1、专题十五 光学、电磁波、相对论简介 考点 1光的折射、全反射 揭秘热点考向揭秘热点考向 2020 全国,34(2),10 分直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中C=90, A=30,截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上. (i)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由. (ii)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值. 拓展变式拓展变式 1.某人手持边长为 6.0 cm 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 0.4 m.在某位置时,他在镜中恰好能够看到整棵树的像;然后
2、他手持镜 子向前走了 6.0 m,发现用这个镜子长度的 就能看到整棵树的像,这棵树的高度约为 () A.4.0 mB.4.5 mC.5.0 mD.5.5 m 2.2020山东,9,4分,多选截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示.DE为嵌在三棱镜内部 紧贴BBCC面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜的ABC面垂直,D位于线段BC的中点.图 乙为图甲中ABC面的正视图.三棱镜对该单色光的折射率为,只考虑由DE直接射向侧面 AACC的光线.下列说法正确的是() A.光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的 B.光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的 C.若DE发出的单色光频率变小,AACC面有光
3、出射的区域面积将增大 D.若DE发出的单色光频率变小,AACC面有光出射的区域面积将减小 3.2016 全国,34(2),10 分 如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为 3.0 m.从点光源A射向 池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为. (1)求池内的水深; (2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为 2.0 m.当他看到正前下方 的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45.求救生员的眼睛到池边 的水平距离(结果保留 1 位有效数字). 4.2019 天津,9(2),6 分某小组做测定玻璃的折射率实
4、验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度 尺,圆规,笔,白纸. (1)下列哪些措施能够提高实验准确程度. A.选用两光学表面间距大的玻璃砖 B.选用两光学表面平行的玻璃砖 C.选用粗的大头针完成实验 D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些 (2)该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图 所示,其中实验操作正确的是. ABCD (3)该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与 入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN的垂线,垂足分别为C、D点, 如图所示,则玻璃的折射率n=.(用图中线段的字母表示)
5、 5. 2017 北京,14,6 分如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光.如果光 束b是蓝光,则光束a可能是() A.红光B.黄光C.绿光D.紫光 6. 2019 全国,34(2),10 分如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,A=90,B=30.一 束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出. (i)求棱镜的折射率; (ii)保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出.求此时AB边 上入射角的正弦. 考点 2光的波动性、电磁波和相对论 揭秘热点考向揭秘热点考向 2020 山东,3,3 分双缝干涉实验装置的截面图如图所示.
