專(zhuān)題17 光學(xué) 電磁波 相對(duì)論第一部分名師綜述綜合分析近幾年的高考物理試題發(fā)現(xiàn)，試題在考查主干知識(shí)的同時(shí)，注重考查基本概念和基本規(guī)律。考綱要求（1）理解折射率的概念，掌握光的折射定律；掌握全反射的條件，會(huì)進(jìn)行有關(guān)簡(jiǎn)單的計(jì)算（2）理解光的干涉現(xiàn)象，掌握雙縫干涉中出現(xiàn)明暗條紋的條件；理解光的衍射現(xiàn)象，知道發(fā)生明顯衍射的條件；知道光的偏振現(xiàn)象，了解偏振在日常生活中的應(yīng)用（3）知道電磁波是橫波；了解電磁波的產(chǎn)生、傳播、發(fā)射和接收，熟記電磁波譜；了解狹義相對(duì)論的基本假設(shè)和幾個(gè)重要結(jié)論命題規(guī)律（1）分析幾何光學(xué)中的折射、全反射和臨界角問(wèn)題時(shí)，應(yīng)注意與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，作出正確的光路圖，可能出現(xiàn)計(jì)算題和作圖題。（2）光的干涉、衍射和偏振部分，以考查基本概念及對(duì)規(guī)律的簡(jiǎn)單理解為主，主要是以選擇題和填空題為主（3）電磁波和相對(duì)論部分，以考查基本概念及對(duì)規(guī)律的簡(jiǎn)單理解為主，主要是以選擇題為主第二部分精選試題1如圖所示，水下光源S向水面A點(diǎn)發(fā)射一束光線，折射光線分別為a、b兩束。則Aa光的頻率小于b光的頻率B在真空中a光的速度大于b光的速度C若a光為綠光，則b可能為紫光D若保持入射點(diǎn)A位置不變，將入射光線瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從水面上方觀察，a光先消失E用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別用a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光干涉相鄰條紋間距大于b光干涉相鄰條紋間距【答案】 ACE【解析】試題分析：A、由題，兩光束的入射角i相同，折射角ra<rb，根據(jù)折射定律得到，折射率na<nb水對(duì)b光的折射率較大，故A正確；B、真空中的各種光的傳播速度相同均為c=3108m/s,故B錯(cuò)誤C、因na<nb，由電磁波譜知a光為綠光，b可能為青、藍(lán)、紫光，故C正確D、a光的折射率小，根據(jù)臨界角公式，可知a光的臨界角較大b先發(fā)生全反射，故D錯(cuò)誤E、b光的波長(zhǎng)短用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別以a、b光做實(shí)驗(yàn)，a光干涉條紋間距大于b光干涉條紋間距，故E正確；故選ACE考點(diǎn)：考查光的折射定律【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵要掌握光的折射定律、全反射臨界角公式、干涉和衍射的條件等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，同學(xué)們只要加強(qiáng)對(duì)光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，就能輕松解答2下面說(shuō)法正確的是A調(diào)制的主要作用是使高頻振蕩的振幅或頻率隨要傳播的電信號(hào)而改變B一種電磁波入射到半徑為的孔上，可發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，這種波屬于電磁波譜的可見(jiàn)光C第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電磁波客觀存在的科學(xué)家是麥克斯韋D波長(zhǎng)越短的電磁波，反射性能越強(qiáng)E有一LC振蕩電路，能產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的電磁波，若要產(chǎn)生波長(zhǎng)比原來(lái)長(zhǎng)些的電磁波，可采用的措施為減小電容器極板間的距離【答案】 ADE【解析】試題分析：使電磁波隨各種信號(hào)而改變的技術(shù)叫做調(diào)制，因此調(diào)制的主要作用是使高頻振蕩的振幅或頻率隨要傳播的電信號(hào)而改變，故選項(xiàng)A正確；由于發(fā)生明顯衍射的條件是孔徑、障礙物尺寸小于波長(zhǎng)或者與波長(zhǎng)相差不大，所以可知該電磁波的波長(zhǎng)要大于等于，其頻率：，屬于無(wú)線電波，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；首先用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波存在的科學(xué)家是赫茲，故C錯(cuò)誤；電磁波波長(zhǎng)越短，越不易發(fā)生衍射，反射性能越好，故D正確；若要產(chǎn)生比原來(lái)長(zhǎng)些的電磁波，則頻率變低，所以通過(guò)增大電容器的電容，或增大線圈中的自感系數(shù)，故選項(xiàng)E正確?？