《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.pdf》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.pdf（30页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、专题 17 光学 电磁波 相对论专题 17 光学 电磁波 相对论 第一部分名师综述第一部分名师综述 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
2、题时，应注意与实际应用的联系，作出正确的光路图，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
3、验装置分别用 a、b 光做实验，a 光干涉相邻条纹间距大于 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(22 - 1)R 传播的时间t1= x1 c = (42 - 2)R c 光在玻璃砖内传播的距离:x2=4R+2R2 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 = (202 + 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+
4、 t2= (322 + 4)R 3c 综上所述本题答案是：(1) 37 (2) (322 + 4)R 3c 点睛 ： 本题的关键是要掌握全发射临界角公式，以及全反射的条件，解题时，要做出光路图，利用sinC = 1 n 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？ 【答案】n 2 【解析】由折射定律可得：sin1= nsin2= n1 - cos22 在侧壁发生全反射的条件为nsin(900- 2) = ncos2 1 带
5、入上式可知：sin21 n2(1 - 1 n2) = n 2 - 1 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2n 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
6、（当然） ，求被吸收掉的光束横截面积为多大？（注意：被吸收掉光束ab 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） （2）若 a 很小；若 a 很大45i 22 2SRa 2 Sb 【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： sin30 a rr b sin 45 sin i ni r 若 a 很小，如图所示， 即， 1 sin45CC n 1 sinrCr n ，此时 2 sin 2 a rab b sinsin2RbinbrA 所求面积 22 2SRa 若 a 很大，如图所示， 即若，所有光线均被吸收，
7、所求面积 2 2 bab 2 Sb 综上所述本题答案是：（1）（2）若 a 很小；若 a 很大45i 22 2SRa 2 Sb 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】1.55 【解析】 设从光源发出直射到
8、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 联立解得：n2= 1 sin2i1+ sin2i2 由几何关系：sini1= l 2 4l2+ l2 4 = 1 17 sini2= 3l 2 4l2+ 9l2 4 = 3 5 联立解得：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
9、，通过几何关系找到入射角 及折射角；根据折射定律列方程求解。此题同时考查学生的数学计算能力。n = sini sinr 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 靠近 O 点处平 1 4 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 3 3 OFR 【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
10、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： 1 sinC 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： 2 cos30 R OF 3 3 OFR 综上所述本题答案是：n=2 ；OB 上有光射出的范围 3 3 OFR 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 n； 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。 2
11、0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； （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。 R 3 【答案】 （1）（2）2.74R 2 3R 【解析】 （i） 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
12、射率，由全反射临界角的定义有nsini0= 1 由几何关系有sini = l R 联立式并利用题给条件，得l = 2 3R （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 R 3 nsini1= sinr1 设折射光线与光轴的交点为C，在OBC中，由正弦定理有 sinC R = sin(180o- r1) OC 由几何关系有C = r1- i1 sini1= 1 3 联立式及题给的条件得OC = 3(2 2 + 3)R 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
13、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， 由题意得：，sini = l2- h2 l i + = 900 故水的折射率为；n = sin sini = coti = 4 3 = 1.33 (2)设射向水面的光发生全反射的临界角
14、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 联立解得：。S = h2 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 【答案】 【解析】 试题分析：作出光路图，由光的反射定律和光路图可逆性可知，反射光线和 OH 与 FG 平行，且 OH 与水平面 的夹角为 45 则得 OFGHd IE OFd tan r，可得 r30 所以折射率 n 考点：折射率 23如图
15、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 n2，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】 试题分析：由 c n v 得：v=21108m/s 设折射角为 r 由 sin r n isin 得 r=30 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置关系；掌握折射率公式 c n v 。 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
16、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】 15 R 【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 1 arcsin( )30C n 设光线在圆柱面的入射角为，折射角为， 1 2 则 1 30aObC 由折射定律得 1 2 sin sin n 1 2 sin1 sin 4n 所以 2 1 tan 15 则 2 tan 15 R OdR 考点：考查了光的折射，全反射 【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、光速 sin sin i n r 1 sinC n 公式，运用几何知识结
17、合解决这类问题 c v 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，圆心角为 45，一束平2 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） 。 【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，折射角为 ， 由（2 分） ，解得 30 （1 分）n = sin45 sin 折射光线射向球面 AB，在 D 点恰好发生全反射，入射角为 ，（2 分）sin = 1 n 解得：（1 分）sin = 2 2 在三角
18、形 OCD 中，由正弦定理（2 分） sin OC = sin( + 90) R 所以挡板高度（1 分）H = OCsin45 得（1 分）H = 3 3 R 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=，玻璃介质在的上边界 MN 是屏3 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，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：
19、 该激光在玻璃介质中传播的速度； 两个光斑之间的距离。 【答案】 （1） （2）v =3 108m/sx = 18cm 【解析】 该激光在玻璃介质中传播的速度为：v = c n =3 108m/s 画出光路图如图所示： 在界面 AC，光的入射角i = 60 由光的折射定律有： sini 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 由几何关系得到：是直角三角形，DOEODC = 60，OEC = 60 O 点到光屏的距离为：h = OCsin60 = 93 2 cm 故两光斑之间的距离为：x = htan60 + htan30 = 18cm
20、 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为R， 对单色光a和b的折射率分别为和，n1= 23 3 n2= 2 光屏M到透明半球的平面的距离为L=（ ）R，不考虑光的干涉和衍射，真空中光速为c,求： 1 2 3 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
21、时间差t 【答案】 （1）（2） 3 - 1 2 R 2 3R 3c 【解析】 (1)由得,透明半球对 光和 光的临界角分别为 60和 30，画出光路如图sinC = 1 n ab 、 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 和 ,、沿切线方向。由几何关ABDC ADBC 系得 d = Rsin60 - Rsin30 = 3 - 1 2 R (2) 光在透明介质中的速度av1= c n1 = 3 2 c 传播时间t1= Rcos60 v1 = 3R 3c 光屏 到透明半球的平面的距离为,ML =( 1 2 + 3 2)R FA = L - Rcos60 = 3 2 R AD
22、 = AF/cos30 = R 故 光在真空中传播的时间at1= AD c = R c 则ta= t1+ t1= (3 + 3)R 3c 光在透明介质中的速度,bv2= c n2 = c 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= (3 + 1)R c 故t = tb- ta= 2 3R 3c 点睛：处理本题的关键：1、熟练掌握、应用几何光学基本公式；。2、利用平面几何的sinC = 1 n v = c n 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
23、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： ()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 【答案】 （1） （2）6:1（3）3 22 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