高考物理专题11光学 9页

专题11 光学 第一节 光的折射 全反射 一、单项选择题 ‎1．(2012年温州模拟)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯的构造如图12－1－18 所示．下面说法正确的是()‎ A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发 生全反射 B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发 生全反射 C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 答案：C A．n1＜n2，a为红光，b为蓝光 B．n1＜n2，a为蓝光，b为红光 C．n1＞n2，a为红光，b为蓝光 D．n1＞n2，a为蓝光，b为红光 解析：选B.由题图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光．故B正确．‎ ‎4．(2012年广东中山调研)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α为()‎ A．30° B．45°‎ C．60° D．75°‎ 解析：选A.由折射定律有＝，得折射角θ＝30°.画出光路图，由几何关系知，夹角α＝30°，A正确．‎ 二、不定项选择题 ‎6．(2012年苏北四市期末调研)香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖．诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石．下列关于“光纤”及原理的说法中，正确的是()‎ A．光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点 B．光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理 C．实用光导纤维是由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 D．当今社会，在信号的传输领域中，光纤电缆(“光缆”)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区 解析：选AD.全息照相利用了光的干涉原理，数码相机利用了光电传感器，B错；光导纤维内芯的折射率比外套的大，C错．‎ ‎7．一束光从空气射向折射率n＝的某种玻璃的表面，如图所示．θ1代表入射角，则()‎ A．当θ1＞45°时会发生全反射现象 B．无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°‎ C．当入射角θ1＝45°时，折射角θ2＝30°‎ D．当入射角θ1＝60°时，反射光线与折射光线垂直 解析：选BC.本题入射光线是从光疏介质射向光密介质，折射角小于入射角，不会发生全反射现象，选项A不正确．‎ 反之，若光线从玻璃射向空气，会发生全反射，可计算出其临界角C，sinC＝，C＝45°.由光路可逆性可知，无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°，选项B正确．‎ 由折射定律，要求θ2＝30°，‎ sinθ1＝sin30°‎ 得θ1＝45°，选项C正确．‎ 折射线与反射线互相垂直，作出示意图，如图，‎ 可知θ1′＋θ2＝90°，‎ 又θ1＝θ1′，θ2＝90－θ1.‎ 由折射定律 sinθ1＝sin(90°－θ1)‎ 得：tanθ1＝，即θ1≠60°‎ 选项D错误．‎ ‎8.(2012年南京质检)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则()‎ A．该棱镜的折射率为 B．光在F点发生全反射 C．光从空气进入棱镜，波长变小 D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 解析：选AC.在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为，A对；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；由公式λ介＝，可知C对；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错．‎ ‎9．(2012年辽宁铁岭调研)如图所示，ABC为等腰棱镜，a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜，两束光在AB面上的入射点到OC的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是()‎ A．在真空中，a光光速大于b光光速 B．在真空中，a光波长大于b光波长 C．a光通过棱镜的时间大于b光通过棱镜的时间 D．a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角 解析：选C.因为两束光折射后相交于图中的P点，根据折射定律可知a光的折射率na＞nb，a光的频率νa＞νb，光在真空中的传播速度相等，A错误；由λ＝得B错误；由v＝和t＝得C正确；根据sinC＝得D错误．‎ 三、计算题 ‎10.(2012年海口一中模拟)如图，一透明半圆柱体折射率为n＝2，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．求该部分柱面的面积S.‎ 解析：半圆柱体的横截面如图所示，OO′为半圆的半径．设从A点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有 nsinθ＝1‎ 式中，θ为全反射临界角．由几何关系得∠O′OB＝θS＝2RL·∠O′OB 代入题给条件得S＝RL.‎ 答案：RL ‎11．透明光学材料制成的直角三棱镜，∠B＝30°，其折射率为，一束波长为566 nm的单色光垂直于AC面射向棱镜(如图所示)，入射点为O，求：‎ ‎(1)此单色光在棱镜中的波长；‎ ‎(2)该光射出棱镜的折射角．‎ 解析：(1)n＝＝，λ＝＝400 nm.‎ ‎(2)sinC＝＝ C＝45°＜60°‎ 故光线在AB面发生全反射 光线在BC面的折射角为r ＝　解得r＝45°.‎ 答案：(1)400 nm(2)45°‎ ‎12．(2012年金丽衢十二校联考)如图所示，半圆玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率为n＝，直径AB与屏幕垂直并接触于A点．激光a以入射角i＝30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑．求两个光斑之间的距离L.‎ 解析：画出如图光路图，设折射角为r，根据折射定律n＝，解得r＝60°，由几何知识得，∠POA＝30°，∠AOQ＝60°，所以两个光斑PQ之间的距离L＝PA＋AQ＝Rtan30°＋Rtan60°，解得L＝≈23.1 cm.‎ 答案：23.1 cm 课时34‎ 第二节　光的波动性 一、单项选择题 ‎1．(2012年福州一中模拟)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象是利用光的色散现象 D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 ‎2．(2012年上海宝山区模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是()‎ A．a、c B．b、c C．a、d D．b、d 解析：选D.a图是双缝干涉图样，b图是单缝衍射图样，c是小孔衍射图样，d 是单缝衍射图样，故D正确．‎ ‎3．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈．将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是()‎ A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°‎ B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°‎ C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°‎ D．干涉条纹保持原来状态不变 解析：选D.金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，楔形薄膜各处厚度几乎不变．因此，形成的干涉条纹保持原状态不变，D正确，A、B、C错误．‎ ‎4．(2012年宁波质检)劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：‎ ‎(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；‎ ‎(2)任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．‎ 现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹()‎ A．变疏　　　　　　　　　　 B．变密 C．不变 D．消失 解析：选A.如下图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，选项A正确．‎ ‎5.一个半径较大的透明玻璃球体，若截去其上面的一大部分，然后将这一部分放到标准的水平面上，现让单色光竖直射向截面，如图所示，在反射光中看到的是()‎ A．平行的、明暗相间的干涉条纹 B．环形的、明暗相间的干涉条纹 C．只能看到同颜色的平行反射光 D．一片黑暗 二、不定项选择题 ‎6．(2012年镇海中学模拟)下列有关光现象的说法中正确的是()‎ A．在太阳光照射下，水面上的油膜出现彩色花纹是光的色散现象 B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽 C．光导纤维的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大 D．光的偏振现象说明光是一种横波 ‎7．在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹．那么障碍物应是()‎ A．乙图对应的是很小的不透明圆板 B．甲图对应的是很大的不透明圆板 C．乙图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板 D．甲图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板 解析：选AD.比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明圆板，中间有透光并且带有衍射图样的花纹，说明挡板的中间有小圆孔，D项正确；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的花纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是泊松亮斑，A项正确．‎ ‎8.(2012年杭州一模)如图是杨氏双缝干涉实验示意图，其中S1、S2为双缝，D为光屏，实验中观察到屏上O点为中央亮纹的中心，P1为第一级亮纹的中心，若将双缝间的距离变小，其他条件不变，则()‎ A．屏上的干涉条纹的间距将变大 B．屏上的O点可能出现暗条纹 C．屏上P1位置仍然可能为亮条纹的中心 D．屏上P1位置可能为暗条纹的中心 三、计算题 ‎10．利用薄膜干涉的原理可以用干涉法检查平面和制造增透膜，回答以下两个问题：‎ ‎(1)用如图所示的装置检查平面时，是利用了哪两个表面反射光形成的薄膜干涉图样？‎ ‎(2)为了减少光在透镜表面由于反射带来的损失，可在透镜表面涂上一层增透膜，一般用折射率为1.38的氟化镁，为了使波长为5.52×10－7 m的绿光在垂直表面入射时使反射光干涉相消，求所涂的这种增透膜的厚度？‎ 解析：(1)干涉图样是利用了标准样板和被检查平面间空气膜即b、c表面反射光叠加形成的．‎ ‎(2)若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的关系和光速与波长及频率的关系得：‎ n＝＝＝ 即λ＝，那么增透膜厚度 h＝λ＝＝ m＝1×10－7 m.‎ 答案：(1)见解析　(2)1×10－7 m ‎11.如图所示，在双缝干涉实验中，S1和S2为双缝，P 是光屏上的一点，已知P点与S1、S2距离之差为2.1 ×10－6 m，分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验，问P点是亮条纹还是暗条纹？‎ ‎(1)已知A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m.‎ ‎(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°.‎ ‎(3)若用A光照射时，把其中一条缝遮住，试分析光屏上能观察到的现象．‎