1、考点16 光学一、选择题1.(2014北京高考)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()【解题指南】本题为信息给予题,一定要把握两个关键信息:(1)折射线与入射线位于法线的同一侧;(2)电磁波的折射率n=-1,即折射角与入射角大小相等。【解析
2、】选B。根据题目所给负折射率的意义,两个角应该在法线的同一侧;折射率等于-1,说明折射角与入射角大小相等,B正确,A、C、D错误。2.(2014浙江高考)关于下列光学现象,说法正确的是()A.水中蓝光的传播速度比红光快B.光从空气射入玻璃时可能发生全反射C.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)知道光在介质中传播速度的公式;(2)知道产生全反射的条件;(3)知道双缝干涉条纹间距公式。【解析】选C、D。光在介质中的传播速度v=,其中n是折射率,由于蓝光折射率大
3、于红光折射率,所以蓝光传播速度比红光慢,A项错误;光从光密介质向光疏介质传播时,可能发生全反射,所以B项错误;视深h和实际深度H关系为h=, 所以鱼的实际深度比看到的要深,C项正确;条纹间距,由于红光波长大于蓝光波长,所以红光得到的条纹间距更宽,D项正确。3.(2014福建高考)如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,下图能正确描述其光路的是()【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)光的折射定律;(2)光的全反射发生的条件。【解析】选A。由折射定律可知,光从光密介质进入光疏介质,折射角大于入射角,可能发生全反射,由此判断A正确,C错误;B图中光从空气射到玻璃
4、砖表面,应有折射光线,B错误;据光路可逆原理可知D错误。4.(2014四川高考)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同【解题指南】解答本题应从以下三点进行分析:(1)电磁波是一种波,搞清楚波特有的现象是什么;(2)遥控器发出的射线是红外线;(3)光在真空中的传播速度与惯性参照系的选取无关。【解析】选C。电磁波是一种波,波能发生干涉、衍射现象,A错误。遥控器通过发出的红外线来遥控电视,而
5、非紫外线,B错误。地面监测站发出电磁波,由于多普勒效应,地面监测站接收到的反射波的频率也会发生相应的变化,根据这种变化可以确定遥远天体相对于地球的速度,C正确。光在真空中的传播速度是一个定值,与惯性参照系的选取无关,D错误。5.(2014四川高考)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【解析】选D。光从水中射向水与空气的分界面,只要不发生全反射现象,就能有光线射入空气中,则A、B错误;光的频率由光源决定,
6、与介质无关,则C错误;由知,光由水进入空气n变小,则传播速度变大,故D正确。【误区警示】(1)本题容易认为所有的光线都能从水中射出而进入空气中,忽略了光能发生全反射,导致错选A项或B项。(2)容易认为光在不同介质中传播速度不同,频率也就不同,导致错选C项。6.(2014重庆高考)打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在12,光线一定在OP边发生全反射B.若2,光线会从OQ边射出C.若1,光线会从OP边射出D.若光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图。由反射定律和几何关系得OG=OC=R射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出。答案:R见解析4.
7、(2014山东高考)如图,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。已知=15,BC边长为2L,该介质的折射率为。求:入射角i;从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c,可能用到: 或。【解题指南】解答本题应按以下思路进行:(1)首先根据光线在AB边恰好发生全反射,计算光在AB边的入射角,并由几何关系求出光线在BC边的折射角;(2)再由折射定律求出光线在BC边的入射角i;(3)最后由几何关系求出折射光线的长度,结合光线在介质中的光速,得到光的传播时间。【解析】根据全反射规律可知,光线在AB边
8、上某点P的入射角等于临界角C,由折射定律得代入数据得C=45设光线在BC边上的折射角为r,由几何关系得r=30由折射定律得联立式,代入数据得i=45在OPB中,根据正弦定律得设所用时间为t,光线在介质中的速度为v,得OP=vt联立式,代入数据得答案:455. (2014新课标全国卷)一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率。【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)圆纸片恰好能完全遮挡从圆形发光面发出
9、的光线(不考虑反射),说明圆形发光面边缘发出的光线恰好在圆纸片边缘发生全反射。(2)发生全反射的条件。【解析】如图,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A点折射,根据折射定律有:n= ,式中n是玻璃的折射率现假设A恰好在纸片边缘,由题意,在A刚好发生全反射,故=设AA线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有:联立以上各式可得: 答案:6.(2014海南高考)如图,矩形ABCD为一水平放置的玻璃砖的截面,在截面所在平面内有一细束激光照射玻璃砖,入射点距底面的高度为h,反射光线和折射光线与底面所在平面的交点到AB的距离分别为l1和l2。在截面所在平面内,改变激光束在AB面上入射点的高度和入射角的大小,当折射光线与底面的交点到AB的距离为l3时,光线恰好不能从底面射出。求此时入射点距底面的高度H。【解题指南】解答此题应注意以下两点:(1)熟练掌握折射率的定义和计算公式;(2)会运用临界角和折射率的关系进行有关计算。【解析】设玻璃砖的折射率为n,入射角和反射角为1,折射角为2,由光的折射定律根据几何关系有因此求得根据题意,折射光线在某一点刚好无法从底面射出,此时发生全反射,设在底面发生全反射时的入射角为3,有sin3=由几何关系得解得答案:
