《2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题17光学电磁波相对论含解析20190524158.wps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年高考物理备考优生百日闯关系列专题17光学电磁波相对论含解析20190524158.wps（35页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题 1717 光学 电磁波 相对论 第一部分名师综述 综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查基本概念和基本 规律。 考纲要求 （1）理解折射率的概念，掌握光的折射定律；掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算 （2）理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件；理解光的衍射现象，知道发 生明显衍射的条件；知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用 （3）知道电磁波是横波；了解电磁波的产生、传播、发射和接收，熟记电磁波谱；了解狭义 相对论的基本假设和几个重要结论 命题规律 （1）分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时，应注意与实际应用的联系，作出正确 的
2、光路图，可能出现计算题和作图题。 （2）光的干涉、衍射和偏振部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择 题和填空题为主 （3）电磁波和相对论部分，以考查基本概念及对规律的简单理解为主，主要是以选择题为主 第二部分精选试题 1如图所示，水下光源 S 向水面 A 点发射一束光线，折射光线分别为 a、b 两束。则 Aa 光的频率小于 b 光的频率 B在真空中 a 光的速度大于 b 光的速度 C若 a 光为绿光，则 b 可能为紫光 D若保持入射点 A 位置不变，将入射光线瞬时针旋转，从水面上方观察，a 光先消失 E用同一双缝干涉实验装置分别用 a、b 光做实验，a 光干涉相邻条纹间距大于
3、 b 光干涉相邻 条纹间距 【答案】 ACE 【解析】 试题分析：A、由题，两光束的入射角 i 相同，折射角 raC=370则射到平面上的光线发生全反射， 其光路图如图所示. 由几何知识可得，光在玻璃砖和光屏之间传播的距离x1 = 2(2 2 -1)R 传播的时间t1 = x1 c = (4 2 - 2)R c 光在玻璃砖内传播的距离:x2=4 2R+2R 光在玻璃砖内传播的速度为v = c n = 3 5c 光在玻璃砖内传播的时间t2 = x2 v = (20 2 + 10)R 3c 光从 P 点发出到笫一次传播到光屏上所用的时间：t = t1 + t2 = (32 2 + 4)R 3c 综
4、上所述本题答案是：(1) 37 (2) (32 2 + 4)R 3c 1 点睛：本题的关键是要掌握全发射临界角公式sinC = ，以及全反射的条件，解题时，要做出 n 光路图，利用几何关系帮助解答。 15圆柱形均匀透明体的底面下平放一张白纸，白纸上在圆柱体底面中心处有一黑点，白纸与 透明体之间有微小间隙。设周围都是空气，若通过透明体侧壁看不到白纸上的黑点，则透明体 折射率 n 的最小值应为多少？ 12 【答案】n 2 【解析】由折射定律可得：sin1 = nsin2 = n 1 - cos22 在侧壁发生全反射的条件为nsin(900 - 2) = ncos2 1 带入上式可知：sin21 n
5、2(1 - 1 ) = n2 -1 n2 所以n 1 + sin21 点睛；此题考查光的反射及全反射知识，关键是画出光路图，找出临界的光线，结合几何关系 进行解答. 1越小的光线越易在侧壁发生全反射，故 1=900的光线是在侧壁最难发生全反射的光线，若 能使此光线发生全反射的话，那么侧壁便看不到黑点了，此时必有n 2 16用折射率为 n 2 的透明物质做成内半径、外半径分别为 a、b 的空心球，内表面涂上能 完全吸光的物质。图中所示是经过球心的截面图。当足够宽广的平行光射向此球时 若 a=1m、b=2m，求在透明物质内运动时间最长的光入射角。 若 a、b 大小为任意的已知量（当然 a b ），