6、光源S到S1、S2的距离相等,O点为 S1、S2连线中垂线与光屏的交点.光源S发出的波长为的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播 到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为t.玻璃片 厚度为10,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射.以下 判断正确的是() A.t=B.t=C.t=D.t= 拓展变式拓展变式 1.2019 江苏,13B(2),4 分将两支铅笔并排放在一起,中间留一条狭缝,通过这条狭缝去看与 其平行的日光灯,能观察到彩色条纹,这是由于光的(选填 “折射” “干涉” 或 “衍射” ). 当缝的宽度(选填“远大于”
7、或“接近”)光波的波长时,这种现象十分明显. 2.多选关于光的偏振,下列说法正确的是() A.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光 B.拍摄水面下的景物时,加偏振片可使像更清晰 C.所有的波都具有偏振现象 D.立体电影是应用光的偏振的一个实例 E.自然光射到两种介质的界面上,折射光是偏振光,反射光不是偏振光 3.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中. (1)已知双缝到光屏之间的距离为L,双缝之间的距离为d,单缝到双缝之间的距离为s,某同学 在用测量头测量时,将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹(记作第 1 条)的中心, 这时手轮上的示数用a表示,然后他转动测量头,使分划板中心刻线对准第
8、 6 条亮纹的中心,这 时手轮上的示数用b表示(ba),由此可计算出实验中所测得的单色光的波长=. (2)下列操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离的是. A.增大单缝和双缝之间的距离s B.增大双缝和光屏之间的距离L C.将红色滤光片改为绿色滤光片 D.增大双缝之间的距离d 4.2016 全国,34(1),5 分,多选关于电磁波,下列说法正确的是() A.电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关 B.周期性变化的电场和磁场可以相互激发,形成电磁波 C.电磁波在真空中自由传播时,其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直 D.利用电磁波传递信号可以实现无线通信,但电磁波不能通过电缆、光缆传输
9、 E.电磁波可以由电磁振荡产生,若波源的电磁振荡停止,空间的电磁波随即消失 5.2016 江苏,12B(1),4 分一艘太空飞船静止时的长度为 30 m,它以 0.6c(c为光速)的速度沿 长度方向飞行越过地球,下列说法正确的是() A.飞船上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m B.地球上的观测者测得该飞船的长度小于 30 m C.飞船上的观测者测得地球上发来的光信号速度小于c D.地球上的观测者测得飞船上发来的光信号速度小于c 6.2015 北京,20,6 分利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC 卡)的工作原 理及相关问题.IC 卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC
10、振荡电路,公交车上的读卡机 (刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波.刷卡时,IC 卡内的线圈L中 产生感应电流,给电容C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输.下列说 法正确的是() A.IC 卡工作所需要的能量来源于卡内的电池 B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC 卡才能有效工作 C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流 D.IC 卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息 答案 专题十五 光学、电磁波、相对论简介 考点考点 1 1光的折射、全反射光的折射、全反射 (i)会发生理由见解析(ii) 解析:
11、(i)如图,设光线在D点的入射角为i,折射角为r.折射光线射到BC边上的E点.设光线 在E点的入射角为,由几何关系,有 =90-(30-r)60 根据题给数据得 sinsin 60 即大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射. (ii)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i,折射角为r,由几何关系、反射定 律及折射定律,有 i=30 i=90- sini=nsinr nsini=sinr 联立式并代入题给数据,得 sinr= 由几何关系,r即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角. 1.B 如 图 所 示 为 人 恰 好 看 到 整 棵 树 的 像 时 的 反 射 光 路 图.由
