2020年高考物理《光学》专题训练及答案解析

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1、20202020 年高考物理年高考物理光学光学专题训练专题训练 一一 选择题选择题 1 (多选)下列说法正确的是( ) A在水中的鱼斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实际位置高 B光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的大 C水中的气泡，看起来特别明亮是因为光线从气泡中射向水中时，一部分光在界面上 发生了全反射 D全息照相主要是利用了光的衍射现象 E沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的全反射现象 【答案】ABE 【解析】景物的光斜射到水面上，会发生折射现象，进入水中的光线会靠近法线，水中 的鱼逆着光的方向看景物形成的像会比物体的实际位置高，A 正确光在光纤内芯传播时， 会在内芯和

2、外壳的界面处发生全反射，所以内芯的折射率比外壳的大，B 正确水中的气泡 看起来特别明亮是因为光线从水射入气泡时发生全反射的缘故，C 错误全息照相是利用了 光的干涉现象，D 错误海市蜃楼、沙漠蜃景都是由于光的全反射而产生的，E 正确 2.如图所示，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直径与BD重合.一束激光沿着半圆形 玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD射到圆心O点上.使玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度 (090)， 观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动.在玻璃砖转动过程中， 以下 说法正确的是( ) A.折射光斑在弧形屏上沿CFB方向移动 B.折射光斑的亮度逐渐变暗 C.折射角一定大于反射角 D.反射光

3、线转过的角度为 E.当玻璃砖转至45时，恰好看不到折射光线.则此玻璃砖的折射率n 2 【答案】BCE 【解析】画出光路图易知，折射光斑在弧形屏上沿CD方向移动，选项 A 错误；随着 入射角增大，反射光增强，而折射光减弱，故折射光斑的亮度逐渐变暗，选项 B 正确；根据 090及折射定律可知，在玻璃砖转动过程中，折射角一定大于入射角，而反射角等 于入射角，则折射角一定大于反射角，选项 C 正确；根据反射定律和几何知识知，玻璃砖转 过角，则反射光线转过 2角，选项 D 错误；当玻璃砖转至45时，恰好看不到折 射光线，恰好发生了全反射，则临界角C45，由临界角公式 sin C1 n，解得折射率 n 2

4、，选项 E 正确. 3.在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入 气泡，A为入射点，之后a、b色光分别从C点、D点射向介质，如图所示.已知A点的入射 角为 30，a色光的偏向角为 45(C点出射光线与A点入射光线的夹角)，CD弧所对的圆 心角为 3，则下列结论正确的是( ) A.b色光的偏向角为 42 B.介质对a色光的折射率na 3 C.在介质中，a光的频率小于b光的频率 D.b色光从介质射向空气的临界角正弦 sin C 1 2sin51 E.若用a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置，屏上的条纹间距xa xb 【答案】ADE 【解析】光线在A点的入射角为i

5、，折射角分别为ra、rb.由a色光的偏向角为 45， 而偏向角a2(rai)，得ra52.5，由几何知识得：AC弧所对的圆心角为 180 252.575，CD弧所对的圆心角为 3，则AD弧所对的圆心角为 78，故rb 18078 2 51，b色光的偏向角为b2(rbi)42， 故 A 正确.介质对a色光的折 射率 nasin r a sin i sin 52.5 sin 30 sin 60 sin 30 3.故B错误.介质对 b色光的折射率 nbsin r b sin i sin 51 sin 30n a，则a光的频率大于b光的频率，故 C 错误.b色光从介质射向空气的临界角 正弦 sin C

6、1 nb 1 2sin 51.故 D 正确.由以上得知，a 光的偏向角大于b光的偏向角，a光 的折射率大于b光的折射率，a、b两单色光在透明介质中的波长ab.根据条纹间距公式 xl d，波长长的双缝干涉时条纹间距较大，故 x ansin i3 式中C是全反射临界角，满足 nsin C1 由式知，棱镜的折射率n的取值范围应为 2 3 3 n2. 11.如图所示是一个透明的玻璃圆柱体的横截面，其半径R20 cm，AB是过圆心的一条 水平直径有一激光源S，发射出一条很细的水平激光束，恰好沿玻璃圆柱体顶部过去现 将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动h2.68 cm 时，水平激光束第一次从B点射出(光在 真

