1、专题十五 光学,高考物理 (北京市专用),1.(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如 果光束b是蓝光,则光束a可能是 ( ) A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光,考点一 光的折射、全反射和色散 A组 自主命题北京卷题组,五年高考,答案 D 本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a 光的侧移距离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同种介质对 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是蓝光,故只有D选项符合题意。,知识归纳 色光中相关物理量的变化,2.(2014北京理
2、综,20,6分,0.83)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁 波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材 料,入射角i与折射角r依然满足 =n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取 负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。 若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是 ( ),答案 B 折射线与入射线应位于法线的同一侧,故选项A、D错误。因为材料折射率n=-1,电 磁波由空气进入介质时,sin =-sin(-),得=,则C项错。故正确
3、选项为B。,考查点 折射率、折射定律。,审题关键 折射线和入射线位于法线同侧;折射率n=-1,意味着出射角等于入射角。,3.(2013北京理综,14,6分,0.93)如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为 两束单色光a和b。下列判断正确的是 ( )A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B.a光的频率大于b光的频率 C.在真空中a光的波长大于b光的波长 D.a光光子能量小于b光光子能量,答案 B 由光路图知,a光比b光的偏折程度大,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率, a光的频率大于b光的频率,A选项错误,B选项正确;光在真空中的波长= ,故频率大的光波长 短,C选
4、项错误;光子能量E=h,为光的频率,故频率越大,光子能量越大,D选项错误。,考查点 折射定律、折射率、色散、光的波长、频率和光子能量。,思路点拨 由图中的折射情况先确定玻璃对a、b光的折射率关系,再确定a、b光的频率关系, 进而由频率确定其他量的情况。,4.2018课标,34(2),10分如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O 点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于 AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰 好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2
5、cm,EF=1 cm。求三棱镜的 折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射),B组 统一命题、课标卷题组,答案,解析 本题考查折射定律。 过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在 D点的折射角为,如图所示。根据折射定律有 n sin =sin 式中n为三棱镜的折射率。 由几何关系可知 =60 ,EOF=30 OEF中有 EF=OE sinEOF 由式和题给条件得 OE=2 cm 根据题给条件可知,OED为等腰三角形,有 =30 由式得 n= ,解题关键 解答本题的关键是根据题设条件,画出光路图,利用图中几何关系,列方程求解。,5.2018课标,34(
6、2),10分如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60。一细光 束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交 BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。 ()求出射光相对于D点的入射光的偏角; ()为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?,解析 本题考查光的折射和全反射、折射率。 ()光线在BC边上折射,由折射定律有 sin i1=n sin r1 式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角。光线在AC边上发生全反射,由反射定律有 r2=i2 式中i2和r2分别是该光线在AC边上的入射角和反射角。
7、光线在AB边上发生折射,由折射定律有 n sin i3=sin r3 ,答案 ()60 () n2,式中i3和r3分别是该光线在AB边上的入射角和折射角。 由几何关系得 i2=r2=60,r1=i3=30 F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 =(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3) 由式得 =60 ()光线在AC边上发生全反射,光线在AB边上不发生全反射,有 n sin i2n sin Cn sin i3 式中C是全反射临界角,满足 n sin C=1 由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n2 ,解题关键 画图是解决物理问题的基本功 对于几何光学题,画好光路图是解题的关键。
8、充分利用几何知识便可顺利解题。,6.2017课标,34(2),10分一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透 明液体,过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光 材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出 的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。,解析 设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1。在剖面内作光源相对于 反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D 点。光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射
