高中物理考點16光學(xué)(含高考試題)新人教版

PAGEPAGE1考點16光學(xué)一、選擇題1.(2013·北京高考)如圖所示,一束可見光射向半圓形玻璃磚的圓心O,經(jīng)折射后分為兩束單色光a和b。下列判斷正確的是()A.玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率B.a光的頻率大于b光的頻率C.在真空中a光的波長大于b光的波長D.a光光子能量小于b光光子能量【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下三點進(jìn)行分析:(1)比較兩種單色光的入射角和折射角的大小,結(jié)合光路可逆原理,利用折射率進(jìn)行判斷。(2)根據(jù)折射率與頻率的關(guān)系比較兩種光的頻率的大小。(3)利用c=λν和E=hν比較光的波長和光子的能量?！窘馕觥窟xB。根據(jù)光路可逆原理,a光的入射角大于b光,但折射角相同,根據(jù)可知玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率,A錯誤;根據(jù)折射率與頻率的關(guān)系,折射率越大頻率越大,a光的折射率大,所以a光的頻率大,故B正確;由于a光的頻率大,由c=λν可知a光的波長小,C錯誤;光子的能量E=hν,所以a光光子能量大于b光光子能量,D錯誤。2.(2013·福建高考)一束由紅、紫兩色光組成的復(fù)色光,從空氣斜射向玻璃三棱鏡。下面四幅圖中能正確表示該復(fù)色光經(jīng)三棱鏡折射分離成兩束單色光的是()【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下兩點:(1)不同色光折射率不同,以相同入射角進(jìn)入另一種介質(zhì)折射角不同。(2)七色光中紅光折射率最小,紫光折射率最大。【解析】選B。光射向三棱鏡經(jīng)兩次折射向底邊偏折,紫光折射率最大,向底邊偏折多,B對A、C、D錯。3.(2013·大綱版全國卷)下列現(xiàn)象中,屬于光的衍射的是()A.雨后天空出現(xiàn)彩虹B.通過一個狹縫觀察日光燈可看到彩色條紋C.海市蜃樓現(xiàn)象D.日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)彩色條紋【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下兩點進(jìn)行分析:(1)熟悉常見光現(xiàn)象的形成原因。(2)知道什么是光的衍射現(xiàn)象?！窘馕觥窟xB。光在傳播過程中若遇到尺寸比光的波長大得不多的障礙物時,光會傳到障礙物的陰影區(qū)并形成明暗變化的光強分布的現(xiàn)象是光的衍射現(xiàn)象,通過一個狹縫觀察日光燈看到彩色條紋,就是光的衍射現(xiàn)象,B對;雨后天空出現(xiàn)的彩虹是光的色散現(xiàn)象,是由于光的折射形成的,A錯;海市蜃樓現(xiàn)象是光的折射現(xiàn)象,C錯;日光照射在肥皂膜上出現(xiàn)的彩色條紋,是光的干涉現(xiàn)象,D錯。4.(2013·四川高考)下列關(guān)于電磁波的說法,正確的是()A.電磁波只能在真空中傳播B.電場隨時間變化時一定產(chǎn)生電磁波C.做變速運動的電荷會在空間產(chǎn)生電磁波D.麥克斯韋第一次用實驗證實了電磁波的存在【解題指南】解答本題時應(yīng)注意理解以下兩點:(1)電磁波的形成和傳播;(2)赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在?！窘馕觥窟xC。電磁波可以在真空中傳播,也可以在介質(zhì)中傳播,故選項A錯誤;若電場隨時間均勻變化,則不能產(chǎn)生電磁波,故選項B錯誤;做變速運動的電荷會在空間激發(fā)磁場,從而會在空間產(chǎn)生電磁波,故選項C正確;赫茲第一次用實驗證實了電磁波的存在,故選項D錯誤。5.(2013·四川高考)光射到兩種不同介質(zhì)的分界面,分析其后的傳播情形可知()【解析】選A、D。由題可知A光在玻璃磚中的臨界角為α,玻璃磚對A光的折射率為nA=,B光在玻璃磚中的臨界角為β,玻璃磚對B光的折射率為nB=,由于α<β,故nA>nB,A正確;由波速公式v=可判斷vA<vB,B錯誤;當(dāng)α<θ<β時,A光發(fā)生全反射,B光沒有發(fā)生全反射,光屏上有兩個光斑,當(dāng)β<θ<時,A光和B光都發(fā)生全反射,光屏PN區(qū)域只有一個光斑,C錯,D對。7.(2013·浙江高考)與通常觀察到的月全食不同,小虎同學(xué)在2012年12月10日晚觀看月全食時,看到整個月亮是暗紅的。小虎畫了月全食的示意圖,并提出了如下猜想,其中最為合理的是()A.地球上有人用紅色激光照射月球B.太陽照射到地球的紅光反射到月球C.太陽光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球D.