键c(diǎn)：電磁波的發(fā)射、傳播和接收【名師點(diǎn)睛】本題考查電磁波的發(fā)射和接收過(guò)程的規(guī)律，要求能熟練掌握對(duì)應(yīng)的過(guò)程和各過(guò)程的名稱(chēng)及作用。3下列說(shuō)法正確的是。A黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布與黑體的溫度無(wú)關(guān)B德布羅意提出了實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性的猜想，而電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的猜想C據(jù)光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比D用頻率一定的光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間發(fā)出的光電子數(shù)越多E光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光具有粒子性【答案】 BDE【解析】試題分析：A、根據(jù)黑體輻射規(guī)律：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度，按波長(zhǎng)的分布，只與黑體的溫度有關(guān)，故A正確；B、德布羅意首先提出了物質(zhì)波的猜想，之后電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的猜想，故B正確；C、根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系故C錯(cuò)誤；D、用頻率一定的光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，則光束中的光電子的數(shù)目越多，單位時(shí)間發(fā)出的光電子數(shù)越多，故D正確；E、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光具有粒子性故E正確故選BDE考點(diǎn)：考查光電效應(yīng)；物質(zhì)波【名師點(diǎn)睛】考查黑體輻射的規(guī)律，理解光的波粒兩面性，知道光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng)的作用，注意實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解4下列說(shuō)法正確的是。A交通警示燈選用紅色是因?yàn)榧t光更容易穿透云霧煙塵B光在同一種介質(zhì)中沿直線傳摘C用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射D讓藍(lán)光和綠光通過(guò)同一雙縫干涉裝置形成的干涉條紋間距較大的是綠光E圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音是多普勒效應(yīng)【答案】 ACD【解析】試題分析：交通警示燈選用紅燈是因?yàn)榧t光更容易穿透云霧煙塵，故A正確；光在同一種均勻介質(zhì)中才沿直線傳播，故B錯(cuò)誤；用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象信息利用了光的全反射，故C正確；讓藍(lán)光和綠光通過(guò)同一雙縫干涉裝置，因藍(lán)光的波長(zhǎng)小于綠光，因此形成的干涉條紋間距較大的是綠光，故D正確圍繞振動(dòng)的音叉轉(zhuǎn)一圈會(huì)聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音是振動(dòng)加強(qiáng)與減弱的原因，不是多普勒效應(yīng)現(xiàn)象，故E錯(cuò)誤；考點(diǎn)：考查光的干涉、衍射的原理，光的衍射條件，及干涉條紋間距公式【名師點(diǎn)睛】波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越容易發(fā)生衍射；光在均勻介質(zhì)中才直線傳播；光導(dǎo)纖維利用光的全反射原理；依據(jù)光的干涉條紋間距公式，即可判定；聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音的疊加，加強(qiáng)與減弱的原因5光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是A用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象B用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象C在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象D光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象E在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為綠光，則干涉條紋間距變窄【答案】 