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新课标2013年高考物理考前十天回归教材习题精练八光学【2013高考会这样考】 1.掌握光的折射定律，理解折射率，掌握折射率与光速的关系.2.掌握全反射的概念及发生全反射的条件，能运用全反射解释有关光学现象.3.理解光的干涉现象产生的条件，掌握双缝干涉条纹间距公式.4.掌握光发生明显衍射的条件和各种衍射图样.【原味还原高考】一、光的折射定律和折射率1.折射现象:光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象.2.折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.(2)表达式:式中n12是比例常数. 3.折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小.(2)定义式：不能说n12与sin1成正比，与sin2成反比.折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定.(3)计算公式n=，因vc，故任何介质的折射率总大于1.【特别提醒】1.理解折射定律应注意(1)入射光线、法线和折射光线共面，折射光线与入射光线分居在法线两侧.(2)在光的折射现象中，光路是可逆的.(3)在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解.2.理解折射率时应注意(1)介质的折射率实际上指的是绝对折射率，所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦值之比.(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关. 二、全反射1.定义：光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象.2.条件：(1)光从光密介质射向光疏介质.(2)入射角大于等于临界角.3.临界角：折射角等于90时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为c，则sinc =，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.【特别提醒】分析全反射现象的问题时，先确定是否满足发生全反射的条件，即光由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，再由反射定律来确定光的传播情况. 三、玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用1.玻璃砖对光路的控制：对于两面平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移.如图所示.2.三棱镜对光路的控制及成像(1)对光路的作用光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折.如图(1)所示.光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折.如图(2)所示.全反射棱镜(等腰直角棱镜):当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出,如图甲所示.当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出.如图乙所示.(2)三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像.【名师点睛】在研究玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用时应注意：不同颜色的光频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同.四、光的干涉1.条件(1)两列光的频率相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象.(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源.双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源的.2.杨氏双缝干涉原理如图所示： 3.薄膜干涉如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，在膜的前表面aa和后表面bb分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.(1)明暗条纹形成的原理分析明条纹条件:在p1、p2处，在两个表面处反射回来的两列光波的路程差x等于波长的整数倍,即：xn(n1,2,3)，薄膜上出现明条纹.暗条纹条件:在q处，两列反射回来的光波的路程差x等于半波长的奇数倍,即：x(2n1) (n0,1,2,3)，薄膜上出现暗条纹.(2)应用:增透膜；利用光的干涉检查平整度.五、光的衍射1.衍射的定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象.2.发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象.3.泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).【特别提醒】1.研究干涉现象时应注意(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样.(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹. 2.干涉和衍射图样的区别(1)光的干涉、衍射都可出现彩色条纹，但光学本质不同.(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.六、光的偏振1.偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振.2.自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光.3.偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后，就变成了偏振光.【特别提醒】对偏振光的理解应注意(1)自然光通过偏振片后，就变成了偏振光.(2)平时我们所见的光，除直接从光源射来的以外一般都是偏振光. 七、测定玻璃的折射率1.实验原理如图所示，abba为两面平行的玻璃砖，光线的入射角为1,折射角为2,根据 ，可以计算出玻璃的折射率. 2.实验步骤(1)把白纸铺在木板上.(2)在白纸上画一直线aa作为界面，过aa上的一点o画出界面的法线nn，并画一条线段ao作为入射光线.(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb.(4)在线段ao上竖直地插上两枚大头针p1、p2.(5)从玻璃砖bb一侧透过玻璃砖观察大头针p1、p2的像，调整视线的方向，直到p1的像被p2的像挡住.再在bb一侧插上两枚大头针p3、p4，使p3能挡住p1、p2的像，p4能挡住p3及p1、p2的像.(6)移去玻璃砖，在拔掉p1、p2、p3、p4的同时分别记下它们的位置，过p3、p4作直线ob交bb于o.连接o、o，oo就是玻璃砖内折射光线的方向.aon为入射角，oon为折射角.(7)改变入射角，重复实验.3.求折射率的四种方法(1)计算法：用量角器测量入射角1和折射角2,算出不同入射角时的并取平均值.(2)图象法：改变不同的入射角1，测出不同的折射角2，作sin1-sin2 图象，由 可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率.(3)辅助线段法：利用直尺作辅助线，测出辅助线的长度大小，求玻璃的折射率.(4)“单位圆法”:以入射点o为圆心，以适当长度r为半径画圆，交入射光线oa于e点，交折射光线oo于e点，过e作nn的垂线eh，过e作nn的垂线eh.