2019年高考物理備考 優(yōu)生百日闖關(guān)系列 專題17 光學(xué) 電磁波 相對論(含解析)

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1、專題17 光學(xué) 電磁波 相對論 第一部分名師綜述 綜合分析近幾年的高考物理試題發(fā)現(xiàn),試題在考查主干知識的同時,注重考查基本概念和基本規(guī)律。 考綱要求 (1)理解折射率的概念,掌握光的折射定律;掌握全反射的條件,會進行有關(guān)簡單的計算. (2)理解光的干涉現(xiàn)象,掌握雙縫干涉中出現(xiàn)明暗條紋的條件;理解光的衍射現(xiàn)象,知道發(fā)生明顯衍射的條件;知道光的偏振現(xiàn)象,了解偏振在日常生活中的應(yīng)用 (3)知道電磁波是橫波;了解電磁波的產(chǎn)生、傳播、發(fā)射和接收,熟記電磁波譜;了解狹義相對論的基本假設(shè)和幾個重要結(jié)論. 命題規(guī)律 (1)分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問題時,應(yīng)注意與實際應(yīng)用的聯(lián)系,作

2、出正確的光路圖,可能出現(xiàn)計算題和作圖題。 (2)光的干涉、衍射和偏振部分,以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主,主要是以選擇題和填空題為主 (3)電磁波和相對論部分,以考查基本概念及對規(guī)律的簡單理解為主,主要是以選擇題為主 第二部分精選試題 1.如圖所示,水下光源S向水面A點發(fā)射一束光線,折射光線分別為a、b兩束。則. A.a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率 B.在真空中a光的速度大于b光的速度 C.若a光為綠光,則b可能為紫光 D.若保持入射點A位置不變,將入射光線瞬時針旋轉(zhuǎn),從水面上方觀察,a光先消失 E.用同一雙縫干涉實驗裝置分別用a、b光做實驗,a光干涉相鄰條紋間距大于b光

3、干涉相鄰條紋間距 【答案】 ACE 【解析】 試題分析:A、由題,兩光束的入射角i相同,折射角ra

4、、全反射臨界角公式、干涉和衍射的條件等多個知識點,同學(xué)們只要加強對光學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),就能輕松解答. 2.下面說法正確的是 A.調(diào)制的主要作用是使高頻振蕩的振幅或頻率隨要傳播的電信號而改變 B.一種電磁波入射到半徑為的孔上,可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象,這種波屬于電磁波譜的可見光 C.第一個用實驗驗證電磁波客觀存在的科學(xué)家是麥克斯韋 D.波長越短的電磁波,反射性能越強 E.有一LC振蕩電路,能產(chǎn)生一定波長的電磁波,若要產(chǎn)生波長比原來長些的電磁波,可采用的措施為減小電容器極板間的距離 【答案】 ADE 【解析】 試題分析:使電磁波隨各種信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制,因此調(diào)制的主要作用是

5、使高頻振蕩的振幅或頻率隨要傳播的電信號而改變,故選項A正確;由于發(fā)生明顯衍射的條件是孔徑、障礙物尺寸小于波長或者與波長相差不大,所以可知該電磁波的波長要大于等于,其頻率:,屬于無線電波,故選項B錯誤;首先用實驗驗證了電磁波存在的科學(xué)家是赫茲,故C錯誤;電磁波波長越短,越不易發(fā)生衍射,反射性能越好,故D正確;若要產(chǎn)生比原來長些的電磁波,則頻率變低,所以通過增大電容器的電容,或增大線圈中的自感系數(shù),故選項E正確。 考點:電磁波的發(fā)射、傳播和接收 【名師點睛】本題考查電磁波的發(fā)射和接收過程的規(guī)律,要求能熟練掌握對應(yīng)的過程和各過程的名稱及作用。 3.下列說法正確的是。 A.黑體輻射電磁波的強度

6、按波長分布與黑體的溫度無關(guān) B.德布羅意提出了實物粒子也具有波動性的猜想,而電子衍射實驗證實了他的猜想 C.據(jù)光電效應(yīng)方程可知,發(fā)生光電效應(yīng)時光電子最大初動能與入射光頻率成正比 D.用頻率一定的光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時,入射光越強,單位時間發(fā)出的光電子數(shù)越多 E.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光具有粒子性 【答案】 BDE 【解析】 試題分析:A、根據(jù)黑體輻射規(guī)律:黑體輻射電磁波的強度,按波長的分布,只與黑體的溫度有關(guān),故A正確;B、德布羅意首先提出了物質(zhì)波的猜想,之后電子衍射實驗證實了他的猜想,故B正確;C、根據(jù)光電效應(yīng)方程知,光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系