CDE【解析】試題分析：檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的干涉現(xiàn)象，故A錯(cuò)誤；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光發(fā)生折射而形成色散現(xiàn)象，故B錯(cuò)誤；光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用了光由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生全反射，故C正確；增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，故D正確；在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紅光改為綠光，因綠光的波長(zhǎng)小于紅光，根據(jù)可知，干涉條紋間距變窄，選項(xiàng)E正確；故選CDE考點(diǎn)：光的干涉和衍射；全反射；雙縫干涉【名師點(diǎn)睛】解答本題應(yīng)掌握光的折射、全反射及干涉等在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用；人類(lèi)對(duì)于光學(xué)的研究及應(yīng)用非常廣泛，在學(xué)習(xí)中要注意掌握不同現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。6以下說(shuō)法中正確的是_A圖甲是粒子散射實(shí)驗(yàn)示意圖，當(dāng)顯微鏡在A、B、C、D中的A位置時(shí)熒光屏上接收到的粒子數(shù)最多B圖乙是氫原子的能級(jí)示意圖，氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)吸收了一定頻率的光子能量C圖丙是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)示意圖,當(dāng)光照射鋅板時(shí)驗(yàn)電器的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),則此時(shí)驗(yàn)電器的金屬桿帶的是正電荷D圖丁是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性E圖戊是風(fēng)力發(fā)電的國(guó)際通用標(biāo)志【答案】 ACD【解析】試題分析：A、圖甲是粒子散射實(shí)驗(yàn)示意圖，當(dāng)顯微鏡在A、B、C、D中的A位置時(shí)熒光屏上接收到的粒子數(shù)最多故A正確；B、圖乙是氫原子的能級(jí)示意圖，結(jié)合氫光譜可知，氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)產(chǎn)生的光子的頻率屬于紫外線范疇故B錯(cuò)誤；C、當(dāng)光照射鋅板時(shí)，金屬板失去電子，將帶正電，所以與之相連的驗(yàn)電器的指針將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，此時(shí)驗(yàn)電器的金屬桿帶的是正電荷故C正確；D、圖丁是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，由于衍射是波特有的性質(zhì)，所以該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性故D正確；E、圖戊是輻射標(biāo)志（亦稱(chēng)三葉草）不是風(fēng)力發(fā)電的國(guó)際通用標(biāo)志故E錯(cuò)誤故選ACD考點(diǎn)：考查光電效應(yīng)；粒子散射實(shí)驗(yàn)【名師點(diǎn)睛】（1）由粒子的散射實(shí)驗(yàn)可知，原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)：中心有一個(gè)很小的核，全部正電荷及幾乎全部的質(zhì)量都集中在里面，外面自由電子繞核高速旋轉(zhuǎn)，知道粒子的散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果；（2）解決本題的關(guān)鍵知道發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)有光電子從金屬中飛出，理解光電效應(yīng)的產(chǎn)生；（3）理解光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件，以及光電流大小的決定因素，并能在具體問(wèn)題中正確應(yīng)用7如圖所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經(jīng)折射后射出、兩束光線，下列說(shuō)法正確的是。