专题03 几何光学与物理光学（湖南专用）-【好题汇编】备战2024-2025学年高二物理下学期期末真题分类汇编

专题03 几何光学与物理光学（原卷版） 【考点分析】 【知识点梳理】几何光学；光的折射及折射率；光的反射；光的全反射及全反射角；物理光学；光的干涉光的衍射；光的偏振；激光 【公式梳理】 物理概念、规律 公式 备注 光学 折射定律 :光疏介质折射角 :光密介质折射角 折射率 v为介质内光速 临界角 光从光密介质射入光疏介质 光的波长 为光的频率 双缝干涉 △x是相邻两个亮条纹 或暗条纹的中心间距 几何光学 1．（23-24高二下·湖南张家界·期末）一半圆形玻璃砖的横截面如图所示，AB为直径，O为圆心，一束单色光垂直入射到AB面上的C点，在玻璃砖内恰好发生全反射，经三次全反射后从AB面上的D点（图中未画出）出射，出射光线与入射光线平行，则玻璃砖对该单色光的折射率为（    ） A． B． C． D． 2．（23-24高二下·湖南岳阳·期末）如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，水深，水的折射率为。 （1）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛所接收的光线OB与竖直方向的夹角恰好为45°，求此接收光线的入射光线AO的入射角的正弦值； （2）从点光源A射向池边C点的光线AC与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，求光源到池边C点的水平距离l。 3．（23-24高二下·湖南邵阳·期末）一个半径为、折射率为的匀质透明球，点为球心，其截面如图所示，球面内侧有一单色点光源。已知光在真空中的传播速度为，则从发出的光线经多次全反射后回到点的最短时间为（    ） A． B． C． D． 4．（23-24高二下·湖南娄底·期末）（多选）在“天宫课堂”航天员王亚平老师在水球中注入一个气泡后，水球便成了透明空心水球，如图所示，水球中形成了一个正立一个倒立的两个像。假设透明空心水球内径是R，外径是2R，其过球心的某截面（纸面内）如图所示，一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与直线AO所成夹角i=60°，经折射后恰好与内球面相切，已知光速为c。下列说法正确的是（　　） A．单色光在该材料中的传播时间为 B．单色光在水中的折射率为 C．只要A点射入的单色光与AO直线的夹角i大于30°，就一定能够在内球面发生全反射 D．单色光在该材料内球面恰好发生全反射时，从A点射入的光线与AO直线的夹角 5．（23-24高二下·湖南长沙·期末）（多选）如图是由折射率的材料制作的光学器件的切面图，内侧是O以为圆心，R为半径的半圆，外侧为矩形，其中。一束单色光从BC的中点射入器件，入射角为α，满足，光线进一步射到内侧圆面时恰好发生全反射，不计光线在器件内的多次反射，已知光在真空中的速度为c。则（    ） A．光线在折射后的折射角为 B．光在器件中的传播速度 C．光在器件中传播的时间 D．内侧圆面发生全反射的入射光线与反射光线恰好垂直 6．（23-24高二下·湖南·期末）为了能在紧急情况下从内部观察外面的目标，某地下室墙壁上开有一长方形对外观察孔，设墙壁厚度为，孔的宽度d，孔内嵌入某种型号的玻璃砖，俯视图如图甲所示。（已知），试问： （1）若地下室的人通过移动位置刚好要能观察到外界范围内的景物，则嵌入的玻璃砖折射率最小为多大？ （2）现保持墙壁厚度不变，且用与第（1）问中相同折射率的玻璃材料，设计嵌入玻璃的俯视图如图乙所示，玻璃平面部分MN正好和墙壁内表面平齐，球冠的边缘恰好和墙壁外表面平齐，EF是半径为R的一段圆弧，圆弧的圆心为O，，如果通过改变墙壁观察孔的左右宽度，使地下室的人通过移动位置刚好也能观察到外界范围内的景物，则此时墙壁观察孔左右宽度至少应该为多大？ 物理光学 7．（23-24高二下·湖南长沙·期末）以下现象能说明光具有粒子性的是（    ） A．用紫外线照射锌板时有电子射出 B．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色 C．光的偏振 D．泊松亮斑 8．（23-24高二下·湖南湘西·期末）（多选）如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是（　　） A．彩虹的成因是光的反射 B．彩虹的成因是光的折射 C．彩虹的倒影是由光的折射引起的 D．彩虹的倒影是由光的反射引起的 9．（23-24高二下·湖南·期末）（多选）为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水中有一点光源S，能同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域内只有b光，中间小圆内为复色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的折射率大于b光的折射率 B．在水中，a光的传播速度大于b光的传播速度 C．观察到的光源S的位置比实际位置浅一些 D．通过相同的单缝，a光的衍射现象比b光更明显 10．