7、,不是正比關(guān)系.故C錯誤;D、用頻率一定的光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時,入射光越強,則光束中的光電子的數(shù)目越多,單位時間發(fā)出的光電子數(shù)越多,故D正確;E、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光具有粒子性.故E正確.故選BDE. 考點:考查光電效應(yīng);物質(zhì)波. 【名師點睛】考查黑體輻射的規(guī)律,理解光的波粒兩面性,知道光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的作用,注意實物粒子的波動性的理解. 4.下列說法正確的是。 A.交通警示燈選用紅色是因為紅光更容易穿透云霧煙塵 B.光在同一種介質(zhì)中沿直線傳摘 C.用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射 D.讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置.形成的干涉條紋間距較大的是綠光

8、 E.圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音是多普勒效應(yīng) 【答案】 ACD 【解析】 試題分析:交通警示燈選用紅燈是因為紅光更容易穿透云霧煙塵,故A正確;光在同一種均勻介質(zhì)中才沿直線傳播,故B錯誤;用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射,故C正確;讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置,因藍光的波長小于綠光,因此形成的干涉條紋間距較大的是綠光,故D正確.圍繞振動的音叉轉(zhuǎn)一圈會聽到忽強忽弱的聲音是振動加強與減弱的原因,不是多普勒效應(yīng)現(xiàn)象,故E錯誤; 考點:考查光的干涉、衍射的原理,光的衍射條件,及干涉條紋間距公式 【名師點睛】波長越長,越容易發(fā)生衍射;光在均勻介質(zhì)中才直線傳播;光導(dǎo)纖

9、維利用光的全反射原理;依據(jù)光的干涉條紋間距公式,即可判定;聽到忽強忽弱的聲音的疊加,加強與減弱的原因. 5.光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用,下列說法正確的是 A.用透明的標準平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 B.用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象 C.在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象 D.光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 E.在光的雙縫干涉實驗中,若僅將入射光由紅光改為綠光,則干涉條紋間距變窄 【答案】 CDE 【解析】 試題分析:檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象,故A錯誤;用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用

10、光發(fā)生折射而形成色散現(xiàn)象,故B錯誤;光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用了光由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時會發(fā)生全反射,故C正確;增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象,故D正確;在光的雙縫干涉實驗中,若僅將入射光由紅光改為綠光,因綠光的波長小于紅光,根據(jù)可知,干涉條紋間距變窄,選項E正確;故選CDE. 考點:光的干涉和衍射;全反射;雙縫干涉 【名師點睛】解答本題應(yīng)掌握光的折射、全反射及干涉等在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用;人類對于光學(xué)的研究及應(yīng)用非常廣泛,在學(xué)習(xí)中要注意掌握不同現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。 6.以下說法中正確的是____________. A.圖甲是α粒子散射實驗示意圖,當顯微鏡在A、B、C、D中的A位置時熒光

11、屏上接收到的α粒子數(shù)最多. B.圖乙是氫原子的能級示意圖,氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級時吸收了一定頻率的光子能量. C.圖丙是光電效應(yīng)實驗示意圖,當光照射鋅板時驗電器的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),則此時驗電器的金屬桿帶的是正電荷. D.圖丁是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,該實驗現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性. E.圖戊是風(fēng)力發(fā)電的國際通用標志. 【答案】 ACD 【解析】 試題分析:A、圖甲是α粒子散射實驗示意圖,當顯微鏡在A、B、C、D中的A位置時熒光屏上接收到的α粒子數(shù)最多.故A正確;B、圖乙是氫原子的能級示意圖,結(jié)合氫光譜可知,氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級時產(chǎn)生的光子的頻率