A在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B在真空中，a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)C玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率D若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線b首先消失E分別用a、b光在同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距【答案】 ACE【解析】試題分析：光線a的偏折程度大，根據(jù)折射定律公式，光線a的折射率大；再根據(jù)公式，光線a在玻璃中的傳播速度小，故AC正確；光線a的折射率大，說(shuō)明光線a的頻率高，根據(jù)c=f，光線a在真空中的波長(zhǎng)較短，故B錯(cuò)誤；若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線a的折射角先達(dá)到90，故先發(fā)生全反射，先消失，故D錯(cuò)誤；光線a在真空中的波長(zhǎng)較短，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式，分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距，故E正確；故選ACE考點(diǎn)：光的折射定律；光的干涉【名師點(diǎn)睛】本題綜合考查了光的折射、全反射和干涉，關(guān)鍵是記住幾個(gè)公式：折射率定義公式、光速公式、雙縫干涉條紋間距公式，基礎(chǔ)題目。8如圖所示，一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃磚的上表面，得到三束光線、，若玻璃磚的上下表面足夠?qū)挘铝姓f(shuō)法正確的是（ ）A光束仍為復(fù)色光，光束、為單色光B玻璃對(duì)光束的折射率大于對(duì)光束的折射率C改變角，光束、仍保持平行D通過(guò)相同的雙縫干涉裝置，光束產(chǎn)生的條紋寬度要大于光束的E在真空中，光束的速度等于光束的速度【答案】 ACE【解析】試題分析：因?yàn)镻的反射光，故光束仍為復(fù)色光；不同的單色光經(jīng)折射和下底面反射后，再經(jīng)上表面折射后，因折射角不同而分成兩束單色光，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)光路圖及光的折射定律可知，玻璃對(duì)光束的折射率大于對(duì)光束的折射率，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由光的反射定律及折射定律，結(jié)合光路圖可知，改變角，光束、仍保持平行，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因玻璃對(duì)光束的折射率大于對(duì)光束的折射率，則光束的波長(zhǎng)小于光束的波長(zhǎng)，根據(jù)可知，通過(guò)相同的雙縫干涉裝置，光束產(chǎn)生的條紋寬度要小于光束的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；在真空中各種色光的傳播速度都是相同的，故選項(xiàng)E正確；故選ACE考點(diǎn)：光的折射定律；雙縫干涉【名師點(diǎn)睛】此題是對(duì)光的折射定律及雙縫干涉等知識(shí)點(diǎn)的考查；關(guān)鍵是能畫(huà)出光路圖，結(jié)合光的折射定律及反射定律分析；記住雙縫干涉的條紋間距的表達(dá)式。9如圖所示，是一個(gè)半徑為R的半圓柱形透明物體的截面圖?，F(xiàn)有平行于軸線OA的單色光從左側(cè)射入透明物體，已知從距圓心R2的P點(diǎn)射入透明物體的光，經(jīng)過(guò)透明物體后通過(guò)軸線OA上的Q點(diǎn)，Q點(diǎn)距圓心O的距離為3R。求：（1）該透明物體的折射率；（2）能夠從透明物體圓形邊界射出的光（不考慮多次反射的情況），其入射光的范圍?！敬鸢浮?1) n=3 (2) 入射光的范圍在距O點(diǎn)小于33R的距離內(nèi)【解析】(i) 如圖，設(shè)光在弧面上的入射點(diǎn)為S，入射角為r，折射角為i，OS與OA夾角為，由幾何關(guān)系：sinr=sin=R2R設(shè)S、Q間的距離分別為l2，由題意可得O、Q間距：l1=3R在OSQ中，由余弦定理得：l22=R2+l12-2Rl1cos代入數(shù)據(jù)得：l2=ROSQ為等腰三角形設(shè)SQ與OA的夾角為，由幾何知識(shí)可得： =，i= +由折射定律：n=sinisinr代入數(shù)據(jù)得：n=3(ii)設(shè)臨界角為C，入射光離O的最遠(yuǎn)距離為d，由折射定律：sinC=1n根據(jù)幾何關(guān)系：sinC=dR代入數(shù)據(jù)得：d=33R，即入射光的范圍在距O點(diǎn)小于33R的距離內(nèi)。點(diǎn)睛：要正確的做出光電圖，并掌握折射定律和全反射條件，結(jié)合臨界角求解。10如圖，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫(huà)了一個(gè)小標(biāo)記“”(圖中O點(diǎn))，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個(gè)標(biāo)記上，小標(biāo)記位于AC邊上。D位于AB邊上，過(guò)D點(diǎn)做AC邊的垂線交AC于F。