2020版高考物理一轮复习第十四章 微专题84光学

2020版高考物理一轮复习第十四章 微专题84光学

光学 [方法点拨] (1)对光的干涉、衍射和偏振现象的理解要结合实际.(2)利用光的折射定律， 折射率，注意结合数学几何图形及相关三角函数关系的知识. 1.(多选)双缝干涉实验装置如图 1 所示，绿光通过单缝 S后，投射到具有双缝的挡板上，双 缝 S1和 S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹，屏上 O 点 距双缝 S1和 S2的距离相等，P 点是距 O点最近的第一条亮条纹，如果将入射的单色光换成红 光或蓝光，讨论屏上 O 点及其上方的干涉条纹的情况是( ) 图 1 A.O 点是红光的亮条纹 B.O 点不是蓝光的亮条纹 C.红光的第一条亮条纹在 P 点的上方 D.蓝光的第一条亮条纹在 P 点的上方 2.(多选)(2018·陕西省一模)下列说法正确的是( ) A.偏振光可以是横波，也可以是纵波 B.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象 C.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理 D.X 射线在磁场中能偏转、穿透能力强，可用来进行人体透视 E.声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率 3.(2018·河北省“五个一联盟”联考)如图 2所示，半圆玻璃砖的半径 R＝10cm，折射率为 n＝ 3，直径 AB 与屏幕垂直并接触于 A点，激光 a 以入射角 i＝30°射向半圆玻璃砖的圆心 O，结果在水平屏幕 MN 上出现了两个光斑. 图 2 (1)求两个光斑之间的距离； (2)改变入射角，使屏 MN 上只剩一个光斑，求此光斑离 A点的最长距离. 4.(2018·山东省、湖北省部分重点中学联考)如图 3 所示，一束平行单色光从空气垂直入射 到横截面为等腰三角形的三棱镜 AB 面上，AB 和 AC 长度相等，顶角为θ＝30°，底边 BC 长 为 L，这种单色光在三棱镜中的折射率为 n＝ 2.在三棱镜右侧有一足够大的竖直光屏垂直 于 BC，光屏到 C 点的距离为 3L.求光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离.(tan15°＝2 － 3，结果可以保留根号) 图 3 5.(2018·福建省福州市一模)如图4所示，置于空气中的一透明立方体的截面为正方形ABCD， BC 面和 CD 面均镀银，P、M、Q、N分别为 AB 边、BC 边、CD 边、AD 边的中点.从光源 S 发出 的一条光线 SP 与 PA 面的夹角为 30°，经折射、反射后从 N 点射出，刚好回到 S 点(计算中 可能会用到的近似值： 2＝1.41， 6＝2.45，sin15°＝0.26). 图 4 (1)画出光路图，并求出立方体的折射率 n； (2)已知光在空气中的速度近似等于真空中的速度 c，正方体 ABCD 的边长为 a，求该光线从 S点发出后回到 S 点所经历的时间(结果保留两位有效数字). 6.(2018·广西南宁二中月考)如图 5 所示，光屏 PQ 的上方有一半圆形玻璃砖，其直径 AB 与水平面成 30°角. 图 5 (1)若让一束单色光沿半径方向竖直向下射向圆心 O，由 AB 面折射后射出，当光点落在光屏 上时，绕 O 点逆时针旋转调整入射光与竖直方向的夹角，该角为多大时，光在光屏 PQ 上的 落点距 O′点最远？(已知玻璃砖对该光的折射率为 n＝ 2) (2)若让一束白光沿半径方向竖直向下射向圆心 O，经玻璃砖后射到光屏上形成完整彩色光 带，则光带的最右侧是什么颜色的光？若使光线绕圆心 O 逆时针转动，什么颜色的光最先消 失？ 7.(2018·福建省厦门外国语学校摸底)如图 6所示，在长为 3l，宽为 l的长方形玻璃砖 ABCD 中，有一个边长为 l 的正三棱柱的空缺部分 EFG，其中三棱柱的 EF 边平行于 AB 边，H 为 EF 的中点，G点在 CD 边中点处.(忽略经 CD 表面反射后的光) 图 6 (1)一束白光a垂直于AB边射向FG边的中点O时会发生色散，在玻璃砖CD边形成彩色光带. 通过作图，回答彩色光带所在区域并定性说明哪种颜色的光最靠近 G 点； (2)一束宽度为 l 2 的单色光，垂直于 AB 边入射到 EH 上时，求 CD 边上有透射光的宽度.