6、求被吸收掉的光束横截面积为多大？（注意： 被吸收掉光束的横截面图，指的是原来光束的横截面积，不考虑透明物质的吸收和所有界面上 的反射。） 【答案】（1）i 45 （2）若 a 很小 S R2 2a2 ；若 a 很大 S b2 13 【解析】如图，轨迹正好与内球面相切的光路程最长， 由折射定律和几何关系得： a sinr r 30 b sini sinr n i 45 若 a 很小，如图所示， 即 ， sinC C 45 1 r C sinr 1 n n a 2 sinr a b R bsini nbsinr 2A ，此时 b 2 所求面积 S R2 2a2 若 a 很大，如图所示， 2 即若
7、，所有光线均被吸收，所求面积 b a b S b2 2 综上所述本题答案是：（1）i 45 （2）若 a 很小 S R2 2a2 ；若 a 很大 S b2 点睛：本题考查了几何光学，在做此类问题时，要正确画出光路图，并结合实际情况找到符合 14 题意得临界角，对于临界的问题一般要从相切这个方向去思考。 17一直桶状容器的高为 21，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 【答案】1.5
8、5 【解析】 设从光源发出直射到 D 点的光线的入射角为 i1，折射角为 r1，在剖面内做光源相对于反光壁的 镜像对称点 C，连接 CD，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，由折射定律：nsini1 = sinr1 nsini2 = sinr2 依题意：r1 + r2 = 90 1 联立解得：n2 = sin2i1 + sin2i2 l 1 2 由几何关系：sini1 = = l2 17 4l2 + 4 3l sini2 = 2 4l2 + 9l2 4 = 3 5 联立解
9、得：n=1.55 【名师点睛】此题主要考查光的折射定律的应用；解题的关键是能画出光路图，通过几何关系 sini 找到入射角及折射角；根据折射定律n = 列方程求解。此题同时考查学生的数学计算能力。 sinr 15 1 18如图所示，AOB 是截面为 圆形、半径为 R 的玻璃砖，现让一束单色光在横截面内从 OA 4 靠近 O 点处平行 OB射入玻璃砖，光线 可从 OB面射出；保持光束平行 OB 不变，逐渐增大入射 点与 O 的距离，当入射点到达 OA的中点 E 时，一部分光线经 AB面反射后恰好未从 OB 面射出。 不考虑多次反射，求玻璃的折射率 n 及 OB上有光射出的范围。 【答案】n=2
10、3 OF R 3 【解析】解：设光线射到 AB 面时入射角为 ，因 E 点为 OA 的中点，由几何知识可知入射角： 30 设临界角为 C，则：C=30 恰好发生全反射，则： sinC 1 n 解得：n=2 由题意可知，光从 OE 间入射时，可从 OB 上射出，则从 E 点入射时出射点距 O 最远，设为 F， 则： R OF 2 cos30 3 OF R 3 3 综上所述本题答案是：n=2 ；OB 上有光射出的范围 OF R 3 19如图所示一光线一 45的入射角射到玻璃三棱镜侧面 AB 上，折射光线与 AB 面的夹角为 600。若三棱镜的令一侧面 AC 上折射光线恰好消失。求： 玻璃的折射率
11、n； 16 临界角 C； 三棱镜的顶角A。 【答案】 1414 45 75 【解析】试题分析: ， ，得: 考点: 光的折射。 20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 （1）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； R （2）距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 3 2 【答案】（1）3R（2）2.74R 【解析】（i）如图，从底面上 A 处射入的光线，在球面
12、上发生折射时的入射角为 i，当 i 等于 全反射临界角 i0时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为 l。 i = i0 设 n 是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有nsini0 = 1 l 由几何关系有sini = R 2 联立式并利用题给条件，得l = 3R R （ii）设与光轴距 的光线在球面 B 点折射时的入射角和折射角分别为 i1和 r1，由折射定律有 3 nsini1 = sinr1 17 sin(180o - r1) sinC 设折射光线与光轴的交点为 C，在OBC 中，由正弦定理有 R = OC 由几何关系有C = r1 - i1 sini1 = 1 3 3(2 2 +