12、屬于紫外線范疇.故B錯誤;C、當光照射鋅板時,金屬板失去電子,將帶正電,所以與之相連的驗電器的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn),此時驗電器的金屬桿帶的是正電荷.故C正確;D、圖丁是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,由于衍射是波特有的性質(zhì),所以該實驗現(xiàn)象說明實物粒子也具有波動性.故D正確;E、圖戊是輻射標志(亦稱三葉草).不是風(fēng)力發(fā)電的國際通用標志.故E錯誤.故選ACD. 考點:考查光電效應(yīng);粒子散射實驗. 【名師點睛】(1)由α粒子的散射實驗可知,原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu):中心有一個很小的核,全部正電荷及幾乎全部的質(zhì)量都集中在里面,外面自由電子繞核高速旋轉(zhuǎn),知道α粒子的散射實驗的結(jié)果;(2)解決本題的關(guān)鍵知道發(fā)生光電效應(yīng)時

13、有光電子從金屬中飛出,理解光電效應(yīng)的產(chǎn)生;(3)理解光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件,以及光電流大小的決定因素,并能在具體問題中正確應(yīng)用. 7.如圖所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為,經(jīng)折射后射出、兩束光線,下列說法正確的是。 A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長大于b光的波長 C.玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使角逐漸變大,則折射光線b首先消失 E.分別用a、b光在同一雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距 【答案】 ACE 【解析】 試題分析:光

14、線a的偏折程度大,根據(jù)折射定律公式,光線a的折射率大;再根據(jù)公式,光線a在玻璃中的傳播速度小,故AC正確;光線a的折射率大,說明光線a的頻率高,根據(jù)c=λf,光線a在真空中的波長較短,故B錯誤;若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a的折射角先達到90°,故先發(fā)生全反射,先消失,故D錯誤;光線a在真空中的波長較短,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式,分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,故E正確;故選ACE. 考點:光的折射定律;光的干涉 【名師點睛】本題綜合考查了光的折射、全反射和干涉,關(guān)鍵是記住幾個公式:折射率定義公式、光速公式、雙縫干

15、涉條紋間距公式,基礎(chǔ)題目。 8.如圖所示,一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃磚的上表面,得到三束光線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,若玻璃磚的上下表面足夠?qū)?,下列說法正確的是( ) A.光束Ⅰ仍為復(fù)色光,光束Ⅱ、Ⅲ為單色光 B.玻璃對光束Ⅲ的折射率大于對光束Ⅱ的折射率 C.改變α角,光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行 D.通過相同的雙縫干涉裝置,光束Ⅱ產(chǎn)生的條紋寬度要大于光束Ⅲ的 E.在真空中,光束Ⅱ的速度等于光束Ⅲ的速度 【答案】 ACE 【解析】 試題分析:因Ⅰ為P的反射光,故光束Ⅰ仍為復(fù)色光;不同的單色光經(jīng)折射和下底面反射后,再經(jīng)上表面折射后,因折射角不同而分

16、成兩束單色光,故選項A正確;根據(jù)光路圖及光的折射定律可知,玻璃對光束Ⅱ的折射率大于對光束Ⅲ的折射率,選項B錯誤;由光的反射定律及折射定律,結(jié)合光路圖可知,改變α角,光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行,選項C錯誤;因玻璃對光束Ⅱ的折射率大于對光束Ⅲ的折射率,則光束Ⅱ的波長小于光束Ⅲ的波長,根據(jù)可知,通過相同的雙縫干涉裝置,光束Ⅱ產(chǎn)生的條紋寬度要小于光束Ⅲ的,選項D錯誤;在真空中各種色光的傳播速度都是相同的,故選項E正確;故選ACE. 考點:光的折射定律;雙縫干涉 【名師點睛】此題是對光的折射定律及雙縫干涉等知識點的考查;關(guān)鍵是能畫出光路圖,結(jié)合光的折射定律及反射定律分析;記住雙縫干涉的條紋間距的表

17、達式。 9.如圖所示,是一個半徑為?R的半圓柱形透明物體的截面圖。現(xiàn)有平行于軸線OA的單色光從左側(cè)射入透明物體,已知從距圓心R2的P點射入透明物體的光,經(jīng)過透明物體后通過軸線OA上的Q點,Q點距圓心O的距離為3R。求: (1)該透明物體的折射率; (2)能夠從透明物體圓形邊界射出的光(不考慮多次反射的情況),其入射光的范圍。 【答案】(1) n=3 (2) 入射光的范圍在距O點小于33R的距離內(nèi) 【解析】 (i) 如圖, 設(shè)光在弧面上的入射點為S,入射角為r,折射角為i,OS與OA夾角為θ,由幾何關(guān)系: sinr=sinθ=R2R 設(shè)S、Q間的距離分別為l2, 由