該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察。恰好可以看到小標(biāo)記的像；過(guò)O點(diǎn)做AB邊的垂線交直線DF于E；DE=2 cm，EF=1 cm。求三棱鏡的折射率。(不考慮光線在三棱鏡中的反射)【答案】3【解析】試題分析本題考查折射定律、光在三棱鏡中傳播及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。解析過(guò)D點(diǎn)作AB邊的發(fā)現(xiàn)NN，連接OD，則ODN=為O點(diǎn)發(fā)出的光纖在D點(diǎn)的入射角；設(shè)該光線在D點(diǎn)的折射角為，如圖所示。根據(jù)折射定律有nsin=sin式中n為三棱鏡的折射率由幾何關(guān)系可知=60EOF=30在OEF中有EF=OEsinEOF由式和題給條件得OE=2cm根據(jù)題給條件可知，OED為等腰三角形，有=30由式得n=311如圖所示,寬度為I0的平行光束從空氣中斜射到一平板玻璃的上表面,入射角i=60,該光束由兩種不同的單色光a和b組成,玻璃對(duì)兩種單色光的折射率分別為n1=62，n2=3試求：兩種單色光在玻璃中的傳播時(shí)間之比；為使光從玻璃下表面出射時(shí)，兩種光各自的光束不重疊，玻璃板的厚度d的最小值?！敬鸢浮縯1:t2=3:2dmin=(3+3)l0【解析】【詳解】(1)由光折射定律n=sinisinr得兩束光折射角分別為：1=45,2=30光在玻璃中傳播速度為：v=cn而光在玻璃中傳播的時(shí)間為：t=dcosv聯(lián)立解得,兩種單色光在玻璃中的傳播時(shí)間之比為：t1:t2=3:2(2)不出現(xiàn)重疊區(qū)域的臨界情況如圖所示，即需要滿足：dtan1=l0cosi+dtan2解得，玻璃板的厚度d的最小值為：dmin=(3+3)l0故本題答案是：t1:t2=3:2dmin=(3+3)l0【點(diǎn)睛】利用n=sinisinr求出折射角，并利用v=cn計(jì)算光在介質(zhì)中傳播的時(shí)間，正確畫(huà)出光路圖并利用幾何關(guān)系找到符合條件的高度。12如圖，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角形ABC，A為直角，直角邊長(zhǎng)為L(zhǎng)。一細(xì)束光線沿此截面所在平面且平行于BC邊的方向射到AB邊上的某點(diǎn)M，光進(jìn)入棱鏡后直接射到BC邊上。已知棱鏡材料的折射率為2，光在真空中速度為c。(i)作出完整的光路圖（含出射光線，并在圖上標(biāo)出角度大小）；(ii)計(jì)算光從進(jìn)入棱鏡，到第一次射出棱鏡所需的時(shí)間?！敬鸢浮?1) (2)t=26L3c【解析】光路圖如圖作出三角形ABC關(guān)于BC邊對(duì)稱(chēng)圖形可知光線在棱鏡中的傳播路徑長(zhǎng)度等于MN的距離，即：s=233L速率v=cn=22c傳播時(shí)間：t=sv=233L22c=26L3c點(diǎn)睛：正確畫(huà)出光路圖，并結(jié)合折射率與幾何關(guān)系求待求的物理量。13如圖所示，三角形ABC為某透明介質(zhì)的橫截面，O為BC邊的中點(diǎn)，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線自O(shè)以角i=45入射，第一次到達(dá)AB邊恰好發(fā)生全反射。已知=15，BC邊長(zhǎng)為2L。計(jì)算過(guò)程可能用到sin75=6+24、cos75=6-24，tan15=2-3，求：介質(zhì)的折射率n；從入射到發(fā)生第一次全反射所用的時(shí)間（設(shè)光在真空中的速度為c）?！敬鸢浮?1)n=2；(2)t=6+22cL【解析】光路圖如圖所示：設(shè)光線在AB面上的折射角為r，由折射定律n=sinisinr根據(jù)全反射規(guī)律可知，光線在AB面上P點(diǎn)的入射角等于臨界角C，sinC=1n由幾何關(guān)系可得r+c=75，代入數(shù)據(jù)解得n=2在OPB中，根據(jù)正弦定律可得OPsin75=Lsin45設(shè)所用時(shí)間為t，光線在介質(zhì)中的速度為v，得OP=vt，v=cv，解得t=6+22cL點(diǎn)睛：解決本題的關(guān)鍵是掌握反射定律和折射定律，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)即可求解。14如圖所示,有一透明玻璃磚的截面,其上面的部分是半徑為R的半圓,下面是邊長(zhǎng)為2R的正方形,在玻璃磚的兩側(cè)面距離R處,分別放置和側(cè)面平行的足夠大的光屏,已知玻璃磚的折射率n=53,一束光線按圖示方向從左側(cè)光屏的P點(diǎn)射出,過(guò)M點(diǎn)射入玻璃磚,恰好經(jīng)過(guò)半圓部分的圓心O,且MOA=45,光在真空中的傳插速度為c.求光在玻璃磚中發(fā)生全反射的臨界角光從P點(diǎn)發(fā)出到第一次傳播到光屏上所用的時(shí)間【答案】(1) 37 (2) (322+4)R3c【解析】設(shè)玻璃磚的臨界角為C，則:n=1sinC解得:sinC=35C=37由于光射到玻璃磚的平面上時(shí)的入射角均為i = 45>C=370則射到平面上的光線發(fā)生全反射，其光路圖如圖所示.