专题34 光学（二）-2021年高考物理冲刺阶段考点培优练（教师版含解析）

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1、20212021 年高考高三下学期开学考试物理试题汇编年高考高三下学期开学考试物理试题汇编 专题 35 光学(二) 1 1、(2021(2021福建省名校联盟高三下学期开学考试福建省名校联盟高三下学期开学考试) )红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气， 若绿光在界面上恰好发生全反射，则下列判断正确的是( ) A. 黄光一定能发生全反射 B. 红光一定能发生全反射 C. 黄光在水中的波长比红光在水中的波长长 D. 这三种单色光相比，红光在水中传播的速率最大 【答案】D 【解析】 AB红、黄、绿三种单色光，红光的折射率最小，绿光的折射率最大，则根据 1 sinC n 可知，红光的临 界

2、角最大，绿光的临界角最小，若绿光在界面上恰好发生全反射，则红光和黄光都不能发生全反射，选项 AB 错误； C根据 c n v ff ，红光的折射率最小，频率最小，则在水中的波长最长，选项 C错误； D根据 c v n ，红光的折射率最小，可知在水中传播的速率最大，选项 D 正确； 故选 D。 2 2、(2021(2021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，下列说法正 确的是( ) A. 从锌板中打出了光子 B. 有正离子从锌板逸出 C. 有电子从锌板逸出 D. 锌板带负电 【答案】C 【解析】 发生光电效应是锌板中的电子吸

3、收光子的能量而从锌板中飞出，锌板由于缺少电子而带上正电。 故选 C。 3 3、(2021(2021福建省名校联盟高三下学期开学考试福建省名校联盟高三下学期开学考试) )用紫光做双缝干涉实验，在屏上观察到干涉条纹，若增大 双缝距离，则屏上干涉条纹的间距将_(填“变大”或“变小”)。若其他条件不变，改用红光做实 验，则干涉条纹的间距将_(填“变大”或“变小”)。 【答案】 (1). 变小 (2). 变大 【解析】 1根据 l x d 知，若增大双缝距离 d，则屏上干涉条纹的间距x将变小。 2根据 l x d 知，若其他条件不变，改用红光做实验，则波长增大，所以干涉条纹的间距x 将变大。 4 4、(

4、2021(2021广东省惠州市高三下学期开学考试广东省惠州市高三下学期开学考试) )如图所示，扇形 AOB 为透明柱状介质的横截面，圆心角 AOB=60 。一束平行于角平分线 OM的单色光由 OA 射入介质，经 OA 折射的光线恰平行于 OB。 (1)求介质的折射率_； (2)折射光线中恰好射到 M点的光线_(填“能”或“不能”)发生全反射， 若平行入射光线的方向可调， 则当入射光线与 AO边的夹角_(填“越大”或“越小”)，则越容易使折射光线在弧面 AMB 界面上 发生全反射。 【答案】 (1). 3 (2). 不能 (3). 越大 【解析】 (1)1作出光路图 由几何知识可知，入射角 i=

5、60 ，折射角 r=30 ，根据折射定律得 sinsin60 3 sinsin30 i n (2)2 如图由几何关系可得，光线在 M 点的入射角为30i ，由临界角的关系式可得 131 sin=sin 32 Ci n 则iC ，所以折射光线中恰好射到 M 点的光线不能发生全反射。 3折射光线在弧面 AMB界面上发生全反射则需要入射角 i 增大，所以入射光线与 AO 边的夹角越大则越 容易使折射光线在弧面 AMB 界面上发生全反射。 5 5、 (2021(2021 广东省丹阳市一中高三下学期开学考试 广东省丹阳市一中高三下学期开学考试) )如图所示， 半径为 R 的半圆形玻璃砖。 OP 距离 3

6、 d 3 R。 当从 P点入射的光线与界面的夹角 =30 时，光能够射到 Q 点(OQ连线垂直于界面 OP)。已知真空中的光 速为 c，求： (1)半圆形玻璃砖的折射率及出射角； (2)光在玻璃砖中从 P 到 Q经历的时间。 【答案】(1) 3，60；(2) 2R c 【解析】 (1)由题意，光路如图，由几何关系 90i 22 sin d r dR sin sin i n r 解得 3.n 设 Q 点的入射角为 ，折射角为 ，则 sin sin n r 解得 =60 (2)设从 P到 Q 经过的光程为 s cossR c n v svt 解得 2R t c 6 6、(2021(2021安徽省六

