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专题分层突破练13　光学　电磁波
A组
1.(2024广西南宁二模)图甲为光导纤维的示意图,图乙表示单色光从上方射入一端夹着两张纸片的两块平板玻璃,下列说法正确的是(　　)
A.光导纤维中,内芯的折射率小于外套的折射率
B.光导纤维中,若光源是白光,则从光导纤维中射出的光一定是彩色的
C.图乙:从上往下看,能看到明暗相间的条纹,是因为光发生了衍射现象
D.图乙:从上往下看,能看到明暗相间的条纹,是因为光发生了干涉现象
2.(2024贵州卷)一种测量液体折射率的V形容器,由两块材质相同的直角棱镜粘合,并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体,一激光束从左边棱镜水平射入,通过液体后从右边棱镜射出,其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为n0、n,光在棱镜和液体中的传播速度分别为v0、v,则(　　)
A.nv0
B.nC.n>n0,v>v0
D.n>n0,v3.(2024广西柳州模拟)下图为一圆柱形玻璃砖的截面,O为圆心,AB为一条直径,光线a、b均从C点射入,光线a平行于AB,光线b与光线a的夹角α=15°,两条光线的折射光线均经过B点,θ=60°,则光线a、b在玻璃砖中传播的时间之比为(　　)
A. B.
C. D.
4.如图所示,有三块等腰直角三角形的透明材料(图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)恰好拼成一个长方形。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射,在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料中的传播速率依次为v1、v2、v3,下列关系式正确的是(　　)
A.v2>v1>v3 B.v3>v1>v2
C.v3>v2>v1 D.v1>v2>v3
5.(2025广西南宁模拟)光刻机利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力,在光刻胶和投影物镜之间填充液体,提高分辨率,如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.紫外线由空气进入液体后频率升高
B.紫外线在液体和空气中传播相等的距离,在液体中所需的时间更短
C.紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射,能提高分辨率
D.紫外线在液体中的波长比在空气中的波长短
6.(2025广西玉林模拟)下图是双缝干涉实验装置,用红色激光照射时,光屏上有明暗相间的条纹,则(　　)
A.减小屏与双缝的距离,条纹间距变大
B.减小屏与双缝的距离,条纹间距不变
C.换成绿色激光,条纹间距变大
D.换成绿色激光,条纹间距变小
7.如图所示,一艘渔船停在平静的水面上,渔船的前部上端P点有一激光钓鱼灯,从P点射向水面的激光束与竖直方向的夹角为53°,激光在水中的折射光线与水面的夹角也为53°,照到水下B点的鱼,B处的深度h=1.8 m,求:(c=3×108 m/s,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)
(1)水的折射率;
(2)激光从A到B传播的时间。
B组
8.(2024广东卷)如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质,折射光束在NP面发生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐渐增大,两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
A.在PQ面上,红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时,入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
9.下图为长方体均匀玻璃砖的截面,厚度为l。现有由两种单色光组成的复合光,从O点射入玻璃砖,入射角为60°,其折射光线分别沿OA、OB方向,对应的折射角分别为37°、53°,光从O点到A点的传播时间为tOA,从O点到B点的传播时间为tOB。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。则下列对tOA和tOB的比较,正确的是(　　)
A.tOA=tOB B.tOAC.tOA>tOB D.无法确定
10.(多选)(2024湖南卷)1834年,洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　)
A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动
B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小
C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变
D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动
11.(2024广西三模)某同学设计了一种测量大玻璃砖折射率的方法,首先测量玻璃砖的厚度h,用碳素笔在玻璃砖底面中心点一个小黑点,把玻璃砖放置在水平桌面上,用白纸做一个圆形的遮光片,把遮光片放置在恰当位置,使之恰好从玻璃砖上方向下方看,各个方向均不能看到黑点,他测量了遮光片的半径为r,如图所示。
(1)求玻璃砖的折射率(用h、r表示);