12、几 何 知 识 可 得,=,即=,人离树越远,视野越大,看到树所需的镜面越小, 同理,当他向前走了 6.0 m 后,有=,由以上两式解得L=29.6 m,H=4.5 m. 2.AC由全反射临界角与折射率的关系 sinC= =可知,临界角为 45,即光线垂直BC方向射 出在AC面恰好发生全反射,由几何知识可知光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的 ,所 以 A 项正确,B 项错误;若DE发出的单色光频率减小,则折射率n随之减小,由 sinC= 可知,其 临界角增大,所以AACC面有光出射的区域面积将增大,C 项正确,D 项错误. 3.(1)2.6 m(2)0.7 m 解析: (1)如图所示,设
13、到达池边的光线的入射角为i.依题意知,水的折射率n= ,光线的折射角 =90 由折射定律有 nsini=sin 由几何关系有 sini= 式中,点光源A到池边的水平距离l=3.0 m,h是池内水的深度.联立式并代入题给数据得 h=m2.6 m. (2)设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x.依题意知,救生员的视线与竖直方向的夹角为 =45 由折射定律有 nsini=sin 式中,i是光线在水面的入射角.设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有 sini= x+l=a+h 式中h为眼睛到池面的高度 h=2.0 m 联立式得x=(3-1) m0.7 m. 4.(1)AD(2)D(3)
14、 解析:(1)为了减小实验误差,选用的玻璃砖前后表面间距应尽量大些,即使玻璃砖内的折射光 线尽量长些,A 正确;测量折射率时,只需找出入射光线和折射光线,因此玻璃砖的两光学表面 可以不平行,B 错误;为了减小实验误差应选用较细的大头针完成实验,C 错误;两枚大头针之间 的距离尽量大些,描绘出的光线误差会较小些,D 正确. (2)由题图可知,选用的玻璃砖两光学表面平行,则入射光线应与出射光线平行,B、 C 错误;又光 线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角,A 错误,D 正确. (3)由折射定律可知n=. 5.D由题图可知,光束a的折射角小,根据n=知,光束a的折射率大于光束b的
15、折射率,频 率越大,折射率越大;且已知光束b是蓝光,选项中频率大于蓝光频率的只有紫光,故光束a可 能是紫光,D 项正确. 6.(i)(ii) 解析: (i)光路图及相关量如图所示. 光束在AB边上发生折射,由折射定律得 =n 式中n是棱镜的折射率 由几何关系可知+=60 由几何关系和反射定律得=B 联立式,并代入i=60得n=. (ii)设改变后的入射角为i,折射角为,由折射定律得 =n 依题意分析可知,光束在BC边上的入射角为全反射的临界角c,且 sinc= 由几何关系得c=+30 由式得入射角的正弦为 sini=. 考点考点 2 2光的波动性、电磁波和相对论光的波动性、电磁波和相对论 A波
16、长为的光在玻璃片中的传播速度v= ,通过 10的距离,光传播的时间差 t=-= ,选项 A 正确. 1.衍射接近 解析:通过两支并排放在一起的铅笔观察与其平行的日光灯,看到的彩色条纹是单缝衍射条纹, 是由光的衍射产生的.当缝的宽度接近光的波长时,单缝衍射现象十分明显. 2.ABD自然光通过偏振片后,可得到在某一方向振动的光,即偏振光,A 项正确;拍摄水面下的 景物时,为减小光在水面处的反射,使景物更清晰,可在照相机镜头前装一个偏振片,B 项正确; 只有横波才能发生光的偏振现象,C 项错误;立体电影的制作利用了光的偏振现象,放映的时候 也是用双镜头放映机,其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片
17、,观众戴的眼镜上也有相 对应方向的偏振光片,这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像,D 项正确;自然光射到 两种介质的界面上,反射光和折射光都是偏振光,E 项错误. 3.(1)(2)B 解析:(1)根据题意可以知道相邻的两条亮条纹之间的距离为x=,根据x=,可得 =. (2)由x=可知相邻两条亮条纹之间的距离与单缝和双缝之间的距离s无关,故A错误;增大 双缝和光屏之间的距离L,可增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离,故 B 正确;将红色滤光片 改为绿色滤光片,波长减小,相邻两条亮条纹之间的距离减小,故 C 错误;增大双缝之间的距 离d,相邻两条亮条纹之间的距离减小,故 D 错误. 4.ABC
