专题33 光学的简单应用（解析版）2020年全国百所名校最新高考物理模拟试题全解汇编

2020 年全国百所名校最新高考模拟试题全解汇编 光学的简单应用 1、（2020·山东省济南钢铁高中高三下学期 3 月初模拟）雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后 在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。如图，太阳光从左侧射入球形水滴， a、b 是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光。下面说法正确的是（ ） A. a 光线是红光，b 光线是紫光 B. 用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a 光条纹间距大于 b 光条纹间距 C. a 光在水滴中的传播时间比 b 光在水滴中的传播时间长 D. 遇到同样的障碍物，a 光比 b 光更容易发生明显衍射 【答案】C 【解析】 ABD．a、b 两种光在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a 光的折射角小于 b 光，根据折射定律可知，a 光的折射率大于 b 光，所以 a 是紫光，b 是红光，a 光的波长小于 b 光，根据 可知用同一双缝干 涉仪做光的双缝干涉实验，a 光条纹间距小于 b 光条纹间距；遇到同样的障碍物， b 光比 a 光更容易发生 明显衍射，故 ABD 错误； C．令太阳光在水滴表面发生折射现象时，a 光的折射角为 α，b 光的折射角为 β，则球形水滴的半径为 R， 所以 a 光在水滴中的传播路径长为 xa=4R•cosα，b 光在水滴中传播的路径长为 xb=4Rcosβ，因为 α＜β，所以 xa＞xb，又因为光在介质中的传播速度为 ，因为 na＞nb，所以 va＜vb，光在水滴中的传播时间为 lx d λ∆ = cv n =，所以 a 光在水滴中的传播时间比 b 光在水滴中的传播时间长，故 C 正确。 故选 C。 2、.（2020·广东省高三下学期 3 月线上测试）下列有关光学现象的说法正确的 是 ． A. 光从光疏介质射入光密介质，若入射角大于临界角，则一定发生全反射 B. 做双缝干涉实验时，用红光替代紫光，相邻明条纹间距变大 C. 在白光下观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹是等间距的 D. 光的偏振现象表明光是横波 E. 在同一种物质中，波长越短 光传播速度越小 【答案】BDE 【解析】 A．全反射发生的条件是光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，故 A 错误； B．根据双缝干涉实验，相邻条纹间距 ，波长越长则干涉条纹间距越大，而红光的波长大于紫光 波长，则红光的干涉条纹间距比紫光的大，故 B 正确； C．根据 以及不同颜色的光波长不同可知，不同颜色的光缠身的干涉条纹间距不同，故在白光下 观察肥皂泡，其表面的相邻各条纹的间距是不等的，故 C 错误； D．光的偏振现象证明了光是横波，纵波不能发生光的偏振现象，故 D 正确； E．在同一种物质中，不同波长的光传播速度不同，波长越短，波速越小，故 E 正确． 3、（2020·山东高三模拟试题）一半圆形玻璃砖，C 点为其球心，直线 与玻璃砖上表面垂直，C 为垂足， 如图所示。与直线 平行且到直线 距离相等的 ab 两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射 后相交于图中的 P 点，以下判断正确的是（　　） 的 xt v ＝ Lx d λ= Lx d λ= OO′ OO′ OO′A. 两光从空气射在玻璃砖后频率均增加 B. 真空中 a 光的波长大于 b 光 C. a 光的频率比 b 光高 D. 若 a 光、b 光从同一介质射入真空，a 光发生全反射的临界角大于 b 光 【答案】BD 【解析】 A．光在两种介质的界面处不改变光的频率，A 错误； BC．由题分析可知，玻璃砖对 b 束光的折射率大于对 a 束光的折射率，b 光的频率高，由 得知，在 真空中，a 光的波长大于 b 光的波长，B 正确 C 错误； D．由 分析得知，a 光的折射率 n 小，a 光发生全反射的临界角大于 b 光发生全反射的临界角， 故 D 正确。 故选 BD。 4、（2020·湘赣皖长郡中学等十五校高三下学期第一次考试）如图所示，一束红光从空气射向折射率 n= 种玻璃的表面，其中 i 为入射角，则下列说法正确的是（　　） c fλ= 1sinC n = 2A. 当 i=45°时会发生全反射现象 B. 无论入射角 i 为多大，折射角 r 都不会超过 45° C. 当入射角的正切值 tani= ，反射光线与折射光线恰好相互垂直 D. 光从空气射入玻璃，速度减小 E. 若将入射光换成紫光，则在同样入射角 i 的情况下，折射角 r 将变大 【答案】BCD 【解析】 A．光线从空气进入玻璃中时，由光疏射向光密介质，不可能会发生全反射现象，选项 A 错误； B．根据 当 i=90°时 r=45°，可知无论入射角 i 为多大，折射角 r 都不会超过 45°，选项 B 正确； C．当反射光线与折射光线恰好相互垂直时，则 解得 选项 C 正确； D．光从空气射入玻璃，由光疏射向光密介质，速度减小，选项 D 正确； E．若将入射光换成紫光，则由于紫光的折射率大于红光，则在同样入射角 i 的情况下，折射角 r 将变小， 2 sin sin in r = sin2 sin(90 ) i i = − tan 2i =选项 E 错误。 故选 BCD。 