专题17光学的“联系实际的新情景问题”—备战2023年高考复习必备（全国通用）（解析版）.docx

专题17光学物理的最新“联系实际的新情景问题”本章内容分为“几何光学”、“波动光学”和“光的颜色、色散、激光”三局部。其中对几何光学复 习，一是理解折射率的概念、折射定律和全反射规律；重点掌握折射和全反射现象的分析，即通过作光路图 来确定光线的传播方向和弄清光路中的边、角关系.同时.注意将这些知识与现代科技、生产、生活实际结合。光的波动性主要介绍了建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.重点有光的干涉现象，衍射现 象，光的偏振，双缝干涉，薄膜干涉，单缝衍射；这些只是从理论上作了初步的解释，或者就是从实验现象 观察的结果，没有严格的推导，要求我们在复习这局部知识时，必须重视有关实验和结论，另一方面要注意 这些知识的实际应用，如增透膜、劈尖干涉等，这也是学生的难点所在。1. （2022浙江高考试题）如下图，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水 球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（）A.气泡外表有折射没有全反射B.光射入气泡衍射形成“亮斑”C.气泡外表有折射和全反射D.光射入气泡干涉形成“亮纹”【答案】C【解析】当光从水中射到空气泡的界面处时，一局部光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还 有一局部光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比拟亮。应选项C正确。2. （2022江苏南京宁海中学4月模拟）用铁环粘上肥皂液，用白炽灯光照射，从反射光的方向去看，呈 现如下图的现象，最上部是较宽的黑色条纹，其下是假设干彩色条纹图。可见光的频率为 3.9xl014Hz-7.5xl014Hz,请估算肥皂膜最上面黑色条纹区域的厚度最大值为（）A. 20nmB. 80nmC. 200nmI）. 2000nm【答案】C【解析】由于重力作用，肥皂液逐渐向下流动，形成上薄下厚的形状，上部的肥皂膜越来越薄，当厚度恰好等于可见光最长波长的!时，从膜的前外表反射回来的光和从后外表反射回来的光的光程差为波长的!，42叠加的结果是减弱，而且两个反射光与透射光相比能量很小，所以看起来是黑色。即膜的厚度最大值为6/ = -2max=3x10 m200nm,应选 C。44 篇 4 3.9xl0141 QA°（2）假设视角度。刚好被扩为180。，那么 二 90°,此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面处的入 2射角解得C=30°此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为像素单元宽度x最小为3 （2022天津河东二模）以下说法正确的选项是（）A.图1中，用自然光照射透振方向（箭头所示）互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮B.图2为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小C.图3所示的雷达测速利用了多普勒效应D.图4所示的照相机镜头上呈现的淡紫色是由光的衍射现象引起的【答案】C【解析】用自然光照射透振方向（箭头所示）互相垂直的前后两个竖直放置的偏振片，因透振方向不同，光屏 变暗，故A错误；依据光的全反射条件可知，内芯的折射率比外套的折射率大，故B错误；雷达测速利用了多普勒效应，c正确；照相机镜头上呈现的淡紫色是由光的干涉现象引起的，D错误。4 （2022江苏南京宁海中学4月模拟）以下图中的有关应用，说法不正确的选项是（）A.在图甲中，利用光的干涉原理检测物体外表的平整度B.在图乙中，内窥镜利用了光的全反射原理C.在图丙中，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理D.在图丁中，超声波测速仪利用波的衍射原理测汽车速度【答案】D【解析】在图甲中，利用光的干涉原理检测物体外表的平整度，选项A正确，不符合题意；在图乙中，内窥镜利用了光的全反射原理，选项B正确，不符合题意；在图丙中，全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，选项C正确，不符合题意；在图丁中，超声波测速仪利用多普勒效应原理测汽车速度，选项D错误，符合题意5. （2022 山东烟台市德州市高三下学期一模）单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感 光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼 中。如下图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，光线垂直A3射 入,分别在CD和E4上发生全反射，且两次全反射的入射角相等，最后光线垂直3c射出。以下说法正确 的是（）/BCD=135。A. NB4石和N5C。不相等C.该五棱镜折射率的最小值是.sin 22.5°D.该五棱镜折射率的最小值是血【答案】C【解析】AB.由题意画出光路图如下图，设光线在CO面上的入射角为。根据光路图和反射定律可知得由四边形内角和为360。和角度关系可得ZBCD=ZBAE=90°- 9 = 112.5。故AB错误；CD.光线在8和A石界面上恰好发生全反射时，对应着五棱镜折射率的最小值人,那么解得故C正确，D错误。应选C。6 .如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81cm,该大灯结构的简化图如图乙所示。