18、題意可得O、Q間距:l1=3R 在ΔOSQ中,由余弦定理得:l22=R2+l12-2Rl1cosθ 代入數(shù)據(jù)得:l2=R ΔOSQ為等腰三角形 設(shè)SQ與OA的夾角為Φ, 由幾何知識可得:Φ =θ,i=Φ +θ 由折射定律:n=sinisinr 代入數(shù)據(jù)得:n=3 (ii)設(shè)臨界角為C,入射光離O的最遠距離為d,由折射定律:sinC=1n 根據(jù)幾何關(guān)系:sinC=dR 代入數(shù)據(jù)得:d=33R,即入射光的范圍在距O點小于33R的距離內(nèi)。 點睛:要正確的做出光電圖,并掌握折射定律和全反射條件,結(jié)合臨界角求解。 10.如圖,某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標記“·”(圖中

19、O點),然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標記上,小標記位于AC邊上。D位于AB邊上,過D點做AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察。恰好可以看到小標記的像;過O點做AB邊的垂線交直線DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射) 【答案】3 【解析】試題分析本題考查折射定律、光在三棱鏡中傳播及其相關(guān)的知識點。 解析過D點作AB邊的發(fā)現(xiàn)NN',連接OD,則∠ODN=α為O點發(fā)出的光纖在D點的入射角;設(shè)該光線在D點的折射角為β,如圖所示。根據(jù)折射定律有 nsin?α=sin?β① 式中n為三棱

20、鏡的折射率 由幾何關(guān)系可知 ∠β=60°② ∠EOF=30°③ 在ΔOEF中有 EF=OEsin?∠EOF④ 由③④式和題給條件得 OE=2?cm⑤ 根據(jù)題給條件可知,△OED為等腰三角形,有 α=30°⑥ 由①②⑥式得 n=3⑦ 11.如圖所示,寬度為I0的平行光束從空氣中斜射到一平板玻璃的上表面,入射角i=60°,該光束由兩種不同的單色光a和b組成,玻璃對兩種單色光的折射率分別為n1=62,n2=3試求: ①兩種單色光在玻璃中的傳播時間之比; ②為使光從玻璃下表面出射時,兩種光各自的光束不重疊,玻璃板的厚度d的最小值。 【答案】①t1:t2=3:2②dmi

21、n=(3+3)l0 【解析】 【詳解】 (1)由光折射定律?n=sinisinr得兩束光折射角分別為: γ1=45°,γ2=30° 光在玻璃中傳播速度為:v=cn 而光在玻璃中傳播的時間為:t=dcosγv 聯(lián)立解得,兩種單色光在玻璃中的傳播時間之比為:t1:t2=3:2 (2)不出現(xiàn)重疊區(qū)域的臨界情況如圖所示,即需要滿足: dtanγ1=l0cosi+dtanγ2 解得,玻璃板的厚度d的最小值為: dmin=(3+3)l0 故本題答案是:①t1:t2=3:2②dmin=(3+3)l0 【點睛】 利用n=sinisinr求出折射角,并利用v=cn計算光在介質(zhì)中傳

22、播的時間,正確畫出光路圖并利用幾何關(guān)系找到符合條件的高度。 12.如圖,一個三棱鏡的截面為等腰直角形ABC,∠A為直角,直角邊長為L。一細束光線沿此截面所在平面且平行于BC邊的方向射到AB邊上的某點M,光進入棱鏡后直接射到BC邊上。已知棱鏡材料的折射率為2,光在真空中速度為c。 (i)作出完整的光路圖(含出射光線,并在圖上標出角度大?。?; (ii)計算光從進入棱鏡,到第一次射出棱鏡所需的時間。 【答案】(1) (2)t=26L3c 【解析】 ①光路圖如圖 ②作出三角形ABC關(guān)于BC邊對稱圖形可知光線在棱鏡中的傳播路徑長度等于MN的距離,即: s=233L 速率v