18、电磁波在真空中的传播速度为 310 8 m/s,与电磁波的频率无关,A 项正确;周期性变化 的电场产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场又产生周期性变化的电场,它们相互激发向 周围传播,就形成了电磁波,B 项正确;电磁波是横波,因此其电场强度和磁感应强度均与传播 方向垂直,C 项正确;光是电磁波,利用光纤对光的全反射可以传播信息,D 项错误;波源的电磁 振荡停止后,已发出的电磁波不会立即消失,还要继续传播一段时间,E 项错误. 5.B飞船上的观察者相对飞船静止,则他测得的是飞船的静止长度,即为 30 m,A 项错误;地球 上的观测者看到飞船是运动的,根据长度的相对性知他测得的飞船长度比飞船静止
19、时的长度 小,B 项正确;根据光速不变原理知飞船上的观测者和地球上的观测者观测到的光信号速度均 为c,C、D 项错误. 6.BIC 卡内部没有电池,其工作所需要的能量来自读卡机发射的电磁波,故选项 A 错误;只有 当读卡机发射的电磁波频率和 IC 卡中LC振荡电路的固有频率相同时,LC电路中产生较大感应 电流,IC 卡才能有效工作,故选项 B 正确;若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,根据法拉第 电磁感应定律,可知线圈L中仍会产生感应电流,故选项 C 错误;LC振荡电路可以发射电磁波, 因此可以向读卡机传输自身的数据信息,故选项 D 错误. 专题十五光学、电磁波、相对论简介 考点 1光的折射
20、1.2021 江苏南京高三调研如图所示,一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色 光,关于这三束单色光,下列说法正确的是() A.单色光a的频率最大 B.单色光c在玻璃中的传播速度最大 C.单色光a从玻璃射向空气的全反射临界角最大 D.通过同一双缝产生的干涉条纹的间距,单色光c的最大 2.2020 吉林长春监测,多选下列有关光现象的说法正确的是() A.在太阳光照射下,水面上的油膜出现彩色花纹是光的全反射现象 B.光导纤维丝内芯的折射率比外套的折射率大,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C.白光穿过玻璃砖,各单色光在玻璃砖中速度不相等,红光速度最大,紫光速度最小 D.露珠的晶莹透
21、亮现象,是由光的全反射引起的 E.全息照相技术应用了光的衍射 3.2020 浙江台州适应性考试,多选如图所示,Ox轴沿水平方向,Oy轴沿竖直向上方向.在x 0,y0 的矩形区域内存在某种分布范围足够广的介质.其折射率只随着y的变化而变化.有两 束细光束a、b从O点射入介质,沿如图所示的路径传播.下列判断正确的是() A.此介质的折射率随着y的增大而增大 B.介质对a光的折射率比对b光的折射率大 C.产生海市蜃楼现象与上述现象的光学原理类似 D.细光束a在继续传播的过程中可能会发生全反射 4.5 分如图,直径为d、 长度L=5d的玻璃圆柱体,其中轴线为AB,一束光以入射角从A点射 入,在侧面恰好
22、发生全反射,经两次反射刚好传播到C点,已知光在真空中的传播速度为c,则该 玻璃的折射率n=,入射角=,光从A传播到C的时间为. 5.10 分在测定玻璃的折射率的实验中,某实验探究小组的同学测定一半圆柱形玻璃砖的折 射率.张华同学提出用插针法测定,步骤如下: 图甲 A.如图甲所示,先在平铺的白纸上放半圆柱形玻璃砖,用铅笔画出直径所在的位置MN、圆心O 以及玻璃砖圆弧线(图中半圆实线); B.垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O; C.最后在玻璃砖圆弧线一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像; D.移走玻璃砖,作出与圆弧线对称的半圆虚线,过O点作垂直于MN的直线
23、作为法线;连接O、P2、 P1,交半圆虚线于B点,过B点作法线的垂线交法线于A点;连接O、P3,交半圆实线于C点,过C 点作法线的垂线交法线于D点. (1)测得AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4.计算玻璃砖折射率n的 公式是n=(选用l1、l2、l3或l4表示). (2)在插大头针P3前,不小心将玻璃砖以过O点垂直纸面的线为轴逆时针转过一个很小的角度, 则测得的玻璃砖折射率将(选填“偏大” “偏小”或“不变”). (3)如果用插针法测量玻璃三棱镜的折射率,要完成该实验至少需要根大头针. (4)为了减少实验误差,又方便操作,李辉同学设计了一个用刻度尺测半圆柱形
