1、专题十五光学1.2016浙江自选,13(1),4分如图所示的半圆形玻璃砖,圆心为O,半径为R,折射率为 3。光由空气从A点垂直射入玻璃砖,OA=R2。则()A.该玻璃的临界角为45B.光在玻璃砖中的传播速度为v=32cC.光第一次射出玻璃砖的折射角为60D.玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化答案C由sin C=1n=33知该玻璃的临界角C45,A错误。光在玻璃砖中的传播速度为v=cn=33c,B错误。如图,sin i=OAR=12,由折射定律有sin r=n sin i=32,故r=60,C正确。由sin C=1n知临界角只取决于玻璃的折射率,而与光线的入射位置无关,D错误。评析本题以半圆形
2、玻璃砖为载体考查了光的折射、全反射及光在介质中的传播速度,几何条件给定较为隐蔽,较好地考查了作图能力,难度中等偏易。2.(2014四川理综,3,6分)如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球。则()A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B.小球所发的光能从水面任何区域射出C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大答案D设发光小球在P点,如图甲,当发光小球不在缸底中心O时,仍有光线从侧面射出,所以A错误。光从水面射入空气时,当入射角大于或等于临界角时,会发生全反射现象,如图乙,只有在入射角小于临界角C的范围内光才能从水面射出,B错
3、误。光从一种介质进入另一种介质时,频率保持不变,C错误。光在水中的传播速度v=cn,光在空气中的传播速度近似等于真空中的传播速度c,所以D正确。3.2014江苏单科,12B(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到题(甲)图所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如题(乙)图所示。他改变的实验条件可能是。A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源答案B由(甲)和(乙)两图可知改变条件以后条纹变宽,由x=Ld可知,只有B正确。4.(2013上海单科,3,2分)(多选)白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的,其原因是不同色光的(
4、)A.传播速度不同B.强度不同C.振动方向不同D.频率不同答案AD白光是由各种不同颜色的单色光组成的复色光,而光的颜色由频率决定,不同单色光,频率不同,D正确。5.(2013四川理综,3,6分)光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知()A.折射现象的出现说明光是纵波B.光总会分为反射光和折射光C.折射光与入射光的传播方向总是不同的D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同答案D折射是横波、纵波共有的现象,光是一种电磁波,而电磁波是横波,A错误;当光从光密介质射向光疏介质而且入射角不小于临界角时,就只有反射光而无折射光,B错误;当入射角等于0时折射光与入射光传播方向相同,C错误;
5、由惠更斯原理对折射的解释可知D正确。6.2012江苏单科,12B(1)如图所示,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不变答案C白炽灯光经过偏振片P后成为完全偏振光,旋转P时P、Q间偏振光的振动方向改变,但光的强度不变,B、D错误。由于偏振片Q的透振方向不变,故旋转P时Q右侧的偏振光强度发生周期性变化,故A错误,C正确。7.(2012北京理综,14,6分)一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的()A.速度变慢,波长变短B.速度不变,波长变短C.频率
6、增高,波长变长D.频率不变,波长变长答案A单色光从空气射入玻璃,光的频率f不变;波长=0n,其中0为光在空气中的波长,n为玻璃对空气的折射率,n1,故波长变短;光速v=f,故光的速度变慢,所以选项A正确。8.(2014天津理综,8,6分)(多选)一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后,出射光分成a、b两束,如图所示,则a、b两束光()A.垂直穿过同一块平板玻璃,a光所用的时间比b光长B.从同种介质射入真空发生全反射时,a光临界角比b光的小C.分别通过同一双缝干涉装置,b光形成的相邻亮条纹间距小D.若照射同一金属都能发生光电效应,b光照射时逸出的光电子最大初动能大答案AB由
7、图知nanb,则由n=cv知vatb,A正确。由sin C=1n知CaCb,故B正确。因对同种介质频率越大、波长越短时折射率越大,故ab,结合双缝干涉条纹宽度x=Ld可知C错误。由光电效应方程Ekm=h-W=hc-W可知,同一金属W相同时,a光频率高,用a光照射时逸出的光电子最大初动能大,D错误。9.(2013福建理综,14,6分)一束由红、紫两色光组成的复色光,从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是()答案B光线通过玻璃三棱镜后应向底边偏折,可知C、D错误。光的频率越大,折射率越大,向底边偏折程度越大,光线在进入与射出两处都会发生不同程度的偏折
8、,所以A错误、B正确。评析本题为光线通过棱镜后的色散问题,考查的重点是“光的频率越大,折射率越大,偏向角越大,偏折的程度越大”。10.(2013浙江理综,16,6分)与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是()A.地球上有人用红色激光照射月球B.太阳照射到地球的红光反射到月球C.太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D.太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹答案C月全食是月亮、地球、太阳三者在同一直线且地球在中间时,地球将太阳光挡住而形成的,看到月亮是暗红的,原因是太阳光中的红光经地球