（23-24高二下·湖南郴州·期末）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。关于a光b光和c光，下列说法正确的是（　　） A．c光可能是红光 B．在玻璃三棱镜中c光的速度大于a光的速度 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．c光比a光更容易发生衍射 1 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题03 几何光学与物理光学（解析版） 【考点分析】 【知识点梳理】几何光学；光的折射及折射率；光的反射；光的全反射及全反射角；物理光学；光的干涉光的衍射；光的偏振；激光 【公式梳理】 物理概念、规律 公式 备注 光学 折射定律 :光疏介质折射角 :光密介质折射角 折射率 v为介质内光速 临界角 光从光密介质射入光疏介质 光的波长 为光的频率 双缝干涉 △x是相邻两个亮条纹 或暗条纹的中心间距 几何光学 1．（23-24高二下·湖南张家界·期末）一半圆形玻璃砖的横截面如图所示，AB为直径，O为圆心，一束单色光垂直入射到AB面上的C点，在玻璃砖内恰好发生全反射，经三次全反射后从AB面上的D点（图中未画出）出射，出射光线与入射光线平行，则玻璃砖对该单色光的折射率为（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题意，光线垂直射入玻璃砖内恰好发生全反射，经三次全反射后从AB面上出射，且出射光线与入射光线平行，可作出光路图如图所示 由几何知识求得临界角，则玻璃砖对该单色光的折射率为 故选D。 2．（23-24高二下·湖南岳阳·期末）如图所示，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，水深，水的折射率为。 （1）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛所接收的光线OB与竖直方向的夹角恰好为45°，求此接收光线的入射光线AO的入射角的正弦值； （2）从点光源A射向池边C点的光线AC与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，求光源到池边C点的水平距离l。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）此时救生员的视线与竖直方向的夹角，由折射定律有 式中i'是光线在水面的入射角，解得 （2）设到达池边C点的光线的入射角为i，由折射定律有 由几何关系有 解得光源到池边C点的水平距离 3．（23-24高二下·湖南邵阳·期末）一个半径为、折射率为的匀质透明球，点为球心，其截面如图所示，球面内侧有一单色点光源。已知光在真空中的传播速度为，则从发出的光线经多次全反射后回到点的最短时间为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据对称性，光线要在圆内全反射，并回到S点的时间最短，应构成一个边数最少的正多边形。全反射临界角，作出光路图，如图所示 当轨迹是正三角形时，有，无法发生全反射，当轨迹是正方形时，有，可以发生全反射，符合时间最短条件，则有，，解得最短时间为 故选C。 4．（23-24高二下·湖南娄底·期末）（多选）在“天宫课堂”航天员王亚平老师在水球中注入一个气泡后，水球便成了透明空心水球，如图所示，水球中形成了一个正立一个倒立的两个像。假设透明空心水球内径是R，外径是2R，其过球心的某截面（纸面内）如图所示，一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与直线AO所成夹角i=60°，经折射后恰好与内球面相切，已知光速为c。下列说法正确的是（　　） A．单色光在该材料中的传播时间为 B．单色光在水中的折射率为 C．只要A点射入的单色光与AO直线的夹角i大于30°，就一定能够在内球面发生全反射 D．单色光在该材料内球面恰好发生全反射时，从A点射入的光线与AO直线的夹角 【答案】BD 【详解】B．设，由几何关系得，单色光在水中的折射率为，故B正确； A．单色光在该材料中的传播距离，单色光在该材料中的传播速度，单色光在该材料中的传播时间，故A错误； D．当光线与材料内球面恰好发生全发射时，如图所 根据全反射规律有，在中，由正弦定理有，又由于，解得，解得，故D正确； C．光束从A点入射，与AO直线的夹角i大于60°时，折射角大于，折射光线不再打在内球面上，不再在内球面发生全反射，故C错误。 故选BD。 5．（23-24高二下·湖南长沙·期末）（多选）如图是由折射率的材料制作的光学器件的切面图，内侧是O以为圆心，R为半径的半圆，外侧为矩形，其中。一束单色光从BC的中点射入器件，入射角为α，满足，光线进一步射到内侧圆面时恰好发生全反射，不计光线在器件内的多次反射，已知光在真空中的速度为c。则（    ） A．光线在折射后的折射角为 B．光在器件中的传播速度 C．光在器件中传播的时间 D．内侧圆面发生全反射的入射光线与反射光线恰好垂直 【答案】AC 【详解】A．光线的传播路径如图所示 根据折射率的定义可知，解得，则，故A正确； B．根据折射率与光速之间的关系，可得光在器件中的传播速度，故B错误； C．