7、校教育研究会高三下学期安徽省六校教育研究会高三下学期 2 2 月开学联考月开学联考) )汽车氙气大灯(前照灯)通常需要透镜(近似看 做半球形玻璃砖)才能达到更好的照明效果，保证行车安全，图甲为该系统工作的原理图。图乙是透镜调节 光线的原理图，图中MN为透镜的竖直直径，透镜的半径为 R。一束单色光的入射点 P与球心 O 的距离为 3 3 lR，入射光线与MN的夹角为37，已知透镜对该入射光的折射率为1.6n，透镜距地面的距 离为 h(可认为远大于透镜半径)。求近光灯照射的距离 L。(已知sin370.6 cos370.8，。) 【答案】12 3 3 94 3 h 【解析】 由题意可得 sin s

8、in i n r 30r 由正弦定理可得 sin sin 2 lR r 则 30 sin sin n 则 53 由几何关系知30，则有 123 3 tan 94 3 Lhh 7 7、(2021(2021安徽省六校教育研究会安徽省六校教育研究会高三下学期高三下学期 2 2 月开学联考月开学联考) )美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应 理论的质疑者之一，他通过测量金属的遏止电压 c U与入射光频率 v，由此算出普朗克常量 h，并与普朗克根 据黑体辐射得出的 h 相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性。已知电子电量为 19 1.6 10C ，普朗克常量 为 34 6.63 10J s 。若某次实

9、验中得到如下图所示的 c Uv图像，则下列说法正确的是( ) A. 该金属的截止频率与入射光的频率无关 B. 遏止电压 Uc与入射光的频率和强弱都有关 C. 由图像可知普朗克常量约为 34 6.30 10J s D. 实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的 【答案】AC 【解析】 A截止频率是光照射金属时产生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，故 A 正确； B入射光的频率越高，光电子的初动能就越大，则遏止电压就越高；入射光的强弱决定了电流的强弱，遏 止电压与入射光的强弱无关，故 B 错误； CD由爱因斯坦光电方程得 2 0 1 2 hvmvW 光电子的动能在遏止电

10、压产生的电场中全部转换为电势能，不能到达阳极从而形成电流，即 0 hveUW 整理得 0 Wh Uv ee 图像的斜率 15 3.93 10 V s hU ev 代入电子电量得 34 6.30 10J sh 实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是正确的，故 C 正确、D错误。 故选 AC。 8 8、(2021(2021广东省河源市高三下学期开学考试广东省河源市高三下学期开学考试) )将自然光引入室内进行照明是一种新型的绿色能源技术。某 科技兴趣小组设计了一种接收太阳光的实验装置， 如图为过装置中心轴线的截面， 上部的集光球是半径为 R 的某种均匀透明材料的半球体，下部为导光管，两部分的交界面是

11、PQ。若只有 PQ上方高度 3 2 hR范围 内的光束平行于 PQ射入后，能直接通过 PQ面进入导光管(不考虑集光球内表面的反射)，求该材料的折射 率。 【答案】3n 【解析】 由于不考虑集光球内表面的反射，所以最上面的一束光线的光路图如图所示 由几何关系可知 3 sin = 2 h R 解得 60 可知入射角 1 60 折射角 2 30 2 根据折射定律可知，材料的折射率 1 2 sin 3 sin n 9 9、(2021(2021河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考河北省“五个一名校联盟”高三下学期第二次联考) )公园里的音乐喷泉十分美丽，音乐与水柱融 为一体带给我们不一样的体验。

12、某公园中的音乐喷泉是由池底的彩灯及喷头组成，已知水对不同色光的折 射率如下表所示： 色光 红光 黄光 深绿光 紫光 折射率 1.3311 1.3330 1.3371 1.3428 若其中一只彩灯在池底发出黄光，经测量发现该彩灯处水池的深度为 1.333m。(已知在角度很小时，可以认 为该角度的正弦值和正切值相等) (1)若从彩灯的正上方观察，黄光彩灯的深度为多少？ (2)为了使人们从彩灯的正上方观察到各种不同彩灯的深度都与黄光彩灯的深度相同，需要将不同色光的彩 灯安装到不同的深度，则在上表四种不同色光的彩灯中哪种彩灯安装的最浅？安装最深的彩灯比安装最浅 的彩灯深多少？ 【答案】(1)1.0m；

13、(2)红光，0.0117m 【解析】 (1)设彩灯实际深度 H，从正上方观察到的深度为 h，从正上方观察彩灯光路图如图所示： 根据折射定律可知 sin sin i n r 从正上方观察，角度 i和 r都很小，可以认为 sintan sintan ii n rr 而 tan d i h ，tan d r H 联立可得 H n h 解得 h=1.0m (2)根据 H n h ，可得 H=nh 可知，n越大，需要 H 就越大，故红光彩灯安装实际深度最浅。 设红光折射率为 n1，彩灯实际安装的深度最浅为 H1，紫光折射率为 n2，彩灯安装的深度最深为 H2，深度差 为 H，则有 H=H2-H1 H1=