由幾何知識(shí)可得，光在玻璃磚和光屏之間傳播的距離x1=2(22-1)R傳播的時(shí)間t1=x1c=(42-2)Rc光在玻璃磚內(nèi)傳播的距離:x2=42R+2R光在玻璃磚內(nèi)傳播的速度為v=cn=35c光在玻璃磚內(nèi)傳播的時(shí)間t2=x2v=(202+10)R3c光從P點(diǎn)發(fā)出到笫一次傳播到光屏上所用的時(shí)間：t=t1+t2=(322+4)R3c綜上所述本題答案是：(1) 37 (2) (322+4)R3c點(diǎn)睛：本題的關(guān)鍵是要掌握全發(fā)射臨界角公式sinC=1n，以及全反射的條件，解題時(shí)，要做出光路圖，利用幾何關(guān)系幫助解答。15圓柱形均勻透明體的底面下平放一張白紙，白紙上在圓柱體底面中心處有一黑點(diǎn)，白紙與透明體之間有微小間隙。設(shè)周?chē)际强諝?，若通過(guò)透明體側(cè)壁看不到白紙上的黑點(diǎn)，則透明體折射率n的最小值應(yīng)為多少？【答案】n2【解析】由折射定律可得：sin1=nsin2=n1-cos22在側(cè)壁發(fā)生全反射的條件為nsin(900-2)=ncos21帶入上式可知：sin21n2(1-1n2)=n2-1所以n1+sin21點(diǎn)睛；此題考查光的反射及全反射知識(shí)，關(guān)鍵是畫(huà)出光路圖，找出臨界的光線，結(jié)合幾何關(guān)系進(jìn)行解答.1越小的光線越易在側(cè)壁發(fā)生全反射，故1=900的光線是在側(cè)壁最難發(fā)生全反射的光線，若能使此光線發(fā)生全反射的話，那么側(cè)壁便看不到黑點(diǎn)了，此時(shí)必有n216用折射率為的透明物質(zhì)做成內(nèi)半徑、外半徑分別為a、b的空心球，內(nèi)表面涂上能完全吸光的物質(zhì)。圖中所示是經(jīng)過(guò)球心的截面圖。當(dāng)足夠?qū)拸V的平行光射向此球時(shí)若a=1m、b=2m，求在透明物質(zhì)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的光入射角。若a、b大小為任意的已知量（當(dāng)然），求被吸收掉的光束橫截面積為多大？（注意：被吸收掉光束的橫截面圖，指的是原來(lái)光束的橫截面積，不考慮透明物質(zhì)的吸收和所有界面上的反射。）【答案】（1） （2）若a很??；若a很大【解析】如圖，軌跡正好與內(nèi)球面相切的光路程最長(zhǎng)，由折射定律和幾何關(guān)系得：若a很小，如圖所示，即，此時(shí)所求面積若a很大，如圖所示，即若，所有光線均被吸收，所求面積綜上所述本題答案是：（1）（2）若a很??；若a很大點(diǎn)睛：本題考查了幾何光學(xué)，在做此類(lèi)問(wèn)題時(shí)，要正確畫(huà)出光路圖，并結(jié)合實(shí)際情況找到符合題意得臨界角，對(duì)于臨界的問(wèn)題一般要從相切這個(gè)方向去思考。17一直桶狀容器的高為21，底面是邊長(zhǎng)為l的正方形；容器內(nèi)裝滿某種透明液體，過(guò)容器中心軸DD、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料，其他內(nèi)壁涂有吸光材料在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源，已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直，求該液體的折射率【答案】1.55【解析】設(shè)從光源發(fā)出直射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1，折射角為r1，在剖面內(nèi)做光源相對(duì)于反光壁的鏡像對(duì)稱(chēng)點(diǎn)C，連接CD，交反光壁于E點(diǎn)，由光源射向E點(diǎn)的光線，反射后沿ED射向D點(diǎn)；光線在D點(diǎn)的入射角為i2，折射角為r2，如圖所示；設(shè)液體的折射率為n，由折射定律：nsini1=sinr1nsini2=sinr2依題意：r1+r2=90聯(lián)立解得：n2=1sin2i1+sin2i2由幾何關(guān)系：sini1=l24l2+l24=117sini2=3l24l2+9l24=35聯(lián)立解得：n=1.55【名師點(diǎn)睛】此題主要考查光的折射定律的應(yīng)用；解題的關(guān)鍵是能畫(huà)出光路圖，通過(guò)幾何關(guān)系找到入射角及折射角；根據(jù)折射定律n=sinisinr列方程求解。此題同時(shí)考查學(xué)生的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。18如圖所示，AOB是截面為圓形、半徑為R的玻璃磚，現(xiàn)讓一束單色光在橫截面內(nèi)從OA靠近O點(diǎn)處平行OB射入玻璃磚，光線可從OB面射出；保持光束平行OB不變，逐漸增大入射點(diǎn)與O的距離，當(dāng)入射點(diǎn)到達(dá)OA的中點(diǎn)E時(shí)，一部分光線經(jīng)AB面反射后恰好未從OB面射出。不考慮多次反射，求玻璃的折射率n及OB上有光射出的范圍?！