高考分類題庫解析答案 光學(xué)

1、考點(diǎn)16 光學(xué)一、選擇題1.(2014·北京高考)以往,已知材料的折射率都為正值(n>0)?，F(xiàn)已有針對(duì)某些電磁波設(shè)計(jì)制作的人工材料,其折射率可以為負(fù)值(n<0),稱為負(fù)折射率材料。位于空氣中的這類材料,入射角i與折射角r依然滿足=n,但是折射線與入射線位于法線的同一側(cè)(此時(shí)折射角取負(fù)值)。現(xiàn)空氣中有一上下表面平行的負(fù)折射率材料,一束電磁波從其上表面射入,下表面射出。若該材料對(duì)此電磁波的折射率n=-1,正確反映電磁波穿過該材料的傳播路徑的示意圖是()【解題指南】本題為信息給予題,一定要把握兩個(gè)關(guān)鍵信息:(1)折射線與入射線位于法線的同一側(cè);(2)電磁波的折射率n=-1,即折

2、射角與入射角大小相等?！窘馕觥窟xB。根據(jù)題目所給負(fù)折射率的意義,兩個(gè)角應(yīng)該在法線的同一側(cè);折射率等于-1,說明折射角與入射角大小相等,B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.(2014·浙江高考)關(guān)于下列光學(xué)現(xiàn)象,說法正確的是()A.水中藍(lán)光的傳播速度比紅光快B.光從空氣射入玻璃時(shí)可能發(fā)生全反射C.在岸邊觀察前方水中的一條魚,魚的實(shí)際深度比看到的要深D.分別用藍(lán)光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),用紅光時(shí)得到的條紋間距更寬【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)知道光在介質(zhì)中傳播速度的公式;(2)知道產(chǎn)生全反射的條件;(3)知道雙縫干涉條紋間距公式?！窘馕觥窟xC、D。光在介質(zhì)中的傳播速

3、度v=,其中n是折射率,由于藍(lán)光折射率大于紅光折射率,所以藍(lán)光傳播速度比紅光慢,A項(xiàng)錯(cuò)誤;光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)傳播時(shí),可能發(fā)生全反射,所以B項(xiàng)錯(cuò)誤;視深h和實(shí)際深度H關(guān)系為h=, 所以魚的實(shí)際深度比看到的要深,C項(xiàng)正確;條紋間距,由于紅光波長(zhǎng)大于藍(lán)光波長(zhǎng),所以紅光得到的條紋間距更寬,D項(xiàng)正確。3.(2014·福建高考)如圖,一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚,O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心,下圖能正確描述其光路的是()【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)光的折射定律;(2)光的全反射發(fā)生的條件?！窘馕觥窟xA。由折射定律可知,光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),折射角大于入射角,可能發(fā)生全

4、反射,由此判斷A正確,C錯(cuò)誤;B圖中光從空氣射到玻璃磚表面,應(yīng)有折射光線,B錯(cuò)誤;據(jù)光路可逆原理可知D錯(cuò)誤。4.(2014·四川高考)電磁波已廣泛運(yùn)用于很多領(lǐng)域。下列關(guān)于電磁波的說法符合實(shí)際的是()A.電磁波不能產(chǎn)生衍射現(xiàn)象B.常用的遙控器通過發(fā)出紫外線脈沖信號(hào)來遙控電視機(jī)C.根據(jù)多普勒效應(yīng)可以判斷遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的運(yùn)動(dòng)速度D.光在真空中運(yùn)動(dòng)的速度在不同慣性系中測(cè)得的數(shù)值可能不同【解題指南】解答本題應(yīng)從以下三點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)電磁波是一種波,搞清楚波特有的現(xiàn)象是什么;(2)遙控器發(fā)出的射線是紅外線;(3)光在真空中的傳播速度與慣性參照系的選取無關(guān)?！窘馕觥窟xC。電磁波是一種波,波能

5、發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象,A錯(cuò)誤。遙控器通過發(fā)出的紅外線來遙控電視,而非紫外線,B錯(cuò)誤。地面監(jiān)測(cè)站發(fā)出電磁波,由于多普勒效應(yīng),地面監(jiān)測(cè)站接收到的反射波的頻率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化,根據(jù)這種變化可以確定遙遠(yuǎn)天體相對(duì)于地球的速度,C正確。光在真空中的傳播速度是一個(gè)定值,與慣性參照系的選取無關(guān),D錯(cuò)誤。5.(2014·四川高考)如圖所示,口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球,則()A.小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B.小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C.小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大D.小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大【解析】選D。光從水中射向水與空氣的分界面,只