14、n1h，H2=n2h 代入数据，可得 H=0.0117m 1010、(2021(2021河南省名校联盟高三下学期开学考试河南省名校联盟高三下学期开学考试) )如图所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面 所在平面内的一束光线由 O点垂直 AD边射入。已知棱镜的折射率 n 2，ABBC8 cm，OA2 cm， OAB60 。求： (1)光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向； (2)第一次的出射点距 C点的距离？ 【答案】(1)从 CD边射出，与 CD边成 45 斜向左下方；(2) 4 3 3 cm 【解析】 (1)因为 sinC 1 n 临界角 C45 第一次射到 AB面上的入射角为 6

15、0 ，大于临界角，所以发生全发射，反射到 BC 面上，入射角为 60 ，又发 生全反射，射到 CD面上的入射角为 30 根据折射定律得 sin sin30 n 解得 45 即光从 CD边射出，与 CD边成 45 斜向左下方。 (2)根据几何关系得，AF4 cm，则 BF4 cm. BFGBGF，则 BG4 cm；所以 GC4cm. 所以 CEGCtan30= 4 3 3 cm 1111、(2021(2021河南省新乡市高三下学期开学考试河南省新乡市高三下学期开学考试) )一块半径 3 m 2 R 的半球形玻璃砖底面水平放置，玻璃 砖的截面如图所示，A点处有一点光源，且A点到球心O的距离为0.5

16、m。在玻璃砖的顶端B处时恰好没 有光线射出。求： (1)玻璃砖的折射率n； (2)玻璃砖的截面上有光线射出的圆弧长度L。 【答案】(1)2；(2) 3 m 3 【解析】 (1)由题意作出光路图 从A点射到B点的光线恰好发生全反射，则有 11 sinsin n CABO 其中 3 tan 3 OA ABO R 解得 1 sin 2 C ，30C ，2n (2)设从A点射出的光线在D点处恰好发生全反射，则有 30ODA，在三角形OAD中，由几何关系可 知 sinsin OAOD COAD 解得 120OAD 所以 60BOD 在玻璃砖的截面上有光射出的范围所对应的圆心角为 18060120 故玻璃

17、砖的截面上有光线射出的圆弧长度 1203 2m 3603 LR 1212、(2021(2021湖北省名校联盟高三下学期开学考试湖北省名校联盟高三下学期开学考试) )如图所示，跳水比赛中的 1m跳板(即离水面 1m高)上方 有一点光源 S。该光源距跳板高度为 H=3m、离跳板右端水平距离为 x =4m。已知水深 h =4m，A为跳板右 端点在水底正下方的投影。若跳板水下阴影右端点 B到 A 的距离为 1 4 3 ABm，则： (1)该光源发出的光在水中的折射率为多少？ (2)若在水底 A处放一物体，则从跳板右端向下看，该物体看起来在水下多深处？ 【答案】(1) 4 3 ；(2)3m 【解析】 (

18、1)作出光路图如图所示 由相似三角形关系得 1 xH GDH 解得 (1)4 (3 1)16 33 x H GD H mm 由图可得 (3)mBEABAEABGDx 在三角形SIC中，则有 22 4 sinsin 5 x ISCi xH 在三角形DEB中，则有 22 3 sin 5 BE r hBE 由折射定律可知 sin4 sin3 i n r (2)如图所示 设A的视深为 h ，从A上方看，光的入射角及折射角均很小，则可以认为 sintan 设 AOCDAO， COBDA O 由折射定律 sin13 sin4n 而 sintan sintan h h 解得 3 h h n m 1313、(

19、2021(2021江苏省名校联盟高三下学期开学考试江苏省名校联盟高三下学期开学考试) )如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长为 0.50m 的绿光照射阴极 K，实验测得流过电流表 G 的电流 I 与 A、K之间的电势差 AK U 满足如图乙所 示的规律，取 34 6.63 10J sh 。结果保留两位有效数字，求： (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K时的最大的初动能。 (2)该阴极材料的极限波长(能使该金属产生光电效应的光的最大波长)。 【答案】(1) 12 4.0 10个； 20 9.6 10J ；(2)0.66m 【解析】 (1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极 A，阴极每秒钟发射的光电子的个数 6 m 19 0.64 10 1.6 10 I n e 个 12 4.0 10个 光电子的最大初动能为 1920 km0 1.6 10C 0.6V9.6 10JEeU (2)设阴极材料的极限波长为 0 ，根据爱因斯坦光电效应方程得 km 0 cc Ehh 代入数据得 0 0.66m