1、高考资源网（） 您身边的高考专家选修3-4 第2章 光【例1】如图所示，真空中有一个半径为R，折射率为n=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 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=光在玻璃的速度为v=光线在玻璃球中的传播时间t=【例2】如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，A30,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
2、的情况)【详解】设入射角为i，折射角为r，由折射定律得由已知条件及式得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AFM90AF= 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=90BD=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，
3、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？(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，
4、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
5、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】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
6、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，所以a、b、c相当于紫、绿、红三种色光
7、，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（2010重庆20）如题20图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，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4
8、5o入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧上的光，则 上有光透出的部分的弧长为( )A. 1/6 R B. 1/4R C. 1/3 R D. 5/12 R 【答案】B【解析】根据折射定律，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30。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
9、圆心角为90-（30+15）=45，为1/4R。5（2010全国卷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( )A5.5m B5.0m C4.5m D4.0m【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，即。人离树越远，视野越大，看到树所需镜面越小，同理有，以上两式解得L=29.6m，H=4.5m。6（2010北京14）对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是(
10、 )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。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（2010江苏物理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
11、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5.30m,屏上P点距双缝和的路程差为7.95m.则在这里出现的应是 （选填“明条纹”或“暗条纹”）。现改用波长为6.30m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：8.（ 2010新课标33(1)）如图，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，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
12、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、 B、 C、 D、答案：A解析：根据折射率定义有，已知1=4502+3=900，解得：n=【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 ()Aa、b是光的干涉图样Bc、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
13、x可知，条纹宽的入射光的波长长，所以a图样的光的波长比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
14、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
15、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
16、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
17、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nPnQ,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nPnQ,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,B
18、、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 ()A30 B45C60 D75【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，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
19、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=1.510-6 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”)【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
20、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=8.11014 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)1.2310-7 m(3)A、D【详解】(1)为了减少进入眼睛的紫外线，
21、应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射后形成的反射光叠加后加强，从而使透射的紫外线减弱.(2)光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长的整数倍，即2d=N(N=1,2,),因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的 .紫外线在真空中的波长是=c/=3.710-7 m.在膜中的波长是=/n=2.4710-7 m,故膜的厚度至少是1.2310-7 m.(3)干涉和衍射都证明光具有波动性，如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行，白光的干涉条纹为彩色条纹，单色光的干涉条纹则为该色光颜色，当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”.11. (2011海南海口模拟)一束光波以
22、45的入射角，从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n.试求光进入AB面的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路【答案】C45光路图如下【详解】sin r，r30由sin C，得C45.光在AC面发生全反射，并垂直BC面射出12如图表示某双缝干涉的实验装置，当用波长为0.4m的紫光做实验时，由于像屏大小有限，屏上除中央亮条纹外，两侧只看到各有3条亮条纹，若换用波长为0.6m的橙光做实验，那么该像屏上除中央条纹外，两侧各有几条亮条纹？【答案】2【详解】设用波长为0.4 m的光入射，条纹宽度为x1，则x11，屏上两侧各有3条亮纹，则屏上第三条亮纹到中心距离为3x1.用0.6m光入射，设条纹宽度为x2，则x22，设此时屏上有x条亮纹，则有xx23x1x231代入数据解之得x2，两侧各有2条亮纹- 12 - 版权所有高考资源网