高中物理光学专项训练

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高中物理光学专项训练

一、单选题（共 9 题），每题只有一个选项正确

1. 肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上漂浮的油膜，也经常显现出彩色条
纹。下列现象的原理与之相同的是

A.

杨氏双缝干涉实验

B.

影子的形成

C.

利用光导纤维传递信息，实现光纤通信

D.

泊松亮斑

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2. 如图所示，圆柱形玻璃杯前侧表面上有 a、b、c 三点，粗细均匀的铅笔紧靠玻璃杯后侧外壁竖直放置，且在 b 点正后方。将杯中注满水

A.

通过 b 点看到铅笔变细

B.

通过 b 点看到铅笔无变化

C.

通过 a 点看到铅笔向右侧移

D.

通过 c 点看到铅笔向右侧

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3. 如图 (a)，容器中盛有深度 h = 4cm 的透明液体，一激光束垂直液面射入液体，并在底板发生漫反射，部分漫反射光会在液面发生全反射。恰好发生全反射的光在容器底板上形成直径

d = 16 c m

的圆形亮环，如图 (b) 所示。该液体的折射率为

A.

2

B.

\sqrt{3}

C.

\sqrt{2}

D.

\frac{\sqrt{2}}{2}

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4. 制造半导体元件，需要精确测定硅片上涂有的二氧化硅 (SiO2) 薄膜的厚度，把左侧二氧化硅薄膜腐蚀成如图甲所示的劈尖，用波长 λ = 630nm 的激光从上方照射劈尖，观察到在腐蚀区域内有 8 条暗纹，且二氧化硅斜面转为平面的棱 MN 处是亮纹，二氧化硅的折射率为 1.5，则二氧化硅薄膜的厚度为

A.

1680 nm

B.

1890 nm

C.

2520 nm

D.

3780 nm

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5. 如图所示，挡板上安装有宽度可调的一条狭缝，缝后放一个光屏。用单色平行光照射狭缝，狭缝宽度从 0.8mm 调整为 0.4mm，光屏上可能呈现

A.

图样①变化为图样②

B.

图样②变化为图样①

C.

图样③变化为图样④

D.

图样④变化为图样③

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6. 一种光学传感器是通过接收器接收到红绿灯光信号而触发工作的。如图所示，一细束黄色光沿 AB 方向从汽车玻璃外侧 (汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖) 的 B 点射入，入射角为 i，折射光线刚好沿 BC 方向在汽车玻璃内侧 C 点触发光学传感器。若入射光的颜色发生变化，且入射光的入射位置 B 不变，仍要使折射光线沿 BC 方向在汽车玻璃内侧 C 点触发光学传感器。下列说法正确的是

A.

若改用绿色光射入，需要入射角 i 减小到某一合适的角

B.

. 若改用红色光射入，需要入射角 i 减小到某一合适的角度

C.

若改用红色光射入，需要入射角 i 增大到某一合适的角

D.

改用任何颜色的光射入，都需要入射角 i 减小到某一合适的角度

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7. 如图，一束激光在折射率自上而下逐渐变化的某材料中沿曲线传播，亮度左暗右亮。下列说法正确的是

A.

激光从材料左端射入

B.

材料的折射率自上而下逐渐减小

C.

增加材料上下高度，光线能从上表面射出

D.

增加材料左右长度，可能会形成对称的光

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8. 近日，工信部披露的最新数据显示，2023 年我国光缆线路建设取得显著成果，新建光缆线路长度达 473.8 万公里，使得全国光缆线路总长度一举突破 6432 万公里。光缆线路主要用于光信息传输，在铺设的过程中，尽量不要弯曲。如图所示，一段折射率为 n、横截面是圆面的光导纤维，截面半径为 r，在铺设的过程中弯曲成了一段圆弧，圆弧的圆心到光导纤维的中心轴线的距离为 R，光导纤维外部可认为是真空区域。现有一束光垂直于光导纤维左端截面射入，为了保证这束光经反射后均能从右端面射出，则光导纤维的折射率 n 至少为

A.

\frac{R}{R - r}

B.

\frac{R + r}{R - r}

C.

\frac{R + r}{R}

D.

\frac{R + 2 r}{R}

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9. 如图是一种用折射率法检测海水盐度装置的局部简化图。让光束从海水射向平行空气砖 (忽略薄玻璃壁厚度) 再折射出来，通过检测折射光线在不同盐度溶液中发生的偏移量 d，进而计算出海水盐度。已知某一温度下，海水盐度变大引起折射率变大。下列说法正确的是

A.

一束复色光透过平行空气砖分成 1、2 两束光，则两束光不一定平

B.

一束复色光透过平行空气砖分成 1、2 两束光，则 1 光的频率更高

C.