(2)人的瞳孔直径为2~5 mm(远小于r),当α很小时sin α=tan α。去掉遮光片,人自黑点正上方向下观察黑点,看到的黑点距上表面的距离大小(用h、r表示)。
12.(2024广西模拟)光学反射棱镜被广泛应用于摄像、校准等领域,其中一种棱镜的截面如图,eh边为镀膜反射面,ef=eh,fg=gh,∠e=60°,∠g=120°,棱镜的折射率为,光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s。若细光束从O点以60°的入射角从真空射入棱镜,求:
(1)光在上述棱镜中传播速度的大小;
(2)光束从棱镜中射出的折射角,并完成光路图。
答案：
1.D　解析 图甲为了使光在光导纤维内发生全反射,根据全反射条件可知,内芯的折射率比外套大,由于各种色光的折射率不同,其临界角也不同,所以光导纤维中射出的光是彩色的,若白光沿光导纤维的轴线传播,则射出的依然是白光,故A、B错误。干涉条纹的产生是光在空气劈尖膜的前、后两表面反射形成的两列光波干涉的结果,故C错误,D正确。
2.A　解析 由题图可知,光从棱镜进入液体中时,入射角小于折射角,根据折射定律可知nv0,故选A。
3.B　解析 画出光线的折射如图所示,结合几何关系可知光线a在C点的入射角ia=60°,折射角ra=30°,则折射率为na=,解得na=,光线b在C点的入射角ib=45°,折射角rb=30°,则折射率为nb=,解得nb=,光在介质中的传播速度为v=,由于路程相同,根据t=,解得光线a、b在玻璃砖中传播的时间之比为,故B正确,A、C、D错误。
4.A　解析 设Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种材料对光的折射率分别为n1、n2、n3。根据全反射条件,光从Ⅰ射向Ⅱ时发生了全反射,则有n1>n2,光从Ⅰ射向Ⅲ时发生了折射,由题图知入射角大于折射角,则有n15.D　解析 紫外线由空气进入液体,频率不变,故A错误。液体的折射率比空气的大,根据v=可知,紫外线在液体中的传播速度更小,根据t=,可知紫外线传播相等的距离,在液体中所需的时间更长,故B错误。紫外线在液体中的传播速度更小,根据λ=,频率f不变,则紫外线在液体中的波长比在空气中的波长短,可知紫外线在液体中比在空气中更不容易发生衍射,故C错误,D正确。
6.D　解析 由干涉条纹规律Δx=λ可知,减小双缝到光屏的距离l,条纹间距Δx变小,A、B错误。由干涉条纹规律Δx=λ可知将红色激光换为绿色激光,波长变短,条纹间距变小,故C错误,D正确。
7.答案 (1)　(2)1×10-8s
解析 (1)根据折射定律可得,水的折射率为n=。
(2)根据折射定律可得激光在水中的传播速度为v=
由几何关系可得x=
激光从A到B传播的时间为t==1×10-8 s。
8.B　解析 根据sin θ=nsin γ,因n红γ绿,从光路图可得在PQ面上,绿光比红光更靠近P点,选项A错误;光从光疏介质射入光密介质,θ逐渐增大时,入射光不可能在MN面发生全反射,选项C错误;因γ红>γ绿,故在NP面上红光入射角小,且红光的临界角大,因此θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失,选项B正确;根据sin θ=nsin γ,θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角都逐渐减小,选项D错误。
9.A　解析 玻璃砖对沿OA方向的单色光的折射率为n1=,此单色光在玻璃砖中传播的速度为v1=,光在玻璃砖中的路程为sOA=,光从O点到A点的传播时间为tOA=;玻璃砖对沿OB方向的单色光的折射率为n2=,此单色光在玻璃砖中传播的速度为v2=,光在玻璃砖中的路程为sOB=,光从O点到B点的传播时间为tOB=。则有tOA=tOB,故只有选项A正确。
10.BC　解析 本题考查双缝干涉的理解。当θ=0°时,画出光路图,如图甲所示,S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的,满足相干光条件,且该干涉可看成双缝干涉,设S与S'的距离为d,S到光屏的距离为l,代入双缝干涉条纹间距公式可得Δx=,则沿OA向右略微平移平面镜,对l和d均没有影响,干涉条纹间距不变,故C正确;若沿AO向左略微平移平面镜,由图甲可以看出,干涉条纹向远离A处移动,故D错误。当θ≠0°时,作出光路图如图乙所示,沿OA向右略微平移平面镜,即图乙中从①位置到②位置,由图乙可看出双缝的间距增大,则干涉条纹间距减小,故B正确;沿AO向左略微平移平面镜,即图乙中从②位置到①位置,由图乙可看出干涉条纹向上移动,故A错误。
甲
乙
11.答案 (1)　(2)h
解析 (1)如图甲所示,当入射角等于临界角C时,光线发生全反射。
甲
由几何关系得sin C=
又有sin C=
所以n=。
(2)去掉遮光片后,人眼在观察时的光路图如图乙所示,由折射定律得n=
乙
因为瞳孔直径d很小,所以α、β都很小,有sin α≈tan α,sin β≈tan β
根据折射定律可得n=
由几何关系得tan α=,tan β=
所以n=
看到的黑点距上表面的距离大小
h'=h。
12.答案 (1)×108 m/s
(2)60°　见解析
解析 (1)由光的折射定律
n=
可得光在棱镜中传播速度的大小为
v= m/s=×108 m/s。
(2)作出光路图如图所示
由光的折射定律
n=
其中θ1=60°
解得θ2=30°
由图可知θ3=60°
根据sin C=可得,临界角为
30°故光线在O1处发生全反射,根据几何关系可知,光线垂直射到eh边,根据光路的可逆性,则光线沿着原路返回,故光线在O处发生折射,根据几何关系,光束从棱镜中射出的折射角为60°。

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