专题31-光学-2021高考物理一轮复习压轴题剖析(光学部分)(原卷版)

1/9专题31光学一、选择题（1-9题只有一个选项正确，10-12题有多个选项符合条件）1．如图所示，甲、乙两幅图分别是a、b两束单色光，经过单缝的衍射图样。这下列说法正确的是（）A．在真空中，a光的波长比b光小B．在同一介质中传播，a光的传播速度比b光小C．两束单色光分别入射到同一双缝干涉装置时，在光屏上b光亮纹的条数更多D．当两束光从空气中射向玻璃时，a光不发生全反射，但b光可能发生全反射2．单色细光束射到折射率2n的透明球面，光束在过球心的平面内，入射角i=45°，经折射进入球内后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图所示（图上已画出入射光和出射光），则入射光与出射光之间的夹角为（）A．15°B．30°C．45°D．60°3．图为手机信号屏蔽器．手机信号屏蔽器主要针对各类考场、加油站、军事重地等禁止使用手机的场所．手机工作时，是在一定频率范围内，手机和基站通过无线电波联系起来，完成数据和声音的传输．针对这种通讯原理，手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率的低端向高端扫描，在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号，使手机不能与基站建立正常的联系，从而对手机形成干扰．对于手机信号屏蔽器的工作过程，下列说法中正确的是（）A．手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的B．手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的2/9C．手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内D．手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的4．地表风速的大小对我们的生产生活有着很大的影响，所以我们经常会在铁路沿线、码头、建筑、索道、气象站、养殖场等处看到风速仪，它们能够实时进行数据收集并智能传送，其基本结构如图1所示．光源发出的光经光纤传输，被探测器接收．在风力作用下，风杯绕转轴以正比于风速（v风）的速率（v杯）旋转，其关系为vkv风杯．风杯旋转会通过齿轮带动下面的凸轮圆盘旋转，当圆盘上的凸轮经过透镜系统时光被挡住．已知风杯与转轴距离为r，风杯每转动n圈带动凸轮圆盘转动一圈．计算机对探测器接收到的光强变化情况进行分析，就能得到风速的大小．在t时间内探测器接收到的光强随时间变化的关系如图2所示．下列说法正确的是A．光纤材料内芯的折射率小于外套的折射率B．风杯旋转的角速度小于凸轮圆盘的角速度C．在t时间内，风速逐渐增大D．在t时间内，风的平均速率为8nrkt5．图中所示ox轴沿水平方向，oy轴沿竖直向上方向．在x0，y0的区域内存在某种分布范围足够广的介质，其折射率随着y的变化而变化．一束细光束入射到介质表面，并沿着如图所示从a到b的一条弧形路径传播．下列判断正确的是3/9A．此介质的折射率随着y的增大而减小B．海洋蜃景发生时空气折射率随高度的变化与此类似C．沙漠蜃景发生时空气折射率随高度的变化与此类似D．这束细光束在继续传播的过程中会发生全反射6．目前，我国正在开展5G网络试点工作，并将于2020年进入全面5G时代．届时，将开启万物互联时代：车联网、物联网、智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术等将一一变为现实．5G，即第五代移动通信技术，采用3300-5000MHz频段，相比于现有的4G（即第四代移动通信技术，1880-2635MHz频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延．5G信号与4G信号相比下列说法正确的是：A．5G信号在真空中的传播速度更快B．5G信号是横波4G信号是纵波C．5G信号粒子性更显著D．5G信号更容易发生明显衍射7．热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙，其透视方向是由光的强度决定．当室外比室内明亮时，单向透视玻璃与普通镜子相似，室外看不到室内的景物，但室内可以看清室外的景物．而当室外比室内昏暗时，室外可看到室内的景物，且室内也能看到室外的景物，其清晰程度取决于室外照度的强弱．根据以上信息和你所学过的物理知识判断，下列说法中不正确．．．的是A．热反射玻璃可以有效的阻止过强紫外线对人体的伤害B．热反射玻璃应该具有保温隔热作用C．热反射玻璃和普通玻璃一样，能有效的减弱噪声D．热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性8．单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系，和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同．利用单缝衍4/9射实验可以测量金属的线膨胀系数，线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量．下图是实验的示意图，挡光片A固定，挡光片B放置在待测金属棒上端，A、B间形成平直的狭缝，激光通过狭缝，在光屏上形成衍射图样，温度升高，金属棒碰撞使得狭缝宽度发生变化，衍射图样也随之发生变化．在激光波长已知的情况下，通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度，可算出狭缝宽度及变化，进而计算出金属的线膨胀系数．下列说法正确的是（）A．使用激光波长越短，其它实验条件不变，中央亮条纹宽度越宽B．相同实验条件下，金属的膨胀量越大，中央亮条纹宽度越窄C．相同实验条件下，中央亮条纹宽度变化越大，说明金属膨胀量越大D．狭缝到光屏距离越大，其它实验条件相同，测得金属的线膨胀系数越大9．凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫做这个曲面的曲率半径．把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到亮暗相间的圆环状条纹，如图所示．这个现象是牛顿首先发现的，这些环状条纹叫做牛顿环，它是两个玻璃表面之间的空气膜引起的薄膜干涉造成的．从凸透镜中心向外，依次叫第1,2,3,……级条纹．同一级亮（或暗）条纹对应的空气膜厚度相同，并且两个相邻的亮（或暗）条纹对应的空气膜厚度差相同．理论和实验均表明：光从折射率小的介质射向折射率大的介质时，反射光与入射光相比，有一个相位为π突变（相当于反射光比入射光多走了半个波长）．因而，某一级亮条纹对应的空气膜厚度应该满足:2d=(2k+1)/2，其中k=0，1，2……．根据以上信息，结合光的干涉规律，判断下列说法中，正确的是（）A．凸透镜中心点应该是亮点B．从凸透镜中心向外，圆环半径均匀増大C．如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，观察到的同一級条纹半径变大5/9D．如果改用波长更短的单色光照射，观察到的同一級条紋半径变大10．甲、乙两种单色光分别通过同一双縫干涉装置得到的干涉图样如图甲、图乙所示，图丙中有玻璃砖，O是圆心，MN是法线，PQ是足够长的光屏，甲单色光以入射角i由玻璃砖内部从O点射出，折射角为r。则下列说法正确的是（）A．乙光以i入射时可能会发生全反射B．甲光的频率比乙光的频率大C．光的干涉现象说明光是横波D．甲光在玻璃砖中的临界角甲C满足sinsinsiniCr甲E.若绕O点逆时针旋转玻璃砖，PQ上可能接收不到甲光11．如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见光细光束a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是（）A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B．a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小C．a光和b光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长D．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光小E.a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则a光先发生全反射12．如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法正确的是___________．6/9A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率B．在三棱镜中a光的传播速度大于b光的传播速度C．同一种介质对a光的临界角大于对b光的临界角D．在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显E.经过同一双缝所得干涉条纹，a光的条纹间距小于b光的条纹间距二、非选择题（共6小题）13．如图所示，空气中有一半径为R的实心玻璃球，O为球心，AB为直径，一条平行于AB的光线从球体上M点射入折射光线恰好过B点，已知30ABM，光在真空中传播的速度为c．求：1该玻璃的折射率；2光从M点传播到B点的时间．14．内径为r，外径为2r的透明介质半球壳折射率n=2，如图为其截面示意图．7/9（1）将点光源放在球心O处，求光射出球壳的最短时间；（2）将光源移至O点正上方内壳上的P点，使其发出的光射向球壳外，求透明球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长．15．如图所示，一透明玻璃砖横截面的上半部分是半径为R的半圆，下半部分是边长为2R的正方形，在玻璃砖的左侧距离为R处，有一和玻璃砖侧面平行的足够大的光屏．一束单色光沿图示方向从光屏上的P点射出，从M点射入玻璃砖，恰好经过半圆部分的圆心O，且∠MOA=45°，已知玻璃砖对该单色光的折射率n=53，光在真空中的传播速度为c．①求该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角的正弦值．②从M点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖，求该单色光在玻璃砖内传播的时间．8/916．如图是半径为R的玻璃半球体，O点为球心，下表面水平，其正下方的水平地面上放置一厚度不计的平面镜。一条与过球心的竖直线OC平行且间距为32R的光线从半球面射入，玻璃半球体对该光的折射率为3。已知该光线穿出半球下表面经平面镜反射后再次进入半球，从半球面射出时方向恰好竖直向上（不考虑多次反射）。求半球下表面与水平地面的距离H。17．如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=30°，∠B=90°。一束光线平行于底边AC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。9/9(1)求此棱镜的折射率；(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐改变入射角的大小，通过计算说明，光进入棱镜后是否能从BC边射出？18．如图所示，ABCDE为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率5n，AE是一半径为R的14圆弧，O点为圆弧圆心，OBCD构成长方形，已知2OBR，5ODR，BF=56R，光在真空中的传播速度为c。在O处有一点光源，光线从点光源经圆弧AE射入柱形光学元件。求：①从F点射出光线的折射角正弦值；②若不考虑发生折射时的反射光线，求光线在柱形光学元件中传播的最长时间。