光学、电磁波、相对论

光学电磁波相对论光的传播34．[2011·课标全国卷] (2)一半圆柱形透明物体横截面如图1－16所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心．一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点的入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°.求：(ⅰ)光线在M点的折射角；(ⅱ)透明物体的折射率．图1－16【解析】 (ⅰ)如图所示，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M两点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线．设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β.根据题意有α＝30°①由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②且α＋r＝β③由①②③式得r＝15°④(ⅱ)根据折射率公式有sin i＝n sin r⑤i＝30°⑥由④⑤⑥式得n＝6＋22⑦15．[2011·四川卷] 下列说法正确的是( )A．甲乙在同一明亮空间，甲从平面镜中看见乙的眼睛时，乙一定能从镜中看见甲的眼睛B．我们能从某位置通过固定的任意透明介质看见另一侧的所有景物C．可见光的传播速度总是大于电磁波的传播速度D．在介质中光总是沿直线传播【解析】 A 根据光路传播的可逆性，甲从平面镜中看到乙的眼睛，乙也一定能从镜中看到甲的眼睛，A 正确；光线通过透明介质要发生反射和折射，反射光线和折射光线都存在于一定的空间范围，从某位置通过固定的透明介质并不能看见另一侧的所有景物，B 错误；在真空中，可见光的传播速度与电磁波的传播速度均相同，都等于c ＝3×108m/s ，C 错误；在同一种均匀介质中光才是沿直线传播的，D 错误．图1－216．[2011·全国卷] 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a 、b 、c 、d 代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )A ．紫光、黄光、蓝光和红光B ．紫光、蓝光、黄光和红光C ．红光、蓝光、黄光和紫光D ．红光、黄光、蓝光和紫光【解析】 B 由太阳光第一次进入水珠时的色散即可作出判断，把水珠看作三棱镜，向下偏折程度最大的光线一定是紫光，偏折程度最小的是红光，从图上可看出，a 是紫光，d 是红光，则b 是蓝光，c 是黄光，所以正确答案是B.12．[2011·江苏物理卷] 【选做题】本题包括A 、B 、C 三小题，请选定其中两．．．．．．题．，并在．．．相应的答．．．．题．区域内作答．．．．．，若三题都做，则按A 、B 两题评分． B ．(选修模块3－4)(12分)(2)N1[2011·江苏物理卷] 一束光从空气射向折射率为3的某种介质，若反射光线与折射光线垂直，则入射角为________．真空中的光速为c ，则光在该介质中的传播速度为 ________ .(2)[2011·江苏物理卷] 【答案】 60° 33c 【解析】 设入射角、折射角分别为θ1、θ2 ，则θ1＋θ2＝90°，由n ＝sin θ1sin θ2，可得tan θ1＝ 3 ，即入射角为60° ；由n ＝c v ，所以v ＝c n ＝33c .光的波动性18．[2011·重庆卷] 在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a 、b 、c 三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b 在水下的像最深，c 照亮水面的面积比a 的大．关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：①c 光的频率最大 ②a 光的传播速度最小③b 光的折射率最大 ④a 光的波长比b 光的短根据老师的假定，以上回答正确的是( )A ．①②B ．①③C ．②④D ．③④18．[2011·重庆卷] C 【解析】 b 在水下的像最深，b 光偏折得最小，b 的折射率最小，c 光照亮水面的面积比a 的大，c 的临界角比a 的大，由sin C ＝1n知，c 光的折射率比a 小，即a 光的折射率最大，故a 光的频率最大，因n ＝c v，故在水中a 光中传播速度最小，又c ＝λf ，知a 光的波长最短，综上可知C 正确．电磁场电磁波15．[2011·四川卷] 下列说法正确的是( )A ．甲乙在同一明亮空间，甲从平面镜中看见乙的眼睛时，乙一定能从镜中看见甲的眼睛B ．我们能从某位置通过固定的任意透明介质看见另一侧的所有景物C ．可见光的传播速度总是大于电磁波的传播速度D ．在介质中光总是沿直线传播【解析】 A 根据光路传播的可逆性，甲从平面镜中看到乙的眼睛，乙也一定能从镜中看到甲的眼睛，A 正确；光线通过透明介质要发生反射和折射，反射光线和折射光线都存在于一定的空间范围，从某位置通过固定的透明介质并不能看见另一侧的所有景物，B 错误；在真空中，可见光的传播速度与电磁波的传播速度均相同，都等于c ＝3×108m/s ，C 错误；在同一种均匀介质中光才是沿直线传播的，D 错误．6．[2011·天津卷] 甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为Δx ，若Δx 甲>Δx 乙，则下列说法正确的是( )A ．甲光能发生偏振现象，乙光则不能发生B ．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C ．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量D ．在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光6．[2011·天津卷] BD 【解析】 只要是横波就都能发生偏振，偏振与光的频率无关，A 错；由Δx ＝l d λ和Δx 甲＞Δx 乙可得：λ甲>λ乙，所以ν甲＜ν乙、n 甲＜n 乙，B 对；光子能量E ＝hν，显然E 甲＜E 乙， C 错；折射率n ＝c v，故v 甲＞v 乙，D 对．9.[2011·天津卷] (3)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测量半圆形玻璃砖的折射率．