十年高考(2003—2012)物理试题分类解析
专题24 光学
一.2012年高考题
1.(2012·江苏物理)如题12B-1 图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P 和Q,A 点位于P、Q 之间,B 点位于Q 右侧. 旋转偏振片P, A、B 两点光的强度变化情况是________ .
(A) A、B 均不变
(B) A、B 均有变化
(C) A 不变,B 有 变 化
(D) A 有变化,B 不变
1.【答案】C
【解析】白炽灯光是自然光,旋转偏振片P, A点光的强度不变,B 点光的强度变化,现象C正确。
【考点定位】此题考查光的偏振实验。
2.(2012·四川理综)a、b两种单色光组成的光束从介质进入空气时,其折射光束如图所示。用a、b两束光
A.先后照射双缝干涉实验装置,在缝后屏上都能出现干涉条纹,由此确定光是横波
B.先后照射某金属,a光照射时恰能逸出光电子,b光照射时也能逸出光电子
C.从同一介质以相同方向射向空气,其界面为平面,若b光不能进入空气,则a光也不能进入空气
D.从同一介质以相同方向射向空气,其界面为平面,a光的反射角比b光的反射角大
2.【答案】:C
【解析】:由题图给出的折射光束可知,a光折射率大于b光,a光频率大于b光。用a、b两束光,先后照射双缝干涉实验装置,在缝后屏上都能出现干涉条纹,由此确定光具有波动性,不能确定是横波,选项A错误;用a、b两束光,先后照射某金属,a光照射时恰能逸出光电子,b光照射时不能发生光电效应,
3.(201·天津理综)半圆形玻璃砖横截面如图,AB为直径,O为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖,两入射点到O的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则a、b两束光
A.在同种均匀介质中传播,a光的传播速度较大
B.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大
C.若a光照射某金属表面能发生光电效应,b光也一定能
D.分别通过同一双缝干涉装置,a光的相邻亮条纹间距大
3.【答案】ACD
选项D正确。
【考点定位】本题考查光的折射、全反射、光电效应和双缝干涉实验等,意在考查考生综合运用光学知识的能力。
4. (2012·北京理综)一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的
A. 速度变慢,波长变短
B. 速度不变,波长变短
C. 频率增高,波长变长
D. 频率不变,波长变长
4.【答案】:A
【解析】:一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的速度变慢,波长变短,频率不变,选项正确。
【考点定位】此题考查光的传播及其相关知识。
5. (2012·全国理综)在双缝干涉实验中,某同学用黄光作为入射光,为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有
A.改用红光作为入射光
B.改用蓝光作为入射光
C.增大双缝到屏的距离
D.增大双缝之间的距离
5.【答案】:AC
【解析】:根据双缝干涉实验条纹间隔公式,为了增大干涉条纹的间距,该同学可以采用的方法有,改用波长较长的红光作为入射光,增大双缝到屏的距离L,减小双缝之间的距离d,选项AC正确。
【考点定位】此题考查双缝干涉实验。
6.(2012·上海物理)下图为红光或紫光通过双缝或单缝所呈现的图样,则 ( )
(A)甲为紫光的干涉图样 (B)乙为紫光的干涉图样
(C)丙为红光的干涉图样 (D)丁为红光的干涉图样
【答案】:B【解析】:双缝干涉图样等间隔,波长与条纹间隔成正比,所以甲为红光的干涉图样,乙为紫光的干涉图样,选项B正确。
【考点定位】此题考查光的双缝干涉和单缝衍射图样的识别。
7(2012·山东理综)如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。来自B 点的光线BM在M点射出。出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,求
①玻璃的折射率。
②球心O到BN的距离 。
【答案】①n= ②d=R
【解析】
联立上述各式得 d=R。
【考点定位】此题考查光的折射定律、全反射及其相关知识。
8.(9分)(2012·新课标理综)一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。
.【解析】如图,考虑从玻璃立方体中心O点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射。
根据折射定律有nsinθ=sinα ①
式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角。
现假设A点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点。由题意,在A点刚好发生全发射,故 ②
设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有
③
式中a为玻璃立方体的边长。由①②③式得
④
由题给数据得 ⑤
由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为RA的圆。所求的镀膜面积与玻璃立方体的表面积S之比为
⑥
由⑤⑥式得 ⑦
【考点定位】此题考查光的折射及其相关知识。
9(2012·海南物理)一玻璃三棱镜,其截面为等腰三角形,顶角θ为锐角,折射率为。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜。不考虑棱镜内部的反射。若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧(如图),且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角θ可在什么范围内取值?
【答案】0<θ<45°
【解析】设入射光线经玻璃折射时,入射角为i,折射角为r,射至棱镜右侧面的入射角为α。根据折射定律有 sini=nsinr,①
由几何关系得:θ=α+r, ②③④
当i=0时,由①式知r=0,α有最大值αm(如图),
由②式得,θ=αm。③
同时应小于玻璃对空气的全反射临界角,
即 sin αm<1/n ④
由①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角θ的取值范围为0<θ<45°。
【考点定位】此题考查折射定律、全反射及其相关知识。
二.2011年高考题
1(2011·安徽理综卷)实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长的变化符合科西经验公式:,其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如下图所示。则
A.屏上c处是紫光
B.屏上d处是红光
C.屏上b处是紫光
D.屏上a处是红光
.答案:D
解析:此题考查光的色散、折射率等知识点。由于屏上d处光偏向角最大,说明折射率最大,由可知d处光波长最小,所以d处光是紫光,a处是红光,选项D正确。
2(2011·福建理综)如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在白光屏上呈现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是
A.减弱,紫光 B.减弱,红光
C.增强,紫光 D.增强,,红光
3(2011·全国理综卷)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是
A.紫光、黄光、蓝光和红光
B. 紫光、蓝光、黄光和红光
C.红光、蓝光、黄光和紫光
D. 红光、黄光、蓝光和紫光
答案:B 解析:由图可知,折射率最大的是a,折射率最小的是d,所以选项B正确。
4(2011·浙江理综)“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。下图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似,可表述为(式中是入射角,是折射角,ν1,ν2 分别是超声波在肝外和肝内的传播速度),超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同,已知ν2=0.9v1入射点与出射点之间的距离是d,入射角为i,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行,则肿瘤离肝脏表面的深度h为
A. B.
C. D.
.答案:D
解析:此题考查对信息的理解和应用,考查光的反射定律、折射定律等知识点。画出波传播的波路图,由图可知,折射角r的正弦值sinr=,由题给的可得,=,联立解得h=,选项D正确。
5(2011重庆理综卷第18题)在一次讨论中,老师问道:“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测发现,b 在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大。关于这三种光在水中的性质,同学们能做出什么判断?”有同学回答如下:
①c光的频率最大 ②a光的传播速度最小
③b光的折射率最大 ④a光的波长比b光的短
根据老师的假定,以上回答正确的是
A. ①② B. ①③
C. ②④ D. ③④
【答案】C
【点评】此题考查视深、全反射、频率与折射率关系、光速与折射率关系、波长与折射率关系等,意在考查对有关规律的理解和掌握情况。
6. (2011·天津理综第6题)甲、乙两单色光分别通过一双缝干涉装置得到各自的干涉图样,设相邻两个亮条纹的中心距离为,若x甲> x乙,则下列说法正确的是
A. 甲光能发生偏振现象,乙光则不能发生
B. 真空中甲光的波长一定大于乙光的波长
C. 甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量
D. 在同一均匀介质甲光的传播速度大于乙光
6.答案:BD解析:此题考查波动光学、折射率、光子能量及其相关知识点。光的偏转现象说明光是横波,甲、乙光都能发生偏振现象,选项A错误;由双缝干涉条纹间隔公式可知,真空中甲光的波长一定大于乙光的波长,选项B正确;由E=hc/λ可知,甲光的光子能量一定小于乙光的光子能量,选项C错误;甲光的折射率小于乙,由n=c/v可知,在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光,选项D正确。
7.(2011四川理综卷第15题)下列说法正确的是
A. 甲乙在同一明亮空间,甲从平面镜中看见乙的眼睛时,乙一定能从镜中看见甲的眼睛
B. 我们能从某位置通过固定的任意透明介质看见另一侧的所有景物
C. 可见光的传播速度总是大于电磁波的传播速度
D. 在介质中光总是沿直线传播
7.答案:A
8. (2011·上海物理)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像,则
(A)图像(a)表明光具有粒子性
(B)图像(c)表明光具有波动性
(C)用紫外光观察不到类似的图像
(D)实验表明光是一种概率波
答案:ABD解析:用紫外光也可观察到类似的图像,选项C错误。
9.(2011·上海物理)如图,当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时,在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑。这是光的 (填“干涉”、“衍射”或“直线传播”)现象,这一实验支持了光的 (填“波动说"、“微粒说"或“光子说")。
答案:衍射 波动说。
10 (2011江苏物理一束光从空气射向折射率为的某种介质,若反射光线与折射光线垂直,则入射角为__________。真空中的光速为c ,则光在该介质中的传播速度为________________ .
答案:60° c
解析:设入射角和折射角分别为i和r,则i+r=90°,n=,联立解得i=60°;由n=c/v解得v=c/n=c。
11(2011山东理综卷)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。
解析:①由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°
根据折射定律得 n=sini/sinr
代入数据解得n=。
②由图中几何关系可知,折射光线中恰好射到M点的光线,在M点的入射角仍为30°,小于临界角arcsin(/3),不能发生全反射。
12(2011海南物理)一赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端=0.8m处有一浮标,示意如图。一潜水员在浮标前方=3.0m处下潜到深度为=4.0m时,看到标记刚好被浮标挡住,此处看不到船尾端Q;继续下潜△h=4.0m,恰好能看见Q。求:
(i)水的折射率n;
(ii)赛艇的长度l。(可用根式表示)
解析:(i)设过P点光线,恰好被浮子挡住时,入射角、折射角分别为:α、β则:
①、
②、
③
13(2011新课标理综卷第34题)一半圆柱形透明物体横截面如图所示,地面AOB镀银,O表示半圆截面的圆心,一束光线在横截面内从M点的入射角为30,角MOA=60,
角NOB=30。求:
(i)光线在M点的折射角;
(ii)透明物体的折射率。
解析:(i)如图,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面EF对称,QPN三点共线。设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,∠OMQ=α,∠PNF=β.根据题意有α=30°,①
由几何关系得∠PNO=∠PQO=r,于是β+r=60° ②
且α+r=β ③
由①②③式得r=15°。④
(ii)根据折射率公式有sini=nsinr ⑤
由④⑤式得n=。
三.2010年高考题
1.(2010·北京理综)对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列表述正确的是
A.在相同介质中,绿光的折射率最大 B.红光的频率最高
C.在相同介质中,蓝光的波长最短 D.黄光光子的能量最小
【答案】C
频率大的光在真空中和介质中的波长都小,蓝光的波长最短,选项C正确。频率大,光子能量大,选项D错。
2.(2010·重庆理综)如题20图所示,空气中有一折射率为的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB、一束平行光平行于横截面,以45°入射角射到OA上,OB不透光,若考虑首次入射到圆弧AB上的光,则 AB上有光透出的部分的弧长为
A.R B.R C.R D.R
【答案】B
【解析】根据折射定律,可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°。过O的光线垂直入射到圆弧AB界面上点C射出,而接近O点的光线进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°,从F点射出,F到B之间没有光线射出;越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大,发生全反射的可能性越大,根据临界角公式得临界角为45°,如果从AO界面上射入上有光透出的部分为弧DF,对应的角度为α=30°+15°=45°,弧长为s=αR=R ,所以选项B正确。
3(2010·新课标理综)如图,一个三棱镜的截面为等腰直角ABC,为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为_________.(填入正确选项前的字母)
A、 B、 C、 D、
答案:A,解析:根据折射率定义有,,,已知∠1=450∠2+∠3=900,解得:n=。
4(2010山东理综)如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出。
①求该玻璃棒的折射率。
②若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时_____(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射。
解析:①根据一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射可知临界角C=45°,由C=arcsin(1/2),得该玻璃棒的折射率n=。
②能。若将入射光向N端平移,射到弧面EF上时,入射角增大,能发生全反射。
(1)(6分) (2010海南物理)一光线以很小的入射角射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃,求出射光线与入射光线之间的距离(很小时.)
解析:
(1)如图,设光线以很小的入射角入射到平板玻璃表面上的A点,折射角为,从平板玻璃另一表面上的B点射出。设AC为入射光线的延长线。由折射定律和几何关系可知,它与出射光线平行。过B点作,交于D点,则的长度就是出射光线与入射光线之间的距离,由折射定律得
①
由几何关系得 ②
③
四.2009年高考题
1. (2009·全国理综1)某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜,两平面镜相互平行,物体距离左镜4m,右镜8m,如图所示,物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是
A.24m B.32m C.40m D.48m
2(5分)(2009·海南物理)如图,一透明半圆柱体折射率为n=2,半径为R、长为L。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入,从部分柱面有光线射出。球该部分柱面的面积S。
解析:
半圆柱体的横截面如图所示,OO’为半径。设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件,由折射定律有
Nsinθ=1,
式中,θ为全反射临界角。由几何关系得
∠O’ OB=θ ②
S=2RL·∠O’ OB ③
带入题给条件得
④
五.2008年高考题
1.(2008·四川理综)如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°。己知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为
A. B.1.5 C. D.2
.答案:C解析:考查光的折射、反射、光路图及折射定律等知识点。根据题述和对称性画出光路图如图所示。由图可知,光在玻璃球中折射角为r=30°,由折射定律可得玻璃折射率n=sini/sinr=,所以选项C正确。
2. (2008年全国理综1)一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角θ射入,穿过玻璃砖自下表射出.已知该玻璃对红光的折射率为1.5.设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2,则在θ从0°逐渐增大至90°的过程中
