12光學__2021年高考物理真題模擬試題專項匯編

1、(12)光學一一2021年高考物理真題模擬試題專項匯編1.【2021年全國乙卷，34物理一選彳3-4(1)圖中實線為一列簡諧橫波在某一時刻的波形曲線，經(jīng)過0.3s后，其波形曲線如圖中虛線所示。已知波的周期T大于0.3so若波是沿x軸正方向傳播的，則該波的速度大小為m/s,周期為s;若波是沿x軸負方向傳播的，該波的周期為s。A.p'crn(2)用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率，實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光路，C、D兩個大頭針確定出射光路，O和O分別是入射點和出射點，如圖(a)所示,測得玻璃醇厚度為h15.0mm;A到過O點的法線OM的距離AM10.0mm,M到玻璃磚(ii

2、)用另一塊材料相同，但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗，玻璃磚的截面如圖(b)所示。光從上表面入射，入射角從0逐漸增大，達到45。時，玻璃磚下表面的出射光線恰好消失，求此玻璃磚上下表面的夾角。2.【2021年全國甲卷，34物理一選彳3-4(1)如圖，單色光從折射率n1.5、厚度d10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速為3.0108m/s,則該單色光在玻璃板內(nèi)傳播的速度為m/s:對于所有可能的入射角，該單色光通過玻壬板所用時間t的取值范圍是sts(不考慮反射)。(2)均勻介質(zhì)中質(zhì)點A、B的平衡位置位于x軸上，坐標分別為0和Xb16cm。某簡諧橫波沿x軸正方向傳播，波速為v20cm/s,

3、波長大于20cm,振幅為y1cm,且傳播時無衰減。t0時刻AB偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同，運動方向相反，此后每隔t0.6s兩者偏離平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在1時刻(t0),質(zhì)點A位于波峰。求：(i)從ti時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過多長時間位于波峰；(11) ti時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移。3 .【2021年山東卷，7】用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋.下列關于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標x的變化圖像，可能正確的是()4 .【2021年山東卷，15】超強超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學獎，其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示.在空氣中對

4、稱放置四個相同的直角三棱鏡，頂角為.一細束脈沖激光垂直第一個棱鏡左側(cè)面入射，經(jīng)過前兩個棱鏡后分為平行的光束，再經(jīng)過后兩個棱鏡重新合成為一束，此時不同頻率的光前后分開，完成脈沖展寬.已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d100.0mm,脈沖激光中包含兩種頻率的光，它們在棱鏡中的折射率分別為nJ2和31-一一3一45.n2.取sin37-,cos37,=1.890.4557(1)為使兩種頻率的光都能從左側(cè)第一個棱鏡斜面射出，求的取值范圍；(2)若37,求兩種頻率的光通過整個展寬器的過程中，在空氣中的路程差L(保留3位有效數(shù)字).5 .【2021年廣東卷，16】【選修3-4】(1)如圖所示，一個輕質(zhì)彈簧下端掛

5、一小球，小球靜止。現(xiàn)將小球向下拉動距離A后由靜止釋放，并開始計時，小球在豎直方向做簡諧運動，周期為To經(jīng)過T時間，小球從最低點8向上運動的距離-(選填大于“力弋于“或等于")；在T時刻，小球的動能24(選填最大”或最小”)。(2)如圖所示，一種光學傳感器是通過接收器Q接收到光的強度變化而觸發(fā)工作的。光從擋風玻璃內(nèi)側(cè)P點射向外側(cè)M點再折射到空氣中，測得入射角為電折射角為3;光從P點射向外側(cè)N點，剛好發(fā)生全反射并被Q接收。求光從玻璃射向空氣時臨界角。的正弦值表達式。6 .【2021年河北卷，16】【選修3Y】(1)如圖，一彈簧振子沿x軸做簡諧運動，振子零時刻向右經(jīng)過A點，2s時第一次到達

