高考物理经典习题：第15章光电磁波 专题强化十八 光学知识的综合问题（含解析）

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1、专题强化十八光学知识的综合问题【专题解读】 1.本专题是光的折射定律、全反射、色散等几何光学知识与光的本性结合的内容，高考主要以选择题形式考查。2.学好本专题可以帮助同学们学会通过作图分析光路知识，并以物理光学的角度理解光的本性。命题点一光的折射现象和物理光学【例1】 (2020山东省济南市第一次模拟)P、Q两种不同波长的光，以相同的入射角从玻璃射向空气，P光发生全反射，Q光射入空气，则()A.玻璃对P光的折射率小于对Q光的折射率B.玻璃中P光的波长大于Q光的波长C.玻璃中P光的速度大于Q光的速度D.P光的光子能量大于Q光的光子能量答案D解析根据临界角公式sin C，Q光束的折射率小，P光束的

2、折射率大，故A错误；在玻璃中，光的波长，0是光在真空中的波长，P光的折射率大，频率大，在真空中的波长短，由知在玻璃中，P光的波长小于Q光的波长，故B错误；根据v可知玻璃中P光的速度小于Q光的速度，故C错误；P光的折射率大，频率大，根据Eh可知P光的光子能量大，所以P光的光子能量大于Q光的光子能量，故D正确。【变式1】 (2020北京市朝阳区5月等级考模拟)如图1所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃分成OB、OC两束光。下列说法正确的是()图1A.光束OB是红光B.紫光在真空中的波长比红光在真空中的波长大C.紫光在玻璃中的频率比红

3、光在玻璃中的频率小D.两束光分别在OB、OC段传播时所用的时间相等答案D解析由图可知，OB偏折程度大，即折射角小，则折射率大，由于在真空中紫光的频率大于红光的频率，即在真空中紫光的折射率大，说明光束OB是紫光，故A错误；由公式c可知，紫光在真空中的波长比红光在真空中的波长小，故B错误；由于在真空中紫光的频率更大，且光的频率不变，则紫光在玻璃中的频率比红光在玻璃中的频率大，故C错误；设任一光线的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径为R，则光在玻璃中的速度为v，由几何知识得s2Rcos(90r)2Rsin r则光在玻璃中传播时间为t由折射定律得nsin rsin i，得t

4、，由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，故D正确。【变式2】 (2020北京市海淀区一模)如图2所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成一束光c。根据这一现象可知，下列说法中正确的是()图2A.水对a光的折射率较大B.从水射向空气时，a光全反射的临界角小于b光的临界角C.两束光在从水进入空气时频率均保持不变D.若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射该金属上不一定能发生光电效应答案C解析由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，所以a光的折射率小于b光的折射率，A错误；由于a光的折射率小于b光的折射率，根据sin C，因此当光从水射向空气时，a光全

5、反射的临界角大于b光的临界角，B错误；光的频率是由光源决定的，光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，C正确；由于频率越大，折射率越大，因此b光频率大于a光的频率，而光子能量Eh，可知b光光子能量大于a光光子能量，若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射到金属表面一定能发生光电效应，D错误。命题点二全反射现象和物理光学【例2】 (多选)(2020山东聊城市第二次等级考试模拟)下列说法中正确的是()A.电子表的液晶显示用到了偏振光B.光纤利用的是光的全反射C.红光由空气进入水中，波长变短，颜色不变D.分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到的条纹间距更窄答案ABC解析电

6、子表的液晶显示用到了偏振光，A正确；光纤利用的是光的全反射，B正确；红光由空气进入水中，频率不变，所以颜色不变，根据vf，可知折射率n变大，波长变短，C正确；分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，因为蓝黄，根据干涉条纹宽度公式x可知用黄光时得到的条纹间距更宽，D错误。【变式3】 2020天津市等级考模拟(四)如图3甲所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的是两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为a、b两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色(见图乙)。则以下说法中正确的是()图3A.a光频率比b光频率大B.水对a光的折射

