高考物理 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅳ 专题12 光的反射和折射.docx
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高考物理考前30天之备战冲刺押题系列Ⅳ专题12光的反射和折射
专题十二光的反射和折射
内容
要求
89.光的直线传播。
本影和半影
90.光的反射,反射定律。
平面镜成像作图法
91.光的折射,折射定律,折射率。
全反射和临界角
92.光导纤维
93.棱镜。
光的色散94.光本性学说的发展简史
95.光的干涉现象,双缝干涉,薄膜干涉。
双缝干涉的条纹间距与波长的关系
96.光的衍射
97.光的偏振现象
98.光谱和光谱分析。
红外线、紫外线、X射线、γ射线以及它们的应用。
光的电磁本性。
电磁波谱99.光电效应。
光子。
爱因斯坦光电效应方程100.光的波粒二象性。
物质波
101.激光的特性及应用
名师解读
光的反射和折射是高考中常出现的内容之一。
题目类型多为选择题,偶尔也有计算题或实验题。
反射定律、折射定律、折射率、全反射和临界角、光的色散是重点考查的内容,其中折射率、全反射、色散命题频率较高。
这部分知识还可能与力学中的直线运动、平抛运动、圆周运动、万有引力定律等相结合来命题。
复习中除掌握以上重要知识外,对光的直线传播、本影和半影、光速等也要理解。
光的波动性和微粒性为近年高考命题热点之一。
题目类型多为选择题。
其中考查较多的是光的干涉、光电效应,其次是波长、波速和频率的关系,有时还与几何光学中的部分知识(如折射、棱镜、色散等)、原子物理中的玻尔理论相结合进行考查。
复习时要以记忆、理解为主,以对光的本性的认识为线索,来掌握近代物理光学的初步知识,掌握建立这些理论的实验基础和一些重要物理现象。
此外,对于“激光的特点和应用”也要引起重视。
样题解读
【样题1】如图13-1甲所示为一块透明的光学材料的剖面图,在其上建立直角坐标系xOy,设该光学材料的折射率沿y轴正方向发生变化。
现有一单色光a从原点O以某一入射角
由空气射入该材料内部,且单色光a在该材料内部的传播路径如图13-1乙所示。
则折射率沿y轴正方向可能发生的变化是
A.折射率沿y轴正方向均匀减小
B.折射率沿y轴正方向均匀增大
C.折射率沿y轴正方向先均匀减小后均匀增大
本题也可类比为从水下射向空气的光线,得出越向上方,折射率越小的结论。
[答案]A
[解读] 本题对课本中的“蒙气差”加以改造升华,涉及到光的折射、折射定律、折射率、全反射等知识点,考查理解能力、推理能力和应用数学处理物理问题的能力,体现了《考试大纲》中对“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。
有些考生只看到光从左侧进入光学材料,而不分析折射率沿y轴正方向的变化情况造成错选。
【样题2】据报道,2008年北京奥运会,光纤通信网将覆盖所有奥运场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务。
光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输。
如图13-2所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,则下列说法中正确的是(图中所标的
为全反射的临界角,
)
[答案]B
[解读] 本题涉及到折射率、全反射、临界角、光导纤维等知识点,考查理解能力和推理能力,体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义,理解物理规律的适用条件,以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
本题要利用光的全反射规律,结合相关的几何条件进行判断。
【样题3】卡文迪许扭秤是用来测定万有引力恒量的重要仪器,为了观察悬挂的石英丝发生的微小扭转形变,卡文迪许采用了光放大的原理,如图13-3所示,图中悬挂在石英丝下端的T形架的竖直杆上装一块小平面镜M,M可将由光源S射来的光线反射到弧形的刻度尺上(圆弧的圆心即在M处)。
已知尺子距离M为2m,若反射光斑在尺子上移动2cm,则平面镜M转过的角度是________rad。
[分析]由数学关系,反射光线转过的角度
rad,根据光的反射定律,平面镜M转过的角度为
rad。
[答案]0.005
[解读] 本题涉及到光的反射、反射定律、卡文迪许扭秤等知识点,考查理解能力和推理能力,体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义,理解物理规律的适用条件,以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
本题要注意隐含条件:
平面镜转过角,反射光线转过2角。