现有一束光从 焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径从C点射入透镜。透镜直径远小于 大灯离地面高度，半球透镜的折射率为正，tanl5%0.27,那么这束光照射到地面的位置与大灯 间的水平距离为（ ）A. 3mB. 15mC. 30mD. 45m【答案】A【解析】如下图设光线从C点水平射向半球玻璃时的入射角为从半球玻璃折射后的出射光线与水平面成夕角，依题意 有根据折射定律有设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为X,根据几何关系有联立得x=3m应选Ao.如下图，一束光与某材料外表成45。角入射，每次反射的光能量为入射光能量的攵倍（0七1）。假设这 束光最终进入材料的能量为入射光能量的（1-公）倍。设真空中的光速为c,那么（）A.该材料折射率至少为逅27 .该材料折射率至少为近C.光在该材料中的传播速度为（1+k）。D.光从空气进入该材料，光的频率变小【答案】A【解析】AB.这束光最终进入材料的能量为入射光能量的（1-尸）倍，说明光经过两次反射进入材料后会发生全反射，光路图如下图设折射率为，在B点的折射角为e ,设在。点刚好发生全反射，那么全反射角为90。-。,根据折射定律知联立解得那么该材料折射率至少为渔，A正确，B错误； 2CD.光从空气进入材料，频率不变，速率变小，由u = 9知光在材料中传播的速度与材料的折射率有关， n与入射角大小以及反射光的能量无关，故CD错误。应选Ao8.导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面局部是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，。为球心，下面局部是内侧涂有反光涂层的导光管，为两局部的分界面，M、N为球面两点。假设一束平行MN且与相距/2 =走/?2的细光束从空气入射到采光球外表时，经折射绿光恰好照射到N点。那么（）A.绿光在采光球中的传播速度为立c2B.红光一定能从N点上方射出C.紫光有可能直接折射经过。点D.要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率【答案】B【解析】A.如下图根据几何关系. hsm。= R. hsm。= R2a = 20折射率绿光在采光球中的传播速度为故A错误；.红光折射率小，折射角大，那么红光一定能从N点上方射出，故B正确；C.紫光不可能直接折射经过。点，如果过的话，折射角为0。，故C错误；D.光由光密到光疏可能发生全反射，那么涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误。应选Bo. （2022 湖北八市高三下学期二模）一种“光开关”的“核心区”如图虚框区域所示，其中1、2是两个 完全相同的截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱 镜之间可充入不同介质以实现开关功能。单色光。从1的左侧垂直于棱镜外表射入，假设能通过2,那么为“开”，否那么为“关”，棱镜对。的折射率为2,以下说法正确的选项是（）A.假设不充入介质，那么能实现“关”功能B.假设充入的介质相对棱镜是光疏介质，那么有可能实现“开”功能C.假设充入的介质相对棱镜是光密介质，那么有可能实现“关”功能D.单色光a通过“光开关”后传播方向一定改变【答案】AB【解析】A.假设不充入介质，单色光。从1的左侧垂直于棱镜外表射入，在斜边界面入射角为45。，由全反射的条件 可知临界角为不充入介质，就会产生全反射，光不能通过2,即不充入介质，那么能实现“关”功能，A正确；B.假设充入的介质相对棱镜是光疏介质，单色光a将向下偏折，那么有可能实现“开”功能，B正确；C.假设充入的介质相对棱镜是光密介质，单色光a将向上偏折，那么处于开状态，不可能实现“关”功能，C错 误；D.单色光a通过“光开关”后传播方向不会改变，D错误。应选ABO10.小宇同学参加科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器。如图，S为光源，射出光束，当有烟雾进入 探测器时，来自s的光会被烟雾散射进入光电管C。当光射到光电管中的钠外表（极限频率为6.0xl014Hz）,会产生光电子。当光电流大于或等于10-8A时，便会触发报警系统报警。以下说法正确的 是（）A.要使该探测器正常工作，光源S发出的光波长不能小于0.5/mB.假设S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光波的频率越高、光电烟雾探测器灵敏度越高C.光束遇到烟雾发生散射，是一种折射现象D.假设射向光电管C的光子有5%会激发出光电子，当报警器报警时，每秒射向C中钠外表的光子最少数 目是 1.25x1()12 个【答案】D【解析】A.根据光电效应方程光源S发出的光波长要使该探测器正常工作，光源S发出的光波长不能大于0.5|im,故A错误；B.光的频率决定光是否发生光电效应，光的频率一定时，光电流的大小取决于光的强度，故B错误；C光束遇到烟雾发生散射，是一种反射现象，故C错误；D.当光电流大于或等于108A时，每秒产生的光电子的个数每秒射向C中钠外表的光子最少数目是故D正确。应选D。11.我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示。这种光学现象是由太阳光线在卷层云中 的冰晶折射而产生的。为了理解光晕现象，我们将问题简化为二维。如图3为一束紫光在冰晶上“点入射 后的折射光线，仇表示冰晶上的入射角，仇表示为经过第一界面的折射角，为表示为光线离开晶体的折射 角，以及在表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上看成一个正六边形且不考虑其 他的反射、折射。