敬鸢浮縩=2 【解析】解：設(shè)光線射到AB面時(shí)入射角為，因E點(diǎn)為OA的中點(diǎn)，由幾何知識(shí)可知入射角：設(shè)臨界角為C，則：C=30恰好發(fā)生全反射，則：解得：n=2由題意可知，光從OE間入射時(shí)，可從OB上射出，則從E點(diǎn)入射時(shí)出射點(diǎn)距O最遠(yuǎn)，設(shè)為F，則：綜上所述本題答案是：n=2 ；OB上有光射出的范圍19如圖所示一光線一45的入射角射到玻璃三棱鏡側(cè)面AB上，折射光線與AB面的夾角為600。若三棱鏡的令一側(cè)面AC上折射光線恰好消失。求：玻璃的折射率n；臨界角C；三棱鏡的頂角A?！敬鸢浮?1414 45 75【解析】試題分析: ，得:考點(diǎn): 光的折射。20如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線OO表示光軸（過(guò)球心O與半球底面垂直的直線）。已知玻璃的折射率為1.5?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出（不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線）。求（1）從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值；（2）距光軸R3的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。【答案】（1）23R（2）2.74R【解析】（i）如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角i0時(shí)，對(duì)應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為l。i=i0設(shè)n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsini0=1由幾何關(guān)系有sini=lR聯(lián)立式并利用題給條件，得l=23R（ii）設(shè)與光軸距R3的光線在球面B點(diǎn)折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有nsini1=sinr1設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C，在OBC中，由正弦定理有sinCR=sin(180o-r1)OC由幾何關(guān)系有C=r1-i1sini1=13聯(lián)立式及題給的條件得OC=3(22+3)R52.74R【名師點(diǎn)睛】本題主要考查光的折射定律的應(yīng)用，解題關(guān)鍵是根據(jù)題意畫(huà)出光路圖，根據(jù)幾何知識(shí)確定入射角與折射角，然后列方程求解。21如圖所示，一個(gè)足夠大的水池盛滿清水，水深h=4m，水池底部中心有一點(diǎn)光源A，其中一條光線斜射到水面上距A為l=5m的B點(diǎn)時(shí)，它的反射光線與折射光線恰好垂直（1）求水的折射率n；（2）用折射率n和水深h表示水面上被光源照亮部分的面積（圓周率用表示）【答案】(1)1.33 (2) h2n2-1【解析】(1) 設(shè)射向B點(diǎn)的光線入射角與折射角分別i和r，由題意得：sini=l2-h2l，i+=900故水的折射率為n=sinsini=coti=43=1.33；(2)設(shè)射向水面的光發(fā)生全反射的臨界角為C，則有：sinC=1n圓形光斑的半徑為R=htanC圓形光斑的面積為S=R2聯(lián)立解得：S=h2n2-1。22如圖所示，橫截面為矩形ABCD的玻璃磚豎直放置在水平面上，其厚度為d，AD面鍍有水銀用一束與BC成45角的細(xì)激光向下照射在BC面上，在水平面上出現(xiàn)兩個(gè)光斑，距離為d，求玻璃磚的折射率【答案】 【解析】試題分析：作出光路圖，由光的反射定律和光路圖可逆性可知，反射光線和OH與FG平行，且OH與水平面的夾角為45則得OFGHdIEOFdtan r，可得r30所以折射率n考點(diǎn)：折射率23如圖所示，一束光以45的入射角從AB面射入三棱鏡中，棱鏡的折射率n，光在真空中的傳播速度c=30108m/s。求：光在棱鏡中的傳播速度；光在棱鏡中的折射角?！敬鸢浮?21108m/s30【解析】試題分析：由 得：v=21108m/s設(shè)折射角為r 由sin r得r=30考點(diǎn)：光的折射定律【名師點(diǎn)睛】此題關(guān)鍵要掌握光的折射定律的表達(dá)式；知道入射角和折射角的位置關(guān)系；掌握折射率公式。24半徑為R的圓柱形玻璃磚的折射率為2，截面如圖所示，O為圓心，光線I沿半徑aO方向射入，恰好在O點(diǎn)發(fā)生全反射；另一條平行于I的光線II從最高點(diǎn)b射入玻璃磚，折射到MN上的d點(diǎn)，求Od的距離【答案】 【解析】試題分析：光線射到MN面上時(shí)的入射角等于臨界角臨界角設(shè)光線在圓柱面的入射角為，折射角為，則由折射定律得所以則考點(diǎn)：考查了光的折射，全反射【名師點(diǎn)睛】解決光學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式，運(yùn)用幾何知識(shí)結(jié)合解決這類(lèi)問(wèn)題25如圖所示，扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，半徑為R，介質(zhì)折射率為2，圓心角為45，一束平行于OB的單色光由OA面射入介質(zhì)，要使柱體AB面上沒(méi)有光線射出，至少要在O點(diǎn)上方豎直放置多高的遮光板？