6、B點，已知振子經(jīng)過AB兩點時的速度大小相等，2s內(nèi)經(jīng)過的路程為0.6m,則該簡諧運動的周期為s,振巾昌為m。(2)將兩塊半徑均為R、完全相同的透明半圓柱體A、B正對放置，圓心上下錯開一定距離,如圖所示。用一束單色光沿半徑照射半圓柱體A,設圓心處入射角為仇當60時，A右側(cè)恰好無光線射出；當30時，有光線沿B的半徑射出，射出位置與A的圓心相比下移ho不考慮多次反射。求：(i)半圓柱體對該單色光的折射率；(ii)兩個半圓柱體之間的距離do7 .【2021年湖南卷，16】物理一選彳3W(1)均勻介質(zhì)中，波源位于O點的簡諧橫波在xOy水平面內(nèi)傳播，波面為圓。t0時刻,波面分布如圖(a)所示，其中實線表示

7、波峰，虛線表示相鄰的波谷。A處質(zhì)點的振動圖像如圖(b)所示，z軸正方向豎直向上。下列說法正確的是。A.該波從A點傳播到B點，所需時間為4s8 .t6s時，B處質(zhì)點位于波峰C.t8s時，C處質(zhì)點振動速度方向豎直向上D.t10s時，D處質(zhì)點所受回復力方向豎直向上E.E處質(zhì)點起振后，12s內(nèi)經(jīng)過的路程為12cm(2)我國古代著作墨經(jīng)中記載了小孔成倒像的實驗，認識到光沿直線傳播。身高1.6m的人站在水平地面上，其正前方0.6m處的豎直木板墻上有一個圓柱形孔洞，直徑為1.0cm、深度為1.4cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此時，由于孔洞深度過大，使得成像不完整，如圖所示?，F(xiàn)在孔洞中填充厚度等于

8、洞深的某種均勻透明介質(zhì)，不考慮光在透明介質(zhì)中的反射。（i）若該人通過小孔能成完整的像，透明介質(zhì)的折射率最小為多少？（ii）若讓掠射進入孔洞的光能成功出射，透明介質(zhì)的折射率最小為多少？8 .【2021年浙江卷，12】用激光筆照射透明塑料制成的光盤邊緣時觀察到的現(xiàn)象如圖所示。入射點O和兩出射點P、Q恰好位于光盤邊緣等間隔的三點處，空氣中的四條細光束分別為入射光束a、反射光束b、出射光束c和do已知光束a和b間的夾角為90,則（）A.光盤材料的折射率n2B.光在光盤內(nèi)的速度為真空中光速的三分之二C.光束仄c和d的強度之和等于光束a的強度D.光束c的強度小于O點處折射光束OP的強度9 .【2021年浙

9、江卷，16】肥皂膜的干涉條紋如圖所示，條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是（）A.過肥皂膜最高和最低點的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C肥皂膜從形成到破裂，條紋的寬度和間距不會發(fā)生變化D.將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動90,條紋也會跟著轉(zhuǎn)動9010 .【2021年浙江卷，17（1）在驗證機械能守恒定律”實驗中，小王用如圖1所示的裝置,讓重物從靜止開始下落，打出一條清晰的紙帶，其中的一部分如圖2所示。O點是打下的第一個點，A、BC和D為另外4個連續(xù)打下的點。為了減小實驗誤差，對體積和形狀相同的重物，實驗時選擇密度大的理由是已知交流電頻率為50HZ，重物質(zhì)

10、量為200g，當?shù)刂亓铀俣萭ggQm/s2,則從O點到C點，重物的重力勢能變化量的絕對值IlIJ、C點的動能匚J（計EpEkC算結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）。比較E與I的大小，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因可能是EkCEp（單選）。A.工作電壓偏高B.存在空氣阻力和摩擦力C.接通電源前釋放了紙帶（2）圖3所示是用雙縫干涉測量光的波長實驗的裝置。實驗中：觀察到較模糊的干涉條紋，要使條紋變得清晰，值得嘗試的是（單選）。A.旋轉(zhuǎn)測量頭B.增大單縫與雙縫間的距離C調(diào)節(jié)撥桿使單縫與雙縫平行要增大觀察到的條紋間距，正確的做法是（單選）。A.減小單縫與光源間的距離B.減小單縫與雙縫間的距離C增大透鏡與單縫間的距離D.增大