7、率比b光大C.在真空中，a光的传播速度比b光大D.在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，干涉条纹间距a光的比b光的宽答案D解析a光照射的面积较大，知a光的临界角较大，根据sin C，知a光的折射率较小，折射率小，频率也小，所以a光的频率小于b光的频率，故A、B错误；在真空中，两光的传播速度相等，故C错误；a光在水中传播的速度较大，则a光的波长较长，由干涉条纹间距公式x知，a光条纹间距较宽，故D正确。命题点三光学综合问题【例3】 (多选)(2020山东青岛市5月统一质量检测)一束复色光射到平行玻璃砖的上表面，经玻璃砖下表面射出后分为a、b两束光，下列说法正确的是()图4A.在玻璃砖中a光的传播速度小于

8、b光的传播速度B.若从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光的大C.通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距xaxbD.a、b两束光分别照射到同种金属上，相应的遏止电压分别为Ua和Ub，UaUb答案AD解析由公式n可知，a光的折射率大于b光的折射率，由公式v可知，在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；由公式sin C可知，折射率越大，临界角越小，则从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光的小，故B错误；由于a光的折射率大于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，由公式c可知，a光的波长小于b光的波长，由公式x可知，通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距xax

9、b，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程EkmaxhW0和eUEkmax可得eUhW0，则UaUb，故D正确。【变式4】 (2020北京市丰台区二模)如图5所示，一束复色光从空气中射入水中，分成两束单色光a和b，则下列说法中正确的是()图5A.在水中，a光的频率大于b光的频率B.在水中，a光的光速大于b光的光速C.在水中，a光的波长大于b光的波长D.若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射该金属上也一定能发生光电效应答案A解析由图可知，a光的偏折程度大，则a光的折射率大，a光的频率大于b光的频率，选项A正确；a光的折射率大，由n可知a光在水中的光速小，选项B错误；a光在水中的光速小，频率大，

10、由vf可知在水中a光的波长小于b光的波长，选项C错误；由于a光的频率大于b光的频率，若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射该金属上不一定能发生光电效应，选项D错误。课时限时练(限时：40分钟)1.(多选)(2020天津市和平区第一次模拟)平行板玻璃砖横截面如图1，上下表面足够大，在该截面内有一束复色光从空气斜射到玻璃砖的上表面，从下表面射出时分为a、b两束光，则()图1A.在玻璃中传播时，a光的传播速度较大B.分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大C.以相同的入射角从水中斜射入空气，a光的折射角大D.增大入射光在上表面的入射角，可能只有一种光从下表面射出答案AB解析光从空气斜

11、射到玻璃，因为玻璃上下表面平行，当第二次折射时折射光线与第一次入射光线平行。a光偏折较小，b光偏折较大，所以此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，根据v，知在玻璃中传播时，a光的传播速度较大，故A正确；a光的折射率较小，频率较低，波长较长，根据双缝干涉条纹间距公式x知，a光的相邻亮条纹间距较大，故B正确；由于a光的折射率较小，折射时a光的偏折程度较小，以相同的入射角由水中斜射入空气时，a光的折射角小，故C错误；光射到玻璃砖下表面时的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定能从下表面射出，故D错误。2.(多选)(2020天津市六校联考期初检测)如图2所示，从点光源S发出的一束复色光，

12、以一定的角度入射到玻璃三棱镜的表面，经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光。下面的说法中正确的是()图2A.在三棱镜中a光的传播速率小于b光的传播速率B.若从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光大C.通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距xaxbD.a、b两束光分别照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，UaUb答案AC解析由光路图可知，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，所以a光的折射率较大，根据v知，在三棱镜中a光的传播速率小于b光的传播速率，故A正确；a光的折射率大于b光的折射率，由sin C分析知，发生全反射时a光的临界角比b光小，故B错误；a折射率大，波长短