24、玻璃砖折射率 的实验,如图乙所示,他进行的主要步骤如下: 用刻度尺测玻璃砖的直径AB的长度d;先把白纸固定在木板上,将玻璃砖水平放置在白纸上, 用笔描出玻璃砖的边界,将玻璃砖移走,标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC;将玻璃 砖放回白纸上的原处,长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置;调节含有红光和紫光的光源 发射器,使两束光的混合光线PO从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O,并使长直尺MN的两侧 均出现亮斑,M侧有一个亮斑,N侧有两个亮斑,沿M到N的方向依次记下各亮斑到A点的距离 x1、x2和x3. 图乙 则李辉同学利用实验数据计算出紫光在此玻璃砖中的折射率的表达式为n=(选用题 给物
25、理量表示);M端的亮斑是颜色. 6.10 分在正方体玻璃砖的正中间有一个点光源S,若在正方体的各个面中心各贴一张黑色遮 光纸片,恰好没有光线直接经玻璃面折射后射出.已知正方体棱长为 2l,遮光纸片与棱的最小 距离为l,sin 37=0.6(不考虑光线在正方体中的反射). (1)求此玻璃的折射率; (2)若将遮光纸拿去,并将点光源下移到正方体的底面中心,求其他面有光射出区域的面积. 7.10 分某同学利用激光笔研究某种透明材料的折射率.如图所示是透明材料制成的玻璃砖, 厚度为h=3.00 cm,平面MNPQ与玻璃砖上表面ABCD夹角为,一细激光束沿平面MNPQ入射, 入射点为O,O在玻璃砖下表面
26、投影点为O.细激光束在平面MNPQ内改变入射方向时,折射光线 在玻璃砖下表面的出射点到O距离的最大值为d1=3.00 cm,最小值为d2=cm. (1)求透明材料的折射率n及平面MNPQ与玻璃砖上表面ABCD的夹角; (2)若激光在真空中的波长为=600 nm,利用该透明材料制成厚度为d的透明薄膜,光垂直入 射到该材料中(不考虑反射光),射出所需的时间为t,相同时间t内该激光在真空中前进的距离 为(d+),求透明薄膜的厚度d. 8.2020四川成都毕业班摸底,8分如图,ABC是横截面为直角三角形的玻璃三棱镜的一个截 面,一平行于CB边的细激光束从AC边上的某点射入棱镜后,在AB边上的D点发生反
27、射、 折射, 其中反射光刚好与AC边平行.已知AB=L,AD= ,C=30,空气中的光速为c. (1)试通过计算,判断光束第一次射到BC边时能否发生全反射; (2)求光束自进入棱镜到第一次从AC边射出所经历的时间. 考点 2光的波动性、电磁波和相对论 1.多选在LC振荡电路中,电容器上的带电情况及电路中的电流方向如图所示,以下有关电磁 振荡的说法正确的是() A.此时电路中电容器正处于充电状态 B.此时电路中电场能正在向磁场能转化 C.电容器极板上电荷量最大时,两极板间电压最大,电路中振荡电流最小 D.每个周期内,电容器完成一次充、放电过程 E.电感线圈自感系数增大,则充电和放电过程会变慢 2
28、.多选如图甲所示,在一块平板玻璃上放置一平凸透镜,在两者之间形成厚度不均匀的空气 膜,让一束单一波长的红光垂直入射到该装置上,结果在上方观察到如图乙所示的具有共同圆 心且内疏外密的圆环状干涉条纹,称为牛顿环,以下说法正确的是() 图甲图乙 A.牛顿环的形成是由于凸透镜上下表面的反射光发生干涉 B.干涉条纹不等间距是因为凸透镜从中心到边缘的厚度是均匀变化的 C.若入射光由单色红光换为蓝光,则圆环状干涉条纹分布的间距变小 D.若某条干涉条纹某位置向外弯曲,说明平板玻璃或凸透镜对应位置凸起 3.多选如图甲所示,把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上,一端用薄片垫起,构成楔形 空气层,让单色光a、b分别
29、从上方垂直入射后,在相同条件下从上往下看到的干涉条纹,分别 如图乙所示.下列说法正确的是 () A.薄片的厚度减小一些,干涉条纹的间距会变宽 B.单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大 C.若单色光a照射某金属能发生光电效应,则用单色光b照射该金属时也能发生光电效应 D.在玻璃中传播时,单色光a比单色光b的传播速度小 4.5 分某同学利用双缝干涉装置测某种单色光的波长,当测量头的分划板中心刻线与第 1 条 亮条纹中心对齐时,手轮上的示数如图甲所示;当分划板中心刻线与第 6 条亮条纹中心刻线对 齐时,手轮上的示数如图乙所示,则相邻两条亮条纹的间距x=mm;若测得两缝间的 间距为 0.3 mm,
30、光屏到双缝的距离为 1.2 m,则该光的波长为m;若换用另一种单色光进 行实验,发现相邻亮条纹的间距变小,则该单色光的频率(填“大于” “小于”或“等 于”)原单色光的频率.(计算结果均保留三位有效数字) 5.2020 湖北武汉质量检测,8 分洛埃德在 1834 年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的 装置.如图所示,从单缝S发出的光,一部分入射到平面镜后反射到屏上,另一部分直接投射到 屏上,在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹.单缝S通过平面镜成的像是S. (1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹,这和双缝干涉实验得到的干涉条纹 一致.如果S被视为其中的一个缝,相当于另一个“缝”