23、=cn=22c 傳播時間:t=sv=233L22c=26L3c 點睛:正確畫出光路圖,并結(jié)合折射率與幾何關(guān)系求待求的物理量。 13.如圖所示,三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面,O為BC邊的中點,位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i=45°入射,第一次到達AB邊恰好發(fā)生全反射。已知θ=15°,BC邊長為2L。計算過程可能用到sin75°=6+24、cos75°=6-24,tan15°=2-3,求: ①介質(zhì)的折射率n; ②從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時間(設(shè)光在真空中的速度為c)。 【答案】(1)n=2;(2)t=6+22cL 【解析】①光路圖如圖所示: 設(shè)光線在AB面

24、上的折射角為r,由折射定律n=sinisinr 根據(jù)全反射規(guī)律可知,光線在AB面上P點的入射角等于臨界角C,sinC=1n 由幾何關(guān)系可得r+c=75°,代入數(shù)據(jù)解得n=2 ②在△OPB中,根據(jù)正弦定律可得OPsin75°=Lsin45° 設(shè)所用時間為t,光線在介質(zhì)中的速度為v,得OP=vt,v=cv,解得t=6+22cL 點睛:解決本題的關(guān)鍵是掌握反射定律和折射定律,結(jié)合數(shù)學(xué)知識即可求解。 14.如圖所示,有一透明玻璃磚的截面,其上面的部分是半徑為R的半圓,下面是邊長為2R的正方形,在玻璃磚的兩側(cè)面距離R處,分別放置和側(cè)面平行的足夠大的光屏,已知玻璃磚的折射率n=53,一束光線按

25、圖示方向從左側(cè)光屏的P點射出,過M點射入玻璃磚,恰好經(jīng)過半圓部分的圓心O,且∠MOA=45°,光在真空中的傳插速度為c.求 ①光在玻璃磚中發(fā)生全反射的臨界角 ②光從P點發(fā)出到第一次傳播到光屏上所用的時間 【答案】(1) 37° (2) (322+4)R3c 【解析】①設(shè)玻璃磚的臨界角為C,則:n=1sinC 解得:sinC=35 C=37° ②由于光射到玻璃磚的平面上時的入射角均為i = 45°>C=370則射到平面上的光線發(fā)生全反射,其光路圖如圖所示. 由幾何知識可得,光在玻璃磚和光屏之間傳播的距離x1=2(22-1)R 傳播的時間t1=x1c=(42-2)R

26、c 光在玻璃磚內(nèi)傳播的距離:x2=42R+2R 光在玻璃磚內(nèi)傳播的速度為v=cn=35c 光在玻璃磚內(nèi)傳播的時間t2=x2v=(202+10)R3c 光從P點發(fā)出到笫一次傳播到光屏上所用的時間:t=t1+t2=(322+4)R3c 綜上所述本題答案是:(1) 37° (2) (322+4)R3c 點睛:本題的關(guān)鍵是要掌握全發(fā)射臨界角公式sinC=1n,以及全反射的條件,解題時,要做出光路圖,利用幾何關(guān)系幫助解答。 15.圓柱形均勻透明體的底面下平放一張白紙,白紙上在圓柱體底面中心處有一黑點,白紙與透明體之間有微小間隙。設(shè)周圍都是空氣,若通過透明體側(cè)壁看不到白紙上的黑點,則透

27、明體折射率n的最小值應(yīng)為多少? 【答案】n≥2 【解析】由折射定律可得:sinθ1=nsinθ2=n1-cos2θ2 在側(cè)壁發(fā)生全反射的條件為nsin(900-θ2)=ncosθ2≥1 帶入上式可知:sin2θ1≤n2(1-1n2)=n2-1 所以n≥1+sin2θ1 點睛;此題考查光的反射及全反射知識,關(guān)鍵是畫出光路圖,找出臨界的光線,結(jié)合幾何關(guān)系進行解答. θ1越小的光線越易在側(cè)壁發(fā)生全反射,故θ1=900的光線是在側(cè)壁最難發(fā)生全反射的光線,若能使此光線發(fā)生全反射的話,那么側(cè)壁便看不到黑點了,此時必有n≥2 16.用折射率為的透明物質(zhì)做成內(nèi)半徑、外半徑分別為a、b的

