【新高考】天津市2011-2020年高考试卷分类汇编之15—光学（解析卷）
文档属性
| 名称 | 【新高考】天津市2011-2020年高考试卷分类汇编之15—光学（解析卷） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 284.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-24 09:42:16 | ||
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文档简介
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天津市2011-2020年高考试卷分类汇编之15—
光学
（1）全反射
1.2013年天津卷8．固定的半圆形玻璃砖的横截面如图。O点为圆心，OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻瑞砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区城出现两个光斑，逐渐增大θ角．当θ= 时，光屏NQ区城A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C． <θ<β时，光屏上只有1个光斑
D．β<θ<π/2时，光屏上只有1个光斑
【答案】AD
【解析】本题主要考察几何光学和物理光学的基础知识应用。 根据题干描述“当θ =时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失”，结合发生全反射的临界角C满足：sinC= 1/ n 可知，A选项“玻璃砖对A光的折射率比对B光的大”正确； B选项错误，由n = c / v ，结合A选项可知； C选项错误，当α < θ < β 时，B光尚未发生全反射现象，故光屏上应该看到2个亮斑，其中包含NP侧的反射光斑（A、B重合）以及NQ一侧的B光的折射光线形成的光斑； D选项正确。当β< θ < π/ 2 时，A、B两光均发生了全反射，故仅能看到NP侧的反射光斑（A、B重合） 。
（2）光的干涉、衍射和偏振
2. 2011年理综天津6．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Δx，若Δx甲 >Δx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．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光
答：B D
【解析】偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生，A错；由Δx甲>Δx乙，可知甲光的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确。
3.2016年天津卷2、右图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则
A、在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B、从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C、照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【答案】D
【解析】由图可知a光的干涉条纹间距小于b光，根据可知，a光的波长小于b光的波长， a光的频率大于b光的频率，a光的折射率大于b光的折射率，则根据可知，在同种均匀介质中，a光的传播速度小于b光的，选项A错误；根据可知，从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角小，选项B错误；发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，选项C错误；因a光的频率较大，故若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大，选项D正确；故选D。
（3）光电效应
4.2019年天津卷5.如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ）
答案：C
解析：在光电效应图像中，三种频率的光的遏止电压可以看出，b光的遏止电压最大，所以b光的频率最大，a光的遏止电压最小，故a光的频率最小；同种介质，对于频率不同的光来说，介质的折射率不同，频率越高，折射率越大，当入射角相同时，频率越大，折射角越大，所以b光的折射角最大，偏折最明显，a光偏折最小，c光介于两者之间，ABD错误，选项C正确。
故答案为：C
（4）光学综合
5.2012年理综天津卷
6、半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。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
答案：ACD
解析：当光由光密介质（玻璃）进入光疏介质（空气）时发生折射或全反射，b发生全反射说明b的入射角大于或等于临界角，a发生折射说明a的入射角小于临界角，比较可知在玻璃中a的临界角大于b的临界角；根据临界角定义有，玻璃对a的折射率小；根据在玻璃中a光的速度大，A正确；通过色散现象分析比较a的折射率小，a光的频率小波长大；双缝干涉相邻亮条纹间距大小与波长成正比，a光的相邻亮条纹间距大，D正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，频率小的a光能发生光电效应，则频率大的b光一定能，C正确；根据折射定律，在入射角i相同时b的折射率大则折射角r小，B错误。
6.2015年理综天津卷2、中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子?涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”，从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两光 （ C ）
A、在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定大于b光
B、以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大
C、分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，a光也一定能
D、以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光
解析：由图可知，光线a的折射率大于b，根据可以确定a光在同种玻璃中速度小于光速，故A错误；以相同的入射角度射入平行玻璃砖折射率越大侧移量越大，故B错误；根据光的频率越大光子能量越大，就越容易发生光电效应，C正确；根据，折射率越大，越容易发生全反射，在水外越不容易看到，D错误。故选C。
7.2017年天津卷2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是
A．若增大入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
【答案】D
【解析】设折射角为，在右界面的入射角为β， +β=A，根据折射定律：，若增大入射角i，折射角增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率，（na< nb），则a光的波长大于b光的波长，（λa>λb），故B错误；
根据光电效应方程和遏止电压的概念可知，最大初动能，再根据动能定理：，即遏止电压，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，因为折射率na< nb，则a光的频率小于b光的频率，（），a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误。
8. 2014年理综天津卷8．一束由两种频率不同的单色组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a，b两束，如图所示，则a、b两束光（ ）
A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长
B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小
C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小
D．若照射同一金属都能发生光电效率，b光照射时逸出的光电子最大初动能大
【答案】AB
【解析】由题图可知，在玻璃中，a光折射率大于b光，所以玻璃中的光速a小于b，A正确。由全反射可知，同种介质中a的折射率大于b，则临界角a小于b，B正确。a光波长小于b光，则双缝干涉中，a光的相邻亮条纹间距小，C错。a光频率大于b光，因此a光的光子能量大，在光电效应中，逸出电子的最大初动能更大，D错。
（5）测定玻璃的折射率
9. 2011年理综天津卷9．（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只须测量出 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率n= 。
【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。
10.2019年天津卷9.（2）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。
③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率______。（用图中线段的字母表示）
答案：①AD ②D ③
解析：①当利用插针法得到，入射光线在上表面的入射点和折射光线在下表面的出射点后，入射玻璃板比较厚，那么就可以比较准确的得到玻璃砖中的折射光线，A选项正确；
做实验时，使用的玻璃比较厚是可以的，但不要求上下表面始终平行，B选项错误；
使用粗的大头针不利于准确的确定光沿直线传播的方向，引入的误差比较大，C选项错误；
两根大头针距离比较远时，可以准确地确定在下表面出射的光线的传播方向，提高实验精确度，D选项正确。
②当光线经过上下平行的两个界面的时候，入射光线和最终的出射光线是平行的关系，但是在中间发生了折射，并不会在同一条直线上，D选项正确；ABC选项错误；
③根据三角函数和几何关系可以得到，入射角的正弦值，折射角的正弦值，根据折射定律。
（6）能级跃迁
11.2018年天津卷5．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（ A ）
A．对应的前后能级之差最小
B．同一介质对的折射率最大
C．同一介质中的传播速度最大
D．用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
解析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否发生光电效应。
波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，选项A正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能发生光电效应，D错误。
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天津市2011-2020年高考试卷分类汇编之15—
光学
（1）全反射
1.2013年天津卷8．固定的半圆形玻璃砖的横截面如图。O点为圆心，OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻瑞砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区城出现两个光斑，逐渐增大θ角．当θ= 时，光屏NQ区城A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C． <θ<β时，光屏上只有1个光斑
D．β<θ<π/2时，光屏上只有1个光斑
【答案】AD
【解析】本题主要考察几何光学和物理光学的基础知识应用。 根据题干描述“当θ =时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失”，结合发生全反射的临界角C满足：sinC= 1/ n 可知，A选项“玻璃砖对A光的折射率比对B光的大”正确； B选项错误，由n = c / v ，结合A选项可知； C选项错误，当α < θ < β 时，B光尚未发生全反射现象，故光屏上应该看到2个亮斑，其中包含NP侧的反射光斑（A、B重合）以及NQ一侧的B光的折射光线形成的光斑； D选项正确。当β< θ < π/ 2 时，A、B两光均发生了全反射，故仅能看到NP侧的反射光斑（A、B重合） 。
（2）光的干涉、衍射和偏振
2. 2011年理综天津6．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Δx，若Δx甲 >Δx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．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光
答：B D
【解析】偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生，A错；由Δx甲>Δx乙，可知甲光的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确。
3.2016年天津卷2、右图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则
A、在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B、从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C、照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D、若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【答案】D
【解析】由图可知a光的干涉条纹间距小于b光，根据可知，a光的波长小于b光的波长， a光的频率大于b光的频率，a光的折射率大于b光的折射率，则根据可知，在同种均匀介质中，a光的传播速度小于b光的，选项A错误；根据可知，从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角小，选项B错误；发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比较饱和光电流的大小，选项C错误；因a光的频率较大，故若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大，选项D正确；故选D。
（3）光电效应
4.2019年天津卷5.如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ）
答案：C