11、雙縫與測量頭間的距離圖311 .【2021年嫩江市模擬，2】圖甲是研究光的干涉現(xiàn)象的裝置示意圖，在光屏P上觀察到的圖樣如圖乙所示.為了增大條紋間的距離，下列做法正確的是（）中端解戲彳肝ftlFf甲A.增大單色光的頻率B.增大雙縫屏上的雙縫間距C增大雙縫屏到光屏的距離D.增大單縫屏到雙縫屏的距離12 .【2021年河北省模擬，16選彳3-4如圖所示，一半徑為R的透明球體置于真空中，MN是一條通過透明球體球心的直線，一單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，且夾角BOM60,CD為出射光線，CD與MN夾角30,已知光在真空中的傳播速度為c,求：（1）透明球體材料對該單色細光束的折射率；（2）

12、該單色細光束從B點傳播到C點的時間。13 .【2021年天津市河東區(qū)模擬，5】已知天然材料的折射率都為正值（n0）.近年來，人們針對電磁波某些頻段設計的人工材料，可以使折射率為負值（n0）,稱為負折射率介質(zhì).電磁波從正折射率介質(zhì)入射到負折射介質(zhì)時，符合折射定律，但折射角為負，即折射線與入射線位于界面法線同側(cè)，如圖甲所示.點波源S發(fā)出的電磁波經(jīng)一負折射率平板介質(zhì)后，在另一側(cè)成實像.如圖乙所示，其中直線SO垂直于介質(zhì)平板，則圖中畫出的4條折射線（標號為1、2、3、4）之中，正確的是（）A.1B.2C.3D.414 .【2021年山東省聯(lián)考，15】半徑為R的半圓柱形玻璃介質(zhì)截面如圖所示，O為圓心，A

13、B為直徑，Q是半圓上的一點，QO垂直于AB。一束單色光從Q點射入介質(zhì)，入射角為45°。已知此單色光在玻璃中的折射率n點，光在空氣中的速度為c,求該光在玻璃中運動的時間(不考慮光在界面處的反射)。15 .【2021年河南省名校聯(lián)考，19】【物理一一選彳3-4x1.5m處的質(zhì)點P(1)如圖所示，圖甲為一列簡諧橫波在t2s時的波形圖，平衡位置在的振動圖象如圖乙所示，下列說法正確的有.A.該簡諧木It波沿x軸正方向傳播B.平衡位置在x2.0m處的質(zhì)點的振幅為8cmC.t2s時，質(zhì)點P的振動速度為0.5m/sD.01s內(nèi)，質(zhì)點P的加速度逐漸增大E.03,質(zhì)點P!動的路程為16cmA60,折射率

14、為D、C兩點間距離為(2)如圖所示，三角形ABC是橫截面為直角三角形的三棱鏡，其中幽,一細束單色光從AC邊上的D點射入棱鏡，入射角的正弦值為,10cm,單色光從D點進入棱鏡后折射光線與BC邊交于E嵐(圖中未畫出，已知光在真空中的速度為c3108m/s),求:單色光從D點入射到E氏所用的時間和CE的距離(計算結(jié)果可保留分式或根式)(ii)該單色光能否從E點射出三棱鏡。答案以及解析1.答案：(1)0.5;0.4;1.2(2)本題考查玻璃磚折射率的測定。(i)由數(shù)學知識可知，入射角的正弦值sin1折射角的正弦值sin21010根據(jù)折射定律，玻璃磚的折射率為sin1sin2(ii)作出如圖所示的光路圖