28、空心球,內(nèi)表面涂上能完全吸光的物質(zhì)。圖中所示是經(jīng)過球心的截面圖。當足夠?qū)拸V的平行光射向此球時 ①若a=1m、b=2m,求在透明物質(zhì)內(nèi)運動時間最長的光入射角。 ②若a、b大小為任意的已知量(當然),求被吸收掉的光束橫截面積為多大?(注意:被吸收掉光束的橫截面圖,指的是原來光束的橫截面積,不考慮透明物質(zhì)的吸收和所有界面上的反射。) 【答案】(1) (2)若a很小;若a很大 【解析】①如圖,軌跡正好與內(nèi)球面相切的光路程最長, 由折射定律和幾何關(guān)系得: ②若a很小,如圖所示, 即, ,此時 所求面積 若a很大,如圖所示, 即若,所有光線均被吸收,所求面積

29、 綜上所述本題答案是:(1)(2)若a很??;若a很大 點睛:本題考查了幾何光學(xué),在做此類問題時,要正確畫出光路圖,并結(jié)合實際情況找到符合題意得臨界角,對于臨界的問題一般要從相切這個方向去思考。 17.一直桶狀容器的高為21,底面是邊長為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示.容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料.在剖面的左下角處有一點光源,已知由液體上表面的D點射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率. 【答案】1.55. 【解析】 設(shè)從光源發(fā)出直射到D點的光線的入射角為i1,折射角為r1,在剖面內(nèi)做光源相對于反光壁的鏡

30、像對稱點C,連接CD,交反光壁于E點,由光源射向E點的光線,反射后沿ED射向D點;光線在D點的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示; 設(shè)液體的折射率為n,由折射定律:nsini1=sinr1① nsini2=sinr2② 依題意:r1+r2=90°③ 聯(lián)立①②③解得:n2=1sin2i1+sin2i2④ 由幾何關(guān)系:sini1=l24l2+l24=117⑤ sini2=3l24l2+9l24=35⑥ 聯(lián)立④⑤⑥解得:n=1.55 【名師點睛】此題主要考查光的折射定律的應(yīng)用;解題的關(guān)鍵是能畫出光路圖,通過幾何關(guān)系找到入射角及折射角;根據(jù)折射定律n=sinisinr列方程求解。

31、此題同時考查學(xué)生的數(shù)學(xué)計算能力。 18.如圖所示,AOB是截面為圓形、半徑為R的玻璃磚,現(xiàn)讓一束單色光在橫截面內(nèi)從OA靠近O點處平行OB射入玻璃磚,光線可從OB面射出;保持光束平行OB不變,逐漸增大入射點與O的距離,當入射點到達OA的中點E時,一部分光線經(jīng)AB面反射后恰好未從OB面射出。不考慮多次反射,求玻璃的折射率n及OB上有光射出的范圍。 【答案】n=2 【解析】解:設(shè)光線射到AB面時入射角為,因E點為OA的中點,由幾何知識可知入射角: 設(shè)臨界角為C,則:C=30° 恰好發(fā)生全反射,則: 解得:n=2 由題意可知,光從OE間入射時,可從OB上射出,則從E點入射時出射

32、點距O最遠,設(shè)為F,則: 綜上所述本題答案是:n=2 ;OB上有光射出的范圍 19.如圖所示一光線一45°的入射角射到玻璃三棱鏡側(cè)面AB上,折射光線與AB面的夾角為600。若三棱鏡的令一側(cè)面AC上折射光線恰好消失。求: ①玻璃的折射率n; ②臨界角C; ③三棱鏡的頂角∠A。 【答案】 ①1.414 ②45° ③75° 【解析】試題分析: ①, ②,得: ③ 考點: 光的折射。 20.如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點是半球的球心,虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。已知玻璃的折射率為1.5?,F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從

33、球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)。求 (1)從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值; (2)距光軸R3的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到O點的距離。 【答案】(1)23R(2)2.74R 【解析】(i)如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時的入射角為i,當i等于全反射臨界角i0時,對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l。 i=i0① 設(shè)n是玻璃的折射率,由全反射臨界角的定義有nsini0=1② 由幾何關(guān)系有sini=lR③ 聯(lián)立①②③式并利用題給條件,得l=23R④ (ii)設(shè)與光軸距R3的光線在球面B點折射時的入射角和折射角分

