专题09 光学-【好题汇编】3年（2022-2024）高考1年模拟物理真题分类汇编（湖南专用）

专题09 光学 1、（2024·湖南卷·T9）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（　　） A. 沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B. 沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C. 若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D. 若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 2、（2023·湖南卷·T7）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ） A. 水的折射率为 B. 水的折射率为 C. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 3、（2022·湖南卷·T16（2））如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。透明介质的折射率，屏障间隙。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射。 （1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度控制为60°，求屏障的高度d； （2）若屏障高度，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。 一、单选题 1．（2024·湖南·三模）有一个直径为0.6m的细圆环形状的黄灯，圆面水平放置在距离水池水面下方0.2m处开始缓慢下降了0.1m，下降过程中灯始终保持水平，已知黄光在水中折射率，则在这一过程中有光射出的水面形状的变化情况说法正确的是（　　） A．始终是圆 B．始终是圆环 C．先是圆后变成圆环 D．先是圆环后变成圆 2．（2024·湖南长沙·一模）下列四幅图所涉及的光学现象和相应的描述中，说法正确的是（　　） A．图甲是检测工件的平整度，观察到的明暗相间的条纹，属于光的衍射现象 B．图乙是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射 C．图丙是单色平行光线通过狭缝得到的干涉图样 D．图丁是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种纵波 3．（2024·湖南永州·三模）如图所示为三棱镜的截面，、。某细单色光束从边上的D点射入三棱镜，折射光线射到边上的E点，正好发生全反射，反射光线垂直射到边的F点，光线在D的入射角为，折射角为，已知B、E两点之间的距离为L，，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A． B． C．光从E到F的传播时间为 D．介质对此单色光的折射率为 4．（2024·湖南·三模）2023年12月18日11时，第二十五届哈尔滨冰雪大世界正式开园，以“龙腾冰雪逐梦亚冬”为主题，为世界各地游客打造一座集冰雪艺术、冰雪文化、冰雪演艺、冰雪建筑、冰雪活动、冰雪体育于一体的冰雪乐园。冰雪大世界园区内有一块边长为L的立方体的某种冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的彩灯。已知该种冰块的折射率为，光在真空中传播速率为c，下列说法正确的是（　　）    A．光在冰块中的传播速度为 B．由彩灯直接发出的光照到冰块上表面时，不能都从上表面射出 C．由彩灯直接发出的光照到冰块四个侧面时，都能从侧面射出 D．光从四个侧面射出的过程中，所经历的最长时间为 5．（2024·湖南岳阳·二模）如图所示，一束复色光从真空射向半圆形玻璃砖的表面，在圆心O处发生折射，光分成了两束单色光ab分别从AB两点射出，下列说法正确的是（    ） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光从O传播到A的时间大于b光从O传播到B的时间 C．若该复色光由红光与紫光组成，则a光为红光 D．若用同一双缝干涉装置实验，可看到a光的干涉条纹间距比b光的大 6．（2024·湖南邵阳·二模）“半波损失”是一种在波的反射过程中产生的现象，是指波从波疏介质射向波密介质时，反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动方向相反，即反射波相对于入射波相位突变π的现象。现有一种防蓝光眼镜，从眼镜前面观察，可以发现镜片呈现蓝色，它是通过在镜片前表面镀膜增强蓝光的反射来实现的，膜的折射率为n1，镜片材质的折射率为n2，且n1>n2，膜的最小厚度为d，蓝光在镀膜中的波长为λ，则（    ） A． B． C． D． 7．（2024·湖南·二模）如图所示，一个折射率为n的柱状玻璃砖横截面由四分之一圆OPQ和直角三角形OQS组成，，。