光线射到内侧圆面时恰好发生全反射，入射角等于临界角C，则光在内侧圆面的入射角为，则，可得，由几何关系可知，且反射光线水平向右射出CD界面，则在光在器件中的路程为，光在器件中传播的时间为，故C正确； D．内侧圆面发生全反射的入射光线与反射光线的夹角为，故D错误。 故选AC。 6．（23-24高二下·湖南·期末）为了能在紧急情况下从内部观察外面的目标，某地下室墙壁上开有一长方形对外观察孔，设墙壁厚度为，孔的宽度d，孔内嵌入某种型号的玻璃砖，俯视图如图甲所示。（已知），试问： （1）若地下室的人通过移动位置刚好要能观察到外界范围内的景物，则嵌入的玻璃砖折射率最小为多大？ （2）现保持墙壁厚度不变，且用与第（1）问中相同折射率的玻璃材料，设计嵌入玻璃的俯视图如图乙所示，玻璃平面部分MN正好和墙壁内表面平齐，球冠的边缘恰好和墙壁外表面平齐，EF是半径为R的一段圆弧，圆弧的圆心为O，，如果通过改变墙壁观察孔的左右宽度，使地下室的人通过移动位置刚好也能观察到外界范围内的景物，则此时墙壁观察孔左右宽度至少应该为多大？ 【答案】（1）2；（2）2.5d 【详解】（1）光路图如图所示 在B点，根据折射定律有 根据几何关系有 解得 （2）光路图如图所示 在F点，根据折射定律有 其中， 又 解得 即此时墙壁观察孔左右宽度应该增加为。 物理光学 7．（23-24高二下·湖南长沙·期末）以下现象能说明光具有粒子性的是（    ） A．用紫外线照射锌板时有电子射出 B．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色 C．光的偏振 D．泊松亮斑 【答案】A 【详解】A．用紫外线照射锌板时有光电子逸出，这是光电效应现象，说明光具有粒子性，故A正确； B．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色，是薄膜干涉现象，说明光具有波动性，故B错误； C．光的偏振现象是波特有的现象，与光的粒子性无关，故C错误； D．泊松亮斑是光绕过障碍物发生衍射的现象，说明光具有波动性，故D错误。 故选A。 8．（23-24高二下·湖南湘西·期末）（多选）如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是（　　） A．彩虹的成因是光的反射 B．彩虹的成因是光的折射 C．彩虹的倒影是由光的折射引起的 D．彩虹的倒影是由光的反射引起的 【答案】BD 【详解】AB．彩虹的成因是光的折射引起的，故A错误，B正确； CD．倒影的形成是因为光在水面上发生了反射，故C错误，D正确。 故选BD。 9．（23-24高二下·湖南·期末）（多选）为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水中有一点光源S，能同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域内只有b光，中间小圆内为复色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的折射率大于b光的折射率 B．在水中，a光的传播速度大于b光的传播速度 C．观察到的光源S的位置比实际位置浅一些 D．通过相同的单缝，a光的衍射现象比b光更明显 【答案】AC 【详解】A．环状区域内只有b光，可知a光发生全反射时，b光未发生全反射，则a光的临界角小于b光的临界角，因此由可知，a光的折射率大于b光的折射率，故A正确； B．由可知，在水中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故B错误； C．由于折射的原因，观察到光源的位置比实际位置浅一些，故C正确； D．a光的折射率大于b光的折射率，a光的频率大于b光的频率，根据可知，a光的波长小于b光的波长，所以通过相同的单缝，b光的衍射现象比a光更明显，故D错误。 故选AC。 10．（23-24高二下·湖南郴州·期末）如图所示，一束可见光穿过玻璃三棱镜后，变为三束单色光。关于a光b光和c光，下列说法正确的是（　　） A．c光可能是红光 B．在玻璃三棱镜中c光的速度大于a光的速度 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．c光比a光更容易发生衍射 【答案】C 【详解】A．对同一种介质，光的频率越大，其折射率就越大，折射时的偏折程度就越大；红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光中，由红到紫光的频率越来越大、折射率依次越来越大，红光的频率和折射率最小，紫光的频率和折射率最大。由光路图可知，偏折程度从大到小的顺序为c、b、a，则三种光的折射率及频率从大到小的顺序为c、b、a，所以c光不可能是红光，故A错误； B．a光折射率小于c光折射率，根据，知玻璃三棱镜中，c光的传播速度小于a光的传播速度，故B错误； CD．b光及c光的频率均大于a光频率，根据，知b光及c光的波长均小于a光的波长，所以a光比c光更容易发生衍射，根据，通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大，故C正确，D错误。 故选C。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $$