（绝杀2013）高考物理 模拟+权威预测 专题十六光学

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【绝杀2013】2013届高考物理模拟+权威预测：专题十六光学
【模拟演练】
1.(2012·衡水模拟)如图所示，一束白光从顶角为θ的三棱镜一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上彩色光带先后全部消失.则( )
A. 红光最先消失，紫光最后消失
B. 紫光最先消失，红光最后消失
C. 紫光最先消失，黄光最后消失
D. 红光和紫光同时消失
2.(2012·丽水模拟)在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏上观察到了彩色条纹，若在双缝中的一缝前放红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放绿色滤光片(只能透过绿光)，这时( )
A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色条纹消失
B.红色和绿色双缝干涉条纹消失，其他颜色条纹仍存在
C.任何颜色的干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮
3.(2012·临沂模拟)如图所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P、Q两个面相互平行且与M、N垂直.一束光射到表面M上(光束不与M平行)，则( )
A.如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射
B.无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射
C.光可能在表面N发生全反射
D.由于M与N平行，光只要通过M就不可能在表面N发生全反射
4.(2012·锦州模拟)光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰
D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
5.(2012·黄冈模拟)△OMN为等腰玻璃三棱镜的横截面．a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示．由此可知( )
A.棱镜内a光的传播速度比b光的小
B.棱镜内a光的传播速度比b光的大
C.玻璃棱镜对a光的折射率比对b光的大
D.玻璃棱镜对a光的折射率比对b光的小
6.(2012·朝阳模拟)如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R，直径为MN，一束白光从Q点以垂直于直径MN的方向射入半圆形玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，打到光屏上得到由红到紫的彩色光带.已知QM＝.如果保持入射光线和光屏的位置不变，而使半圆形玻璃砖沿直径方向向上或向下移动，移动的距离小于，则有 ( )
A.半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上红光最先消失
B.半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上紫光最先消失
C.半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上红光最先消失
D.半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上紫光最先消失
7.(2011·黄冈模拟)在完全透明的水下某深处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形的透光圆面，若透光圆面的半径匀速增大，则光源正 ( )
A.加速上升 B.加速下降
C.匀速上升 D.匀速下降
8.(2011·河南模拟)如图所示，是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的 ( )
A.a的上表面和b的下表面
B.a的上表面和b的上表面
C.a的下表面和b的上表面
D.a的下表面和b的下表面
9.(2011·黄冈模拟)如图所示，两光屏间放有两个偏振片，它们四者平行共轴，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，则关于光屏上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是 ( )
A.光屏上光的亮度保持不变
B.光屏上光的亮度时亮时暗
C.光屏上有两条与偏振片P、Q透振方向对应的亮线
D.光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动
10.(2011·金华模拟)如图所示，两块相同的等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，从a、b两点射出.对于从a、b射出的这两束光，下列说法正确的是 ( )
A.从a、b两点射出的两束光不平行
B.从a、b两点射出的两束光仍平行，且平行于BC
C.从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光
D.从a点射出的为蓝光，从b点射出的为红光
11.(2011·石家庄模拟)一个等腰直角三棱镜的截面如图所示，一细束蓝光从AC面的P点沿平行底面AB方向射入棱镜后，经AB面反射，再从BC面的Q点射出，且有PQ∥AB(图中未画光在棱镜内的光路).如果将一细束绿光仍从P点沿平行底面AB方向射入三棱镜，则从BC面射出的光线 ( )
A.仍从Q点射出，出射光线平行于AB
B.仍从Q点射出，出射光线不平行于AB
C.可能从Q′点射出，出射光线平行于AB
D.可能从Q″点射出，出射光线平行于AB
12.(2012·宿迁模拟)某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射．
(1)若某次观察光的衍射时游标卡尺的示数如图所示，则卡尺两测脚间的狭缝宽度为_________.
(2)在利用游标卡尺两脚之间形成的狭缝观察光的衍射时，总结出的以下几点中正确的是_________．
A.若狭缝与灯丝平行，则衍射条纹与狭缝平行
B.衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，衍射条纹越窄
C.衍射条纹的间距与光的波长有关，光的波长越长，衍射条纹越宽
D.衍射条纹的间距与光的频率有关，光的频率越大，衍射条纹越宽
13.(2012·济宁模拟)如图所示，含有两种单色光的一细光束，以入射角θ射入厚度为d的平行玻璃砖中，该玻璃砖对两种单色光的折射率分别为n1和n2，且n1>n2.求两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离.
14.(2012·临沂模拟)如图所示，直角三角形ABC为一三棱镜的横截面，∠A=
30°.一束单色光从空气射向BC上的E点，并偏折到AB上的F点，光线EF平行于底边AC.已知入射光线与BC的夹角为θ=30°.试通过计算判断光在F点能否发生全反射.
【高考预测】
从近几年的高考来看，2013年的高考热点应集中在以下几方面：
(1)光的折射定律和不同物体的折射率及全反射问题是考查的热点.
(2)光的特性与具体应用技术相结合的考查.
(3)折射率和全反射的有关计算结合光路图考查.