一束单色光从SQ的中点A以入射角入射，折射光线恰好射向圆心O点，已知光在真空中传播的速度为c，则（　　） A．玻璃砖材料的折射率 B．光束在O点将发生全反射 C．光束在玻璃砖内的传播时间为 D．如果入射光束绕A点逆时针旋转使入射角减小，折射光束一定会在O点发生全反射 8．（2024·湖南邵阳·一模）双缝干涉实验装置的截面图如图所示，光源到、的距离相等，点为、连线中垂线与光屏的交点，光源发出的波长为的光，经出射后垂直穿过玻璃片传播到点，经出射后直接传播到点，由到点与由到点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为，不计光在玻璃片内的反射。下列说法正确的是（　　）    A．，O点为亮条纹 B．，O点为暗条纹 C．，O点为亮条纹 D．，O点为暗条纹 二、多选题 9．（2024·湖北黄石·一模）某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝、屏上的点位于双缝和的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为与，当介质为矿泉水时，屏上P点处是上方的第4条亮条纹（不包括点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为c，则（  ） A．小于 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为矿泉水时，来自和的光传播到P点处的时间差为 D．仅将水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹 10．（2024·湖南永州·三模）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的对应的是Ⅱ B．图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 11．（2024·湖南娄底·二模）频率为的单色光a在真空环境下通过一双缝干涉装置，得到宽度为的干涉条纹；频率为的单色光b在水下通过同一双缝干涉装置，得到宽度仍为的干涉条纹，水对两种光的折射率分别为、。下列说法正确的有（　　） A． B． C． D． 12．（2024·湖南衡阳·二模）“道威棱镜”是一种用于光学图像翻转的仪器。如图所示，等腰梯形ABCD是“道威棱镜”的横截面，底角为45°，光1和光2均沿与BC平行的方向射入棱镜，且均在BC面上发生一次全反射后从CD面射出。已知棱镜对光1的折射率为，对光2的折射率，BC=L，光在真空中的传播速度为c，则（　　） A．光1和光2经过棱镜后从CD边射出时均与BC边平行 B．光1在棱镜中的传播时间为 C．光1在棱镜中经过的路程小于光2在棱镜中经过的路程 D．光1在棱镜中传播的时间小于光2在棱镜中传播的时间 13．（2024·湖南衡阳·模拟预测）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等距的。现将单色红光从上方射入，俯视可以看到图乙的条纹，利用此装置可以检查工件的平整度。已知光从光疏介质射入光密介质时，反射光存在半波损失，相位有π的变化，相当于附加了的路程。两板之间的夹角为，光在真空中的波长为，玻璃板的折射率为n，则（　　） A．在标准板上表面上形成的相邻两条亮纹（或暗纹）间距离为 B．图乙中条纹弯曲处表明被检查的平面在此处是凸的 C．产生干涉的两束相干光的光程差为 D．若装置中抽去一张纸片，条纹向右移动 14．（2024·湖南长沙·一模）图甲是半圆柱形玻璃体的横截面，一束紫光从真空沿半圆柱体的径向射入，并与底面上过O点的法线成角，CD为足够大的光学传感器，可以探测从AB面反射光的强度。若反射光强度随变化规律如图乙所示，取，，则下列说法正确的是（　　） A．减小到时，光将全部从AB界面透射出去 B．减小时，反射光线和折射光线夹角随之减小 C．该紫光在半圆柱体中的折射率为 D．改用红光入射时，CD上探测到反射光强度最大值对应的 15．（2024·湖南张家界·二模）人们常用“井底之蛙”形容见识短浅的人。如图所示，在一口较浅的枯井的正中间居住着一只青蛙，设井深为h且可视为圆柱体，井口的直径为 d=1.2m，水的折射率，当井水灌满时，青蛙恰好能够看到整个天空，则下列说法正确的是（　　） A．井深h=0.8m B．青蛙能够看到整片天空，是因为光通过井口时发生了衍射 C．当月亮位于天顶时，青蛙看到的月亮面积的大小为平地上的人看到的面积大小 D．当井水灌满时，地面上的人看到的井深比实际要更浅 16．（2024·湖南长沙·一模）2023年9月21日，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲，航天员“太空教师”景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。如图甲所示，航天员天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象．液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡，如图乙所示．