A.t1始终大于t2 B.t1始终小于t2
C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2
终小于t2,选项B正确。
六.2007年高考题
1(2007年北京高考理综)光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。以下关于光导纤 维的说法正确的是
A、内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B、内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C、内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
D、内芯的折射率比外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
2.(2007年高考海南物理)如图,置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将一光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.0cm,刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。
解析:当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时,射到遮光边缘O的那条光线的入射角最小。
若线光源底端在A点时,望远镜内刚好可以看到此光源底端,设过O点液面的法线为OO1,则
①
其中a为此液体到空气的全反射临界角。由折射定律有
②
同理,若线光源顶端在B1点时,通过望远镜刚好可以看到此光源顶端,则。设此时线光源底端位于B点。由图中几何关系可得
③
联立②③式得 ④
由题给条件可知 ,
代入③式得 n=1.3
3、(14分)(2007·江苏物理)如图所示,巡查员站立于一空的贮液池边,检查池角处出液口的安全情况。已知池宽为L,照明灯到池底的距离为H。若保持照明光束方向不变,向贮液池中注入某种液体,当液面高为H/2时,池底的光斑距离出液口L/4。
(1)试求当液面高为2H/3时,池底的光斑到出液口的距离x。
(2)控制出液口缓慢地排出液体,使液面以v0的速率匀速下降,试求池底的光斑移动的速率v x 。
解析:
⑴:由几何关系知: ①
液面高度变化,折射角不变,由,得:
②
联立①②解得 x=.h
当液面高为h=2H/3时,
七.2006年高考题
1. (2006·广东物理)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中,发生了图2所示的折射现象(α>β).下列结论中正确的是
A.光束b的频率比光束a低
B.在水中的传播速度,光束a比光束b小
C.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
D.若光束从水中射向空气,则光束b的临界角比光束a的临界角大
答案:C
解析:从折射光路图可知a光的折射率小,则其频率小,在水中的传播速度v=知速度大.光从水射入空气的临界角C=arcsin,则a光临界角大,所以只有C项正确,ABD项是错误的.
2.(2006·全国理综1)红光和紫光相比,
A.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较大
B.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速度较大
C.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较小
D.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速度较小
答案:B解析:由光子能量公式,红光频率降低,光子的能量较小;红光折射率较小根据n=c/v可知,在同一种介质中传播时红光的速度较大,选项B正确。
3.(2006·北京理综)水的折射率为n,距水面深h处有一个点光源,岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为
A.2htan(arcsin) B.2htan(arcsin n)
C. 2htan(arccos) D.2hcot(arccos n)
答案: A 解析:由sinC=,sinC=1/n解得r= htan(arcsin),岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为2r=2htan(arcsin),选项 A正确。
八.2005年高考题
(2005·全国理综3)两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2。已知θ1>θ2。用n1、n 2分别表示水对两单色光的折射率,v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度
A . nl<n2、v1<v2 B.nl<n2、v1>v2
C.nl>n2、v1<v2 D.nl>n2、v1>v2
答案:B解析:由sinθ=1/n,n=c/v可知,nl<n2、v1>v2,选项B正确。
5.(2005·广东物理)如图2所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是
A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小
B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大
C.玻璃对红光的折射率比紫光大
D.玻璃中紫光的传播速度比红光大
九.2004年高考题
1.(2004·江苏物理)下列说法正确的是 A.光波是—种概率波 B.光波是一种电磁波
C.单色光从光密介质进入光疏介质时.光子的能量改变
D.单色光从光密介质进入光疏介质时,光的波长不变
2.(2004·全国理综1)发出白光的细线光源ab,长度为 l0 ,竖直放置,上端a 恰好在水面以下,如图。现考虑线光源ab发出的靠近水面法线(图中的虚线)的细光束经水面折射后所成的像,由于水对光有色散作用,若以l1表示红光成的像的长度,l2 表示蓝光成的像的长度,则
A. l1< l2< l0 B. l1> l2> l0
C. l2 > l1> l0 D. l2 < l1< l0
答案:D解析:根据视深公式,线光源ab的视长度(成的像的长度)为l0/n,由于蓝光的折射率大于红光,蓝光成的像的长度小于红光,选项D正确。
3(2004·江苏物理)如图所示,只含黄光和紫光的复色光束PO,沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后,被分成两光束OA和OB沿如图所示方向射出.则
A.OA为黄光,OB为紫光
B.OA为紫光,OB为黄光
C.OA为黄光,OB为复色光
D.Oa为紫光,OB为复色光
答案:C解析:由于黄光折射率小于紫光,黄光临界角大于紫光,所以OA为黄光,OB为复色光,选项C正确。
60°
图2