太陽光中的紅光在月球表面形成干涉條紋【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)形成月全食的物理條件;(2)看到月亮是暗紅色的合理性?！窘馕觥窟xC。月全食時不可能有人用很大能量的紅色激光照射月球,故A項錯誤;只有地球擋住了太陽光,才能形成月全食,不會是太陽光照射到地球,再反射到月球上,故B項錯誤;太陽光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球,符合物理原理,故C項正確;太陽光中的紅光在月球表面不滿足形成干涉的條件,故D項錯誤。8.(2013·浙江高考)關(guān)于生活中遇到的各種波,下列說法正確的是()A.電磁波可以傳遞信息,聲波不能傳遞信息B.手機在通話時涉及的波既有電磁波又有聲波C.太陽光中的可見光和醫(yī)院“B超”中的超聲波傳播速度相同D.遙控器發(fā)出的紅外線波長和醫(yī)院“CT”中的X射線波長相同【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)機械波是質(zhì)點振動在介質(zhì)中的傳播,電磁波是電場和磁場的相互轉(zhuǎn)化,波都可以傳遞信息;(2)波的傳播速度由介質(zhì)決定,波長由振源和介質(zhì)共同決定。【解析】選B。A項中電磁波可以傳遞信息,聲波也能傳遞信息,由此判斷A錯誤;B項中手機在通話時,涉及的波既有電磁波又有聲波,B項正確;C項中,太陽光中的可見光的傳播速度遠(yuǎn)大于醫(yī)院“B超”中的超聲波的傳播速度,C項錯誤;D項中,遙控器發(fā)出的紅外線波長大于醫(yī)院“CT”中的X射線波長,故D項錯誤。9.(2013·上海高考)電磁波與機械波具有的共同性質(zhì)是()A.都是橫波B.都能傳輸能量C.都能在真空中傳播 D.都具有恒定的波速【解題指南】解答本題時應(yīng)注意理解以下兩點:(1)電磁波與機械波具有的共同性質(zhì)是都能傳輸能量;(2)具有波的共性?！窘馕觥窟xB。電磁波是橫波,但機械波有橫波也有縱波,A錯誤;機械波的傳播需要介質(zhì),兩者在不同介質(zhì)中波速不同,C、D錯誤;電磁波與機械波具有的共同性質(zhì)是都能傳輸能量,B正確。10.(2013·上海高考)白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的,其原因是不同色光的()A.傳播速度不同B.強度不同C.振動方向不同 D.頻率不同【解題指南】光的頻率不同,介質(zhì)對光的折射率不同?！窘馕觥窟xD。白光通過雙縫后產(chǎn)生的干涉條紋是彩色的,其原因是不同色光的頻率不同。二、填空題11.(2013·江蘇高考)如圖所示,兩艘飛船A、B沿同一直線同向飛行,相對地面的速度均為v(v接近光速c)。地面上測得它們相距為L,則A測得兩飛船間的距離(選填“大于”“等于”或“小于”)L。當(dāng)B向A發(fā)出一光信號,A測得該信號的速度為?！窘忸}指南】理解相對論原理和相對論效應(yīng)?！窘馕觥扛鶕?jù)相對論原理,當(dāng)物體運動速度接近光速時,空間距離會變短,A與B是相對靜止的,但相對于地球卻以接近光速的速度在飛行,故在地面上測得的距離會比較短,而在飛船上測得的距離會比較長。根據(jù)相對論的光速不變原理,A測得信號的速度為光速?！敬鸢浮看笥诠馑偃?、計算題12.(2013·江蘇高考)如圖為單反照相機取景器的示意圖,ABCDE為五棱鏡的一個截面,AB⊥BC。光線垂直AB射入,分別在CD和EA上發(fā)生反射,且兩次反射的入射角相等,最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射,則該五棱鏡折射率的最小值是多少?(計算結(jié)果可用三角函數(shù)表示)【解題指南】理解發(fā)生全反射的條件?！窘馕觥坑深}意知,入射角α=22.5°,光線在CD面和EA面上發(fā)生了全反射,則折射率最小值為n=【答案】13.(2013·山東高考)如圖所示,ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面,位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點垂直AD邊射入。已知棱鏡的折射率n=,AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°。①求光線第一次射出棱鏡時,出射光線的方向。②第一次的出射點距Ccm?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)知道全反射公式sinC=及發(fā)生全反射的條件。