9、定律有n sin i1=sin r1 n sin i2=sin r2 由题意知r1+r2=90 联立式得n2= 由几何关系可知sin i1= = ,答案 1.55,sin i2= = 联立式得n=1.55 ,解题关键 正确画出光路图,由数学知识找出相关角的关系。,7.2017课标,34(2),10分如图,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO表示光轴 (过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半 球的底面上,有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求 ()从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值; ()距光轴 的入射
10、光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。,解析 本题考查全反射、折射、折射率、折射定律。 ()如图,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角iC 时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。i=iC 设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有 n sin iC=1 由几何关系有 sin i= 联立式并利用题给条件,得,答案 () R () R(或2.74R),l= R ()设与光轴相距 的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,由折射定律 有 n sin i1=sin r1 设折射光线与光轴的交点为C,在OBC中,由正弦定理有= 由
11、几何关系有 C=r1-i1 sin i1= 联立式及题给条件得 OC= R2.74R ,8.2016课标,34(2),10分如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离 为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折 射率为 。 ()求池内的水深; ()一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下 方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池 边的水平距离(结果保留1位有效数字)。,解析 ()如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n= ,光线的折
12、射角=90。由折射定律有n sin i=sin 由几何关系有 sin i= 式中,l=3 m,h是池内水的深度。联立式并代入题给数据得 h= m2.6 m ()设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为,答案 ()2.6 m ()0.7 m,=45。由折射定律有 n sin i=sin 式中,i是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系 有 sin i= x+l=a+h 式中h=2 m。联立式得 x= m0.7 m,解题关键 几何光学一定要注意几何关系的应用,关键是要根据题意,画出正确的光路图,根据 光路图找出需要的各种几何关
13、系,比如本题中的sin i= 、sin i= 、x+l=a+h等。,9.(2007北京理综,13,6分)光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传 播。以下关于光导纤维的说法正确的是 ( ) A.内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 B.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C.内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D.内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用,C组 教师专用题组,答案 A 光导纤维要保证光能在内芯中传播,就要求光不能从外套射出,因此当光射到内芯 和外套的界面上时,一定要发生全反射。
14、光在两种介质的界面上发生全反射的条件是:光从折 射率较大的介质射向折射率较小的介质;入射角大于等于临界角。因此,要保证光能在内芯与 外套之间发生全反射,则要求内芯的折射率一定要比外套的大。所以选项A正确。,10.2016课标,34(2),10分如图,玻璃球冠的折射率为 ,其底面镀银,底面的半径是球半径的倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M 点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入 射方向的偏角。,解析 设球半径为R,球冠底面中心为O,连接O、O,则OOAB。令OAO=,有 cos = = 即=30 由题意MA
15、AB 所以OAM=60 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,所考虑的光线的光路图如图所示。设光线在M点 的入射角为i、折射角为r,在N点的入射角为i,反射角为i,玻璃折射率为n。由于OAM为等 边三角形,有i=60 ,答案 150,由折射定律有sin i=n sin r 代入题给条件n= 得r=30 作底面在N点的法线NE,由于NEAM,有i=30 根据反射定律,有i=30 连接ON,由几何关系知MANMON,故有MNO=60 由式得ENO=30 于是ENO为反射角,NO为反射光线。这一反射光线经球面再次折射后不改变方向。所以, 经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为 =18
16、0-ENO=150,方法技巧 1.R底= R,所以OAB=30,OAM=60,而OM=OA=R,所以OAM为等边三角形, 且在M点的入射角i=OMA。 2.从AB面反射的光线经过圆心O,故该反射光线会垂直球面射出球冠。,评分参考 式各1分。,1.(2018北京理综,15,6分)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红 色滤光片后 ( ) A.干涉条纹消失 B.彩色条纹中的红色条纹消失 C.中央条纹变成暗条纹 D.中央条纹变成红色,考点二 光的干涉、衍射和偏振 A组 自主命题北京卷题组,答案 D 本题考查双缝干涉实验。 用白光做双缝干涉实验时,屏上呈现彩色条纹,在光源与单缝间