31、; (2)实验表明,光从光疏介质射向光密介质时在分界面发生反射,在入射角接近 90 时,反射 光与入射光相比,相位有的变化,即半波损失.如果把光屏移动到和平面镜接触,接触点P处 是(填“亮条纹”或“暗条纹”); (3)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h=0.15 mm,单缝到光屏的距离D=1.2 m,观测到第 3 个亮条纹中心到第 12 个亮条纹中心的间距为 22.78 mm,则该单色光的波长=m(结果 保留三位有效数字). 一、选择题(共 3 小题) 1.2020 北京,4下列说法正确的是 () A.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象 B.用三棱镜观测光谱是利用光的折射现象 C.一束单色光
32、经由空气射入玻璃后速度不变,波长变短 D.光的干涉现象和光电效应都是光具有波动性的表现 2.生产生活实践问题情境单反相机单镜头反光相机简称单反相机,它用一块放置在镜 头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上.对焦屏上的图像通过五 棱镜的反射进入人眼中.如图为单反照相机取景器的示意图,五边形ABCDE为五棱镜的一个截 面,ABBC,光线垂直AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光 线垂直BC射出.若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是() A.B.C.D. 3.如图所示,abc是一块用折射率为n=2 的玻璃制成的透明体的横截面,ab是半径为
33、R的 圆弧,ac边垂直于bc边,aOc=60.当一束平行光垂直照射到ac上时,ab的外表面只有 一部分有光线穿出,则穿出光线部分的弧长为 () A.B.C.D. 二多项选择题（共 6 题） 4.多选关于光现象及应用,下列说法正确的是() A.由于光的折射现象,空中的水鸟看到水里的鱼的像比实际位置偏高,而水里的鱼看到空中的 水鸟的像比实际位置偏低 B.高性能相机镜头表面镀了一层透光的膜,看起来有颜色,这是由光的干涉现象引起的 C.在光的双缝干涉实验中,其他条件不变,双缝间距越小,观察到屏上条纹间距越大 D.摄影师拍摄水中的游鱼时,常常在镜头前加装一块偏振镜,偏振镜旋转到合适角度时,经过 水面的反
34、射光通过偏振镜时减弱,拍摄效果较好 E.雨后的天空出现的彩虹,阳光下肥皂泡表面有彩色花纹,都是光的干涉引起的 5.多选如图所示,一束复合光垂直射向玻璃三棱镜的AC边,在AB边发生全反射,从BC边的O 点射出后分成a、b两束不同颜色的单色光,不考虑二次反射,则以下说法正确的是 () A.光束a的频率比光束b大 B.a光在玻璃砖中传播的时间比b光的短 C.如果逐渐增大三棱镜的B角,则先从AB面折射出来的是b光 D.将a、b两种色光分别通过某狭缝,a光发生衍射现象最明显 E.使用相同装置做双缝干涉实验,b光的条纹间距小 6.2021 浙江杭州重点中学检测,多选如图所示,平行玻璃砖下表面镀有反射膜,两
35、束平行细 单色光a、b从空气斜射到玻璃砖上表面,入射点分别为O1、O2,两光线刚好从玻璃砖上表面同 一点P射出,已知玻璃砖对a、b两色光的折射率均大于,下列说法正确的是 () A.在玻璃砖中b光的速度比a光大 B.若a光能使某金属发生光电效应,b光也一定能使该金属发生光电效应 C.若a、b两束光同时从玻璃砖上表面射入,则a光比b光先从P点射出 D.增大b光的入射角,当b光从玻璃砖上表面射出时有可能发生全反射 7.多选如图(a)所示为单缝衍射示意图,图(b)为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的 单缝衍射图样,下列说法正确的是() 图(a)图(b) A.在同种均匀介质中,甲光的波长较长 B.在
36、同种均匀介质中,甲光的传播速度更大 C.用同一装置做双缝干涉实验时,在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多 D.当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时,有可能乙光不发生全反射而甲光发生 全反射 8.新角度光+氢原子能级图多选氢原子部分能级图如图所示,a和b是氢原子从高能级 向低能级跃迁时辐射出的两种可见光,则 () A.a光光子的能量高于b光光子的能量 B.a光的波长大于b光的波长 C.a光与b光在空间叠加时可以产生干涉现象 D.同一玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率 9.2020 浙江 1 月选考,15,多选如图所示,波长为a和b的两种单色光射入三棱镜,经折射 后射出两束单色光为a和b,则