13、，根据双缝干涉条纹间距公式x，知a光的双缝干涉条纹间距比较窄，即xaxb，故C正确；a、b两束光分别照射到同种金属上，根据光电效应方程得EkhW0，设遏止电压为Uc，由动能定理得eUc0Ek，联立得 eUchW0，因为a光的频率比b光的高，则UaUb，故D错误。3.(2020北京市密云区4月一模)如图3所示，一束平行光经过玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光。则下列说法正确的是()图3A.在真空中传播时，a光的速度大B.从玻璃射向空气时，b光发生全反射的临界角小C.经过同一双缝干涉实验装置时，观察到a光的相邻亮条纹间距大D.若b光能使某金属发生光电效应，则a光也一定能发生光电效应答案D解析各

14、种色光在真空中传播时，速度都是一样的，并不是a光的速度大，故选项A错误；由图可知，a光的偏程度大，故它的折射率较大，再由sin C可得，a光的临界角较小，选项B错误；因为a光的折射率较大，其波长较小，故由双缝干涉的条纹间距x公式可知，a光相邻亮纹间距一定也小，选项C错误；若b光能使某金属发生光电效应，则a光也一定能发生光电效应，选项D正确。4.(2020山东临沂市上学期期末)物理老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行玻璃砖(玻璃较厚)，经折射分成两束单色光a、b，下列说法正确的是()图4A.a光光子的能量小于b光光子的能量B.若增大入射角i，则a光可能先消失C.进

15、行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距大于b光条纹间距D.在玻璃砖中，a光的波长比b光的波长短答案D解析由折射率的定义式n，知a光折射率大，频率大，a光光子的能量大于b光光子的能量，故A错误；从空气射向玻璃不可能发生全反射，增大入射角i，当入射角为直角时，a光、b光同时消失，故B错误；进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，由条纹间距公式x知，a光频率大，波长短，条纹间距小于b光条纹间距，故C错误；通过玻璃砖时，a光折射率大，波长短，故D正确。5.(2020山东潍坊市4月模拟)一束复色光由空气斜射向平行玻璃砖，入射角为，从另一侧射出时分成a、b两束单色光，如图5所示，下列说法正

16、确的是()图5A.在该玻璃中a的传播速度比b小B.b比a更容易发生衍射C.增大(90)，a、b可能不会从另一侧射出D.a从该玻璃射向空气时的临界角比b的大答案D解析由图看出，光线通过平行玻璃后，a光偏折较小，b光偏折较大，说明玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，由v可知，在该玻璃砖中a的传播速度比b的大，故A错误；a光的折射率较小，频率较低，波长较长，则a比b更容易发生衍射，故B错误；光射到玻璃砖下表面时的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定能从下表面射出，故C错误；由sin C可知，由于玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光的临界角较大，故D正确。6.(2020海南省高

17、考调研)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sin C可知，红光的临界角最大，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A、B错误；根据，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； 根据v，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。7.(多选)2020天

18、津市东丽区等级考试模拟(三)两束单色光a和b沿如图6所示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，已知a光在底边界面处发生了全反射，两束光沿相同方向射出，则下列说法中正确的是()图6A.在真空中，a光的速度比b光的大B.如果用a光照射某金属能发生光电效应，则用b光照射该金属也能发生光电效应C.将a光和b光以相同角度斜射到同一块平行玻璃板，透过平行表面后，a光侧移量大D.分别用a光和b光在相同条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的小答案CD解析在真空中光的传播速度都相同即为光速，故A错误；令现在两束光出射方向为Oc，根据光路的可逆性，若两束单色光a和b沿着cO方向入射，则a光将发生全反射，而b光发生折

19、射，则知a光的临界角小于b光的临界角，由临界角公式sin C得知，玻璃对a光的折射率较大，则a光的频率较大，如果用a照射某金属能发生光电效应，则用b照射该金属不一定能发生，故B错误；将a光、b光以相同角度斜射到同一块平行玻璃板，玻璃对a光的折射率较大，则a光进入玻璃板时，a的折射角大，透过平行表面后，a光侧移量大，故C正确；a光的频率较大，波长较短，而干涉条纹的间距与波长成正比，故a光的条纹间距比b光的小，故D正确。8.(多选)(2020天津市红桥区第一次模拟)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光()A.若红光照射某金属可以发生光电效应，则蓝光照射时也一定可以发生光电效应B.以