那么以下说法中正确的选项是()A.在冰晶内红光的波长比紫光短B.假设图3中紫光满足4 =8。=60。，那么可知冰晶对该光折射率=百C.对于从，点以相同入射角入射的光线，红光的偏转角比紫光的偏转角。大D.光晕内侧为蓝色，外侧为红色【答案】BD【解析】A.根据可得由于红光的折射率小于紫光的折射率，红光的频率小于紫光的频率，那么红光的波长大于紫光的波长，故A错误；B.图3中紫光满足根据几何关系可知那么折射率为代入数据解得故B正确；C.红光的折射率小于紫光的折射率，那么红光的偏转角%比紫光的偏转角如小，故C错误；D.由于蓝光的折射率大于红光的折射率，因此偏折角大，故内侧为蓝光，外侧为红色，故D正确；应选BDo12.光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L其侧截面如下图，一复色光以一定的入射角 （，。0）从轴心射入光导纤维后分为八b两束单色光，内芯材料对。光的折射率为“血），真空中 的光速为以以下说法正确的选项是（ ）oA.在内芯介质中单色光的传播速度比匕单色光大B.入射角，由0。逐渐增大时，。单色光全反射现象先消失C.从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D.假设入射角，=8时，服b单色光在内芯和外套界面都发生全反射，那么单色光在介质中传播的时间为Ln2c4rr - sin2 3【答案】ABD【解析】A.由图可知，在内芯介质中。单色光的折射角比匕单色光大，根据折射定律可知，在内芯介质中。单色光的折射率比匕单色光小，又由可知，在内芯介质中Q单色光的传播速度比b单色光大，故A正确；B.根据折射定律可知，入射角，由0。逐渐增大时，。、。单色光的折射角都增大，单色光的折射角大于匕 单色光，导致、。单色光在到达内芯和外套界面时的入射角都减小，且。单色光入射角小于匕单色光，由 于。单色光的折射率比。单色光小，根据可知，。单色光发生全反射的临界角大于。单色光，那么单色光全反射现象先消失，故B正确；C.由于光在不同介质中的频率不变，根据可知，传播速度减小，由可知，波长减小，故C错误；d.当入射角i=e时，设。单色光的折射角为，根据折射定律有可得根据数学知识可知根据几何关系可知，。单色光的传播距离为由可得，传播速度为那么。单色光在介质中传播的时间为故D正确。应选ABDo（2022广东省汕头市普通高中二模）094型战略核潜艇（如图甲）是目前我国服役中最先进 核动力潜 艇，是中国拥有三位一体核战略的保障，也是国之利器。如果游轮上处于。点的人刚好看到潜艇在其正前 方的水下缓慢通过，将人和潜艇均视为质点，如图乙所示，此时人到水面的高度九=15m,潜艇的水下深4度加=23m。水的折射率为 =,sin530 = 0.8, cos53° = 0.6,求此时潜艇与人的水平距离。一3【答案】37.25m【解析】如下图根据折射定律可得解得 sin<9 = 0.6即由图中几何关系可得此时潜艇与人的水平距离为（2022广东汕头市第三次模拟）.在天宫课堂第二课“光学水球”实验中，王亚平老师在水球中注入 少量气体，在水球内会形成一个气泡。在另一侧，我们可以观察到王老师一正一反两个像，如图（甲）所 示。这是因为有一局部光线会进入水球中的气泡，形成了正立的人像，而另一局部无法进入气泡的光线， 形成了倒立的人像。为了方便研究，我们简化为如图（乙）所示。：水球半径为R1,气泡半径为为，两球为同心球。有两束平行光射入水球，其中光沿半径方向射入，光恰好在气泡外表发生全反 射，水的折射率为几。求：。两束平行光之间的距离x为多少？【答案】R?【解析】画出b光局部光路，如下图。在M点，根据折射定律有因。光在N点发生全反射，有在三角形OMN中，根据正弦定理有必平行光之间的距离联立以上四式解得(2022.广东湛江市一模)如下图，深度为2m的游泳池充满水，泳池底部A点有一单色光源，A点距 游泳池壁的距离为L5m,某人走向游泳池，距游泳池边缘3点为2m时恰好看到光源，人的眼睛到地 面的高度为l.5m,光在真空中传播速度为3X108m/s,求：游泳池中水对该单色光的折射率；光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间(保存两位有效数字)。4【答案】 公1.9x10大3【解析工光路如下图，入射角折射角4由折射定律该单色光在池水中传播速度为V光从光源A发出到射入人的眼睛所用的时间13. (2022 湖南卷 T16 (2)如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直 于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度。的控制(可视角度。定义为某像素单元发出的光在图示平 面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率 =2,屏障间隙L = 0.8mm。发光像素单元 紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间.不考虑光的衍射。(1)假设把发光像素单元视为点光源，要求可视角度«9控制为60。，求屏障的高度d；(2)假设屏障高度d = 1.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可 视角度。刚好被扩为180。(只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元)。【答案】(1) 1.55mm； (2) 0.35mm【解析】(1)发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障顶端的光射到透明介质和空气界面，折射 后从界面射向空气，由题意可知。=60。，那么在介质中的入射角为，那么解得由几何关系解得