34、別為i1和r1,由折射定律有 nsini1=sinr1⑤ 設(shè)折射光線與光軸的交點為C,在△OBC中,由正弦定理有sin∠CR=sin(180o-r1)OC⑥ 由幾何關(guān)系有∠C=r1-i1⑦ sini1=13⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給的條件得OC=3(22+3)R5≈2.74R⑨ 【名師點睛】本題主要考查光的折射定律的應(yīng)用,解題關(guān)鍵是根據(jù)題意畫出光路圖,根據(jù)幾何知識確定入射角與折射角,然后列方程求解。 21.如圖所示,一個足夠大的水池盛滿清水,水深h=4m,水池底部中心有一點光源A,其中一條光線斜射到水面上距A為l=5m的B點時,它的反射光線與折射光線恰好垂直. (1)求水的折

35、射率n; (2)用折射率n和水深h表示水面上被光源照亮部分的面積(圓周率用π表示). 【答案】(1)1.33 (2) πh2n2-1 【解析】 (1) 設(shè)射向B點的光線入射角與折射角分別i和r, 由題意得:sini=l2-h2l,i+γ=900 故水的折射率為n=sinγsini=coti=43=1.33; (2)設(shè)射向水面的光發(fā)生全反射的臨界角為C, 則有:sinC=1n 圓形光斑的半徑為R=htanC 圓形光斑的面積為S=πR2 聯(lián)立解得:S=πh2n2-1。 22.如圖所示,橫截面為矩形ABCD的玻璃磚豎直放置在水平面上,其厚度為d,AD面鍍有水銀.用一束與B

36、C成45°角的細激光向下照射在BC面上,在水平面上出現(xiàn)兩個光斑,距離為d,求玻璃磚的折射率. 【答案】 【解析】 試題分析:作出光路圖,由光的反射定律和光路圖可逆性可知,反射光線和OH與FG平行,且OH與水平面的夾角為45°. 則得OF=GH=d IE=OF=d tan r==,可得r=30° 所以折射率n== 考點:折射率 23.如圖所示,一束光以45°的入射角從AB面射入三棱鏡中,棱鏡的折射率n=,光在真空中的傳播速度c=3.0×108m/s。求: ①光在棱鏡中的傳播速度; ②光在棱鏡中的折射角。 【答案】 ①2.1×108m/s②30o 【

37、解析】 試題分析:①由 得:v=2.1×108m/s ②設(shè)折射角為r 由sin r=得r=30o 考點:光的折射定律 【名師點睛】此題關(guān)鍵要掌握光的折射定律的表達式;知道入射角和折射角的位置關(guān)系;掌握折射率公式。 24.半徑為R的圓柱形玻璃磚的折射率為2,截面如圖所示,O為圓心,光線I沿半徑aO方向射入,恰好在O點發(fā)生全反射;另一條平行于I的光線II從最高點b射入玻璃磚,折射到MN上的d點,求Od的距離. 【答案】 【解析】 試題分析:光線Ⅰ射到MN面上時的入射角等于臨界角. 臨界角 設(shè)光線Ⅱ在圓柱面的入射角為,折射角為, 則 由折射定律得 所以

38、 則 考點:考查了光的折射,全反射 【名師點睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式,運用幾何知識結(jié)合解決這類問題 25.如圖所示,扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面,半徑為R,介質(zhì)折射率為2,圓心角為45°,一束平行于OB的單色光由OA面射入介質(zhì),要使柱體AB面上沒有光線射出,至少要在O點上方豎直放置多高的遮光板?(不考慮OB面的反射)。 【答案】H=33R 【解析】 試題分析:光線在OA面上的C點發(fā)生折射,入射角為45°,折射角為β, 由n=sin45°sinβ(2分),解得β=30° (1分) 折射光線射向球面AB,在D點恰好發(fā)生全

39、反射,入射角為α,sinα=1n(2分) 解得:sinα=22(1分) 在三角形OCD中,由正弦定理sinαOC=sin(β+90°)R(2分) 所以擋板高度H=OCsin45°(1分) 得H=33R(1分) 考點:本題考查光的折射。 26.如圖所示,MN下方足夠大的空間有一長方體玻璃介質(zhì),其折射率n=3,玻璃介質(zhì)在的上邊界MN是屏幕,玻璃中有一個正三棱柱的真空區(qū)域。三棱柱軸線垂直于紙面,圖中豎直截面正三角形的邊長18cm,頂點C很靠近屏幕,距離可忽略。底邊AB與屏幕平行,一束激光在豎直截面內(nèi)垂直于AB邊射向AC邊的中點O,結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)了兩個光斑。光在真空中的傳播速度c=3