[分析]一束细光束垂直射到AO面上,经玻璃砖反射、折射后,经OB面平行返回,因角AOB为135º,所以从OB面出射的光线的折射角为45º,根据折射定律有
sinα=sin45º
解得:
α=30º
根据几何关系及光的反射的知识得:
θ=15º=2β,即β=7.5º,
故OP=rsin7.5º。
[答案]B
[解读] 本题涉及到光的反射、反射定律、光的折射、折射定律、折射率等知识点,考查推理能力和应用数学处理物理问题的能力,体现了《考试大纲》中对“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。
考生见到几何光学题要先画好光路图,利用光的反射定律、折射定律,结合相关的几何条件列式求解。
【样题5】用蓝光照射某种金属表面发生了光电效应。
现将该蓝光的强度减弱,则
A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B.逸出的光电子的最大初动能将减少
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D.有可能不发生光电效应
[分析]能否发生光电效应,是由光的频率ν决定的,只要ν大于金属发生光电效应的极限频率v0,不论强度如何,总能发生光电效应,而且是瞬时发生的,不需要时间“积累”,所以光照到金属表面上,到发生光电子之间几乎是瞬时的,光强减弱,不影响发生光电效应的时间,所以A项、D项都不正确;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W,同种金属有相同的逸出功W,逸出的光电子的最大初动能Ek由光的频率ν决定,所以改变强度,逸出的光电子的最大初动能Ek不变,B项不正确;单位时间内的光电子数目与入射光的强度成正比,所以光的经度减弱,光电子的数目将减少,C项正确。
显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为
,其中
。
已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为
A.
B.
C.
D.
[分析]设电子经过电压U加速获得速度v,由动能定理,
,电子动量
,
,以上三式联立解得
,D项正确。
[答案]D
[解读] 本题将物质波与动量、动能定理结合在一起,考查考生的理解能力和推理能力,体现了《考试大纲》中对“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
A缓慢加热,当温度升到t2时,亮度再一次回到最亮,说明此时2Δh2=(n-1)λ,这段过程中A的高度增加Δh=Δh1-Δh2=
,C项错误,D项正确。
[答案]D
[解读] 本题涉及到光的干涉现象、薄膜干涉、反射光叠加与薄膜厚度的关系等知识点,考查理解能力和推理能力,体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义,理解物理规律的适用条件,以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件,对物理问题进行逻辑推理和论证,得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。
光的干涉现象是高考的热点,同学们要对双缝干涉和薄膜干涉重点掌握。
【2012名师预测】
1.在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样,下列四幅图片中属于光的
2.太阳光照射在平坦的大沙漠上,我们在沙漠中向前看去,发现前方某处射来亮光,好像太阳光从远处水面反射来的一样,我们认为前方有水.但走到该处仍是干燥的沙漠,这现象在夏天城市中太阳光照射沥清路面时也能观察到.对这种现象正确的解释是( )
A.越靠近地面,空气的折射率越大
B.这是光的干涉形成的
C.越靠近地面,空气的折射率越小
D.这是光的衍射形成的
[答案] C
[解析] 由于沙漠或沥青路面温度高,空气密度小,相对于上层空气是光疏介质,折射率小,因此上面射来的光就会在上下层空气间形成全反射,会看到蜃景,C正确.
3.以下说法中正确的是( )
A.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉
B.对于同一障碍物,波长越大的光波,越容易绕过去
C.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象
D.用光导纤维传播信号是光的全反射应用
[答案] ABD
[解析] 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉,A正确;对于同一障碍物,波长越大的光波,越容易发生衍射,即越容易绕过去,B正确;白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种色散现象,C错误;用光导纤维传播信号是光的全反射的应用,D正确.