17、加红色滤光片,光源发出的白光 照射滤光片后,仅有红光透过滤光片,故射到双缝上的光为红光,屏上呈现出的是红色干涉条 纹,中央条纹为红色,选项D正确。,易错点拨 双缝干涉实验中滤光片的作用 不要把红色滤光片误认为是“滤掉”红光的滤光片。,2.(2011北京理综,14,6分)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干 涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以 ( ) A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光,答案 C 由双缝干涉条纹间距公式x= 可知:增大S1与S2的间距d,x将减小,A项错误;减小 双缝屏到光屏的距离L,
18、x将减小,B项错误;红光波长大于绿光,变大,x将变大,C项正确;紫光 波长小于绿光,变小,x将变小,D项错误。 B组 统一命题课标卷题组,3.(2014大纲全国,17,6分)在双缝干涉实验中,一钠灯发出的波长为589 nm的光,在距双缝1.00 m 的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm,则双缝的间距为 ( ) A.2.0610-7 m B.2.0610-4 m C.1.6810-4 m D.1.6810-3 m,答案 C 由x= 可得双缝间距d= = m=1.6810-4 m,选项C正确。,B组 统一命题课标卷题组,4.2017课标,34(1),5分在双缝干涉实验中,
19、用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示 出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是 。 A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动,解析 本题考查双缝干涉。由相邻两亮条纹间距x= 可知,若要增大两相邻亮条纹的间距, 应增大双缝与光屏间距离L、减小双缝间距d或增大照射光波长,而红绿蓝,故选项A、C、 D正确。,答案 ACD,解题关键 熟记双缝干涉中相邻亮条纹间距公式及各色光的波长大小关系。,5.(2010北京理综,14,6分)对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列表述正确的是 ( ) A.在相同介质中
20、,绿光的折射率最大 B.红光的频率最高 C.在相同介质中,蓝光的波长最短 D.黄光光子的能量最小,答案 C 在红、黄、绿、蓝四种单色光中,蓝光的折射率最大,频率最高,波长最短,光子能 量最大。,C组 教师专用题组,1.(2017北京理综,18,6分)2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装 置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连 光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥 重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判 断,能够电离
21、一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s) ( ) A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J,考点三 光的粒子性 A组 自主命题北京卷题组,答案 B 本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E= h=h =210-18 J,故选项B正确。,审题指导 题目信息提取 此题为新科技背景下的信息题,从题中提取有用信息,成为解答此题的关键,从题中应提取到如 下有用信息:照射并使分子电离的激光波长为=100 nm=10-7m,照射不会把分子打碎,说明光子 能量几乎全部用来使分子电离,所以只要
22、计算激光脉冲光子能量即可。,2.(2013北京理综,20,6分,0.53)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短 时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的 认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可 能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。 光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同 样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正 极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐
23、减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常 量,e为电子电量) ( ),A.U= - B.U= - C.U=2h-W D.U= -,答案 B 同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电 效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek, 由光电效应方程知:Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU, 联立上述两式得U= - (n2),当n=2时,即B选项,其他选项均不可能。,考查点 光电效应。,思路点拨 电子一次吸收的能量只能是一个光子能量的整数倍,本题
24、中倍数n2。,3.(2018课标,17,6分)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28 10-19 J。已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1。能使锌产生光电效 应的单色光的最低频率约为 ( ) A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz,答案 B 本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek= -W0,而能使锌产生光电效应的 单色光的最低频率0应满足h0=W0,联立得0= - =81014 Hz,故选项B正确。,方法技巧 光电效应现象的判断 能使金属产生光电效应的单色光的最低频
