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1、（15）光学2022年高考物理真题模拟试题专项汇编1.【2022年全国甲卷】物理选 修 3-4 J（1）一平面简谐横波以速度u =2 m/s 沿 x 轴正方向传播，f =0 时刻的波形图如图所示。介质中平衡位置在坐标原点的质点A在 1=0 时刻的位移y =&c m,该波的波长为 m,频率为H z。=2$时亥”,质 点 A（填“向上运动”“速度为零”或向下运动）。（2）如图，边长为。的正方形43 8为一棱镜的横截面，M为 A B边的点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为6 0。，经折射后在8C边的N点恰好发生全反射，反射光线从8 边的尸点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C两点之间的
2、距离。2.【2022年全国乙卷】物理选修3-4（1）介质中平衡位置在同一水平面上的两个点波源加和S?,二者做简谐运动的振幅相等，周期均为 0.8 s。当过平衡位置向上运动时，S?也过平衡位置向上运动。若波速为5m/s,则由加和S 2发出的简谐横波的波长均为 m。尸为波源平衡位置所在水平面上的一点，与 5、S 2平衡位置的距离均为10 m,则 两 波 在 尸 点 引 起 的 振 动 总 是 相 互 （填加强”或削弱”）的；当5恰好在平衡位置向上运动时，平衡位置在P处的质点（填“向上”或“向下”）运动。（2）一细束单色光在三棱镜A B C 的侧面AC上以大角度由。点 入 射（入射面在棱镜的横截面内
3、），入射角为i,经折射后射至A3 边的E点，如图所示。逐 渐 减 小 点 向 3 点移动，当s in i=时，恰 好 没 有 光 线 从 边 射 出 棱 镜，且 叱 求 棱 镜 的 折 射 率。AB3.【2022年湖南卷】物理选修3-4（1）下端附着重物的粗细均匀木棒，竖直浮在河面，在重力和浮力作用下，沿竖直方向做频率为1H z的简谐运动；与此同时，木棒在水平方向上随河水做匀速直线运动，如 图（a）所示 以木棒所受浮力厂为纵轴，木棒水平位移x 为横轴建立直角坐标系，浮力尸随水平位移x 的变化如图（b）所示。己知河水密度为，木棒横截面积为S,重力加速度大小为g o 下列说法正确的是 OB.x从
4、0.21 m 到 0.25 m 的过程中，木棒加速度方向竖直向下，大小逐渐变小C.x=0.35m和x=0.45m 时，木棒的速度大小相等，方向相反D.木棒在竖直方向做简谐运动的振幅为 与 请2pSgE.木棒的运动为向x 轴正方向传播的机械横波，波速为0.4 m/s（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6 的 控 制（可视角度6 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=0.8nlm。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。防窥屏_LT_（
5、i）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度6 控制为60。，求屏障的高度4（ii）若屏障高度d=L 0 m m,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9 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）。4.【2022年山东卷】柱状光学器件横截面如图所示，O P右侧是以O 为圆心、半经为R 的1 圆，左4侧是直角梯形，A P 长为R,AC与 CO夹角45。，AC中 点 为 瓦 以 匕两种频率的细激光束，垂直4 5 面入射，器件介质对“，光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向 B 移动过程中，能 在 面
6、全 反 射 后，从 OM 面出射的光是（不考虑三次反射以后的光）（）A.仅有。光AB.仅有b 光C.a、b 光都可以D.a、6 光都不可以5.【2022年山东卷】某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝5、邑 的宽度可调，狭缝到屏的距离为心同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（）A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时，增加L其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时，若光从狭缝耳、邑到屏上尸点的路程差为半波长
7、的奇数倍，尸点处一定是暗条纹6.【2022年广东卷】选修3-4（1）如图所示，某同学握住软绳的一端周期性上下抖动，在绳上激发了一列简谐波。从图示时刻开始计时，经过半个周期，绳上M 处 的 质 点 将 运 动 至 （选填或Q”）处。加快抖动，波的频率增大，波速（选填“增大”“减小”或“不变”）。（2）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P 点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心。点.当光束与竖直方向成45。角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为。，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度
