2011高中物理 第十三章 光单元训练 新人教版选修3-4

用心 爱心 专心1 选修选修 3 43 4 第第 1313 章章 光光 例 1 如图所示 真空中有一个半径为 R 折射率为 n 2的透明玻璃球 一束光沿 与直径成 0 45 角的方向从 P 点射入玻璃球 并从 Q 点射出 求光线在玻璃球中的传播 时间 解析 设光线在玻璃球的折射角为 由折射定律得2 sin sin 0 n 解得 30 由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为 L 2Rcos R3 光在玻璃的速度为 v c n c 2 2 光线在玻璃球中的传播时间 t c R v L6 例例 2 2 如图所示 一棱镜的截面为直角三角形 ABC A 30 斜边 AB a 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 45 的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜 画出光路图 并求光线从棱镜射出的点的位置 不考虑光线沿原路返回的情况 详解 设入射角为 i 折射角为 r 由折射定律得 用心 爱心 专心2 由已知条件及 式得 r 30 如果入射光线在法线的右侧 光路图如图所示 设出射点为 F 由几何关系可得 AFM 90 AF 即出射点在 AB 边上离 A 点的位置 如果入射光线在法线的左侧 光路图如图所示 设折射光线与 AB 的交点为 D 由几何关系可知 在 D 点的入射角 60 设全反射的临界角为 C 则 由 和已知条件得 C 45 因此 光在 D 点发生全反射 设此光线的出射点为 E 由几何关系得 DEB 90 BD a 2AF BE DBsin30 联立 式得 BE a 即出射点在 BC 边上离 B 点 a 的位置 类型三 双缝干涉和薄膜干涉的应用 例 3 奶粉的碳水化合物 糖 的含量是一个重要指标 可以用 旋光法 来测量糖溶液 的浓度 从而鉴定含糖量 偏振光通过糖的水溶液后 偏振方向会相对于传播方向向左或向 右旋转一个角度 这一角度 称为 旋光度 的值只与糖溶液的浓度有关 将 的测量值与标准值相比较 就能确定被测样品的含糖量了 如图所示 S 是自然光源 A B 是偏振片 转动 B 使到达 O 处的光最强 然后将被测样品 P 置于 A B 之间 1 偏振片 A 的作用是什么 用心 爱心 专心3 2 偏振现象证明了光是一种 3 以下说法中正确的是 A 到达 O 处光的强度会明显减弱 B 到达 O 处光的强度不会明显减弱 C 将偏振片 B 转动一个角度 使得 O 处光强度最大 偏振片 B 转过的角度等于 D 将偏振片 A 转动一个角度 使得 O 处光强度最大 偏振片 A 转过的角度等于 答案 1 自然光源发出的光不是偏振光 但当自然光经过偏振片后就变成了偏振光 因 此偏振片 A 的作用是把自然光变成偏振光 2 偏振现象证明了光是一种横波 3 因为 A B 的透振方向一致 故 A B 间不放糖溶液时 自然光通过偏振片 A 后变成偏振 光 通过 B 后到 O 当在 A B 间加上糖溶液时 由于溶液的旋光作用 使通过 A 的偏振光 的振动方向转动了一定角度 使通过 B 到达 O 的光的强度不是最大 但当 B 转过一个角度 恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光的振动方向一致时 O 处光强又为最强 故 B 的 旋转角度即为糖溶液的旋光度 若偏振片 B 不动而将 A 旋转一个角度 再经糖溶液旋光后光 的振动方向恰与 B 的透振方向一致 则 A 转过的角度也为 故选项 A C D 正确 巩固练习巩固练习 1 2011 四川理综 T15 下列说法正确的是 A 甲乙在同一明亮空间 甲从平面镜中看见乙的眼睛时 乙一定能从镜中看见甲的眼睛 B 我们能从某位置通过固定的任意透明的介质看见另一侧的所有景物 C 可见光的传播速度总是大于电磁波的传播速度 D 在介质中光总是沿直线传播 答案 选 A 详解 根据反射定律和光路可逆知 A 正确 由于透明介质的形状 厚薄未定 根据折射 定律可知 B 错 光也是一种电磁波 在真空中二者的速度一样 C 错 由折射定律可知 在非均匀介质中 光可以不沿延直线传播 2 2011 重庆理综 T18 在一次讨论中 老师问道 假如水中相同深度处有 a b c 三种不同颜色的单色点光源 有人在水面上方同等条件下观测发现 b 在水下的像最深 c 照亮水面的面积比 a 的大 关于这三种光在水中的性质 同学们能做出什么判断 有 同学回答如下 c 光的频率最大 a 光的传播速度最小 用心 爱心 专心4 b 光的折射率最大 a 光的波长比 b 光的短 根据老师的假定 以上回答正确的是 A B C D 答案 选 C 详解 折射率越大 在水中的像看起来就越浅 b 在水下的像最深 说明 b 光的折射率 最小 c 照亮水面的面积比 a 的大 说明 c 光的临界角大于 a 光的临界角 则 c 光的折射 率小于 a 光的折射率 这样就能判断出三种光的折射率大小关系是 cba nnn 所以 a b c 相当于紫 绿 红三种色光 这样 就能十分简单断定选项 C 正确 3 2011 上海高考物理 T21 如图 当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时 在 圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑 这是光的 填 干涉 衍射 或 直线传播 现象 这一实验支持了光的 填 波动说 微粒说 或 光子说 答案 衍射 波动说 详解 圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑 一定不是光的直线传播现象造成的 是光在传播过程中绕过障碍物的现象 属于光的衍射 衍射是波的特性 所以这一实验支 持了光的波动说 4 4 2010 2010 重庆重庆 20 20 如题 20 图所示 空气中有一折射率为2的玻璃柱体 其横截而是 圆心角为 90o 半径为 R 的扇形 OAB 一束平行光平行于横截面 以 45o入射角射到 OA 上 OB 不透光 若考虑首次入射到圆弧AAB上的光 则 AAB上有光透出的部分的弧长为 A 1 6 R B 1 4 R C 1 3 R D 5 12 R 答案 B 解析 根据折射定律 rsin 45sin 2 可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为 30 用心 爱心 专心5 过 O 的光线垂直入射到 AB 界面上点 C 射出 C 到 B 之间没有光线射出 越接近 A 的光线入 射到 AB 界面上时的入射角越大 发生全反射的可能性越大 根据临界角公式 2 1 sin C得临界角为 45 如果 AB 界面上的临界点为 D 此光线在 AO 界面上点 E 入射 在三角形 ODE 中可求得 OD 与水平方向的夹角为 180 120 45 15 所以 A 到 D 之间没有光线射出 由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为 90 30 15 45 为 1 4 R 5 5 2010 2010 全国卷全国卷 20 20 某人手持边长为 6cm 的正方形平面镜测量身后一棵树的高度 测量时保持镜面与地面垂直 镜子与眼睛的距离为 0 4m 在某位置时 他在镜中恰好能够 看到整棵树的像 然后他向前走了 6 0 m 发现用这个镜子长度的 5 6 就能看到整棵树的 像 这棵树的高度约为 A 5 5m B 5 0m C 4 5m D 4 0m 答案 B 解析 如图是恰好看到树时的反射光路 由图中的三角形可得 0 4m 0 4m 6cm眼睛距镜的距离 眼睛距镜的距离树到镜的距离 镜高 树高 即 0 4m 0 4m 06m0 LH 人 离树越远 视野越大 看到树所需镜面越小 同理有 0 4m 6m0 4m 05m0 LH 以上两式 解得L 29 6m H 4 5m 6 6 2010 2010 北京北京 14 14 对于红 黄 绿 蓝四种单色光 下列表述正确的是 A 在相同介质中 绿光的折射率最大B 红光的频率最高 C 在相同介质中 蓝光的波长最短D 黄光光子的能量最小 答案 C 解析 红 黄 绿 蓝四种单色光的频率依次增大 光从真空进入介质频率不变 B 错 用心 爱心 专心6 由色散现象同一介质对频率大的光有大的折射率 A 错 频率大的光在真空中和介质中的 波长都小 蓝光的波长最短 C 正确 频率大 光子能量大 D 错 7 7 2010 2010 江苏物理江苏物理 12 B 12 B 1 激光具有相干性好 平行度好 亮度高等特点 在科学 技术和日常生活中应用广泛 下面关于激光的叙述正确的是 A 激光是纵波 B 频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C 两束频率不同的激光能产生干涉现象 D 利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 2 如图甲所示 在杨氏双缝干涉实验中 激光的波长为 5 30 7 10 m 屏上 P 点距双缝 1 s和 2 s的路程差为 7 95 7 10 m 则在这里出现的应是 选填 明条纹 或 暗条 纹 现改用波长为 6 30 7 10 m 的激光进行上述实验 保持其他条件不变 则屏上的条 纹间距将 选填 变宽 变窄 或 不变 3 如图乙所示 一束激光从 O 点由空气射入厚度均匀的介质 经下表面反射后 从上面 的 A 点射出 已知入射角为 i A 与 O 相距 l 介质的折射率为 n 试求介质的厚度 d 答案 答案 用心 爱心 专心7 8 8 2010 2010 新课标新课标 33 1 33 1 如图 一个三棱镜的截面为等腰直角 ABC A 为直角 此 截面所在平面内的光线沿平行于 BC 边的方向射到 AB 边 进入棱镜后直接射到 AC 边上 并 刚好能发生全反射 该棱镜材料的折射率为 填入正确选项前的字母 A 6 2 B 2 C 3 2 D 3 答案答案 A 解析解析 根据折射率定义有 2sin1sin n 13sin n 已知 1 450 2 3 900 解得 n 6 2 考点模拟演练考点模拟演练 1 2011 福建龙岩 如图所示 a b c d 四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单 缝衍射图样 分析各图样的特点可以得出的正确结论是 A a b 是光的干涉图样 B c d 是光的干涉图样 C 形成 a 图样的光的波长比形成 b 图样光的波长短 D 形成 c 图样的光的波长比形成 d 图样光的波长短 答案 A 详解 干涉条纹是等距离的条纹 因此 a b 图是干涉图样 c d 图是衍射图样 故 A 项正确 B 项错误 由公式 x 可知 条纹宽的入射光的波长长 所以 a 图样的光的 L d 用心 爱心 专心8 波长比 b 图样的光的波长长 故 C 项错误 c 图样的光的波长比 d 图样的光的波长长 故 D 项错误 2 2011 南通模拟 双缝干涉实验装置如图所示 双缝间的距离为 d 双缝到像屏的距离为 l 调 整实验装置使得像屏上可以看到清晰的干涉条纹 关于干涉条纹的情况 下列叙述正确的是 A 若将像屏向左平移一小段距离 屏上的干涉条纹将变得不清晰 B 若将像屏向右平移一小段距离 屏上仍有清晰的干涉条纹 C 若将双缝间距离 d 减小 像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小 D 若将双缝间距离 d 减小 像屏上的两个相邻暗条纹间的距离增大 答案 选 B D 详解 根据 l 变化 像屏上仍有清晰的干涉条纹 只是条纹间距发生变化 A 错 误 B 正确 d 减小时 x 变大 C 错误 D 正确 3 2011 河北唐山 酷热的夏天 在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外 地面显 得格外明亮 仿佛是一片水面 似乎还能看到远处车 人的倒影 但当你靠近 水面 时 它也随你靠近而后退 对此现象正确的解释是 A 出现的是 海市蜃楼 是由于光的折射造成的 B 水面 不存在 是由于酷热难耐 人产生的幻觉 C 太阳辐射到地面 使地表温度升高 折射率大 发生全反射 D 太阳辐射到地面 使地表温度升高 折射率小 发生全反射 答案 D 详解 酷热的夏天地面温度高 地表附近空气的密度小 空气的折射率下小上大 远处 车 人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射 4 光在科学技术 生产和生活中有着广泛的应用 下列说法正确的是 A 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 用心 爱心 专心9 D 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 答案 选 D 详解 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象 A 错 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象 B 错 在光导纤维束内传送图像是 利用光的全反射现象 C 错 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 D 正确 5 2011 福建福州 下列说法正确的是 A 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 这是光的干涉的结果 B 用光导纤维传送图像信息 这是光的衍射的应用 C 眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹 这是光的偏振现象 D 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物 可使景像清晰 答案 D 详解 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱 是由于不同色光在介质中折射率不同产生的色 散现象 A 错 用光导纤维传送图像信息是利用了光的全反射 B 错 眯着眼睛看发光的灯 丝时观察到彩色条纹是光的衍射现象 C 错 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时 水面下的景物 滤去了水面的反射光 使景像清晰 D 对 6 2011 合肥模拟 如图所示 P Q 是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜 叠合 在一起组成一个长方体 一束单色光从 P 的上表面射入 折射光线正好垂直通过两棱镜的界 面 已知材料的折射率 nP nQ 射到 P 上表面的光线与 P 上表面的夹角为 下列判断正确 的是 A 光线一定从 Q 的下表面射出 B 光线若从 Q 的下表面射出 出射光线与下表面的夹角一定等于 C 光线若从 Q 的下表面射出 出射光线与下表面的夹角一定大于 D 光线若从 Q 的下表面射出 出射光线与下表面的夹角一定小于 解析 选 D 由于没有确定几何尺寸 所以光线可能射向 Q 的右侧面 也可能射向 Q 的下表 面 A 错误 当光线射向 Q 的下表面时 它的入射角与在 P 中的折射角相等 由于 nP nQ 进入 空气中的折射角大于进入 P 上表面的入射角 那么出射光线与下表面的夹角一定小于 用心 爱心 专心10 B C 错误 D 正确 7 2011 广东中山 如图所示 红色细光束 a 射到折射率为的透明球表面 入射角为 2 45 在球的内壁经过一次反射后 从球面射出的光线为 b 则入射光线 a 与出射光线 b 之间的夹角 为 A 30 B 45 C 60 D 75 答案 A 详解 由折射定律有 得折射角 30 画出光路图 由几何关系知 2 sin 45 sin 夹角 30 A 正确 8 光热转换是将太阳光能转换成其他物质内能的过程 太阳能热水器就是一种光热转换装 置 它的主要转换器件是真空玻璃管 这些玻璃管将太阳光能转换成水的内能 真空玻璃管 上采用镀膜技术增加透射光 使尽可能多的太阳光能转化为 这种镀膜技术的物 理学依据是 答案 内能 光的干涉 详解 太阳能热水器是把太阳光能转化为内能的装置 玻璃管上采用镀膜技术增加透射 光 此镀膜为增透膜 是利用了光的干涉原理 9 2011 苏州模拟 如图所示 在双缝干涉实验中 已知 SS1 SS2 且 S1 S2到光屏上 P 点的 路程差 s 1 5 10 6 m 1 当 S 为 0 6 m 的单色光源时 在 P 点处将形成 条纹 2 当 S 为 0 5 m 的单色光源时 在 P 点处将形成 条纹 均选填 明 或 暗 用心 爱心 专心11 答案 1 暗 2 明 详解 1 由题意 当 0 6 m 时 s 2 为半波长的奇数倍 故 P 点为 暗条纹 2 当 0 5 m 时 s 3 为波长的整数倍 故这时 P 点将形成明条纹 10 登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射 尤其是眼睛更不能长时间被紫外 线照射 否则将会严重地损伤视力 有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线 对眼睛伤害的眼镜 他选用的薄膜材料的折射率为 n 1 5 所要消除的紫外线的频率为 8 1 1014 Hz 1 他设计的这种 增反膜 所依据的原理是 2 这种 增反膜 的厚度是多少 3 请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是 A 薄膜干涉说明光具有波动性 B 如果薄膜的厚度不同 产生的干涉条纹一定不平行 C 干涉条纹一定是彩色的 D 利用薄膜干涉也可以 增透 答案 1 两反射光叠加后加强 2 1 23 10 7 m 3 A D 详解 1 为了减少进入眼睛的紫外线 应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形 成的