25、率即恰好发生光电效应的条件:照射光的能量等于 金属的逸出功。,B组 统一命题课标卷题组,4.(2017课标,19,6分)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种 金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗 克常量。下列说法正确的是 ( ) A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb,答案 BC 本题考查光电效应方程、对遏止电压的理解。光照射到同种金属上,同种金属的 逸出功相同。若ab,据Ek=h-W0可知,EkaEkb,则B项正确。由Ek=eU,可知UaUb,则A
26、项错误。 若UaUb,说明EkaEkb,则C项正确。由Ek=h-W0得h-Ek=W0,而同一种金属W0相同,与入射光的频 率无关,故ha-Eka=hb-Ekb,则D项错误。,归纳总结 对光子能量、逸出功及最大初动能的理解 同一种金属逸出功相同,与入射光的频率无关。 遏止电压只与光电子的最大初动能有关:eU=Ek。 光电效应方程:h-W0=Ek。,5.2016课标,35(1),5分现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光 电流产生。下列说法正确的是 。 A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电
27、子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,答案 ACE,解析 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和 光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=h-W,可 知C正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eU= mv2= h-W得eU=h-W,可见,遏止电压U随的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。,知识归纳 关于光电效应的问题,熟练掌握以下关系式很重要:h=W+ mv2;h0=W;e
28、U=mv2。,6.2015课标,35(1),5分,0.445实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动 性的是 。 A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,答案 ACD,解析 电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;射线在云室中留下清晰的径 迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长短的特 性,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E
29、错误。,7.2015课标,35(1),5分,0.425在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的 关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量 可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 。,答案 ek(2分) -eb(3分),解析 根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=h-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc= - ,所以 =k,h= ek;- =b,W0=-eb。,8.(2008北京理综,13,6分)下列说法正确的是 ( ) A.用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象 B.用X光机透视人体是利用光电效应 C.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
30、D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象,答案 A 用分光镜观测光谱是利用了不同色光的折射率不同,A对;用X光机透视人体是利用 了X光的穿透能力强,B错;光导纤维传输信号利用了光的全反射现象,C错;门镜扩大视野利用 了光的折射现象,D错。故选A。,C组 教师专用题组,1.(2018北京房山一模,20)热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等 金属或其化合物组成的薄膜,使产品呈丰富的色彩,对于可见光有适当的透射率,对红外线有较 高的反射率,对紫外线有较高的吸收率,因此,也称为阳光控制玻璃,主要用于建筑和玻璃幕墙, 其透视方向由光的强度决定。当室外比室内明亮时,单向透视玻璃与普通镜
31、子相似,室外看不 到室内的景物,但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时,室外可看到室内的景物, 且室内也能看到室外的景物,其清晰程度取决于室外照度的强弱。根据以上信息和你所学过 的物理知识判断,下列说法中不正确的是 ( ),考点一 光的折射、全反射和色散,A组 20162018年高考模拟基础题组,三年模拟,A.热反射玻璃可以有效地阻止过强紫外线对人体的伤害 B.热反射玻璃应该具有保温隔热作用 C.热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效地减弱噪声 D.热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性,答案 D 热反射玻璃吸收紫外线,则A正确。反射红外线则射入室内、射出室外的光中热效 应显著的红外线很少,
32、B正确。热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效减弱噪声,C正确。单向透 视性主要是玻璃表面薄膜作用,但光路仍可逆,D错误。,审题技巧 从题目所给材料中挖掘有用信息。,2.(2018北京海淀零模,16)如图所示是一透明玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径。M 点是玻璃球的最高点,一条平行于AB的光线自D点射入球体内,其折射光线为DB,已知ABD= 30,光在真空中的传播速度为c、波长为,则( )A.此玻璃的折射率为 B.光线从D传播到B的时间是 C.光在玻璃体内的波长为 D.光在 B点会发生全反射,答案 A 由图可知,折射角=ABD=30,AOD=2ABD,入射角=AOD=60,折射率n=