假设此液体球其内外半径之比为1：3，当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内，从A点以i＝37°的入射角射入球中，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切，已知真空中光速为，则下列说法正确的是（　　） A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率 B．若继续增大入射角i，b光肯定能从液体球中射出 C．该液体材料对a光的折射率可能为 D．c光在液体球中的传播速度可能为 三、解答题 17．（2024·湖南·模拟预测）如图所示，一等腰直角三棱镜，放在真空中，AB=AC，在棱镜侧面AB左方有一单色光源S，从S发出的光线SD以60°入射角从AB侧面中点射入三棱镜。 （1）若从AB面折射后的光线直接射到AC面上，再从AC面折射出去，出射光线与AC面的夹角为30°，求棱镜的折射率n1； （2）若从AB面折射后的光线先射到BC面上，已知光线在BC面上只反射不折射（BC背面镀银，光线射不出去），反射后的光线再射到AC面上折射出去时，出射光线与AC面的夹角仍为30°，求棱镜的折射率n2的取值范围。 18．（2024·湖南怀化·二模）光刻机是现代半导体工业的皇冠，其最核心的两大部件为光源与光学镜头。我国研制的某型号光刻机的光源辐射出某一频率的紫外光，光刻机光学镜头投影原理简化图如图所示，等腰直角三角形ABC为三棱镜的横截面，半球形玻璃砖的半径为R，O为球心，O'O为半球形玻璃砖的对称轴。间距为的a、b两束平行紫外光从棱镜左侧垂直AB边射入，经AC边反射后进入半球形玻璃砖，最后会聚于硅片上表面的M点，M点位于O'O的延长线上。半球形玻璃砖的折射率为，来自棱镜的反射光关于轴线O'O对称，光在真空中的传播速度为c。 （1）要使射向半球形玻璃砖的光线最强（光不能从三棱镜的AC边射出），求三棱镜折射率的最小值； （2）求紫外光从进入半球形玻璃砖到第一次折射出玻璃砖的时间。（可能用到）    19．（2024·湖南衡阳·三模）如图所示，真空中两细束平行单色光a和b从一透明半球的左侧以相同速率沿平行于半球底面的方向向右移动，光始终与透明半球的底面垂直。当b光移动到某一位置时，两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出（不考虑光在透明介质中多次反射后再射出球面）。此时a光和b光都停止移动，在与透明半球的底面平行的足够大的光屏MN上形成两个小光点。已知透明半球的半径R=50cm，对单色光a和b的折射率分别为和，若两束光从透明半球的底面入射直至到达光屏的时间差，不考虑光的干涉和衍射，真空中光速，sin37°=0.6，sin53°=0.8，求： （1）两细束单色光a和b的距离d； （2）光屏MN到透明半球的底面的距离L。 20．（2024·湖南长沙·模拟预测）某发光二极管由一种透明材料封装而成，为研究其光学属性，某同学找来一个用这种材料制成的半圆柱体，其横截面是半径为的半圆，是半圆的圆心，为水平直径。单色光以入射角从A点射入半圆柱体，经折射后到达弧面上的点，如图所示。已知间的水平距离为，真空中的光速为，求∶ （1）该材料对单色光的折射率； （2）单色光从A到的传播时间。 21．（2023·湖南永州·二模）如图所示，半圆形透明柱体，其横截面的半径为R，圆心为O，AB为水平直径，现有一单色细光束从C点以与竖直方向成α的角度射入，光束折射后恰好能到达S点。已知，。 （1）求该柱体的折射率n； （2）若用该单色光垂直照射整个AB面，求光进入透明柱体后在半圆弧ASB上有光直接折射射出的弧长与ASB弧长的比值k。（不考虑半圆形透明柱体内反射光）    原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题09 光学 1、（2024·湖南卷·T9）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（　　） A. 沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B. 沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C. 若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D. 若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 【答案】BC 【解析】 CD．根据题意画出光路图 如图所示，S发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像S′发出的光）是同一列光分成的，满足相干光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可看成双缝干涉，设S与S′的距离为d，则 d = 2a S到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式 可得 则若θ = 0°，沿OA向右（沿AO向左）略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误； AB．