7、空中的传播速度为 310 8 m/s， 31.732)试求： (1)玻璃的折射率； (2)经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间(从进入玻璃圆柱体开始计时) 【解析】 (1)光线SC经折射后经过B点，光路如图所示，由折射定律得nsin sin 由几何关系有2 sin Rh R 17.32 20 3 2 60，30 解得n 3 (2)光线SC折射后经B点反射出玻璃的光路如图所示 CBBD2Rcos 3R 由vc n得 v 310 8 m/s 光在玻璃中的传播时间t2 3R v 410 9 s 【答案】 (1) 3 (2)410 9 s 12.如图所示，ABCD是一玻璃砖的截面图，一束光与AB面

8、成 30角从AB边上的E点射 入玻璃砖中，折射后经玻璃砖的BC边反射后，从CD边上的F点垂直于CD边射出. 已知B90，C60，EB10 cm，BC30 cm.真空中的光速c310 8 m/s，求： (1)玻璃砖的折射率； (2)光在玻璃砖中从E到F所用的时间.(结果保留两位有效数字) 【答案】(1) 3 (2)1.810 9 s 【解析】(1)光在玻璃砖中传播光路如图所示， 由几何关系可得 i60，rBQECQF30 由折射定律nsin i sin r 得n 3 (2)由nc v，得 v 310 8 m/s 由几何关系得EQ2EB20 cm QFQCcos 30(BCBQ)cos 30(15

9、 315) cm tEQQF v 1.810 9 s 13.如图所示为某种透明材料制成的一柱形棱镜的横截面图，CD是半径为R的四分之一 圆，圆心为O；光线从AB面上的M点入射，入射角为，光进入棱镜后恰好在BC面上的O 点发生全反射，然后由CD面射出。已知OB段的长度为L，真空中的光速为c。求： (1)透明材料的折射率n； (2)该光在透明材料内传播的时间t。 【解析】(1)设光线在AB面的折射角为r，光路如图所示 根据折射定律得：nsin sin r 设棱镜的全反射临界角为C，由题意，光线在BC面恰好发生全反射，得到 sin C1 n 由几何知识可知，rC90 联立以上各式解得n 1sin 2

10、。 (2)光在棱镜中的传播速度vc n 由几何知识得，MO L sin CnL 该光在透明材料内传播的时间 tMOR v 1sin 2(L 1sin 2R) c 。 【答案】(1) 1sin 2 (2) 1sin 2(L 1sin 2R) c 14.如图所示， 厚度为d的平行玻璃砖与光屏EF均竖直放置， 玻璃砖右侧面距光屏为d， 左侧面距激光源S也是d.由S发出的两束激光，一束垂直玻璃砖表面，另束与玻璃砖表 面成 45角，两束光经折射后射到光屏上，光屏上两光点间距为 2 3 3 d，已知光在真空 中的传播速度为c.求： (1)玻璃砖的折射率； (2)激光在玻璃砖中传播的时间 【解析】 (1)作

11、出光路图如图所示，入射角45 设折射角为，光束从玻璃砖出射时偏离入射点距离为y，y 3 3 d sin y y 2d2 1 2 由折射定律nsin 45 sin 2 (2)nc v， y 2d2vt 解得t2 6d 3c 【答案】 (1) 2 (2)2 6d 3c 15.如图，一半径为 R 的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线 OO表示光轴（过球心 O 与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底 面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求 （i）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； （ii）距光轴 3 R 的入射光

12、线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 【答案】（i） 2 3 R （ii） 3(2 23) 2.74 5 R R 【解析】（i）如图，从底面上 A 处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为 i， 当 i 等于全反射临界角 i0时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为 l。 0 ii 设 n 是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有 0 sin1ni 由几何关系有sin l i R 联立式并利用题给条件，得 2 3 lR （ii）设与光轴距 3 R 的光线在球面 B 点折射时的入射角和折射角分别为 i1和 r1，由折 射定律有 11 sinsinnir 设折射光线与光轴的交点为 C，在OBC 中，由正弦定理有 1 sin(180)sin o rC ROC 由几何关系有 11 Cri 1 1 sin 3 i 联立式及题给的条件得 3(2 23) 2.74 5 R OCR