如图所示，oe=oe=r，则，只要用刻度尺量出eh、eh的长度就可以求出n.【特别提醒】1.误差分析(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些.(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差.2.注意事项(1)实验时，应将大头针竖直插在纸上，且p1和p2之间、p3和p4之间、p2与o、p3与o之间距离要稍大一些.(2)入射角1不宜太大(接近90)，也不宜太小(接近0).太大，反射光较强，出射光较弱；太小，入射角、折射角测量的相对误差较大.(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.八、用双缝干涉测光的波长1.实验原理(1)单色光经双缝干涉产生稳定的明、暗相间的条纹，复色光产生彩色条纹.(2)条纹间距公式x=.2.实验步骤(1)观察干涉条纹将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.接好光源，打开开关，使光源灯丝正常发光.调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达毛玻璃屏.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5 cm10 cm，这时，可观察白光的干涉条纹.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻亮纹间的距离用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏的距离l(d是已知的).重复测量，取平均值.【特别提醒】 1.数据处理用刻度尺测量出双缝到屏间的距离l,由公式=x计算波长.重复测量、计算，求出波长的平均值.2.误差分析测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距x测量不准，或双缝到屏的距离测量不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差.3.注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离. (4)不要直接测x，要测几个条纹的间距，计算得x，这样可以减小误差.(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边. （2012海南）一玻璃三棱镜，其截面为等腰三角形，顶角为锐角，折射率为。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜。不考虑棱镜内部的反射。若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧(如图)，且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出，则顶角可在什么范围内取值？（2012江苏） b. 选修3-4(12 分) (1)如题12b-1 图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片p 和q,a 点位于p、q 之间,b 点位于q 右侧. 旋转偏振片p, a、b 两点光的强度变化情况是_ .(a) a、b 均不变 (b) a、b 均有变化(c) a 不变,b 有 变 化 (d) a 有变化,b 不变 (2)“测定玻璃的折射率冶实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针a、b,在另一侧再竖直插两个大头针c、d. 在插入第四个大头针d 时,要使它 _. 题12b-2 图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、是描在纸上的玻璃砖的两个边. 根据该图可算得玻璃的折射率n = _. (计算结果保留两位有效数字)(3)地震时,震源会同时产生两种波,一种是传播速度约为3. 5 km/ s 的s 波,另一种是传播速度约为7. 0 km/ s 的p 波. 一次地震发生时,某地震监测点记录到首次到达的p波比首次到达的s 波早3 min. 假定地震波沿直线传播,震源的振动周期为1. 2 s, 求震源与监测点之间的距离x 和s 波的波长.72010海南物理18(1)一光线以很小的入射角射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，求出射光线与入射光线之间的距离（很小时）（09山东37） （物理物理3-）（2）一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比，图2为过轴线的截面图，调整入射角，光线拾好在不和空气的界面上发生全反射，已知水的折射角为，的值。解析： （2）当光线在水面发生全放射时有，当光线从左侧射入时，由折射定律有，联立这两式代入数据可得。（09江苏物理12.b）（1）如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9（为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为 。（填写选项前的字母）（a）0.4c （b）0.5c （c）0.9c （d）1.0c（3）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上。照片中，水利方运动馆的景象呈现在半径的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度，若已知水的折射率为，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深，（结果保留两位有效数字）设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为，光路如图：折射定律 （本题为估算题，在取运动员实际长度时可以有一个范围，但要符合实际，故求得h值可以不同均可）（09海南物理18.（1）如图，一透明半圆柱体折射率为，半径为r、长为l。一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出。球该部分柱面的面积s。 （09海南物理19）（i）已知：功率为100w灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速，普朗克常量，假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。（09宁夏35.（2）一棱镜的截面为直角三角形abc，a=30o，斜边aba。棱镜材料的折射率为n=。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从ac边的中点m射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。 如果入射光线在法线的右侧，光路图如图1所示。设出射点为f，由几何关系可得（08宁夏32）一半径为r的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心o的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为。求出射角。12.(08山东37）麦克斯韦在1865年发表的电磁场的动力学理论一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性，即光是电磁波。（1）一单色光波在折射率为1.5的介质中传播，某时刻电场横波图象如图1所示.求该光波的频率。（2）图2表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于cd边的单色光入射到ac界面上，a、b是其中的两条平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图.