解析：在光电效应图像中，三种频率的光的遏止电压可以看出，b光的遏止电压最大，所以b光的频率最大，a光的遏止电压最小，故a光的频率最小；同种介质，对于频率不同的光来说，介质的折射率不同，频率越高，折射率越大，当入射角相同时，频率越大，折射角越大，所以b光的折射角最大，偏折最明显，a光偏折最小，c光介于两者之间，ABD错误，选项C正确。
故答案为：C
（4）光学综合
5.2012年理综天津卷
6、半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。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
答案：ACD
解析：当光由光密介质（玻璃）进入光疏介质（空气）时发生折射或全反射，b发生全反射说明b的入射角大于或等于临界角，a发生折射说明a的入射角小于临界角，比较可知在玻璃中a的临界角大于b的临界角；根据临界角定义有，玻璃对a的折射率小；根据在玻璃中a光的速度大，A正确；通过色散现象分析比较a的折射率小，a光的频率小波长大；双缝干涉相邻亮条纹间距大小与波长成正比，a光的相邻亮条纹间距大，D正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，频率小的a光能发生光电效应，则频率大的b光一定能，C正确；根据折射定律，在入射角i相同时b的折射率大则折射角r小，B错误。
6.2015年理综天津卷2、中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子?涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”，从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两光 （ C ）
A、在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定大于b光
B、以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大
C、分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，a光也一定能
D、以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是a光
解析：由图可知，光线a的折射率大于b，根据可以确定a光在同种玻璃中速度小于光速，故A错误；以相同的入射角度射入平行玻璃砖折射率越大侧移量越大，故B错误；根据光的频率越大光子能量越大，就越容易发生光电效应，C正确；根据，折射率越大，越容易发生全反射，在水外越不容易看到，D错误。故选C。
7.2017年天津卷2．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是
A．若增大入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
【答案】D
【解析】设折射角为，在右界面的入射角为β， +β=A，根据折射定律：，若增大入射角i，折射角增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率，（na< nb），则a光的波长大于b光的波长，（λa>λb），故B错误；
根据光电效应方程和遏止电压的概念可知，最大初动能，再根据动能定理：，即遏止电压，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，因为折射率na< nb，则a光的频率小于b光的频率，（），a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误。
8. 2014年理综天津卷8．一束由两种频率不同的单色组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a，b两束，如图所示，则a、b两束光（ ）
A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长
B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小
C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小
D．若照射同一金属都能发生光电效率，b光照射时逸出的光电子最大初动能大
【答案】AB
【解析】由题图可知，在玻璃中，a光折射率大于b光，所以玻璃中的光速a小于b，A正确。由全反射可知，同种介质中a的折射率大于b，则临界角a小于b，B正确。a光波长小于b光，则双缝干涉中，a光的相邻亮条纹间距小，C错。a光频率大于b光，因此a光的光子能量大，在光电效应中，逸出电子的最大初动能更大，D错。
（5）测定玻璃的折射率
9. 2011年理综天津卷9．（3）某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像，如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只须测量出 ，即可计算出玻璃砖的折射率，请用你的测量量表示出折射率n= 。
【解析】由题意可知，当玻璃砖转过某一角度θ时，刚好发生全反射，在直径边一侧观察不到P1、P2的像，做出如图所示的光路图可知，当转过角度θ时有。
10.2019年天津卷9.（2）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。
①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。
A.选用两光学表面间距大的玻璃砖
B.选用两光学表面平行的玻璃砖
C.选用粗的大头针完成实验
D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。
③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率______。（用图中线段的字母表示）
答案：①AD ②D ③
解析：①当利用插针法得到，入射光线在上表面的入射点和折射光线在下表面的出射点后，入射玻璃板比较厚，那么就可以比较准确的得到玻璃砖中的折射光线，A选项正确；
做实验时，使用的玻璃比较厚是可以的，但不要求上下表面始终平行，B选项错误；
使用粗的大头针不利于准确的确定光沿直线传播的方向，引入的误差比较大，C选项错误；
两根大头针距离比较远时，可以准确地确定在下表面出射的光线的传播方向，提高实验精确度，D选项正确。
②当光线经过上下平行的两个界面的时候，入射光线和最终的出射光线是平行的关系，但是在中间发生了折射，并不会在同一条直线上，D选项正确；ABC选项错误；
③根据三角函数和几何关系可以得到，入射角的正弦值，折射角的正弦值，根据折射定律。
（6）能级跃迁
11.2018年天津卷5．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（ A ）
A．对应的前后能级之差最小
B．同一介质对的折射率最大
C．同一介质中的传播速度最大
D．用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能
解析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否发生光电效应。
波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，选项A正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能发生光电效应，D错误。
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