15、光在第一個表面，根據(jù)折射定律有sin45,2sin得到折射角230”由題意，光在下表面發(fā)生全反射，則有sin解得345所以由幾何關系可知，上下表面的夾角為15解析：(1)本題考查波的傳播。當波沿著x軸正方向傳播時，由題意可知,到周期T0.4s；根據(jù)vt,其中0.2m,得到v0.5m/s；當波沿著x軸負方向傳播1時，由題意可知一T0.3s,得到周期T1.2s。42.答案：（1）210851010351010(2)本題考查簡諧橫波的傳播。(i)在t時刻質(zhì)點A位于波峰,A、B的平衡位置坐標分別為0和Xb16cm波峰從A傳到B所用時間tABXBcc0.8s故從t時刻開始，質(zhì)點B最少要經(jīng)過0.8s位于波

16、峰。（ii）由題意，At2又用0.6s,解得周期T1.2s若選ti時刻為計時零點，則由題意可知質(zhì)點A的振動方程為Vaycost質(zhì)點B的振動方程為yBycosttABcc2兀ctAB0.8s,t0T聯(lián)立解得t時刻即t0的時刻質(zhì)點B偏離平衡位置的位移為Vb0.5cmc解析：（1）本題考查光在介質(zhì)中的傳播。光在介質(zhì)中傳播的速度為v,代入題給數(shù)據(jù)得n8V210m/s。當光線垂直玻璃板射入時，光線速度萬向不變，在介質(zhì)中傳播的距離最小，等于玻璃磚的厚度，此時用時也最短，即tmin9,代入數(shù)據(jù)得tmin510s。當最大入射V角的臨界值為90°時，此時折射角為“，則有nsin90,得sin2,光在玻

17、璃磚中的傳sin3播路線如圖所示，則傳播距離X,聯(lián)立可得X罩，最長傳播時間tmax得cos5vtmax3V寫1010s，即51010st3屈1010so3 .答案：D4 .答案：解：（1）設C是全反射的臨界角，光線在第一個三梭鏡右側(cè)斜面上恰好發(fā)生全反射時，根據(jù)折射定律得1小sinC一n代入較大的折射率得C45所以頂角的范圍為045（或45）區(qū)設折射角分別為(2)脈沖激光從第一個三棱鏡右側(cè)斜面射出時發(fā)生折射,定律得sin1ni（Jsinsin2個n22sin設兩束光在前兩個三棱鏡斜面之間的路程分別為Li和L2,則LiL2cos1dcos-CL2AL2LiI2聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)得AL14.4mm解析

18、：5 .答案：(1)小于；最大(2)本題考查光學的折射與全反射知識。折射角大于入射角，說明光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，由折射定律可知，該光在擋風玻璃中的折射率為nsn一sin由題意可知，光線在N點發(fā)生全反射，則有sin-sn一nsin解析：(1)本題考查簡諧運動中路程及速度等物理量。小球由靜止開始運動，在0T的平8均速度小于TT的平均速度，0T小球運動的路程為A,故小球在0T的路程小于-o84482在工時刻，小球回到平衡位置，速度最大，動能最大。46 .答案：(1)4;0.3(2)本題考查光的折射率。1(i)光從半圓柱體A射入，滿足從光號介質(zhì)到光疏介質(zhì)，當60°時發(fā)生全反射，有sin

19、-n解得n2、33(ii)當入射角30。，經(jīng)兩次折射從半圓柱體B的半徑射出，設折射角為r,光路如圖由折射定律有sinnsinr根據(jù)幾何關系有tanrhRsind聯(lián)立解得d2(hR)2A點，2s解析：(1)本題考查簡諧運動。根據(jù)簡諧運動對稱性可知，振子零時刻向右經(jīng)過后第一次到達B點，已知振子經(jīng)過A、B兩點時的速度大小相等，則AB兩點關于平衡位置對稱，而振動經(jīng)過了半個周期的運動，則周期為T2t4s。從A到B經(jīng)過了半個周期的振動，路程為s0.6m,而一個完整的周期路程為1.2m,為4個振幅的路程，有4A1.2m,解得振幅A0.3m。7 .答案：(1)ACE(2)本題考查光的折射現(xiàn)象。(i)可作出折射