开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P 1、P 2 与圆心O 在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O 缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P 1、P 2 的像，且P 2的像挡住P 1的像．如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失．此时只需测量出_______________，即可计算出玻璃砖的折射率．请用你的测量量表示出折射率n ＝________.图69．(3)[2011·天津卷] 【答案】 玻璃砖沿O 点转过的角度θ 1sin θ【解析】 看不到P 1、P 2两根针，说明沿P 1P 2的光线发生了全反射，如图所示，入射角i＝θ＝C ，由sin C ＝1n 得n ＝1sin C ＝1 sin θ.相对论12．[2011·江苏物理卷] 【选做题】本题包括A、B、C三小题，请选定其中两．．．．．．．．．题．，并在相应的答．．．．．，若三题都做，则按A、B两题评分．．．．．题．区域内作答B．(选修模块3－4)(12分)(1)N4[2011·江苏物理卷] 如图所示，沿平直铁路线有间距相等的三座铁塔A、B和C.假想有一列车沿AC方向以接近光速行驶，当铁塔B发出一个闪光，列车上的观测者测定A、C两铁塔被照亮的顺序是( )图10A．同时被照亮B．A先被照亮C．C先被照亮D．无法判断(1)[2011·江苏物理卷] 【答案】 C【解析】火车上的观察者以火车为参考系，那么灯塔A、B、C均沿向CA方向运动．B 发出的光向A、C传播的过程中，A是远离光线运动，C是向着光线运动，所以在火车上的观察者看来，光线是先传播到C的，即C先被照亮，C正确．实验：测玻璃砖的折射率实验：用双缝干涉实验测量光的波长14．[2011·北京卷] 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S 1与S 2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14．[2011·北京卷] C 【解析】 由Δx ＝l d λ可知，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以增大双缝与屏之间的距离l 、减小双缝的距离d 或换用波长比绿光长的光．增大S 1和S 2的距离，即增大了双缝的距离d ，A 项错误．减小双缝屏与光屏之间的距离，即l 变小，B 项错误．红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，C 项正确，D 项错误．光学综合15．[2011·安徽卷] 实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随波长λ的变化符合科西经验公式：n ＝A ＋B λ2＋C λ4，其中A 、B 、C 是正的常量．太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如下图1－7所示．则( )图1－7A ．屏上c 处是紫光B ．屏上d 处是红光C ．屏上b 处是紫光D ．屏上a 处是红光【解析】 D 由科西经验公式可知，各色光波长λ越长，折射率n 越小．当太阳光进入三棱镜后发生色散，由光路图可知，a 光折射率最小，d 光折射率最大；故a 光波长最长，d 光波长最短；因此a 光是可见光中的红光，d 光是可见光中的紫光．故选项D 正确，选项A 、B 、C 错误．14．[2011·福建卷] 如图1－1所示，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 点射入玻图1－1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14．[2011·福建卷] C 【解析】 入射点由A 向B 缓慢移动时，入射角增加，折射光线减弱，反射光线增强，当入射角增大到临界角C 时，发生全反射，折射光线消失，反射光线最强．紫光折射率最大，由sin C ＝1n可知，紫光的临界角最小，紫光最容易发生全发射，最先消失．1.【2011·盐城模拟】电磁波与声波比较( )A ．电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质B ．由空气进入水中时，电磁波速度变小，声波速度变大C ．由空气进入水中时，电磁波波长变小，声波波长变大D ．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关1．ABC 【解析】 可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析，选项A 、B 均与事实相符，所以A 、B 项正确；根据λ＝v f，电磁波速度变小，频率不变，波长变小，声波速度变大，频率不变，波长变大，所以选项C 正确；电磁波在介质中的速度与介质有关，也与频率有关，所以选项D 错误．2．【2011·南京模拟】关于电磁波谱，下列说法中正确的是( )A ．红外线比红光波长长，它的热作用很强B ．X 射线就是伦琴射线C ．阴极射线是一种频率极高的电磁波D ．紫外线的波长比伦琴射线长，它的显著作用是荧光作用2．ABD 【解析】 在电磁波谱中，红外线的波长比可见光长，而红光属于可见光，故选项A 正确．阴极射线与电磁波有着本质不同，电磁波在电场、磁场中不偏转，而阴极射线在电场、磁场中会偏转，电磁波在真空中的速度是3×108 m/s ，而阴极射线的速度总是小于3×108m/s ，阴极射线的实质是高速电子流，故选项C 错误．X 射线就是伦琴射线，是高速电子流射到固体上产生的一种波长很短的电磁波，故B 项正确．紫外线的显著作用是荧光作用，而伦琴射线的显著作用是穿透作用，故选项D 正确．3．【2011·镇江模拟】对相对论的基本认识，下列说法正确的是( )A ．相对论认为：真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的B．爱因斯坦通过质能方程阐明了质量就是能量C ．在高速运动的飞船中的宇航员会发现飞船中的钟走得比地球上的快D ．我们发现竖直向上高速运动的球在水平方向上变扁了3．