(4)测定玻璃砖的折射率和用双缝干涉测波长是实验部分的考点.
对该部分内容的命题预测点如下：
考查知识及角度 高考预测
光的折射、全反射和光速 1、3
光的特性 2、4
折射率和全反射的有关计算 5、6
测定玻璃砖的折射率和用双缝干涉测波长 7
1.两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β).下列结论中正确的是 ( )
A.光束b的频率比光束a的低
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
2.下列有关光现象的说法正确的是( )
A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大
B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射
C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射
D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
3.如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体，一单色光从P的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nP＞nQ，射到P上表面的光线与P的上表面的夹角为θ，下列判断正确的是( )
A.光线一定在Q的下表面发生全反射
B.光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定等于θ
C.光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定大于θ
D.光线一定能从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定小于θ
4.登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重损伤视力．有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜．他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为ν＝8.1×1014 Hz.
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是____________________________．
(2)这种“增反膜”的厚度至少是多少？
(3)以下有关薄膜干涉的说法正确的是( )
A.薄膜干涉说明光具有波动性
B.如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行
C.干涉条纹一定是彩色的
D.利用薄膜干涉也可以“增透”
5.为从军事工事内部观察外面的目标,在工事壁上开一长方形孔,设工事壁厚d=34.64 cm,孔的宽度L=20 cm,孔内嵌入折射率n=的玻璃砖,如图所示.试问:
(1)嵌入玻璃砖后,工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少
(2)要想使外界180°范围内的景物全被观察到,则应嵌入折射率多大的玻璃砖
6.(1)一台激光器发出一束单色光，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为多少？
(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．要使射到粗细均匀的圆形截面光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
7.现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长.
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.
(2)本实验的步骤有
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.
在操作步骤②时还应注意________和________.
(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示.然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数_______mm，求得相邻亮纹的间距Δx为________mm.
(4)已知双缝间距d为2.0×10-4 m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ=________，求得所测红光波长为________nm.
答案解析
【模拟演练】
1.【解析】选B.白光射到AB边上后其光路如图所示，由于紫光的折射率大，偏折程度大，紫光在AC边上入射角也大，又因其临界角小，则紫光首先发生全反射，最先消失，而红光最后消失.
2.【解析】选C.双缝透过的红光和绿光的频率不相等，不满足形成干涉的条件，不会出现干涉条纹，但红光和绿光各自通过狭缝，会发生明显的衍射，因此屏上可看到衍射图样的光.
3.【解析】选B、D.如图a所示，光射到表面M的入射角为i(i≠90°)，折射角为r，
则sinr=<=sinC，即sinr【误区警示】机械地记住光从光密介质到光疏介质，可能发生全反射，而不具体分析光通过表面M后射到表面N光线的入射角的大小是否大于临界角，而错选C.
4.【解析】选D.通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹，是光的衍射现象，D不正确．
5.【解析】选B、D． a、b两束光射到OM、ON上的入射角是相同的，由题图可知b光已发生全反射，而a光仍有折射，说明b光的全反射临界角比a光的全反射临界角小，所以b光的折射率大于a光的折射率，即nb＞na，故D正确；在介质内的传播速度v＝，所以棱镜内a光的传播速度va比b光的传播速度vb大，故B正确．
6.【解析】选D.当玻璃砖上移时，从玻璃进入空气的光线的入射角在减小，所以不管哪种色光都不会发生全反射，故A、B错.在向下移动时，由于从玻璃进入空气的光线的入射角在增大，紫光的临界角最小，入射角增大后，先达到紫光的临界角，最后达到红光的临界角.所以紫光首先发生全反射，在屏上消失，故C错，D对.
7.【解析】选D.所形成的透光圆面是由于全反射造成的，如图所示，圆面的边缘处是光发生全反射的位置，即i=C.若光源向上移动，只能导致透光圆面越来越小.所以光源向下移动.如图所示，取时间为t，则透光圆面半径的扩大量为s=vt.设这段时间内光源下移的距离为L，由几何关系可知：L=vtcotC，由上面的表达式可知：vcotC为定值，L与t成正比，满足匀速运动条件，所以光源正向下匀速运动，故D正确.
8.【解析】选C.该题主要考查对薄膜干涉的认识和理解.样板和厚玻璃板之间存在楔形空气薄层，用单色光从这个空气薄层上表面照射，入射光从空气薄层的上、下表面反射回两列光波形成干涉条纹.空气薄层的上、下表面就是a的下表面和b的上表面，故C正确.
9.【解析】选B.每个偏振片只能让平行于该偏振片透振方向的光通过，当P、Q透振方向平行时，光屏上最亮，P、Q透振方向垂直时光屏上最暗，故B正确.
10.【解析】选B、C.细光束在AB面折射时，蓝光偏折大，从b点射出的是蓝光，C正确，D错误；光通过两棱镜之间相当于经过平行玻璃砖，故蓝光在玻璃中的光束①、②互相平行，光束②射到AB面时的入射角与光束①对应的折射角相等，故两束光从a、b点射出时互相平行，A错误，B正确.