33、= ,A正确。由D传播到B的时间t= = = ,B错误。= = ,C错误。临界角 满足 sin C= = ,临界角C30,光在B点不会发生全反射,D错误。,解题关键 折射率的定义;光在介质中的传播速度及波长;临界角的定义。,3.(2018北京朝阳二模,13)对于红、蓝两种单色光,下列说法正确的是 ( ) A.在水中红光的传播速度较大 B.在水中蓝光的传播速度较大 C.在真空中红光的传播速度较大 D.在真空中蓝光的传播速度较大,答案 A 各种色光在真空中传播速度都相同,为c=3108 m/s,由色散规律可知水对蓝光的折 射率大,由n= 可知A对。,解题关键 熟记色散现象结论;同一种介质对不同色光
34、折射率不同,且n红n蓝。,4.(2016北京东城二模,14)一束单色光在某种介质中的传播速度是其在真空中传播速度的一 半,则 ( ) A.该介质对于这束单色光的折射率为0.5 B.这束单色光由该介质射向真空发生全反射的临界角为60 C.这束单色光在该介质中的频率为其在真空中频率的一半 D.这束单色光在该介质中的波长为其在真空中波长的一半,答案 D 该介质对于这束单色光的折射率n= =2,故A项错误;由sin C= ,代入数据得sin C=,则C=30,故B项错误;光由一种介质进入另一种介质时,频率不变,C项错误;由c=0f和v=f知= ,故= 0,D项正确。,5.(2016北京西城一模,20)
35、光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。阶跃 型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中 心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低。关于光在连续型光导纤维中的传播,下列 四个图中能正确表示传播路径的是 ( ),答案 C 光由空气斜射入光导纤维时,根据折射定律,入射角大于折射角,因此光路应向下偏 折。由题可知,连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,可以将光导纤维看成多层 折射率依次减小的材料。光由内芯向外表面传播过程中,在每两层介质的分界面上发生折射 时,入射角都小于折射角,因此光路继续向下偏折,如图所示。当达到某分界面时,发生
36、全反射, 之后的光路将与全反射之前对称。可知,只有C选项满足要求。,6.(2017北京丰台一模,14)已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的,光束m通过三棱镜 的传播情况如图所示,则比较a、b、c三种单色光,下列说法正确的是 ( )A.a色光的折射率最大 B.c色光的频率最小 C.b色光在玻璃中的传播速度最大 D.c色光发生全反射的临界角最小,答案 D 由白光通过玻璃三棱镜后形成色散现象可知a相当于红光,b相当于绿光,而c相当于 紫光,易知B项错误;由折射率的定义易知A项错误;由n= 可知C项错误;由sin C= 可知D项正 确。,考查点 折射率、全反射、临界角。,审题技巧 在对光学知
37、识的考查中,常以白光通过玻璃三棱镜的色散现象为背景,综合考查折 射、全反射现象,有时也和干涉、衍射、光电效应现象组成光学类综合问题。,7.(2018北京西城二模,14)一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在 影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是 ( )A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象 B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象 C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象 D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象,考点二 光的干涉、衍射和偏振,答案 B 小孔衍射图样正中心为较大的亮斑,圆盘衍射图样的正中心为较小的亮点,是光照 在不透光的圆盘上产生的
38、衍射现象,B正确。,解题关键 小孔衍射与圆盘衍射的特点。,8.(2018北京东城一模,14)下列属于光的衍射现象的是 ( ) A.阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑 B.光照射细金属丝,在其后形成的阴影中有亮线 C.在阳光照射下,肥皂泡呈现彩色条纹 D.光照射到凸透镜上,在其后形成圆形亮斑,答案 B A项是光沿直线传播的原理。C项是光的干涉。D项是光的折射。,解题关键 正确理解各种光现象的原理。,9.(2018北京丰台一模,20)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的 一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生 图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离
39、的关系相同。 利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受 热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属 棒上端,A、B间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀 使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏 距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正 确的是 ( ) A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽 B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄 C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,
40、说明金属膨胀量越大 D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大,答案 C 根据题意,单缝衍射形成的中央亮条纹宽度x= 。其他实验条件不变时,使用激 光的波长越短,x越小,A项错误。相同实验条件下,金属的膨胀量越大,造成单缝宽度d越小,x越 大,B项错误。相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,d变化越大,金属膨胀量越大,C项正 确。金属的线膨胀系数取决于金属的材料,与d、L、x均无关,D项错误。,解题关键 题目交代了单缝衍射实验产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的 波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波 长、缝屏距离的