13、 3)R 联立式及题给的条件得OC = 5 2.74R 【名师点睛】本题主要考查光的折射定律的应用，解题关键是根据题意画出光路图，根据几何 知识确定入射角与折射角，然后列方程求解。 21如图所示，一个足够大的水池盛满清水，水深 h=4m，水池底部中心有一点光源 A，其中一 条光线斜射到水面上距 A 为 l=5m的 B 点时，它的反射光线与折射光线恰好垂直 （1）求水的折射率 n； （2）用折射率 n 和水深 h 表示水面上被光源照亮部分的面积（圆周率用 表示） 【答案】(1)1.33 (2) h2 n2 - 1 【解析】 (1) 设射向 B 点的光线入射角与折射角分别 i 和 r， l2 -
14、h2 0 由题意得：sini = l ，i + = 90 sin 4 故水的折射率为n = sini = coti = 3 = 1.33； (2)设射向水面的光发生全反射的临界角为 C， 则有：sinC = 1 n 圆形光斑的半径为R = htanC 圆形光斑的面积为S = R2 h2 联立解得：S = 。 n2 - 1 22如图所示，横截面为矩形 ABCD的玻璃砖竖直放置在水平面上，其厚度为 d，AD 面镀有水 银用一束 与 BC成 45角的细激光向下照射在 BC面上，在水平面上出现两个光斑，距离为 d，求玻璃砖的折射率 18 【答案】 【解析】 试题分析：作出光路图，由光的反射定律和光路图
15、可逆性可知，反射光线和 OH与 FG 平行， 且 OH与水平面的夹角为 45 则得 OFGH d IE OF d tan r ，可得 r30 所以折射率 n 考点：折射率 23如图所示，一束光以 45的入射角从 AB 面射入三棱镜中，棱镜的折射率 n 2 ，光在真 空中的传播速度 c=30108m/s。求： 光在棱镜中的传播速度； 光在棱镜中的折射角。 【答案】 21108m/s30 【解析】 c n v 试题分析：由 得：v=21108m/s sini 设折射角为 r 由 sin r 得 r=30 n 考点：光的折射定律 【名师点睛】此题关键要掌握光的折射定律的表达式；知道入射角和折射角的位
16、置关系；掌握 c n v 折射率公式 。 19 24半径为 R 的圆柱形玻璃砖的折射率为 2，截面如图所示，O 为圆心，光线 I 沿半径 aO 方向 射入，恰好在 O 点发生全反射；另一条平行于 I 的光线 II 从最高点 b 射入玻璃砖，折射到 MN 上的 d 点，求 Od的距离 【答案】 R 15 【解析】 试题分析：光线 射到 MN面上时的入射角等于临界角 临界角 C 1 arcsin( ) 30 n 设光线 在圆柱面的入射角为 ，折射角为 ， 1 2 则 1 aOb C 30 sin sin 1 由折射定律 1 n 得sin 1 sin n 4 2 2 所以tan 2 1 15 则 O
17、d R tan 2 R 15 考点：考查了光的折射，全反射 sini 【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律 、临界角公式 n sin r sinC 1 v c 、光速公式 ，运用几何知识结合解决这类问题 1 v c n n 25如图所示，扇形 AOB为透明柱状介质的横截面，半径为 R，介质折射率为 2，圆心角为 45，一束平行于 OB的单色光由 OA 面射入介质，要使柱体 AB面上没有光线射出，至少要在 O 点上方竖直放置多高的遮光板？（不考虑 OB面的反射）。 20 【答案】H = 3 3 R 【解析】 试题分析：光线在 OA面上的 C 点发生折射，入射角为 45，折射
18、角为 ， sin45 由n = （2 分），解得 30 （1 分） sin 1 折射光线射向球面 AB，在 D 点恰好发生全反射，入射角为 ，sin = （2 分） n 2 解得：sin = （1 分） 2 sin sin( + 90) 在三角形 OCD中，由正弦定理 OC = （2 分） R 所以挡板高度H = OCsin45（1 分） 3 得H = 3 R（1 分） 考点：本题考查光的折射。 26如图所示，MN下方足够大的空间有一长方体玻璃介质，其折射率 n= 3，玻璃介质在的上 边界 MN是屏幕，玻璃中有一个正三棱柱的真空区域。三棱柱轴线垂直于纸面，图中竖直截面 正三角形的边长 18cm