(已知 该单色光在玻璃砖中的折射率为 n＝ 3) 答案精析 1.AC [O 点处光程差为零，对于任何光都是振动加强点，均为亮条纹，故 A 正确，B 错误； 红光的波长比绿光长，蓝光的波长比绿光短，根据Δx＝ l d x 可知，C 正确，D错误.] 2.BCE [偏振光是横波，不能是纵波，故 A错误；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉原理， 故 B 正确；光导纤维传输信号及医用纤维式内窥镜都是利用光的全反射原理，故 C正确；用 X光透视人体是利用 X 光的穿透性，但 X 射线是电磁波，在磁场中不能偏转，故 D错误；根 据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率， 故 E 正确.] 3.(1) 40 3 3cm (2)10 2cm 解析 (1)光路图如图所示： 设折射角为 r，折射光线交 MN 于 P点，反射光线从玻璃砖射出后交 MN 于 Q 点，根据折射定 律有 n＝ sinr sini ，解得 r＝60°，由几何关系可得两个光斑 P、Q 之间的距离 PQ＝PA＋AQ＝ Rtan30°＋Rtan60°，解得 PQ＝ 40 3 3cm； (2)当入射角增大发生全反射时，屏 MN 上只剩一个光斑，此光斑 Q′离 A点最远时，恰好发 生全反射，入射角等于临界角，即 i＝C，且 sinC＝ 1 n ，Q′A＝ R tanC ，代入数据解得 O′A＝ 10 2cm. 4.(8－3 3)L 解析 根据临界角公式 sinC＝ 1 n ，解得临界角 C＝45°，光线射入三棱镜后，在 AC 边的入射 角为 30°，不会发生全反射，设光射出 AC 边时的折射角为 i，根据折射定律有 n＝ sini sin30° ， 解得 i＝45°.根据题意，射到光屏上最低点的位置在图中 S1点，如图所示. 由几何关系可知∠OCS1＝30°，故 OS1＝3Ltan30°＝ 3L，在 BC 边的入射角为 75°，大于 全反射的临界角 45°，会发生全反射.由题意可知，从 BC 边全反射的光线中射到光屏上最 高点的位置在图中 S2点，由几何关系可知∠OBS2＝15°，故 OS2＝4Ltan15°＝(8－4 3)L， 所以，光屏上光斑的最高点和最低点之间的距离为 S＝OS1＋OS2＝(8－3 3)L. 5.(1)1.225 (2)5.3 a c 解析 (1)根据题意作出光路图，光线在 P 点发生折射时，入射角为 60°，折射角为 45°，故透明 物体的折射率 n＝ sin60° sin45° ＝ 6 2 ＝1.225； (2)连接 PN，由几何关系可得 PN、PM、QN、QM 的长均为 2 2 a， ∠PSN＝30°， SN＝SP＝ PN 2 sin15° ，光在透明物体中的速度 v＝ c n ，光在透明物体中传播所用的时间 t1＝ PM＋QM＋QN v ，光在透明物体外传播所用的时间 t2＝ SP＋SN c ，故光从 S 点发出后回到 S点所经 历的总时间 t＝t1＋t2＝5.3 a c . 6.(1)15° (2)紫光 紫光 解析 (1)光路图如图所示： 入射光在 O 点刚好发生全反射时，光在光屏 PQ 上的落点距 O′点最远，设光线在玻璃中的 临界角为 C， 由临界角公式 sinC＝ 1 n ， 解得临界角 C＝45°， 则入射光与竖直方向的夹角为θ＝C－30°＝15°. (2)由于介质中紫光的折射率最大，所以紫光位于光带的最右侧； 若使光线绕 O 逆时针转动，入射角增大，由于紫光的临界角最小，所以紫光最先消失. 7.(1)光路图见解析 红光更靠近 G 点 (2)l 解析 (1)光路图如图所示，MN 间有彩色光带，红光最靠近 G点. 理由：在 FG 面，光线由空气射向玻璃，光线向法线偏折，因为红光的折射率小于紫光的折 射率，所以红光的偏折角更小，故红光更靠近 G点. (2)垂直于 EH 入射的光，在 EG 界面上会发生折射和反射现象，光路图如图所示： 在 E 点的入射光，根据几何关系和折射定律可知∠1＝60°，n＝ sin∠1 sin∠2 ，解得∠2＝30°， 在 E 点的折射光线射到 CD 界面的 I 点，由几何关系可知∠3＝30°，根据临界角公式有 sinC ＝ 1 n ＝ 3 3 ，sin∠3＝ 1 2 sinC，所 以 CD 面上 J 点的入射光发生全反射，无法透射出 CD 面，综上分析可知：CD 面上有光透射 出的范围在 GI 间，由几何关系可知 CD 面上有光透射的宽度为 l.