（不考慮OB面的反射）。【答案】H=33R【解析】試題分析：光線在OA面上的C點(diǎn)發(fā)生折射，入射角為45，折射角為，由n=sin45sin（2分），解得30 （1分）折射光線射向球面AB，在D點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，入射角為，sin=1n（2分）解得：sin=22（1分）在三角形OCD中，由正弦定理sinOC=sin(+90)R（2分）所以擋板高度H=OCsin45（1分）得H=33R（1分）考點(diǎn)：本題考查光的折射。26如圖所示，MN下方足夠大的空間有一長(zhǎng)方體玻璃介質(zhì)，其折射率n=3，玻璃介質(zhì)在的上邊界MN是屏幕，玻璃中有一個(gè)正三棱柱的真空區(qū)域。三棱柱軸線垂直于紙面，圖中豎直截面正三角形的邊長(zhǎng)18cm，頂點(diǎn)C很靠近屏幕，距離可忽略。底邊AB與屏幕平行，一束激光在豎直截面內(nèi)垂直于AB邊射向AC邊的中點(diǎn)O，結(jié)果在屏幕MN上出現(xiàn)了兩個(gè)光斑。光在真空中的傳播速度c=3l08m/s。求：該激光在玻璃介質(zhì)中傳播的速度；兩個(gè)光斑之間的距離?！敬鸢浮浚?）v=3108m/s （2）x=18cm【解析】該激光在玻璃介質(zhì)中傳播的速度為：v=cn=3108m/s畫(huà)出光路圖如圖所示：在界面AC，光的入射角i=60由光的折射定律有：sinisin=n代入數(shù)據(jù)可以得到：折射角=30由光的反射定律得到，反射角：i=i=60由幾何關(guān)系得到：DOE是直角三角形，ODC=60，OEC=60O點(diǎn)到光屏的距離為：h=OCsin60=932cm故兩光斑之間的距離為：x=htan60+htan30=18cm27如圖所示，真空中兩細(xì)束平行單色光a和b從一透明半球的左側(cè)以相同速率沿半球的平面方向向右移動(dòng)，光始終與透明半球的平面垂直。當(dāng)b光移動(dòng)到某一位置時(shí)，兩束光都恰好從透明半球的左側(cè)球面射出（不考慮光在透明介質(zhì)中的多次反射后再射出球面）。此時(shí)a和b都停止移動(dòng)，在與透明半球的平面平行的足夠大的光屏M上形成兩個(gè)小光點(diǎn)已知透明半球的半徑為R，對(duì)單色光a和b的折射率分別為n1=233和n2=2，光屏M到透明半球的平面的距離為L(zhǎng)=（1232）R，不考慮光的干涉和衍射，真空中光速為c,求：（1）兩細(xì)束單色光a和b的距離d（2）兩束光從透明半球的平面入射直至到達(dá)光屏傳播的時(shí)間差t【答案】（1）3-12R（2）23R3c【解析】(1)由sinC=1n得,透明半球?qū)光和b光的臨界角分別為60和30，畫(huà)出光路如圖A、B為兩單色光在透明半球面的出射點(diǎn),折射光線在光屏上形成光點(diǎn)為D和C,AD、BC沿切線方向。由幾何關(guān)系得d=Rsin60-Rsin30=3-12R(2) a光在透明介質(zhì)中的速度v1=cn1=32c傳播時(shí)間t1=Rcos60v1=3R3c光屏M到透明半球的平面的距離為L(zhǎng)=12+32R,FA=L-Rcos60=32RAD=AF/cos30=R故a光在真空中傳播的時(shí)間t1=ADc=Rc則ta=t1+t1=3+3R3cb光在透明介質(zhì)中的速度v2=cn2=c2,傳播時(shí)間t2=Rcos30v2=3Rc在真空中,由幾何關(guān)系得BC=Rt2=Rc則tb=t2+t2=3+1Rc故t=tb-ta=23R3c點(diǎn)睛：處理本題的關(guān)鍵：1、熟練掌握、應(yīng)用幾何光學(xué)基本公式sinC=1n；v=cn。2、利用平面幾何的知識(shí)找準(zhǔn)光束通過(guò)的路程。28如圖所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑，在球的左側(cè)有一豎直接收屏在A點(diǎn)與玻璃球相切自B點(diǎn)發(fā)出的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，照射在接收屏上的Q點(diǎn)另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射已知ABM=30，求：()玻璃的折射率；()光由B傳到M點(diǎn)與再由M傳到Q點(diǎn)所需時(shí)間比；()N點(diǎn)到直徑AB的距離【答案】（1）3 （2）6:1（3）223R【解析】試題分析：（i）已知ABM=30，由幾何關(guān)系知入射角：=30折射角：=60則玻璃的折射率為：（ii）光在玻璃中傳播速度：光由B傳到M的時(shí)間：=光由M傳到Q的時(shí)間：=則：=6（iii）由題意知臨界角C=ONB則：sinC=，cosC=N點(diǎn)到直徑AB的距離：d=2RcosCsinC=考點(diǎn)：光的折射定律；全反射