试求池底的光斑移动的速率vx。‎ ‎11.如图，一透明半圆柱体折射率为，半径为R、长为L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出。球该部分柱面的面积S。‎ ‎12.一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为。求出射角。‎ ‎13.已知：功率为100W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速，普朗克常量 - 9 -‎ ‎，假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。‎ ‎14.麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波。‎ ‎（1）一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图1所示.求该光波的频率。‎ ‎（2）图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图.并标出出射光线与界面法线夹角的度数。‎ ‎15.一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30o，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。‎ - 9 -‎ 参考答案及解析 ‎1.【答案】AC ‎【解析】在E点作出法结线可知入射角为60o ，折射角为30o，折射率为；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；由公式，可知C对；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到点的光束平行，故D错。‎ ‎2.【答案】B ‎【解析】解析：设折射角为α，玻璃砖的厚度为h，由折射定律n= ，且n= ，在玻璃砖中的时间为t= ，联立解得t2∝，红光频率较小，θ为零时，t1＜t2，θ为90°时，趋近渐近线，初步判定该函数为单调函数，通过带入θ为其它特殊值，仍然有t1＜t2，故B对。‎ ‎3.【答案】BD ‎【解析】本题考查光的折射和全反射.宽为AB的平行光进入到玻璃中直接射到BC面,入射角为45o>临界角,所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射到AC圆弧面上.根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于AB的长度,B对.D正确。‎ ‎4.【答案】D ‎【解析】因为同种介质对紫光的折射率较大，故入射角相同时，紫光侧移距离较大，A、B项错；设入射角为i,折射角为r,则侧移距离,可见对于同一种色光,入射角越大,侧移距离越大,D项正确。‎ ‎5.【答案】A ‎【解析】硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，A正确；是利用光电效应原理制成的器件，依据光电效应方程可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，B错误，C错误，D错误。‎ - 9 -‎ ‎6.【答案】D ‎【解析】由图可知，8～13um的波段被水和二氧化碳吸收的较少，能够接收到，选项D正确。‎ ‎7.【答案】AB ‎【解析】只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如右图所示。根据全反射可知临界角C≤45°，再根据n＝可知n≥；光在透明柱体中运动路程为L＝4r，运动时间为t＝L/V＝4nr/c，则t≥4r/c，CD均错。‎ ‎8.【答案】D O ‎60°‎ A B C D ‎【解析】金属丝圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D对。‎ ‎9.【答案】C ‎【解析】如图，为光线在玻璃球内的光路图.A、C为折射点，‎ B为反射点，作OD平行于入射光线，故，‎ 所以，玻璃的折射率 ‎ ‎.‎ ‎10.【解析】‎ ‎⑴解法一：由几何关系知：‎ ‎ 由折射定律得：‎ ‎ 代入，得：‎ ‎ ‎ ‎ 解法二：由几何关系知：‎ 液面高度变化，折射角不变，由，得：‎ 解得： ‎ - 9 -‎ ‎ ⑵‎ ‎11.【解析】‎ 半圆柱体的横截面如图所示，为半径。设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有 ‎ ‎ 式中，为全反射临界角。由几何关系得 ‎ ②‎ ‎ ③‎ 代入题所给条件得 ‎ ④‎ ‎12.【解析】‎ 设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。依题意，∠COB=α。‎ 又由△OBC知sinα= ①‎ 设光线在C点的折射角为β，由折射定律得 ‎ ②‎ 由①②式得 ‎ ③‎ 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ(见图)为30°。由折射定律得 ‎ ⑤‎ 因此，解得.‎ ‎13.【解析】‎ 一波长为光子能量为 - 9 -‎ ‎ ‎ 设灯泡每秒内发出的光子数为，灯泡电功率为，则 ‎ ‎ 式中，是灯泡的发光效率。联立①②式得 ‎ ‎ 代入题给数据得 ‎ ‎ ‎14.【解析】‎ ‎(1)设光在介质中的传播速度为v，波长为λ.频率为f，则 f= ①‎ v= ②‎ 联立①②式得f＝ ③‎ 从波形图上读出波长λ=4×10-7m，代人数据解得 f =5×1014Hz ④‎ ‎（2）光路如图所示 ‎15.【解析】‎ 设入射角为i，折射角为r，由折射定律得 ‎ ①‎ ‎ 由已知条件及①式得 ‎ ②‎ ‎ 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为F，由几何关系可得 - 9 -‎ ‎ ③‎ 即出射点在AB边上离A点的位置。‎ ‎ 如果入射光线在法线的左侧，光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。‎ 由几何关系可知，在D点的入射角 ‎ ④‎ 设全发射的临界角为，则 ‎ ⑤ ‎ 由⑤和已知条件得 ‎ ⑥‎ 因此，光在D点全反射。‎ ‎ 设此光线的出射点为E，由几何关系得 ‎∠DEB=‎ ‎ ⑦‎ ‎ ⑧‎ 联立③⑦⑧式得 ‎ ⑨‎ 即出射点在BC边上离B点的位置。 ‎ - 9 -‎