37、这两束光() A.若照射同一种金属均有光电子逸出,则光电子最大初动能EkaEkb B.射向同一双缝干涉装置,其干涉条纹间距xaxb C.在水中的传播速度vavb D.光子动量papb 三、非选择题(共 4 小题) 10.7 分某实验小组在用双缝干涉测光的波长实验中,将双缝干涉实验仪器按要求安装在光 具座上,如图甲所示.双缝间距d=0.20 mm,测得屏与双缝间的距离L=500 mm.然后,接通电源使 光源正常工作. (1)某同学在测量时,转动手轮,在测量头目镜中先看到分划板中心刻线对准亮条纹A的中心, 如图乙所示,则游标卡尺的读数为cm;然后他继续转动手轮,使分划板中心刻线对准 亮条纹B的中心
38、,若游标卡尺的读数为 1.67 cm,此时主尺上的cm 刻度与游标尺上某 条刻度线对齐;入射光的波长=m; (2)若实验中发现条纹太密,可采取的改善办法有(至少写一条). 11.9 分如图所示,水池的底面与水平面所成夹角为 37,一尺寸很小的遥控船模某时刻从A 点沿AO以v0=0.5 m/s 的速度匀速向岸边O点行驶,此时太阳位于船模的正后上方,太阳光线方 向与水平面的夹角=37.已知水的折射率n= ,sin 37= 0.6. (1)求该时刻太阳光线在水中的折射角; (2)求该时刻遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动速度的大小v; (3)若图中太阳光线方向与水平面间的夹角变小,遥控船模
39、在水池底部的影子沿水池底面向 O点运动的速度将如何变化(不要求推导过程,仅回答“增大” “减小”或“不变”)? 12.2020 福建五校第二次联考,10 分如图所示为半圆柱形玻璃砖的横截面,半圆的圆心为O、 半径为R.一光线以入射角i=45从AB面上的A点射入,经AB面折射后进入玻璃砖.玻璃砖对 该光线的折射率n=,光在真空中传播的速度大小为c.求: (1)该光线从AB面进入玻璃砖的折射角r及其在玻璃砖中发生全反射的临界角C; (2)该光线在玻璃砖内传播的时间t. 13.生产生活实践问题情境微棱镜增亮膜10 分微棱镜增亮膜能有效提升 LCD(液晶显 示屏)亮度.如图甲所示为其工作原理截面图,从
40、面光源发出的光线通过棱镜膜后,部分会定向 出射到 LCD 上,部分会经过全反射返回到光源进行再利用.如图乙所示,等腰直角ABC为一微 棱镜的横截面,A=90,AB=AC=4a,紧贴BC边上的P点放一单色点光源,BP=BC.已知微棱镜材 料的折射率n= ,sin 37=0.6,只研究从P点发出照射到AB边上的光线. (1)某一光线从AB边射出时,方向恰好垂直于BC边,求该光线在微棱镜内的入射角的正弦值. (2)点光源发出的部分光线可以依次在AB、AC两界面均发生全反射,再返回到BC边,求该部分 光线在AB边上的照射区域长度. 答案 专题十五光学、电磁波、相对论简介 考点考点 1 1光的折射、全反
41、射光的折射、全反射 1.C由题图可以看出,c光的偏折程度最大,a光的偏折程度最小,则c光的折射率最大,频率 最大,a光的折射率最小,频率最小,A错误;由公式v= 可知,c光的折射率最大,在玻璃中的传播 速度最小,B 错误;又由公式 sinC= 可知,折射率越小,临界角越大,由于a光的折射率最小,则 a光的临界角最大,C 正确;光的频率越大,则波长越小,c光的频率最大,则波长最短,根据双缝 干涉条纹的间距公式x= 可知,c光产生的条纹间距最小,D 错误. 2.BCD在太阳光照射下,水面上油膜出现彩色花纹是薄膜干涉现象,故 A 错误;光导纤维丝内 芯的折射率比外套的折射率大,光传播时在内芯与外套的
42、界面发生全反射,故 B 正确;白光穿过 玻璃砖,各单色光在玻璃砖中速度不相等,红光速度最大,紫光速度最小,故 C 正确;露珠看起来 晶莹透亮,因为光在露珠内表面发生了全反射,故 D 正确;全息照相技术应用了光的干涉,故 E 错误. 3.CD介质的折射率随着y的变化而变化,由题图可知,y一定时,入射角小于折射角,则知此介 质的折射率随着y的增大而减小,A 错误;由光线的偏折程度知介质对a光的折射率比对b光的 折射率小,B 错误;海市蜃楼发生时空气折射率随高度的增大而减小,与此介质折射率的变化相 似,C 正确;光从光密介质进入光疏介质,若入射角大于临界角,则发生全反射,D 正确. 4.(2 分)3
43、0(2 分)(1 分) 解析:如图为光从A点入射传播到C点的光路图,设玻璃的折射率为n,临界角为,则有 tan +2dtan=5d,又 sin= ,解得n= ,又=n,解得=30,又v= ,光在玻璃中传播的路 程s=+=d,光在玻璃中传播的时间t= ,解得t=. 5.(1) (2 分)(2)偏小(2 分)(3)四(1 分)(4)(3 分)红光和紫光的混合(2 分) 解析:(1)根据几何知识得,入射角的正弦值 sin AOB= ,折射角的正弦值 sin COD= ,则折 射率为n=. (2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖逆时针转过一小角度,折射光线将逆时针转动,而作 图时仍以MN为边界,A