同理再次画出光路图有 沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 故选BC。 2、（2023·湖南卷·T7）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ） A. 水的折射率为 B. 水的折射率为 C. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 【答案】BC 【解析】 AB．他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则说明α = 41°时激光恰好发生全反射，则 则 A错误、B正确； CD．当他以α = 60°向水面发射激光时，入射角i1 = 30°，则根据折射定律有 nsini1 = sini2 折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确、D错误。 故选BC。 3、（2022·湖南卷·T16（2））如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍）。透明介质的折射率，屏障间隙。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射。 （1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度控制为60°，求屏障的高度d； （2）若屏障高度，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。 【答案】（1）1.55mm；（2）0.35mm 【解析】 （1）发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射后从界面射向空气，由题意可知θ=60°，则 在介质中的入射角为i，则 解得 由几何关系 解得 （2）若视角度刚好被扩为180°，则，此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入射角 解得 C=30° 此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为 像素单元宽度x最小为 一、单选题 1．（2024·湖南·三模）有一个直径为0.6m的细圆环形状的黄灯，圆面水平放置在距离水池水面下方0.2m处开始缓慢下降了0.1m，下降过程中灯始终保持水平，已知黄光在水中折射率，则在这一过程中有光射出的水面形状的变化情况说法正确的是（　　） A．始终是圆 B．始终是圆环 C．先是圆后变成圆环 D．先是圆环后变成圆 【答案】D 【详解】根据题意设细圆环形黄灯中的一点光源发出的光照射到水面时透光面积是半径为的圆，则根据光发生全反射条件 即 解得 所以初始状态中细圆环形状的黄灯有光射出的水面形状为圆环。随着黄灯缓慢下降，全反射临界角不变，根据几何关系可知点光源的透光半径逐渐增大。当再下降时，可得 解得 细圆环上无数点光源在水面的透光面积叠加可知有光射出的水面形状是圆。因此在这一过程中有光射出的水面形状先是圆环后变成圆。 故选D。 2．（2024·湖南长沙·一模）下列四幅图所涉及的光学现象和相应的描述中，说法正确的是（　　） A．图甲是检测工件的平整度，观察到的明暗相间的条纹，属于光的衍射现象 B．图乙是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射 C．图丙是单色平行光线通过狭缝得到的干涉图样 D．图丁是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种纵波 【答案】B 【详解】A．图甲是检测工件的平整度，观察到的明暗相间的条纹，属于光的干涉现象，故A错误； B．图乙是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射，故B正确； C．图丙是单色平行光线通过狭缝得到的衍射图样，故C错误； D．图丁是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种横波，故D错误。 故选B。 3．（2024·湖南永州·三模）如图所示为三棱镜的截面，、。某细单色光束从边上的D点射入三棱镜，折射光线射到边上的E点，正好发生全反射，反射光线垂直射到边的F点，光线在D的入射角为，折射角为，已知B、E两点之间的距离为L，，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　） A． B． C．光从E到F的传播时间为 D．介质对此单色光的折射率为 【答案】C 【详解】AB．已知、，由几何关系可得，则 代入得 由折射率公式知 由题知在E点，正好发生全反射 代入得 AB错误； C．E、F两点之间的距离为 由折射率的定义可得 光从E到F的传播时间为 综合可得 C正确； D．设光线在介质中发生全反射的临界角为，折射光线射到BC边上的E点，正好发生全反射，反射光线垂直射到AB边的F点，由几何关系可得，由折射率的定义可得 D错误； 故选C。 4．