8、外P7.【2022年浙江卷】关于双缝干涉实验，下列说法正确的是（）A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大8.【2022年浙江卷】如图所示，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.气泡表面有折射没有全反射C.气泡表面有折射和全反射9.【2022年河北卷】【选修3-4】（1）一列简谐横波沿x 轴正方向传播。B.光射入气泡衍射形成“亮斑”D.光射入气泡干涉形成“亮斑”波速为10m/s。在传播方向上有尸、Q
9、 两质点，坐标分别为x,=lm/=6 m。波传播到P 点开始计时，该点的振动图像如图所示，则简谐波的波长为m,经过 s,。点第一次到达正向最大位移处。（2）如图，一个半径为/?的玻璃球，。点为球心。球面内侧单色点光源S 发出的一束光在A 点射出，出射光线4 3 与球直径SC平行，6=30。光在真空中的传播速度为c。求：(i)玻璃的折射率；(ii)从 S 发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。1 0.【2 0 2 2 年辽宁卷】完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2 0 2 1 年 1 2 月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水
10、球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是()A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1 在M处发生全反射，光线2 在 N处一定发生全反射D.若光线2 在 N处发生全反射，光 线 1 在 M处一定发生全反射答案以及解析1.答案：(1)4；0.5；向下运动(2)见解析解析：(1)由s in 4 5 =,并结合题图有?=L5m,可得/l =4m,频率f =；=0.5 Hz,周期2 8 2T=(=2 s。由于t =0 时刻质点A向下运动，所以，=2 s 时刻质点4向下运动。(2)设光在/W面的折射角
11、为r,则由折射定律有=包 幽s i n r光在8 C 面恰发生全反射，有s i n C=n由几何知识有r +C =9 0联立解得s i n C =3 自,sinr=P，=7 V 7 2a.r -2 .a-b饺 B N =b,PC=c,Jp，S 7联立解得c=-22.答案：(1)4；加强；向下(2)1.5解析：（1）由得 7 =4m。由于耳与邑振动方向相同，又 西-万;=0,则 P 点为振动加强点。因 西=1 0 m =2.5/l,则 P 点与波源加振动情况恰好相反，故尸质点向下振动。（2）如图所示，当折射光线在A f i 边恰好不能射出时，在边上的入射角等于全反射临界角C。DA=D E,各个角
12、度如图中所示由几何关系可知a =9 0 -Co9 0 -r +2 a =1 8 0解得，=9 0 -2 C0由全反射知识得s i n Co=-n由折射定律有=亚s i n r1 4代入s i n i =解得=1.5 (n=-一舍去)6 33.答 案:(1)A B D(2)(i)1.5 5 mm；(i i)0.35 m m解析：（1）本题考查简谐运动、运动的合成等。由题图（b）可知，x 从 0.0 5 m到 0.1 5 m的过程中，木棒从平衡位置下方向平衡位置上方运动，先做加速度减小的加速运动再做加速度增大的减速运动，木棒的速度先增大后减小，则木棒的动能先增大后减小，A项正确；x 从 0.2 1
13、 m到 0.2 5 m的过程中，木棒的浮力小于重力，且逐渐增大，根据牛顿第二定律，有加速度方向竖直向下，大小逐渐减小，B 项正确；x=0.35m和 x=0.45m 时，木棒在竖直方向做简谐运动的速度等值反向，但木棒的速度是做简谐运动的速度与在水平方向上随河水做匀速运动的速度的合成，所以在这两个位置，木棒的速度方向不是相反的，C 项错误；根据振幅的定义可知，木棒从最低点到最高点运动的距离等于振幅的2 倍，则有2A/7gS=f；-,得到A=g 请，D 项正确；2pSg木棒在竖直方向做简谐运动，水平方向做匀速运动，不形成横波，E 项错误。(2)(i)发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，考虑射到屏障
14、顶端的光射到透明介质和空气n界面，折射后从界面射向空气，由题意可知6=60。，则厂=：=302在介质中的入射角为i,则 丝=sinz解得sini=L4L由几何关一系s一in，=I,2/卜+今解得 d=解.4 mm=1.55 mm(i i)若视角度6 刚好被扩为180。，则 里=9 0 ,此时光线在界面发生全反射，此时光线在界面2处的入射角sinC=4=:n 2解得C=30。此时发光像素单元发光点距离屏障的距离为“=dtanC=mm像素单元宽度x 最小为x=2(4-勺=0.8)mm 0.35 mm4.答案：A解析：本题考查光的全反射、光的折射定律。根据题给条件，画出从A 向 8 不同入射点的光路图如图所示，根据图像可知，入射点从A 向 8 移动过程中，光 线 传 播 到 面 的 入 射 角 在 0。45。内,根据全反射临界角公式得s i n Q=T L g,两种频率的细激光束na 1.42 2 nh 1.40 2的全反射的临界角关系为C“45/3(i i)设全反射的临界角为C,则s i n C=1 =3n 3光在玻璃球内的传播速度有丫=n根据几何关系可知当6 =45。时，即光路为圆的内接正方形，从 S 发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长=夜/?则最短时间为=把=勺 画V C1 0.答 案:C