【解析】①根據(jù)公式n=將n=代入,該玻璃的臨界角為C=45°光線從O點垂直AD射入后不發(fā)生偏轉(zhuǎn),恰好射到AB的中點,根據(jù)截面的幾何關(guān)系可知,入射角等于60°,大于臨界角,發(fā)生全反射,恰好射到BC的中點,入射角仍等于60°,在此位置再一次發(fā)生全反射,射到CD邊上的O'點,入射角等于30°,設(shè)折射角為β。光路圖如圖所示。由折射定律及光路可逆原理可得:n=解得β=45°②由光路圖,根據(jù)幾何知識可得:第一次出射點O'距C的距離為O'C=tan30°=cm【答案】①與豎直方向成45°角斜向下②14.(2013·新課標(biāo)全國卷Ⅰ)圖示為一光導(dǎo)纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖,玻璃絲長為L,折射率為n,AB代表端面。已知光在真空中的傳播速度為c。(ⅰ)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?求光線在端面AB上的入射角應(yīng)滿足的條件;(ⅱ)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間?！窘忸}指南】解答本題時應(yīng)注意理解以下兩點:(1)分析光的折射和全反射現(xiàn)象及相應(yīng)的臨界現(xiàn)象;(2)找到光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L時間的條件,即光在側(cè)壁上恰好發(fā)生全反射?！窘馕觥?ⅰ)設(shè)光線在端面AB上C點的入射角為i,折射角為r,由折射定律有sini=nsinr①設(shè)光線射向玻璃絲內(nèi)壁D點的入射角為α,為了使該光線可在光導(dǎo)纖維中傳播,應(yīng)有α≥θ②式子中,θ是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反射時的臨界角,它滿足nsinθ=1③由幾何關(guān)系得α+r=90°④由①②③④式得sini≤⑤(ⅱ)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v=⑥光速在玻璃絲軸線方向的分量為vz=vsinα⑦光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一個端面所需時間為T=⑧光線在玻璃絲中傳播,在剛好發(fā)生全反射時,光線從端面AB傳播到其另一端面所需時間最長,由②③⑥⑦⑧式得Tmax=【答案】(ⅰ)入射角應(yīng)滿足sini≤(ⅱ)15.(2013·新課標(biāo)全國卷Ⅱ)如圖,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點射出,若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等,(ⅰ)求三棱鏡的折射率;(ⅱ)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程。(不考慮多次反射)【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)畫出光線的傳播光路圖;(2)根據(jù)幾何關(guān)系求出入射角和折射角;(3)根據(jù)折射率定義計算介質(zhì)的折射率;(4)分析發(fā)生全反射的條件?！窘馕觥?ⅰ)光路如圖所示,設(shè)光線在P點的入射角為i,折射角為r,因光線平行AC射入,所以i=60°,由折射定律得,對于P處折射有sini=nsinr,對于M處折射有nsinr'=sini,所以r=r',又OO'∥AC,∠MNC=r',∠ANP=∠MNC=r,根據(jù)三角形的外角等于不相鄰的兩內(nèi)角之和,得r=30°,所以。(ⅱ)發(fā)生全反射的臨界角C滿足,由圖可知,在N處反射的入射角i″=60°,即sini″=,所以入射角i″>C,符合發(fā)生全反射的條件,在AC邊沒有光線透出?！敬鸢浮?ⅰ)(ⅱ)見解析16.(2013·重慶高考)利用半圓柱形玻璃,可減小激光光束的發(fā)散程度。在如圖所示的光路中,A為激光的出射點,O為半圓柱形玻璃橫截面的圓心,AO過半圓頂點。若某條從A點發(fā)出的與AO成α角的光線,以入射角i入射到半圓弧上,出射光線平行于AO,求此玻璃的折射率?！窘忸}指南】解答本題應(yīng)注意以下三點:(1)正確理解光路圖。(2)利用幾何關(guān)系求出折射角r。(3)利用折射定律求得折射率。【解析】根據(jù)光路圖,由折射定律得n=sini由幾何關(guān)系得r=i-α故n=【答案】17.(2013·海南高考)如圖,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,AC平行于光屏MN,與光屏的距離為L。棱鏡對紅光的折射率為n1,對紫光的折射率為n2。一束很細(xì)的白光由棱鏡的側(cè)面AB垂直射入,直接到達(dá)AC面并射出。畫出光路示意圖,并標(biāo)出紅光和紫光射在光屏上的位置。求紅光和紫光在