20、相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，红光折射角较小C.从该玻璃中射入空气恰发生反射时，蓝光临界角较大D.用同一装置进行双缝干涉实验，红光的相邻条纹间距较大答案AD解析根据题意，蓝光的折射率大，则蓝光的频率大，根据光电效应发生的条件可知，若红光照射某金属刚好可以发生光电效应，则蓝光照射时一定能发生光电效应，故A正确；红光的折射率小，以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，红光折射角较大，故B错误；从玻璃射入空气发生全反射时，由临界角公式sin C知，红光的折射率小，则临界角较大，故C错误；根据x，红光的波长较长，用同一装置进行双缝干涉实验红光的相邻条纹间距较大，故D正确。9.(多选)如图7所示，一束复

21、色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光。以下说法正确的是()图7A.真空中a光的波长比b光的大B.在同一介质中，a光的传播速度比b光慢C.光由同一介质射入空气时，a光的临界角比b光小D.a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较宽答案BCD解析由图看出，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，则a光的折射率大于b光的折射率，所以a光的频率大于b光的频率，真空中a光的波长比b光的小，故A错误；因为a光的折射率大，由公式v，可知，a光在该介质中的传播速度比b光小，故B正确；a光的折射率大，根据sin C知，a光的临界角小，故C正确；a光的波长小，波动性比b光弱，则知a、b通过相同的单缝衍

22、射实验装置，a光的衍射条纹较小，故D正确。10.(多选)下列说法正确的是()A.只有横波才能产生干涉、衍射现象B.均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播就形成了电磁波C.泊松亮斑支持了光的波动说，牛顿环是光的干涉产生的D.由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是绿光答案CD解析任意波，只要频率相同，均能产生干涉现象，A错误；均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的电场不能再产生磁场，故不能激发电磁波，B错误；泊松亮斑是衍射现象支持了光的波动说，牛顿环是光的干涉产生的，C正确；绿光的折射率大于红光的折射率，由临界角公式sin C知，绿光的临界角小于红光的临界角

23、，当光从水中射向空气，在不断增大入射角时，绿光先发生全反射，从水面上消失，D正确。11.(2020广东潮州市上学期期末)如图8所示，半圆形玻璃砖的半径R3 cm，折射率为n，直径AB与屏幕垂直并接触于A点。激光a以入射角i30射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑。图8(1)求两个光斑之间的距离；(2)改变入射角，使屏MN上只剩一个光斑，求此光斑离A点的最长距离。答案(1)8.2 cm(2)3 cm解析(1)如图所示，设折射角为r，根据折射定律有n解得r45由几何知识得两个光斑PQ之间的距离PQPAAQRRtan 60(1)R8.2 cm。(2)入射角增大的过程中，当发生全反

24、射时屏MN上只剩一个光斑，此光斑离A最远时，恰好发生全反射，入射角等于临界角iC则有sin C，得C45代入数据解得QARtan 453 cm。12.(2020辽宁营口市下学期3月考)如图9所示一半径为R、由透明介质制成的球体，左侧有一沿竖直方向且与球体相切的墙面，图中过圆心的水平线段为球体的直径，在该直径的最右侧S点沿不同的方向发射出两束光，其中射到A点的光经折射后垂直于墙面到达M点，而射到B点的光恰好在球体的表面发生全反射，OSA30。求：图9(1)该透明介质的折射率；(2)S点发出的光在传播过程中，经过SA与AM所用的时间的比值；(3)B点到SO的距离。答案(1)(2)6(3)R解析(1)已知OSA30，由几何关系知光在A点的入射角i30，折射角r60则该透明介质的折射率n。(2)光在球体中的传播速度v光由S点传到A点的时间t1 光由A点传到M点的时间t2 解得6。(3)由题意可知临界角COBS，又sin C，则cos C B点到SO的距离dSBsin C2Rcos Csin CR。