5、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第二次检测）如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，用波长为5.30×10 －7m 的激光，屏上 P 点距双缝 S1 和 S2 的路程差为 7.95×10－7m．则在这里出现的应是__________（填“明条 纹”或“暗条纹”）．现改用波长为 6.30×10－7m 的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距 将_________（填“变宽”、“变窄”或“不变”）． 【答案】 (1). 暗条纹； (2). 变宽； 【解析】 屏上 P 点距双缝 s1 和 s2 的路程差为 7.95×10-7m，则 ，3 是奇数，故在 P 点出现 暗条纹．根据△x= λ 知，波长变大，则条纹间距变宽． 6、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第二次检测）如图所示，透明圆柱体的折射率 ，其半径 R=30cm，O 点为圆心，AB 为其中的一直径，有一束平行光沿平行于 AB 方向射向圆柱体，已知真空中光速 为 c=3.0 108m/s。求： ①沿直径 AB 射入的光线穿过圆柱体的时间 t； ②假如在该平行光中有一光线经圆柱体折射后刚好到达 B 点，则该光线的入射角 α。 7 7 7.95 10 31 5.3 102 2 sn λ − − ×= = = × ×  L d 3n = ×【答案】① s；② 【解析】 ①光在该圆柱体中的传播速度为 沿直径 AB 射入的光线穿过圆柱体的时间 ②设光线 PC 经折射后刚好到达 B 点。光路图如图所示： 假设入射角为 α，折射角为 β ，则由折射定律有 又由几何关系有 代入解得 7、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第一次检测）如图所示，阳光与水平面的夹角为 θ。现修建一个截 93.5 10−× 060 83 10 m/scv n = = × -9 8 2 2 0.3 s 3.5 10 s 3 10 Rt v ×= = = × × sinn sin = α β 2=α β 60α = °面为梯形的鱼塘，欲使它在注满水的情况下，阳光可以照射到整个底部。光在水中的传播速度 v=___；鱼塘 右侧坡面的倾角 α 应满足的条件是__。（设光在真空中的速度为 c，水的折射率为 n） 【答案】 (1). (2). 【解析】 [1]光在水中的传播速度 [2]欲使鱼塘注满水的情况下，阳光可以照射到整个底部，则折射光线与底部的夹角大于等于 α，故折射角 又入射角 根据折射定律有 则有 所以 8、（2020·陕西省咸阳市高三下学期 3 月第二次模拟）.有一玻璃球冠，右侧面镀银，光源 S 位于其对称轴上， cv n = coscos n θα ≥ cv n = π 2 γ α≤ − π 2i θ= − sin sin in γ= πsin( ) cos2 π cossin( )2 n θ θ αα − ≥ = − coscos n θα ≥如图所示.从光源 S 发出的一细光束射到球面上的 A 点，其反射光恰好垂直于球冠的对称轴，折射进入玻璃 球冠内的光经右侧镀银面第一次反射后恰能沿原路返回.若球面半径为 R，球冠高为 ，玻璃折射率为 ， 光在真空中的传播速度为 c.求： （1）光源 S 与球冠顶点 M 之间的距离 SM； （2）光在玻璃中的传播时间. 【答案】（1） ，（2） 【解析】 （1）经右侧镀银面第一次反射恰能沿原路返回，说明折射光垂直于右侧镀银面，其光路如图所示。 设光在 A 点射入玻璃，入射到右侧镀银面的 B 点，并按原路返回 由题意可知： 由折射定律得： 2 R 3 ( 3 1)SM SO R R= − = − (3 3)Rt c −= 2 πα β+ =解得 ， 设球冠的球心为 O，对三角形 OAS： 所以，三角形 OAS 为等腰三角形。 光源 S 与球冠顶点 M 之间的距离： （2） 光在玻璃中的传播时间为 解得： 9、（2020·普通高等学校全国统一考试内参模拟一全国 III 卷）一足够长宽为 L 的长方体透明介质与右侧的 荧光屏平行放置，其右表面距离荧光屏的距离也为 L，在透明介质的左侧 L 处有一点光源 S，该光源在荧光 屏上的投影点为 O，点光源 S 发出一细光束，光束与透明介质表面呈 =45°，细光束经透明介质折射后射 sin sinn α β= 3 πα = 6 πβ = 6 πθ α β= − = SA OA R= = 2 cos 3SO R Rθ= = ( 3 1)SM SO R R= − = − 3 1 2 2 RAB OD R −= − = cv n = 2ABt v = (3 3)Rt c −= α到荧光屏上的 A 点，经测量可知 AO 两点之间的距离为 ，已知光在真空中的速度为 c。求： (1)该透明介质的折射率大小为多少？ (2)细光束从发射到射到荧光屏上的时间为多少？ 【答案】(1) ；(2) 【解析】 (1)作出光路图如图所示 入射角为 ，设折射角为 ，光束从透明介质出射时偏离人射点距离为 ，则有 则有 3(2 )3 L+ 2 2 2L c 45α = ° β x 3 3x L= 2 2 1sinβ 2 x x L = = +由折射定律 (2)细光束在透明介质中 速度 由几何关系有 解得 光束在空气中的传播时间为 因此光束从发射到射到荧光屏上的时间为 的 sinα 2sinβn = = cv n = 2 2 1x L vt+ = 1 2 6 3 Lt c = 2 2 2Lt c = 1 2 (2 6 6 2) 3 Lt t t c += + =