19、，顶点 C 很靠近屏幕，距离可忽略。底边 AB与屏幕平行，一束激光在竖 直截面内垂直于 AB 边射向 AC 边的中点 O，结果在屏幕 MN上出现了两个光斑。光在真空中的 传播速度 c=3l08m/s。求： 该激光在玻璃介质中传播的速度； 两个光斑之间的距离。 21 【答案】（1）v = 3 108m/s （2）x = 18cm 【解析】 该激光在玻璃介质中传播的速度为：v = c n = 3 10 8m/s 画出光路图如图所示： 在界面 AC，光的入射角i = 60 sini 由光的折射定律有：sin = n 代入数据可以得到：折射角 = 30 由光的反射定律得到，反射角：i = i = 60
20、 由几何关系得到：DOE 是直角三角形，ODC = 60，OEC = 60 O 点到光屏的距离为：h = OCsin60 = 9 3 2 cm 故两光斑之间的距离为：x = htan60 + htan30 = 18cm 27如图所示，真空中两细束平行单色光 a和 b从一透明半球的左侧以相同速率沿半球的平面 方向向右移动，光始终与透明半球的平面垂直。当 b光移动到某一位置时，两束光都恰好从透 明半球的左侧球面射出（不考虑光在透明介质中的多次反射后再射出球面）。此时 a和 b都停 止移动，在与透明半球的平面平行的足够大的光屏 M上形成两个小光点已知透明半球的半径 2 3 为 R，对单色光 a和 b
21、的折射率分别为n1 = 和 ，光屏 M到透明半球的平面的距离为 L= 3 n2 = 2 1 3 （ ）R，不考虑光的干涉和衍射，真空中光速为 c,求： 2 2 （1）两细束单色光 a和 b的距离 d （2）两束光从透明半球的平面入射直至到达光屏传播的时间差t 3 - 1 2 3R 【答案】（1） （2） 2 R 3c 【解析】 1 (1)由sinC = 得,透明半球对 光和 光的临界角分别为 60和 30，画出光路如图 n a b 22 A、B为两单色光在透明半球面的出射点,折射光线在光屏上形成光点为D和C,AD、BC 沿切线方 向。由几何关系得 d = Rsin60 - Rsin30 = 3
22、 - 1 2 R (2) a 光在透明介质中的速度v1 = c n1 = 3 2 c 传播时间t1 = Rcos60 v1 = 3R 3c 1 3 光屏M 到透明半球的平面的距离为L = ( 2 )R, 2 + FA = L - Rcos60 = 3 R 2 AD = AF/cos30 = R 故a 光在真空中传播的时间t1 = AD c = R c 则ta = t1 +t1 = ( 3 + 3)R 3c c c b 光在透明介质中的速度v2 = , n2 = 2 传播时间t2 = Rcos30 v2 = 3R c 在真空中,由几何关系得BC = R t2 = R c 则tb = t2 +t2
23、 = ( 3 + 1)R c 故t = tb - ta = 2 3R 3c 1 c 点睛：处理本题的关键：1、熟练掌握、应用几何光学基本公式sinC = ； 。2、利用 n v = n 平面几何的知识找准光束通过的路程。 28如图所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，AB 为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在 A 点与玻璃球相切自 B 点发出的光线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB，照射在接收屏上 的 Q 点另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射已知ABM=30，求： 23 ()玻璃的折射率； ()光由 B 传到 M 点与再由 M 传到 Q 点所需时间比； ()N 点到直径 AB 的距离 2 2 【答案】（1） 3 （2）6:1（3） 3 R 【解析】 试题分析：（i）已知ABM=30，由几何关系知入射角：=30 折射角：=60 则玻璃的折射率为： （ii）光在玻璃中传播速度： 光由 B 传到 M 的时间： = 光由 M 传到 Q 的时间： = 则： =6 （iii）由题意知临界角 C=ONB 则：sinC= ，cosC= N 点到直径 AB 的距离：d=2RcosCsinC= 考点：光的折射定律；全反射 24 25