A 【解析】 爱因斯坦的质能方程阐明了质量和能量的相互联系，质量和能量是物体存在的两种形式，质量和能量是不同的概念，B 错误．再由相对论的基本原理可知，选项A 正确，C 、D 错误．4．【2011·湖北模拟】△OMN 为玻璃等腰三棱镜的横截面．a 、b 两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN ，在棱镜侧面OM 、ON 上反射和折射的情况如图X49－1所示．由此可知( )A ．棱镜内a 光的传播速度比b 光的小B ．棱镜内a 光的传播速度比b 光的大C ．玻璃棱镜对a 光的折射率比对b 光的大D ．玻璃棱镜对a 光的折射率比对b 光的小4．BD 【解析】 a 、b 两束光射到OM 、ON 上的入射角是相同的，由图可知b 光已发生全反射，而a 光仍有折射，说明b 光的全反射临界角比a 光的全反射临界角小，所以b 光的折射率大于a 光的折射率，即n b ＞n a ，故D 正确；在介质内的传播速度v ＝c n，所以棱镜内a 光的传播速度v a 比b 光的传播速度v b 大，故B 正确．5．【2011·锦州模拟】如图X49－2所示，半圆玻璃砖的半径R ＝10 cm ，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 上出现两个光斑．求两个光斑之间的距离L .5．【解析】 画出如图所示光路图，设折射角为r ，根据折射定律n ＝sin r sin i解得r ＝60°由几何知识得，△OPQ 为直角三角形，所以两个光斑PQ 之间的距离L ＝PA ＋AQ ＝R tan30°＋R tan60°解得L ＝4033cm 6．【2011·苏北模拟】(1)一台激光器发出一束单色光，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v ，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为多少？(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？6．【解析】 (1)由n＝c v ，sin C ＝1n ，则C ＝arcsin v c .(2)设激光束在光导纤维端面的入射角为i ，折射角为r ，折射光线射向侧面时的入射角为i ′，折射角为r ′，如图所示．由折射定律：n ＝sin i sin r， 由几何关系：r ＋i ′＝90°，则sin r ＝cos i ′.由全反射临界角的公式：sin i ′＝1n， cos i ′＝1－1n2， 要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i ＝r ′＝90°，sin i ＝1.故n ＝sin i sin r ＝sin i cos i ′＝11－1n2， 解得n ＝2，故光导纤维的折射率至少应为 2.7.【2011·杭州模拟】如图X29－5所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是( )图X29－5A ．红黄蓝紫B ．红紫蓝黄C ．蓝紫红黄D ．蓝黄红紫7．B 【解析】 双缝干涉条纹平行等距，且波长越大，条纹间距越大，红光波长大于蓝光波长，故第一幅图为红光，第三幅图为蓝光；单缝衍射条纹是中间宽两边窄的平行条纹，且波长越大，中央明纹越宽，黄光波长比紫光波长大，故第四幅图为黄光的衍射图样，第二幅为紫光的衍射图样．故B 正确．8．【2011·大连模拟】把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图X29－6所示，这时可以看到明暗相间的条纹．下面关于条纹的说法中正确的是( )图X29－6A ．干涉条纹的产生是由于光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果B ．干涉条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果C ．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D ．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧8．AC 【解析】 根据薄膜干涉的产生原理，上述现象是由空气劈尖膜前后表面反射的两列光叠加而成，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，所以A 项对，B 项错；因相干光是反射光，故观察薄膜干涉时，应在入射光的同一侧，故D 项错误；根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C项正确．9.【2011·锦州模拟】光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹9．D 【解析】通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹，是光的衍射现象，D不正确．10．【2011·扬州质检】下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的物理现象．请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗器械后面的空格上．(1)X光机__________．(2)紫外线灯____________．(3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好．这里的“神灯”是利用__________．A．光的全反射B．紫外线具有很强的荧光作用C．紫外线具有杀菌消毒作用D．X射线具有很强的贯穿力E．红外线具有显著的热效应F．红外线波长较长，易发生衍射10．(1) D (2)C (3)E【解析】 (1)X光机是用来透视人的体内器官的，因此需要具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造成太大的伤害的X射线，选择D.(2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外线的杀菌作用而非荧光作用，因此选择C.(3)“神灯”又称红外线灯，主要是用于促进局部血液循环，它利用的是红外线的热效应，使人体局部受热，血液循环加快，因此选择E.（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。