44、D为法线,则测得的入射角不变,折射角增大,由折射率公式可知,测得玻 璃砖的折射率将偏小. (3)如果用插针法测量玻璃三棱镜的折射率,需要确定入射点和出射点,连接入射点和出射点, 由入射界面的法线可确定折射角,而入射光和法线间的夹角为入射角,入射光线需要两根大头 针确定,出射点又需要出射光线交到出射界面上来确定,故出射光线也需要两根大头针,则要 完成该实验至少需要四根大头针. (4)设光线在AB面上的入射角为,紫光折射角为,经分析知,N端出现两个亮斑,一个是红光 的折射光线打在直尺上的亮斑,一个是紫光的折射光线打在直尺上的亮斑,更靠近A端的是紫 光的亮斑;而M端的是红光和紫光的反射光线共同打在直
45、尺上形成的亮斑,故M端的亮斑应该 是红色和紫色的混合颜色;根据几何关系有 sin=,sin=,则折射率 n=. 6.(1)(2)( +4)l 2 解析:(1)遮光纸片为圆纸片,设圆纸片的半径为r,则 r=l- l=l(1 分) 射向圆纸片边缘的光恰好发生全反射,由折射定律得 n=(2 分) 由几何关系得 sinC=(1 分) 联立解得n= (1 分). (2)由以上分析可知,光线发生全发射的临界角为 37 光线在侧面恰好发生全发射时有 tan 37= (1 分) 解得R=l 由于 2R2l(1 分) 则正方体的上表面全部有光射出 有光射出的区域面积为S=2R 2+(2l)2=( +4)l2(2
46、 分). 7.(1)45(2)1.4510 -6 m 解析:(1)当光线沿MN方向射入时,入射角1=90,折射角为1,折射光线在玻璃砖下表面的 出射点到O距离为最大值d1,由几何关系有 tan1= =1,得1=45(1 分) n=(1 分) 当光线垂直MN方向射入时,入射角2=90-,折射角为2,折射光线在玻璃砖下表面的出 射点到O距离为最小值d2,由几何关系有 tan2= = ,得2=30(1 分) 代入n=(1 分) 得2=45,=90-2=45(1 分). (2)设光速为c,光在真空中前进距离为(d+),用时t=(1 分) 光在薄膜中传播的速度v=(2 分) 光在薄膜中传播的时间t=(1
47、 分) 联立解得d=1.4510 -6 m(1 分). 8.(1)能,计算见解析(2) 解析:(1)设光在AC边的入射点为E,在BC边的反射点为F,在AC边的出射点为G,光路如图所 示. 由图结合题意可知,在D点反射角为 30,ADE=60,ADE为等边三角形 在E点折射时,入射角i=60,折射角r=90-AED=30(1 分) 根据折射定律有n=(1 分) 解得n= 设发生全反射的临界角为C,则有 sinC= = (1 分) 在F点,入射角为 60,因 sin 60=,故该处会发生全反射(1 分). (2)光束在G点发生折射进入空气 由几何知识得FG=ED=AD= DF= (1 分) 故光束
48、进入棱镜到第一次从AC边射出所通过的路程 s=ED+DF+FG=2L(1 分) 光在棱镜中的速度v= (1 分) 又s=vt 解得光束自进入棱镜到第一次从AC边射出所经历的时间t=(1 分). 考点考点 2 2光的波动性、电磁波和相对论光的波动性、电磁波和相对论 1.ACE由图中电流方向可知,电容器正在被充电,故 A 正确;由能量守恒定律可知,电路中电场 能增加,磁场能减少,故电路中磁场能正在转化为电场能,故 B 错误;电容器极板上电荷量最大 时,电容器两极板间电压最大,此时电容器中电场能最多,电感线圈中磁场能最小,电路中振荡 电流最小,故 C 正确;在电磁振荡的一个周期内,电容器充电和放电、
49、反向充电和放电各一次, 故每个周期内电容器充、放电各两次,故 D 错误;由振荡电路的周期公式T=2可知,电感线 圈自感系数L增大,周期T增大,故充放电会变慢,故 E 正确. 2.CD牛顿环的形成是由于凸透镜下表面的反射光和平板玻璃上表面的反射光发生干涉,A 错 误;由于凸透镜的下表面是圆弧面,则形成的空气薄膜厚度不是均匀变化的,所以形成不等间 距的干涉条纹,B 错误;因为蓝光的波长小于红光的波长,所以间距会变小,C 正确;某条干涉条 纹某位置向外弯曲,说明光程差变短,即平板玻璃或凸透镜对应位置凸起,D 正确. 3.AC根据干涉知识可知,薄片的厚度越小,条纹越少,越稀疏,间距变宽,故 A 正确.
50、厚度不变 的情况下,单色光的波长越小,条纹越多,越密集,可知单色光b的波长小于单色光a的,根据光 子动量p= ,知单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小,B 错误.波长越长的光,频率越小, 故ab,若单色光a照射某金属能发生光电效应,则用单色光b照射该金属时也能发生光电 效应,C 正确.频率小的单色光,玻璃对其的折射率也小,故nanb,又光在介质中传播的速度v= , 故都在玻璃中传播时,单色光a比单色光b的传播速度大,D 错误. 4.(1)2.61(2 分)6.5310 -7(2 分) 大于(1 分) 解析:由题图可知螺旋测微器的读数为x1=2.333 mm(2.3322.334 mm 均可
