高中物理 第四章 光的波动性激光

高中物理 第四章 光的波动性激光

‎4.6激光 ‎ 同步测控 ‎1.激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是(　　)‎ A．激光是纵波 B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同 C．两束频率不同的激光能产生干涉现象 D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离 解析：选D.电磁波是横波，A项错；光在不同介质中传播速度不同，波长也不同，B项错；相干光的条件是频率相同，C项错，D项正确．‎ ‎2.已知介质对某单色光的临界角为θ，则(　　)‎ A．该介质对此单色光的折射率等于1/sinθ B．此单色光在该介质中的传播速度等于光在真空中传播速度的sinθ倍 C．此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的sinθ倍 D．此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sinθ倍 解析：选ABD.由临界角公式sinC＝，得n＝，所以A正确．由n＝知，v＝，所以v＝csinC，B正确．当光从空气进入介质时，频率不变，C错误．c＝λf，则波长与波速成正比，D正确．‎ ‎3.如图所示，已知介质Ⅱ为空气，介质Ⅰ的折射率为，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．光线a、b都不能发生全反射 B．光线a、b都能发生全反射 C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射 D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射 解析：选C.根据发生全反射的条件，光从光密介质射到光疏介质中时．介质Ⅰ对空气Ⅱ来说是光密介质，所以光线a可能发生全反射，光线在介质Ⅰ中的临界角为：sinC＝＝，C＝45°.注意题图中光线a与界面的夹角为30°，而此时的入射角为60°>45°，故光线a能发生全反射，正确选项为C.‎ ‎4.如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．(1)求该玻璃棒的折射率．‎ ‎(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射．‎ 解析：如图所示，单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得C＝45°①‎ 由折射定律得n＝②‎ 联立①②式得n＝.‎ 答案：(1)　(2)能 课时作业 一、选择题 ‎1.以下说法正确的是(　　)‎ A．光纤通信利用了激光相干性好的特点 B．激光武器利用了激光亮度高的特点 C．激光写、读利用了激光亮度高的特点 D．激光加工、激光手术利用了激光亮度高的特点 解析：选ABD.利用激光的相干性进行信息的传递，例如利用激光相干性好进行光纤通信；利用激光的平行度好进行精确测量和数据采集；利用激光的亮度高进行激光切割和焊接．‎ ‎2.下列现象中，属于光的全反射现象的是(　　)‎ A．肥皂泡上的彩色条纹 B．雨后天边出现彩虹 C．早晨东方天边出现红色朝霞 D．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮 解析：选D.肥皂泡上的彩色条纹属于光的干涉，雨后彩虹属于光的折射，早晨的红色朝霞是由于空气的散射作用，荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮，是由于光线在水珠中发生全反射．D项正确．‎ ‎3.下列说法正确的是(　　)‎ A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质 B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小 解析：选BD.本题考查对光疏介质和光密介质的理解．因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝可知，光在光密介质中的速度较小．‎ ‎4.让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上，就可以读出光盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图像，这是利用了激光的(　　)‎ A．平行度好，可以会聚到很小的一点上 B．相干性好，可以很容易形成干涉图样 C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量 D．波长短，很容易发生明显的衍射现象 解析：选A.激光的相干性好，平行度高，容易会聚成一个很小的光点，让激光照射到VCD机、CD机、DVD机或计算机的光盘上，传感器把光盘反射的光转化为电信号进行处理，还原成声音或图像，选项A正确．计算机的光盘刻录同时利用了激光亮度高的性质——能产生高温，进行光盘的烧制．波长短，很容易发生明显的衍射现象这个判断是错误的，因为发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸与波长差不多或比波长小，选项D不正确．‎ ‎5.‎ 自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不能发光，但在夜间骑自行车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图所示 .下面说法中正确的是(　　)‎ A．汽车灯光应从左表面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B．汽车灯光应从左表面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C．汽车灯光应从右表面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 D．汽车灯光应从右表面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 解析：选D.全反射的条件是从光密介质进入光疏介质，则发生全发射必然在尾灯的左表面，光从右表面射过来，选项D正确．‎ ‎6.如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.下面四个光路图中，正确的是(　　)‎ 解析：选A.因为玻璃的折射率为n＝1.5，所以全反射临界角为C＝arcsin＝arcsin.从题图可知入射角α＝45°>C，故发生全反射．‎ ‎7.如图为一直角棱镜的横截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°.一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜．已知棱镜材料的折射率n＝，若不考虑入射光线在bc面上的反射光，则有光线(　　)‎ A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 解析：选BD.‎ 由全反射条件，sinC＝＝，所以C＝45°.‎ 由已知几何知识和反射定律、折射定律作出光路图如图所示，通过分析计算可以判断：光线在ab面发生全反射，在ac面不发生全反射，即既有折射光线，又有反射光线，且其反射光线垂直于bc面射出．‎ ‎8.两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2.用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则(　　)‎ A．n1＜n2，v1＜v2　　　　　　 B．n1＜n2，v1＞v2‎ C．n1＞n2，v1＜v2 D．n1＞n2，v1＞v2‎ 解析：选B.由临界角定义sinC＝可知，临界角小，折射率大，因为θ1>θ2，所以n1v2，故选项A错误，B正确．‎ ‎9.激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是(　　)‎ A．该光在真空中的波长为nλ B．该光在真空中的波长为 C．该光的频率为 D．该光的频率为 解析：选AD.光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化的原因，波长会相应地变化，对同一频率的光，它在真空中的波长应大于在介质中的波长．‎ ‎10.如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方．一束白光沿半径方向从A点射人玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是(　　)‎ A．减弱，紫光 B．减弱，红光 C．增强，紫光 D．增强，红光 解析：选C.因n红C紫，因此当增大入射角时，紫光先发生全反射，紫光先消失，且当入射光的入射角逐渐增大时，折射光强度会逐渐减弱，反射光强度会逐渐增强，故应选C.‎ 二、非选择题 如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的速度为c)‎ 解析：由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象．要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光对光导纤维的入射角最小．光导纤维的临界角为C＝arcsin.‎ 光在光导纤维中传播的路程为d＝＝nL.‎ 光在光导纤维中传播的速度为v＝.‎ 所需最长时间为tmax＝＝＝.‎ 答案： 如图所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：‎ ‎(1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)，都呈现在顶角θ＝97.6°的倒立圆锥底面的“洞”内；‎ ‎(2)“洞”外是水底的镜像；‎ ‎(3)“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红．试分析上述水下观天的奇异现象．‎ 解析：(1)水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤i≤90°时，都能折射入水中被人观察到(如图所示)．根据折射定律，在i＝90°的临界条件下 n＝，sinr＝＝＝sinC.‎ 因为水的临界角C＝48.8°，所以，倒立圆锥的顶角为θ＝2r＝‎2C＝97.6°.‎ ‎(2)水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到，但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光(尤其是全反射光)形成的水底镜像．‎ ‎(3)光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大．因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红(如上图所示)．‎ 答案：见解析