20、光線如圖所示-1AC1DE根據(jù)幾何關系得sin2折射率n即sinsinsin解得n1.72解析：（1）本題考查簡諧橫波的傳播。由題圖（a）可知波長10m,由題圖（b）可知周期T4s,振幅A1cm,所以該波從A點傳播到B點，所需時間為一個周期4s,A項正確；因為v-2.5m/s,所以xvt15m可知，5m處的振動形式傳播到B點，即B點將處于波谷，B項錯誤；t8s時，即再經(jīng)過2T,根據(jù)幾何關系可知Xoc5020m105m,2xoc2;，C處質(zhì)點正在向波峰處運動，振動速度方向4豎直向上，C項正確；波從AE波面?zhèn)鞑サ紻的距離為x（10/210）m,波從AE波面?zhèn)鱴播到C的時間為tx1.7s,則t10s

21、時，C處質(zhì)點動了8.3s,此時質(zhì)點位于水平面上方，v回復力方向向下，D項錯誤；12s為3個每個周期質(zhì)點走的路程為4個振幅，故E點經(jīng)過的總路程s12cm,E項正確。8 .答案：D解析：本題考查光的反射和折射。根據(jù)反射定律，入射角等于反射角，光束a、b成90。，則在O點的入射角為45°,根據(jù)折射率定義，光盤材料的折射率n吧空我，A項錯誤；sin30因為nC,光在光盤內(nèi)的速度v-c,B項錯誤；光在Q處仍有反射光線，因此光束vn2b、c、d的強度之和小于入射光a的強度，C項錯誤；在P點入射光束分裂為反射光束與折射光束，因此光束c的強度小于入射光OP的強度，D項正確。9 .答案：AB解析：本題

22、考查薄膜干涉問題。如果過肥皂膜最高和最低點的截面是梯形，則發(fā)生干涉的兩束光路程差就是一致的，導致干涉條紋是等寬度的，A項正確；由于前后表面反射光的路程不同，存在路程差才形成了肥皂膜的干涉條紋，B項正確；肥皂膜從形成到破裂，由于重力的作用，膜的厚度是變化的，光的路程差也是變化的，干涉條紋是不穩(wěn)定的，C項錯誤；轉(zhuǎn)動把柄，并不影響膜的形狀，條紋不會隨之變化，D項錯誤。10 .答案：（1）阻力與重力之比更?。ɑ蚱渌侠斫忉專?.5420.550;0.5700.590;C（2）C;D解析：本題考查機械能守恒與利用雙縫干涉測量光的波長。（1）密度越大，同一體積的物體質(zhì)量越大，重力越大，阻力與重力之比越小

23、，相當于減少了摩擦帶來的實驗誤差。從O到C,重力勢能減少AEpmghOc,動能增加21RDAEk1mBD。工作電壓偏高不會影響實驗的誤差；存在摩擦力會使重力勢能的減少量22T大于動能的增加量；只有提前釋放了紙帶，紙帶的初速度不為零，下落到同一位置的速度偏大，才會導致動能的增加量大于重力勢能的減少量，C項正確。(2)只有單縫和雙縫平行，才有可能觀察到清晰條紋，C項正確。根據(jù)條紋間距公式Axy可知，要增大條紋間距可以增大雙縫到光屏的距離I,減小雙縫的間隙d,D項正d確。11 .答案：C解析：增大單色光的頻率，由cf知，單色光的波長減小，由Ax_1知條紋間距減d小，A錯誤；增大雙縫屏上的雙縫間距，條紋間距減小，B錯誤；增大雙縫屏到光屏的距離，條紋間距增大，C正確；單縫屏到雙縫屏的距離與條紋間距無關，D錯誤.12 .答案：(1)入射角