（2024·湖南·三模）2023年12月18日11时，第二十五届哈尔滨冰雪大世界正式开园，以“龙腾冰雪逐梦亚冬”为主题，为世界各地游客打造一座集冰雪艺术、冰雪文化、冰雪演艺、冰雪建筑、冰雪活动、冰雪体育于一体的冰雪乐园。冰雪大世界园区内有一块边长为L的立方体的某种冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的彩灯。已知该种冰块的折射率为，光在真空中传播速率为c，下列说法正确的是（　　）    A．光在冰块中的传播速度为 B．由彩灯直接发出的光照到冰块上表面时，不能都从上表面射出 C．由彩灯直接发出的光照到冰块四个侧面时，都能从侧面射出 D．光从四个侧面射出的过程中，所经历的最长时间为 【答案】A 【详解】A．由知光在冰块中的传播速度为，所以A选项正确； B．根据，可知全反射临界角为45°，根据几何关系，入射到上表面时，最大的入射角小于，都能从上表面飞出，所以B选项错误； C．入射到侧面时，最大入射角大于，大于全反射的临界角，所以C选项错误； D．若入射光照射到侧面恰好未发生会反射时，时间最长，根据几何关系，此时光程为即 所以D选项错误。 故选A。 5．（2024·湖南岳阳·二模）如图所示，一束复色光从真空射向半圆形玻璃砖的表面，在圆心O处发生折射，光分成了两束单色光ab分别从AB两点射出，下列说法正确的是（    ） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光从O传播到A的时间大于b光从O传播到B的时间 C．若该复色光由红光与紫光组成，则a光为红光 D．若用同一双缝干涉装置实验，可看到a光的干涉条纹间距比b光的大 【答案】B 【详解】A．根据图像可知，入射角相同，a的折射角小，根据 可知，a光的折射率大，故A错误； B．根据 可知，在玻璃砖中的a光的传播速度小于b光的传播速度，光传播的路程都为半圆形玻璃砖的半径r，根据 可知，在玻璃砖中的a光的传播时间大于b光的传播时间，故B正确； C．a光的折射率大，频率高，波长小，若该复色光由红光与紫光组成，则a光为紫光，故C错误； D．若用a、b光分别进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，根据 a光条纹间距小于b光条纹间距，故D错误。 故选B。 6．（2024·湖南邵阳·二模）“半波损失”是一种在波的反射过程中产生的现象，是指波从波疏介质射向波密介质时，反射波在离开反射点时的振动方向相对于入射波到达入射点时的振动方向相反，即反射波相对于入射波相位突变π的现象。现有一种防蓝光眼镜，从眼镜前面观察，可以发现镜片呈现蓝色，它是通过在镜片前表面镀膜增强蓝光的反射来实现的，膜的折射率为n1，镜片材质的折射率为n2，且n1>n2，膜的最小厚度为d，蓝光在镀膜中的波长为λ，则（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】蓝光在从空气到膜时，是由光疏介质到光密介质，反射时会发生半波损失；而从膜到镜片是由光密介质到光疏介质，反射时不会发生半波损失。由于镀膜增强了蓝光的反射，则膜的前后两个表面反射光的路程差等于半波长的奇数倍，则有 解得 故选A。 7．（2024·湖南·二模）如图所示，一个折射率为n的柱状玻璃砖横截面由四分之一圆OPQ和直角三角形OQS组成，，。一束单色光从SQ的中点A以入射角入射，折射光线恰好射向圆心O点，已知光在真空中传播的速度为c，则（　　） A．玻璃砖材料的折射率 B．光束在O点将发生全反射 C．光束在玻璃砖内的传播时间为 D．如果入射光束绕A点逆时针旋转使入射角减小，折射光束一定会在O点发生全反射 【答案】C 【详解】ABC．根据题意，由几何关系可知，由于A是SQ的中点，直角三角形OQS的，则是等边三角形，则光在点的折射角为，在点的入射角也为，且 则玻璃砖材料的折射率 由光线的可逆可知，光束在O点不发生全反射，则光束在玻璃砖内的传播距离为，由可知，光束在玻璃砖内的传播速度为 则光束在玻璃砖内的传播时间为 故AB错误，C正确； D．如果入射光束绕A点逆时针旋转使入射角减小，则光在点的折射角减小，折射光束不能射向圆心O点，则一定不能在O点发生全反射，故D错误。 故选C。 8．（2024·湖南邵阳·一模）双缝干涉实验装置的截面图如图所示，光源到、的距离相等，点为、连线中垂线与光屏的交点，光源发出的波长为的光，经出射后垂直穿过玻璃片传播到点，经出射后直接传播到点，由到点与由到点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为，不计光在玻璃片内的反射。下列说法正确的是（　　）    A．，O点为亮条纹 B．，O点为暗条纹 C．，O点为亮条纹 D．，O点为暗条纹 【答案】D 【详解】由于玻璃对该波长光的折射率为，则光在该玻璃中传播速度为 光从到和到的路程相等，设光从到点的时间为，从到点的时间为，点到的距离为，则有 光传播的时间差为 代入得 、到点的光程差 两列波传到点互相减弱，点出现暗条纹。 故选D。 二、多选题 9．（2024·湖北黄石·一模）某一质检部门利用干涉原理测定矿泉水的折射率。