9、大气层的折射到了月球表面,选项C正确。11.2012江苏单科,12B(2)“测定玻璃的折射率”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。图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、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)答案挡住C及A、B的像1.8(1.61.9都算对)解析大头针A、B确定的是入射光线的方位,大头针C、D确定的是与之对应的出射光线的方位。故达到目的时四个大头针位于同一光路上,D能挡住C及A、B的像。连接AB、CD并延长分别与a、a相交于E、F两点,再连接EF即可得
10、到与入射光线AB对应的折射光线,过E点作a的垂线,则AB、EF与垂线间的夹角即为入射角及对应的折射角。方法一:用量角器测出入射角i及折射角r,查正弦表由n=sinisinr可得折射率。方法二:以E点为圆心适当长度为半径作圆,设圆与AB、EF相交于G、H,过G、H作法线的垂线GI与HJ,用刻度尺测出GI与HJ的长度,则n=GIHJ。12.2012重庆理综,22(1)如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖,它的面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、
11、e两点,如图乙所示。计算折射率时,用(填“d”或“e”)点得到的值较小,用(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。甲乙答案光学de解析若用手接触光学面,则油污层可使透过光的量及部分光的传播方向发生变化,使玻璃砖折射成像不清,观察模糊,影响实验效果。如图所示,用d点得到n的测量值较小,用e点得到n的测量值误差较小。13.2016江苏单科,12B(2)(3)(2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波。一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上,两狭缝就成了两个光源,它们发出的光波满足干涉的必要条件,即两列光的相同。如图所示,在这两列光波相遇的区域中,实线表示波峰,虚线表示波谷,如果放置光屏,在(选填“A”、“
12、B”或“C”)点会出现暗条纹。(3)在上述杨氏干涉实验中,若单色光的波长=5.8910-7 m,双缝间的距离d=1 mm,双缝到屏的距离l=2 m。求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距。答案(2)频率C(3)1.17810-2 m解析(2)只有频率相同的两列波相遇时才可能发生干涉。在相遇区域内,某时刻波峰与波峰相遇处,波谷与波谷相遇处是振动加强点,而波峰与波谷相遇处才是振动减弱点,故A、B两点位于亮条纹上,C点处于暗条纹上。(3)相邻亮条纹的中心间距x=ld第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距L=10x代入数据得L=1.17810-2 m易错点拨注意波峰与波峰相遇处是振动加强点,波谷与波
13、谷相遇处并不是振动减弱点哦,波峰与波谷相遇处两列波引起的振动步调才是相反的,振动才是减弱的。评析本题考查了狭义相对论的“尺缩效应”“光速不变原理”及光的干涉。内容基础浅显,难度偏易。14.2015海南单科,16(2),8分一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图所示。已知玻璃的全反射临界角为(3)。与玻璃砖的底平面成(2-)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。经柱面折射后,有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出。若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光,求底面透光部分的宽度。答案R2cos解析如图所示,设光线从A沿半径方向进入半圆柱形玻璃砖,恰好与法线重合,折射
14、光线恰好射入圆心O处,由图中几何关系,可知该光线在O点的入射角恰好等于临界角而发生全反射。由几何光路可知:从BA部分射入的光线在BO界面发生全反射,无光线射出,从AC部分射入的光线在OD界面有光线射出。由全反射条件知OCD=由几何关系,可知COD=,CDO=-2即sinOD=sin(-2)R得OD=R2cos15.2015江苏单科,12B(3)人造树脂是常用的眼镜镜片材料。如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点。已知光线的入射角为30,OA=5 cm,AB=20 cm,BP=12 cm,求该人造树脂材料的折射率n。答案44914(或1.5)解析设折射角为,由折射定律有
15、sin 30=n sin 由几何关系知sin =PB-OAOP,且OP=(PB-OA)2+AB2代入数据解得n=44914(或n1.5)16.2014江苏单科,12B(3)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图如图。一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。答案见解析解析设光在鳞片中的折射角为,由折射定律有sin i=n sin 在鳞片中传播的路程l1=2dcos,传播速度v=cn,传播时间t1=l1v解得t1=2n2dcn2-sin2i同理,在空气中的传播时间t2=2hccosi则t=t1+t2=2n2dcn2-sin2i+2hccosi