6、要不發(fā)生全反射現(xiàn)象,就能有光線射入空氣中,則A、B錯(cuò)誤;光的頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān),則C錯(cuò)誤;由知,光由水進(jìn)入空氣n變小,則傳播速度變大,故D正確?！菊`區(qū)警示】(1)本題容易認(rèn)為所有的光線都能從水中射出而進(jìn)入空氣中,忽略了光能發(fā)生全反射,導(dǎo)致錯(cuò)選A項(xiàng)或B項(xiàng)。(2)容易認(rèn)為光在不同介質(zhì)中傳播速度不同,頻率也就不同,導(dǎo)致錯(cuò)選C項(xiàng)。6.(2014·重慶高考)打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí),必須將OP、OQ邊與軸線的夾角切磨在1<<2的范圍內(nèi),才能使從MN邊垂直入射的光線,在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的情況),則下列

7、判斷正確的是()A.若>2,光線一定在OP邊發(fā)生全反射B.若>2,光線會(huì)從OQ邊射出C.若<1,光線會(huì)從OP邊射出D.若<1,光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)準(zhǔn)確畫出光線經(jīng)MN射到OP面時(shí)的光路圖。(2)根據(jù)幾何知識(shí)找到光射到OP面時(shí)的入射角。(3)根據(jù)全反射的條件進(jìn)行判斷?！窘馕觥窟xD。由全反射的臨界角滿足,則入射角滿足iC時(shí)發(fā)生全反射;作出光路如圖所示,可知光線垂直穿過MN后到達(dá)OP的入射角為90°-,則越小,越容易發(fā)生全反射。7.(2014·天津高考)一束由兩種頻率不同的單色光組成的復(fù)色光從空氣射入玻璃三棱鏡

8、后,出射光分成a、b兩束,如圖所示,則a、b兩束光()A.垂直穿過同一塊平板玻璃,a光所用的時(shí)間比b光長(zhǎng)B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí),a光臨界角比b光的小C.分別通過同一雙縫干涉裝置,b光形成的相鄰亮條紋間距小D.若照射同一金屬都能發(fā)生光電效應(yīng),b光照射時(shí)逸出的光電子最大初動(dòng)能大【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下四點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)根據(jù)折射率的大小判斷光的速度大小。(2)根據(jù)公式=分析臨界角的大小。(3)理解頻率、波長(zhǎng)與相鄰亮條紋間距的關(guān)系。(4)根據(jù)公式E=h分析光電子初動(dòng)能的大小?！窘馕觥窟xA、B。由光路圖可知,a光折射率更大一些,所以在介質(zhì)中的速度更小一些,A對(duì);又因?yàn)?,B對(duì);折射率

9、越大說明頻率越大,波長(zhǎng)越小,故b光波長(zhǎng)大,相鄰亮條紋間距大,C錯(cuò);由E=h可知,頻率越大能量越大,對(duì)應(yīng)的光電子初動(dòng)能越大,D錯(cuò)。8.(2014·上海高考)下列電磁波中,波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是()A.無線電波B.紅外線C.紫外線D.射線【解題指南】解答本題的關(guān)鍵是了解電磁波譜的排列順序?！窘馕觥窟xA。按電磁波的波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短分布情況:無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線,故本題答案為A。9.(2014·大綱版全國卷)在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589nm的光,在距雙縫1.00 m的屏上形成干涉圖樣。圖樣上相鄰兩明紋中心間距為0.350 cm,則雙縫的間距為()A.2.0

10、6×10-7m B.2.06×10-4mC.1.68×10-4m D.1.68×10-3m【解題指南】解答本題應(yīng)明確以下兩點(diǎn):(1)知道決定光的干涉條紋間距的因素,記住其公式。(2)單位的統(tǒng)一?！窘馕觥窟xC。由可得: ,所以選項(xiàng)C正確。10.(2014·江蘇高考)某同學(xué)用單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn),在屏上觀察到甲圖所示的條紋,僅改變一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后,觀察到的條紋如乙圖所示。他改變的實(shí)驗(yàn)條件可能是()A.減小光源到單縫的距離B.減小雙縫之間的距離C.減小雙縫到光屏之間的距離D.換用頻率更高的單色光源【解析】選B。根據(jù),其中l(wèi)是雙縫到光屏之間的距離,d是

11、雙縫之間的距離,是波長(zhǎng),又c=,是頻率,B選項(xiàng)正確。二、非選擇題1.(2014·上海高考)如圖,在“觀察光的衍射現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中,保持縫到光屏的距離不變,增加縫寬,屏上衍射條紋間距將(選填“增大”“減小”或“不變”);該現(xiàn)象表明,光沿直線傳播只是一種近似規(guī)律,只有在情況下,光才可以看作是沿直線傳播的?！窘忸}指南】解答本題注意以下兩點(diǎn):(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)衍射條紋間距隨縫寬大小的變化規(guī)律。(2)知道光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件?！窘馕觥靠p寬增加,衍射條紋間距逐漸變小,衍射現(xiàn)象逐漸不明顯。光的衍射現(xiàn)象表明,光不沿直線傳播,光沿直線傳播只是一種近似規(guī)律,只有在光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多的情況下