并标出出射光线与界面法线夹角的度数。14.（08上海理综44）生活中经常用“呼啸而来”形容正在驶近的车辆，这是声波在传播过程中对接收者而言频率发生变化的表现，无线电波也具有这种效应。图中的测速雷达正在向一辆接近的车辆发出无线电波，并接收被车辆反射的无线电波。由于车辆的运动，接收的无线电波频率与发出时不同。利用频率差就能计算出车辆的速度。已知发出和接收的频率间关系为，式中c为真空中的光速，若，可知被测车辆的速度大小为_m/s。【答案】30【解析】根据题意有，解得v30m/s。 【精选名题巧练】 1.（2013山东德州联考）某同学做“测定玻璃折射率”实验时，完成光路图后，由于没有量角器，借助圆规以o为圆心画圆，分别交入射光线于a点，交oo连线延长线于c点分别过a点、c点作法线nn的垂线ab、cd交nn于b点、d点，用刻度尺量得ab=l0cm，cd =6cm，求： 玻璃的折射率n；光从这种玻璃进入空气时的临界角多大解析：设aon=i，con=r，由折射定律可得n=sini/sinr。由于ao等于co，所以sini/sinr=5/3，玻璃的折射率n=5/3.由sinc=1/n可得光从这种玻璃进入空气时的临界角c=37。2某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图9(a)所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图9(b)中的黑点代表亮点的中心位置图9(1)这个现象说明激光具有_性(2)通过测量相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍，如果双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为l，感光片上相邻两光点间的距离为b，则激光的波长.该同学测得l1.0000 m、缝间距a0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图9(b)所示图9(b)图中第1到第4个光点的距离是_ mm.实验中激光的波长_ m(保留两位有效数字)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将_3如图所示，有一圆筒形容器，高h20 cm，筒底直径为d15 cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h11.25 cm.如果将筒内注满水，观察者恰能看到筒壁的底部求水的折射率答案：1.334半径为r的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为o.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点a为圆柱的顶点，光线2的入射点为b，aob60.已知该玻璃对红光的折射率n.(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与o点的距离d.(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？5(2013南京模拟)如图所示，玻璃棱镜abcd可以看成是由ade、abe、bcd三个直角三棱镜组成一束频率为5.31014 hz的单色细光束从ad面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与ad面的夹角60.已知光在真空中的速度c3108 m/s，玻璃的折射率n1.5，求： (1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从cd面射出时的折射角(结果可用三角函数表示)6(2013苏州模拟)某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和地导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图所示，其中纤芯材料的折射率n12，包层折射率n2，光纤长度为3103 m(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角1、折射角2间满足关系：n1sin1n2sin2) (1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间7某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图10(a)所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图10(b)中的黑点代表亮点的中心位置图10(1)这个现象说明激光具有_性(2)通过测量相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍，如果双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为l，感光片上相邻两光点间的距离为b，则激光的波长.该同学测得l1.0000 m、缝间距a0.220 mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图10(b)所示图10(b)图中第1到第4个光点的距离是_ mm.实验中激光的波长_ m(保留两位有效数字)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将_8如图所示，有一圆筒形容器，高h20 cm，筒底直径为d15 cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h11.25 cm.如果将筒内注满水，观察者恰能看到筒壁的底部求水的折射率解析：设入射角r，折射角i，则sini，sinr，n1.33.答案：1.339半径为r的玻璃半圆柱体，横截面如图14所示，圆心为o.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点a为圆柱的顶点，光线2的入射点为b，aob60.已知该玻璃对红光的折射率n.图14(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与o点的距离d.(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？在ocd中可得dodoctan30(2)由于单色蓝光比单色红光波长小、折射率n大，所以向o点偏折更明显，d将减小答案：(1)(2)小10(2013江苏模拟)某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和地导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图16所示，其中纤芯材料的折射率n12，包层折射率n2，光纤长度为3103 m(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角1、折射角2间满足关系：n1sin1n2sin2)图16(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化 (2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，这时光在纤芯中往返的总路程：s，光纤中光速：v信号往返需要的最长时间tmax.代入数据tmax8105s.答案：见解析 11.现有毛玻璃屏a、双缝b、白光光源c、单缝d和透红光的滤光片e等光学元件，要把它们放在图14-5所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长. (1)将白光光源c放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左到右，表示各光学元件的字母排列顺序应为c、_、a.(2)本实验的步骤有:取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤时还应注意_和_.(3)将测量头的分划板中心刻线与某亮纹中