如图所示，单缝、屏上的点位于双缝和的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气或矿泉水时，屏上的干涉条纹间距分别为与，当介质为矿泉水时，屏上P点处是上方的第4条亮条纹（不包括点处的亮条纹）的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为c，则（  ） A．小于 B．该矿泉水的折射率为 C．当介质为矿泉水时，来自和的光传播到P点处的时间差为 D．仅将水平向左移动的过程中，P点仍能观察到亮条纹 【答案】AD 【详解】A．根据 当双缝与屏之间的介质为矿泉水时，波长会变小，而双缝间距d与双缝与屏之间的距离L相同，所以小于，故A正确； B．设光在真空中的波长为、在介质中的波长为，依题意有 则可知 故B错误； C．P点处是上方的第4条亮条纹的中心，则光到双缝的光程差为光在矿泉水波长的4倍，则来自和的光传播到P点处的时间差为 故C错误； D．将水平向左移动的过程中，P点与双缝光程差不会改变，据题仍是光在介质中波长的四倍，所以仍能观察到亮条纹，故D正确。 故选AD。 10．（2024·湖南永州·三模）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一双缝干涉装置研究这两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的对应的是Ⅱ B．图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 【答案】AD 【详解】A．由题意可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ的能量大于可见光Ⅱ，可见光Ⅰ的频率大于可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ是紫光，可见光Ⅱ是红光，图1中的Hα对应的是Ⅱ，故A正确； B．因可见光Ⅱ的频率小，故可见光Ⅱ波长大，其条纹间距较大，根据 可知图丙中的干涉条纹对应的是Ⅱ，故B错误； C．根据 可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程 可得 可知发生光电效应时I对应的遏制电压大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 故选AD。 11．（2024·湖南娄底·二模）频率为的单色光a在真空环境下通过一双缝干涉装置，得到宽度为的干涉条纹；频率为的单色光b在水下通过同一双缝干涉装置，得到宽度仍为的干涉条纹，水对两种光的折射率分别为、。下列说法正确的有（　　） A． B． C． D． 【答案】AD 【详解】AB.a光在真空中和b光在水中通过同一干涉装置得到的干涉条纹宽度相同，说明a光在真空中的波长等于b光在水中的波长，即 对于b光，有 又因为 所以 因此 又 所以 故A正确，B错误； CD.单色光b的折射率 因此 而 所以 故C错误，D正确。 故选AD。 12．（2024·湖南衡阳·二模）“道威棱镜”是一种用于光学图像翻转的仪器。如图所示，等腰梯形ABCD是“道威棱镜”的横截面，底角为45°，光1和光2均沿与BC平行的方向射入棱镜，且均在BC面上发生一次全反射后从CD面射出。已知棱镜对光1的折射率为，对光2的折射率，BC=L，光在真空中的传播速度为c，则（　　） A．光1和光2经过棱镜后从CD边射出时均与BC边平行 B．光1在棱镜中的传播时间为 C．光1在棱镜中经过的路程小于光2在棱镜中经过的路程 D．光1在棱镜中传播的时间小于光2在棱镜中传播的时间 【答案】AD 【详解】A．根据几何关系可知，光在AB界面上的折射角等于在CD界面上的入射角，根据光路可逆可知，光在AB界面上的入射角等于在CD界面上的折射角，即光在CD界面上的折射角等于45°，即光1和光2经过棱镜后从CD边射出时均与BC边平行，故A正确； B．由于光1的折射率为，对光2的折射率，根据折射率的定义式可知，光1在AB界面上的折射角大于光2在AB界面上的折射角，由于两光入射点的间距不确定，作出可能的光路如图所示 对光1，根据正弦定理有 则有 由于光在AB界面上的折射角等于在CD界面上的入射角，结合上述求解原理有 则光1在介质中传播的路程 根据折射率的关系式有 ， 光1在棱镜中的传播时间为 解得 故B错误； C．根据正弦定理，结合上述求解光1在介质中传播路程的原理，可知，光2在介质中传播的路程 由于 则有 可知 即有 即光1在棱镜中经过的路程大于光2在棱镜中经过的路程，故C错误； D．根据折射率的关系式有 ， 光2在棱镜中的传播时间为 结合上述有 ， 由于空气中的入射角为，则折射角与均小于，结合上述可知 则有 可知 即光1在棱镜中传播的时间小于光2在棱镜中传播的时间，故D正确。 故选AD。 13．（2024·湖南衡阳·模拟预测）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等距的。现将单色红光从上方射入，俯视可以看到图乙的条纹，利用此装置可以检查工件的平整度。已知光从光疏介质射入光密介质时，反射光存在半波损失，相位有π的变化，相当于附加了的路程。两板之间的夹角为，光在真空中的波长为，玻璃板的折射率为n，则（　　） A．在标准板上表面上形成的相邻两条亮纹（或暗纹）间距离为 B．图乙中条纹弯曲处表明被检查的平面在此处是凸的 C．产生干涉的两束相干光的光程差为 D．