12、,光才可以看作是沿直線傳播的。答案:減小光的波長(zhǎng)比障礙物或孔的尺寸小得多2.(2014·江蘇高考)Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒,這是因?yàn)楣庹丈涞匠岚虻镊[片上發(fā)生了干涉。電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖。一束光以入射角i從a點(diǎn)入射,經(jīng)過折射和反射后從b點(diǎn)出射。設(shè)鱗片的折射率為n,厚度為d,兩片之間空氣層厚度為h。取光在空氣中的速度為c,求光從a到b所需的時(shí)間t?！窘馕觥吭O(shè)光在鱗片中的折射角為,折射定律sini=nsin在鱗片中傳播的路程,傳播速度,傳播時(shí)間解得,同理,在空氣中的傳播時(shí)間。從a到b所需的時(shí)間t=t1+t2=+答案: +3.(2014

13、3;新課標(biāo)全國卷)一個(gè)半圓柱形玻璃磚,其橫截面是半徑為R的半圓,AB為半圓的直徑,O為圓心,如圖所示。玻璃的折射率為n=。一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面,若光線到達(dá)上表面后,都能從該表面射出,則入射光束在AB上的最大寬度為多少?一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射,求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置?！窘忸}指南】解答本題要注意把握以下兩點(diǎn):(1)光能否從玻璃表面射出由臨界角決定。(2)幾何光學(xué)題一定要畫出正確的光路圖幫助求解。【解析】在O點(diǎn)左側(cè),設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角,則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出,如圖。由全反射條

14、件有sin=由幾何關(guān)系有OE=Rsin由對(duì)稱性可知,若光線都能從上表面射出,光束的寬度最大為l=2OE 聯(lián)立式,代入已知數(shù)據(jù)得l=R設(shè)光線在距O點(diǎn)R的C點(diǎn)射入后,在上表面的入射角為,由幾何關(guān)系及式和已知條件得=60°>光線在玻璃磚內(nèi)會(huì)發(fā)生三次全反射,最后由G點(diǎn)射出,如圖。由反射定律和幾何關(guān)系得OG=OC=R射到G點(diǎn)的光有一部分被反射,沿原路返回到達(dá)C點(diǎn)射出。答案:R見解析4. (2014·山東高考)如圖,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

15、,該介質(zhì)的折射率為。求:入射角i;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,可能用到: 或?！窘忸}指南】解答本題應(yīng)按以下思路進(jìn)行:(1)首先根據(jù)光線在AB邊恰好發(fā)生全反射,計(jì)算光在AB邊的入射角,并由幾何關(guān)系求出光線在BC邊的折射角;(2)再由折射定律求出光線在BC邊的入射角i;(3)最后由幾何關(guān)系求出折射光線的長(zhǎng)度,結(jié)合光線在介質(zhì)中的光速,得到光的傳播時(shí)間?！窘馕觥扛鶕?jù)全反射規(guī)律可知,光線在AB邊上某點(diǎn)P的入射角等于臨界角C,由折射定律得代入數(shù)據(jù)得C=45°設(shè)光線在BC邊上的折射角為r,由幾何關(guān)系得r=30°由折射定律得聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得i=45

16、6;在OPB中,根據(jù)正弦定律得設(shè)所用時(shí)間為t,光線在介質(zhì)中的速度為v,得OP=vt聯(lián)立式,代入數(shù)據(jù)得答案:45°5. (2014·新課標(biāo)全國卷)一厚度為h的大平板玻璃水平放置,其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面。在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片,圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線上。已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射),求平板玻璃的折射率?！窘忸}指南】解答本題時(shí)應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析:(1)圓紙片恰好能完全遮擋從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(不考慮反射),說明圓形發(fā)光面邊緣發(fā)出的光線恰好在圓紙片邊緣發(fā)生全反射。(2)發(fā)生全反射的條件?！窘馕觥咳鐖D,考慮從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線,假設(shè)它斜射到玻璃上表面的A點(diǎn)折射,根據(jù)折射定律有:n= ,式中n是玻璃的折射率現(xiàn)假設(shè)A恰好在紙片邊緣,由題意,在A剛好發(fā)生全反射,故=設(shè)AA線段在玻璃上表面的投影長(zhǎng)為L(zhǎng),由幾何關(guān)系有:聯(lián)立以上各式可得: 答案:6.(2014·海南高考)如圖,矩形ABCD為一水平放置的玻璃磚的截面,在截面所在平面內(nèi)有一細(xì)束激光照射玻璃磚,入射點(diǎn)距底面的高度為h,反射光線和折射光線與底面所在平面的交點(diǎn)到AB的距離分別為l1和l