11.【解析】选D.将蓝光换成绿光，其折射率变小，在AC面的折射角变大，光路如图所示，可能从Q″点射出且平行于AB，故D正确.
12.【解析】(1)卡尺的游标尺为20分度，其精度为＝0.05 mm.读数＝固定刻度＋可动刻度＝0＋5×0.05 mm＝0.25 mm.
(2)观察光的衍射现象时，狭缝必须与灯丝平行，而衍射条纹与狭缝平行，A正确；衍射现象明显与否与缝宽和光波长有关．狭缝越窄，光波长越长，现象越明显，故B错误，C正确；由c＝λν知，频率越高，则光波长越短，衍射现象越不明显，故D错误．
答案:(1)0.25 mm (2)A、C
13.【解析】设两种单色光在玻璃砖中的折射角分别为r1和r2，由折射定律得
由几何关系知
Δx=x2-x1
解得：Δx=
答案:
14.【解析】光线在BC界面的入射角θ1=60° ,折射角θ2=30°
根据折射定律得
由几何关系知，光线在AB界面的入射角为θ3=60°
而棱镜对空气的临界角C的正弦值
则在AB界面的入射角θ3>C
所以光线在F点将发生全反射.
答案:见解析
【方法技巧】解决全反射问题的一般方法
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质.
(2)应用sinC=确定临界角.
(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的临界光路图.
(4)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等，进行分析、判断、运算解决问题.
【高考预测】
1.【解析】选C.由公式n＝可得折射率naνa<νb，A错误；由v＝知传播速度va>vb，B错误；由sinC＝知临界角Ca>Cb，D错误.
2.【解析】选A.在双缝干涉实验中，条纹间距d与入射光波长成正比，所以入射光由紫光改为红光时波长变长，条纹间距d变大，A项正确.全反射中的临界角为C，由sinC=可知，折射率越大，临界角越小，即紫光的临界角小于红光的临界角，所以紫光能发生全反射时，红光不一定能发生全反射，则B错误.金属的逸出功一定，由hν=W+Ek知，紫光频率高能使金属发生光电效应，而红光频率低不一定能使金属发生光电效应，所以C错误.在镜头前加装偏振片是为减弱玻璃反射的光对拍摄的负面影响，所以D错误.
3.【解析】选C.因折射光线正好垂直界面，所以传播方向不改变，光路如图所示,由折射定律而nP＞nQ,r1=r2，所以sini1＞sini2,即i1＞i2,所以θ＜β,C正确.
4.【解析】(1)为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射的紫外线分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射的紫外线叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱．
(2)路程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的，紫外线在真空中的波长是λ＝≈3.7×10-7 m．在膜中的波长是λ′＝≈2.47×10-7 m，故膜的厚度至少是1.23×10-7 m.
(3)干涉和衍射都证明光具有波动性；如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行；白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色；当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”．故选项A、D正确．
答案:(1)两反射的紫外线叠加后加强 (2)1.23×10-7 m (3)A、D
5.【解析】工事内部的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标.光路如图所示.
已知d=34.64 cm,L=20 cm,tanβ=,则β≈30°.
(1)由折射定律有得α=60°
即视野的张角最大为120°.
(2)要使视野的张角为180°,即α′=90°
由折射定律有=n，所以n=2.
答案:(1)120° (2)2
【误区警示】学生在解本题时，容易造成思维定势,误认为眼睛放在内壁玻璃砖的中点处观察到外界的视野的张角最大.
6.【解题指南】解答本题应从以下三方面考虑：
(1)根据n=和sinC=求解临界角，但应明确上述第一个公式中c为真空中光速；第二个公式中C为全反射临界角.
(2)激光从空气中射入光导纤维中，随入射角的增大，折射角增大，相应的光线从光导纤维射向与空气的分界面的入射角变小.
(3)根据第(2)条确定激光由空气射向光导纤维的入射角的“临界值”.
【解析】(1)由n＝，sinC＝，得C＝arcsin.
(2)设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为i′，折射角为r′，如图所示．
由折射定律：n＝，
由几何关系：r＋i′＝90°，则sinr＝cosi′，为不使激光从侧壁“泄漏”，应使r′=90°
由全反射临界角的公式得
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90°，sini＝1.故
解得n＝，故光导纤维的折射率至少应为.
答案:见解析
7.【解析】(1)滤光片E是从白光中滤出单色红光，单缝屏作用是获取点光源，双缝屏作用是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上.所以排列顺序为:C、E、D、B、A.
(2)在操作步骤②时应注意的事项有:放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5 cm～10 cm.
(3)测量头的读数应该先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，图乙读数为13.870 mm，图甲读数为2.320 mm，所以相邻亮纹间距
(4)由条纹间距离公式Δx=λ得:λ=,代入数值得:
λ=6.6×10-7 m=6.6×102 nm.
答案:(1)E、D、B (2)见解析
(3)13.870 2.310 (4) 6.6×102
【方法技巧】巧记规律解决双缝干涉问题
(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值.
(2)要记住：路程差等于波长整数倍处出现亮条纹,等于半波长奇数倍处为暗条纹.
(3)上述结论成立的条件是：两个光源情况完全相同.
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