4.如图所示,两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中,两者的AC面相互平行放置,由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入,通过两棱镜后,从a、b两点射出.对
过两棱镜之间相当于经过平行玻璃砖,故蓝光在玻璃中的光束①、②互相平行,光束②射到AB面时的入射角与光束①对应的折射角相等,故两束光从a、b点射出时互相平行.A错,B对.
5.如图所示,a和b两束光平行射入一半圆柱体玻璃砖,且入射光线与AOB面垂直,若从圆面射出时,两光束交于P点,则下列说法中正确的是( )
A.a光束的光子能量大
B.在同一玻璃中a光传播速度大
C.若用b光照射某一光电管能发生光电效应,那么用a光照射光电管时一定不能发生光电效应
D.两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹,相邻亮条纹的间距a光较大
[答案] BD
[解析] a、b两束光交于P点,可知b光的折射率较大,光的频率越高,则在玻璃中的折射率越大,故νa<νb.光子能量E=hν,可见b光光子能量大,A错;由n=
知玻璃中a光传播速度大于b光传播速度,B正确;b光频率大于极限频率并不能得出a光照射光电管时是否发生光电效应,故C项错误;由c=λν知,λa>λb而Δx=
λ,故Δxa>Δxb,即D项正确.
6.雅敏干涉仪可以用来测定气体在各种温度和压强下的折射率,其光路如图所示.图中S为光源,G1、G2为两块完全相同的玻璃板,彼此平行放置,T1、T2为两个等长度的玻璃管,长度均为d.测量时,先将两管抽空,然后将气体徐徐充入一管中,在E处观察干涉条纹的变化,即可测得该气体的折射率.某次测量时,将待测气体充入T2管中,从开始进气至到达标准状态的过程中,在E处看到共移过N条干涉亮纹.待测光在空气中的波长为λ,
纹,所以有(n-1)d=Nλ,解得n=
+1,所以C正确.
二、非选择题
7.如图所示,甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图像,由图判断甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像.图甲所对应的圆孔孔径________(选填“大于”、
[解析] 如图甲所示,单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹,这是光的衍射现象.图乙是个圆亮斑,说明光沿直线传播,没有发生衍射,图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长,也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径.
8.为了减少玻璃表面光的反射损失,在玻璃表面上涂一层折射率为n=5/4的增透膜,设入射光波长λ=700nm,为了使这种波长的反射光能最大限度地被减弱,所涂薄膜的最小厚度是________nm.
[答案] 140
[解析] 当增透膜厚度等于光在膜介质中波长的1/4时反射光能最大限度地被减弱,由折射率公式n=
=
λ′=
=
nm=560nm.
故薄膜的最小厚度是d=
=
=140nm.
9.2010年广州亚运会,光纤通信网覆盖了所有奥运场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务,光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤
10.如图所示,一个横截面为直角三角形的三棱镜,∠A=30°,∠O=90°.三棱镜材料的折射率是n=
.一束与BO面成θ=30°角的光线射向OB面,试通过计算判断这束光通过BO面后的折射光线在AO面上能否发生全反射.
是多少?
假如把整个装置放入折射率是4/3的水中,这时屏上的条纹间距是多少?
[答案] 6.3×10-7m 2.8×10-2m
[解析] 由Δx=
λ可以得出红光的波长λ
λ=
Δx=
m≈6.3×10-7m
激光器发出的红光的波长是6.3×10-7m
如果整个装置放入水中,激光器发出的红光在水中的波长为λ′
λ′=
=
m≈4.7×10-7m
这时屏上条纹的间距是:
Δx′=
λ′=
m≈2.8×10-2m.
12.一个圆柱形筒,直径12cm,高16cm.人眼在筒侧上方某处观察,所见筒侧的深度为9cm,当筒中装满液体时,则恰能看到筒侧的最低点.求:
(1)此液体的折射率;
(2)光在此液体中的传播速度.
[答案]
(1)
(2)2.25×108m/s
[解析] 根据题中的条件作出光路图如图所示.
(1)由图可知:
sinθ2=
,sinθ1=sini=
.
折射率:
n=
=
=
=
.
(2)传播速度:
v=
=
m/s=2.25×108m/s.
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