一束单色光射向平行空气砖后偏移量变大，说明海水的盐度变大

D.

一束单色光射向平行空气砖后偏移量变小，说明海水的盐度变大

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二、多选题（共 4 题），每题有多个选项正确

10. 如下图, 水面下方有一固定的线状单色光源

S

, 光源倾斜放置, 和坚直方向夹角满足

30^{\circ} < θ < 60^{\circ}

, 水对该光的折射率为 1.33 。光源发出的光到达水面后有一部分可以直接透射出去,从水面上方看,该区域的形状可能为

A.

B.

C.

D.

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11. 如图为透明长方体的横截面 efgh, 其折射率

n = \frac{\sqrt{6}}{2}

, 一细束单色光以角

θ

入射至

e f

面上的

p

点,

e p = \frac{e h}{2} = L

, 已知光在真空中的传播速度为

c

, 不考虑光在长方体内的二次及二次以上的多次反射,下列说法正确的是

A.

当入射角为

θ = 60^{\circ}

时, 光在长方体中的传播时间为

\frac{\sqrt{3} L}{c}

B.

当入射角为

θ = 60^{\circ}

时, 光在长方体中的传播时间为

\frac{2 \sqrt{3} L}{c}

C.

当入射角

θ < 45^{\circ}

时, 折射到

e h

面上的光一定发生全反射

D.

当入射角

θ < 45^{\circ}

时, 折射到

e h

面上的光不一定发生全反射

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12. 如图, 将一平面镜置于某透明液体中, 光线以入射角

i = 45^{\circ}

进入液体, 经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时, 平面镜与水平面 (液面) 夹角为

α

, 光线在平面镜上的入射角为

β

。已知该液体的折射率为

\sqrt{2}

, 下列说法正确的是

A.

β = 30^{\circ}

B.

β = {37.5}^{\circ}

C.

若略微增大

α

, 则光线可以从液面射出

D.

若略微减小

i

, 则光线可以从液面射出

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13. 在如图所示的直角坐标系中,

x O z

平面为介质 I 和 II 的分界面

(z

轴垂直纸面向外)。在介质

I

中的

P (0, 4 λ)

处有一点波源, 产生波长为

λ

、速度为

v

的波。波传到介质 II 中, 其速度为

\sqrt{2} v

, 图示时刻介质 II 中仅有一个波峰, 与

x

轴和

y

轴分别交于

R

和

S

点, 此时波源也恰好位于波峰。

M

为

O 、 R

连线的中点, 入射波与反射波在

O

点相干加强, 则

A.

介质 II 中波的频率为

\frac{\sqrt{2} v}{λ}

B.

S

点的坐标为

(0, - \sqrt{2} λ)

C.

入射波与反射波在

M

点相干减弱

D.

折射角

α

的正弦值

\sin α = \frac{3}{5} \sqrt{2}

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三、解答题（共 2 题），解答过程应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤

14. 在一个平静的湖面上, 距离水面高度

h_{1} = 30 m

处有一条水平缆索, 缆索上每隔

t = 10 s

就从站台以速度

v = 1 m / s

沿一个方向持续开出一辆缆车。湖水深

h_{2} = 8 m

, 缆索中央正下方的湖底有一员潜水员, 该潜水员只能看到湖面半径

r_{1} = 9 m

的圆面有亮光, 又在透过湖面半径

r_{2} = 6 m

的圆面上才能清晰的看到缆索上的缆车。已知

\sqrt{145} \approx 12, \sin 53^{\circ} = 0.8, \cos 53^{\circ} = 0.6

, 求:
(1) 湖水的折射率

n

的大小 (用分式表示);
(2) 潜水员最多能清晰的看到缆索上缆车的数量。

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15. 某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个

L E D

灯和一段光导纤维进行研究。查阅资料发现,

L E D

灯是一块用环氧树脂密封的发光半导体材料。光导纤维由内芯和外套两层组成, 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
(1) 有一

L E D

灯结构如图甲所示, 发光区域为直径

3 mm (M N

之间) 的圆盘 (厚度不计), 发光面上覆盖折射率

n = 1.6

的半球形环氧树脂, 发光圆盘的圆心与球心重合。要使发光区域发出的所有光线在球面上都不发生全反射, 求环氧树脂半径

R

满足的条件;
(2) 一段长直光导纤维由内芯和外套组成, 其剖面如图乙, 其中内芯的折射率

n_{1} = 2

, 外套的折射率

n_{2} =

\sqrt{3}

。已知光从折射率为

n_{1}

的介质射入折射率为

n_{2}

的介质时, 入射角

θ_{1}

与折射角

θ_{2}

间满足关系

n_{1} \sin θ_{1} =

n_{2} \sin θ_{2}

。试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去。

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