40、×l08m/s。求: ①該激光在玻璃介質(zhì)中傳播的速度; ②兩個光斑之間的距離。 【答案】(1)v=3×108m/s (2)x=18cm 【解析】 ①該激光在玻璃介質(zhì)中傳播的速度為:v=cn=3×108m/s ②畫出光路圖如圖所示: 在界面AC,光的入射角i=60° 由光的折射定律有:sinisinγ=n 代入數(shù)據(jù)可以得到:折射角γ=30° 由光的反射定律得到,反射角:i=i'=60° 由幾何關(guān)系得到:ΔDOE是直角三角形,∠ODC=60°,∠OEC=60° O點到光屏的距離為:h=OC·sin60°=932cm 故兩光斑之間的距離為:x=htan60°+hta

41、n30°=18cm 27.如圖所示,真空中兩細束平行單色光a和b從一透明半球的左側(cè)以相同速率沿半球的平面方向向右移動,光始終與透明半球的平面垂直。當b光移動到某一位置時,兩束光都恰好從透明半球的左側(cè)球面射出(不考慮光在透明介質(zhì)中的多次反射后再射出球面)。此時a和b都停止移動,在與透明半球的平面平行的足夠大的光屏M上形成兩個小光點.已知透明半球的半徑為R,對單色光a和b的折射率分別為n1=233和n2=2,光屏M到透明半球的平面的距離為L=(12+32)R,不考慮光的干涉和衍射,真空中光速為c,求: (1)兩細束單色光a和b的距離d (2)兩束光從透明半球的平面入射直至到達光屏傳播的時

42、間差△t 【答案】(1)3-12R(2)23R3c 【解析】 (1)由sinC=1n得,透明半球?qū)光和b光的臨界角分別為60°和30°,畫出光路如圖 A、B為兩單色光在透明半球面的出射點,折射光線在光屏上形成光點為D和C,AD、BC沿切線方向。由幾何關(guān)系得 d=Rsin60°-Rsin30°=3-12R (2) a光在透明介質(zhì)中的速度v1=cn1=32c 傳播時間t1=Rcos60°v1=3R3c 光屏M到透明半球的平面的距離為L=12+32R, FA=L-Rcos60°=32R AD=AF/cos30°=R 故a光在真空中傳播的時間t'1=ADc=Rc 則ta=

43、t1+t'1=3+3R3c b光在透明介質(zhì)中的速度v2=cn2=c2, 傳播時間t2=Rcos30°v2=3Rc 在真空中,由幾何關(guān)系得BC=R t'2=Rc 則tb=t2+t'2=3+1Rc 故Δt=tb-ta=23R3c 點睛:處理本題的關(guān)鍵:1、熟練掌握、應(yīng)用幾何光學(xué)基本公式①sinC=1n;②v=cn。2、利用平面幾何的知識找準光束通過的路程。 28.如圖所示,一玻璃球體的半徑為R,O為球心,AB為直徑,在球的左側(cè)有一豎直接收屏在A點與玻璃球相切.自B點發(fā)出的光線BM在M點射出,出射光線平行于AB,照射在接收屏上的Q點.另一光線BN恰好在N點發(fā)生全反射.已知∠ABM=30°,求: (ⅰ)玻璃的折射率; (ⅱ)光由B傳到M點與再由M傳到Q點所需時間比; (ⅲ)N點到直徑AB的距離. 【答案】(1)3 (2)6:1(3)223R 【解析】 試題分析:(i)已知∠ABM=30°,由幾何關(guān)系知入射角:α=30° 折射角:β=60° 則玻璃的折射率為: (ii)光在玻璃中傳播速度: 光由B傳到M的時間:= 光由M傳到Q的時間:= 則:∶=6 (iii)由題意知臨界角C=∠ONB. 則:sinC=,cosC= ∴N點到直徑AB的距離:d=2RcosC×sinC= 考點:光的折射定律;全反射 25

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