41、关系相同。金属棒膨胀,单缝宽度d减小。可以由条纹宽度变化判断出d变化 情况,条纹越宽,说明单缝越窄,金属膨胀量越大。金属线膨胀系数是表征金属特征的物理量, 由金属材料性质决定。,10.(2018北京西城一模,20)2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家,以表彰他们为发现 引力波所做的贡献。引力波被认为是时空弯曲的一种效应,物体加速运动时会给宇宙时空带 来扰动,这种扰动会以光速向外传播能量。如图为科学家们探测引力波的装置示意图,发射器 发出的激光S 经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2,然后经过4 km长的两臂,在两臂端点 处经反射镜反射回来,S1 和S2相遇形成干涉,被探测器接收。
42、精确调节两臂,使探测器在无引 力波作用时,接收到的信号强度为0。当有引力波作用时,两臂长度将因此而发生改变,则接收 到的信号强度不为0。下列说法正确的是 ( ),A.引力波可以超光速传播 B.引力波不能传播能量 C.探测器接收到的两束波的频率相同 D.无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0,答案 C 由题意知引力波会以光速向外传播能量,所以A、B错。由题中信息,S1和S2相遇形 成干涉,知两束波的频率相同,C对。无引力波作用时,接收信号强度为0,说明两列波叠加减弱, 路程差应为半波长的奇数倍,不可能为0,D错。,解题关键 认真读取信息。对干涉的理解。,11.(2017北京朝阳一模,14)关
43、于红、紫两束单色光,下列说法正确的是 ( ) A.在空气中红光的波长较长 B.在同一玻璃中红光的速度较小 C.红光的光子能量较大 D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小,答案 A 红光的波长比紫光的长,故A正确;红光的频率比紫光的小,故红光的光子能量较小, 故C错误;由n= 和n红n紫,可知在同一玻璃中红光的速度大,故B错误;由x= ,可知用同一装 置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较大,故D错误。,12.(2017北京石景山一模,13)下列说法正确的是 ( ) A.光电效应表明光具有波动性 B.光的衍射现象表明光具有粒子性 C.光从水中进入空气后传播速度变大 D.光从水中
44、进入空气后频率变大,答案 C 光电效应表明光具有粒子性,A错。干涉、衍射现象说明光具有波动性,B错。光从 水中进入空气后频率不变,速度变大,C正确,D错误。,考查点 光的本性、光传播时v、的情况。,知识拓展 同一种光在不同介质中传播时频率不变,波长、波速变化。同一种介质对不同频 率的光折射率不同,光在其中的传播速度不同。,13.(2017北京海淀二模,14)下列说法中正确的是 ( ) A.水面漂浮的无色薄油膜在阳光照射下出现彩色条纹,这是光的干涉现象 B.若用X射线照射某金属板能发生光电效应,则用紫外线照射该金属板也一定能发生 C.在相同条件下,射线与可见光相比更容易产生明显的衍射现象 D.太
45、阳光谱中有一些清晰的暗线,这说明太阳中缺少与这些暗线对应的元素,答案 A 频率大的色光光子能量大,更容易发生光电效应,X紫,B错。波长长的色光,更容易 发生衍射现象,可,C错。太阳光谱是吸收光谱,太阳光谱中有一些清晰的暗线,说明太阳中 具有与这些暗线对应的元素,D错。,14.(2016北京海淀一模,20)1924年,德布罗意提出了物质波理论,他假设实物粒子也具有波动 性,大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子(如电子、质子等),他认为粒子的动量p与波的波 长之间遵从关系:= (h为普朗克常量),这一假说后来在一系列实验中得到了证实。如图甲 所示,在电子双缝干涉实验中,将电子垂直射向两个紧靠的平行
46、狭缝(电子发射端到两狭缝距 离相等),在缝后放上一个安装有电子侦测器的屏幕(屏幕上的O点位于两狭缝中心对称轴的正 后方,图中未画出),电子打到探测器上会在屏幕上出现亮点。在实验中,以速率v0发射电子,开 始时,屏幕上出现没有规律的亮点,但是当大量的电子到达屏幕之后,发现屏幕上不同位置出现 亮点的概率并不相同,且沿垂直双缝方向呈现出间隔分布,如图乙所示。这种间隔分布类似于 光的干涉中出现的明暗相间的条纹。则下列说法中正确的是 ( ),乙,甲,A.以速率2v0发射电子,重复实验,O点可能处在暗条纹上 B.以速率2v0发射电子,重复实验,所形成的条纹间距会变小 C.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段
47、很小的距离(不改变狭缝和屏幕间的距离),重复实 验,如果屏幕上仍有间隔的条纹分布,则O点一定处在暗条纹上 D.若将两个狭缝沿垂直缝的方向移动一段很小的距离(不改变狭缝和屏幕间的距离),重复实 验,如果屏幕上仍有间隔的条纹分布,则O点一定处在明条纹上,答案 B = = ,当以速率2v0发射电子时,减小,由x= 知B项正确。改变发射电子的 速率,但O点到两狭缝的距离差为0,则O点仍处在明条纹上,A错。若将两个狭缝沿垂直缝的方 向移动一小段距离,屏幕上仍有干涉条纹,但O点处于明条纹上还是暗条纹上取决于O点到两 狭缝的距离差,C、D项错。,考查点 物质波、干涉。,解题指导 根据= ,p=mv,得= ,
48、v越大,波长越短,由相邻干涉条纹间距x= 知,越小,x 越小。根据波程差s=n时为明条纹判断O处明暗情况。,15.(2018北京西城一模,18)2016年9月25日,被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远 镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用,开始接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在, 使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星,对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。 如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106W)的发射机,其发射的无线电波波长为126厘 米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空光速c =31 m/s,普朗克常 量h=6.610-34Js) ( ) A.1023 B.1027 C.1031 D.1035,考点三 光的粒子在,答案 C 设每秒发射的光子数为n,发射机每秒发射的总能量为:Pt=nh ,将题中数据代入得: n=6.361030,数量级更接近选项C。,