若装置中抽去一张纸片，条纹向右移动 【答案】AD 【详解】AC．从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，加上半波损失，其光程差为 C错误； 当光程差为 即当空气层厚度 时，则此处表现为亮条纹， 相邻条纹间厚度差 干涉条纹条纹间距 A正确； B．图乙中条纹弯曲处表明左侧空气膜厚度与右侧一致，说明此处是凹的，B错误； D．抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大，干涉条纹条纹间距变大，条纹变疏，条纹向右移动，D正确。 故选AD。 14．（2024·湖南长沙·一模）图甲是半圆柱形玻璃体的横截面，一束紫光从真空沿半圆柱体的径向射入，并与底面上过O点的法线成角，CD为足够大的光学传感器，可以探测从AB面反射光的强度。若反射光强度随变化规律如图乙所示，取，，则下列说法正确的是（　　） A．减小到时，光将全部从AB界面透射出去 B．减小时，反射光线和折射光线夹角随之减小 C．该紫光在半圆柱体中的折射率为 D．改用红光入射时，CD上探测到反射光强度最大值对应的 【答案】CD 【详解】C．由图乙可知，反射光强度在之后达到最大且不再增大，则说明时发生全反射，可得 解得折射率为 C正确； A．入射角减小到时，仍存在反射光线，只是反射角为零，光纤不会从界面透射出去，A错误； B．入射角减小是，反射角和折射角也逐渐减小，由几何关系可知，反射光线和折射光线夹角随之增大，B错误； D．改用红光入射时，折射率减小，所以光学传感器探测到反射强度达到最大时大于，D正确。 故选CD。 15．（2024·湖南张家界·二模）人们常用“井底之蛙”形容见识短浅的人。如图所示，在一口较浅的枯井的正中间居住着一只青蛙，设井深为h且可视为圆柱体，井口的直径为 d=1.2m，水的折射率，当井水灌满时，青蛙恰好能够看到整个天空，则下列说法正确的是（　　） A．井深h=0.8m B．青蛙能够看到整片天空，是因为光通过井口时发生了衍射 C．当月亮位于天顶时，青蛙看到的月亮面积的大小为平地上的人看到的面积大小 D．当井水灌满时，地面上的人看到的井深比实际要更浅 【答案】CD 【详解】A．由全反射由光的可逆性可知，当青蛙上发出的光射到井的边缘时发生全反射，此时青蛙恰能看见整个天空，则 解得 故A错误； B．青蛙能够看到整片天空，是因为光通过井口时发生了折射，从而射到青蛙眼睛里，不是衍射，故B错误； C．当月亮位于天顶时，由光的折射定律可知，青蛙在水中看到月亮的直径为地面上的人看到的月亮的直径的，所以青蛙看到的月亮面积的大小为平地上的人看到的面积大小，故C正确； D．根据光的折射定律，结合光路图可知，当井水灌满时，地面上的人看到的井深比实际要更浅，故D正确。 故选CD。 16．（2024·湖南长沙·一模）2023年9月21日，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲，航天员“太空教师”景海鹏、朱杨柱、桂海潮为广大青少年带来一场精彩的太空科普课。如图甲所示，航天员天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象．液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡，如图乙所示．假设此液体球其内外半径之比为1：3，当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内，从A点以i＝37°的入射角射入球中，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切，已知真空中光速为，则下列说法正确的是（　　） A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率 B．若继续增大入射角i，b光肯定能从液体球中射出 C．该液体材料对a光的折射率可能为 D．c光在液体球中的传播速度可能为 【答案】BC 【详解】A．根据图乙可知，该液体球对a光的折射角小于对c光的折射角，而折射率等于入射角的正弦值与折射角正弦值之比，当入射角相同时，折射角越小则折射率越大，可知该液体材料对a光的折射率大于对c光的折射率，故A错误； B．若继续增大入射角i，b光的折射角也将增大，光线将远离同心球形气泡，光线从液体材料射出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光路的可逆性原理可知不会发生全反射，故b光肯定能从液体球中射出，故B正确； C．根据几何关系可知，该液体材料对b光的折射角的正弦值为 则根据折射定律可知，该液体材料对b光的折射率为 由于a光的折射角小于b光的折射角，而在入射角相同的情况下，折射角越小折射率越大，因此a光的折射率一定大于b光的折射率，由于 因此，该液体材料对a光的折射率可能为，故C正确； D．根据波速与折射率之间的关系有 则b光在液体球中的传播速度为 由于c光的折射角大于b光的折射角，而在入射角相同的情况下，可知c光的折射率小于b光的折射率，而折射率越小，则光在该液体球中的传播速度越大，因此，c光在液体球中的传播速度一定大于，故D错误。 故选BC。 三、解答题 17．（2024·湖南·模拟预测）如图所示，一等腰直角三棱镜，放在真空中，AB=AC，在棱镜侧面AB左方有一单色光源S，从S发出的光线SD以60°入射角从AB侧面中点射入三棱镜。 （1）若从AB面折射后的光线直接射到AC面上，再从AC面折射出去，出射光线与AC面的夹角为30°，求棱镜的折射率n1； （2）若从AB面折射后的光线先射到BC面上，已知光线在BC面上只反射不折射（BC背面镀银，光线射不出去），反射后的光线再射到AC面上折射出去时，出射光线与AC面的夹角仍为30°，求棱镜的折射率n2的取值范围。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）光路图如图所示 由折射定律，光线在AB面上折射时，有 折射角为 在AC面上出射时，有 由几何关系知 联立解得 所以折射率为 （2）光路图如图所示 由几何关系得 由折射定律知，此时的出射角一定为60°，要使光线经AB面折射后射到BC面上，临界状态恰好射到C点，作出光路图如图所示 由几何关系求得 由折射定律得此时折射率为 所以折射率满足的条件为 18．（2024·湖南怀化·二模）光刻机是现代半导体工业的皇冠，其最核心的两大部件为光源与光学镜头。我国研制的某型号光刻机的光源辐射出某一频率的紫外光，光刻机光学镜头投影原理简化图如图所示，等腰直角三角形ABC为三棱镜的横截面，半球形玻璃砖的半径为R，O为球心，O'O为半球形玻璃砖的对称轴。间距为的a、b两束平行紫外光从棱镜左侧垂直AB边射入，经AC边反射后进入半球形玻璃砖，最后会聚于硅片上表面的M点，M点位于O'O的延长线上。半球形玻璃砖的折射率为，来自棱镜的反射光关于轴线O'O对称，光在真空中的传播速度为c。 （1）要使射向半球形玻璃砖的光线最强（光不能从三棱镜的AC边射出），求三棱镜折射率的最小值； （2）求紫外光从进入半球形玻璃砖到第一次折射出玻璃砖的时间。（可能用到）    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）依题意，可知光射到三棱镜AC边的入射角为45°，则 有 所以三棱镜的折射率至少为。 （2）如图所示，光在半球玻璃砖内传播过程    在中 则 所以光在射入玻璃砖时的入射角为45°，紫外光进入玻璃砖时由折射定律得 解得 在中，由正弦定理得 解得 光在玻璃砖中的传播速度 光在玻璃砖中的传播时间 19．（2024·湖南衡阳·三模）如图所示，真空中两细束平行单色光a和b从一透明半球的左侧以相同速率沿平行于半球底面的方向向右移动，光始终与透明半球的底面垂直。当b光移动到某一位置时，两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出（不考虑光在透明介质中多次反射后再射出球面）。此时a光和b光都停止移动，在与透明半球的底面平行的足够大的光屏MN上形成两个小光点。已知透明半球的半径R=50cm，对单色光a和b的折射率分别为和，若两束光从透明半球的底面入射直至到达光屏的时间差，不考虑光的干涉和衍射，真空中光速，sin37°=0.6，sin53°=0.8，求： （1）两细束单色光a和b的距离d； （2）光屏MN到透明半球的底面的距离L。 【答案】（1）d=0.1m；（2）L=0.9m 【详解】（1）由全反射临界角公式可得 ， 可得透明半球对a光和b光的临界角分别为 ， 画出的光路如图所示 A、B为两单色光在透明半球面的出射点，折射光线在光屏上形成光点M、N，AM、BN沿切线方向，由几何关系得 解得 （2）a光在透明半球中的传播时间为 在真空中的传播时间为 则a光的传播时间为 同理b光的传播时间为 又 解得 20．（2024·湖南长沙·模拟预测）某发光二极管由一种透明材料封装而成，为研究其光学属性，某同学找来一个用这种材料制成的半圆柱体，其横截面是半径为的半圆，是半圆的圆心，为水平直径。单色光以入射角从A点射入半圆柱体，经折射后到达弧面上的点，如图所示。已知间的水平距离为，真空中的光速为，求∶ （1）该材料对单色光的折射率； （2）单色光从A到的传播时间。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）设单色光a从A点射入半圆柱体的折射角为，做出辅助线，如图 由几何关系可知 根据折射率的公式可得 （2）根据 由图可知 单色光从A到的传播时间为 21．（2023·湖南永州·二模）如图所示，半圆形透明柱体，其横截面的半径为R，圆心为O，AB为水平直径，现有一单色细光束从C点以与竖直方向成α的角度射入，光束折射后恰好能到达S点。已知，。 （1）求该柱体的折射率n； （2）若用该单色光垂直照射整个AB面，求光进入透明柱体后在半圆弧ASB上有光直接折射射出的弧长与ASB弧长的比值k。（不考虑半圆形透明柱体内反射光）    【答案】（1）；（2） 【详解】（1）画出光线从C点射入的光路图如图：    根据几何关系，结合光的折射定律，有 （2）若用该单色光垂直照射整个AB面，设从F点射入的光线，折射后经过E点刚好发生全发射，如图：    根据几何关系和全反射条件有 联立解得 根据对称性，在半圆弧ASB上有光透出的弧长所对圆心角为60°，所以透光弧长与ASB的比值 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$