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
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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 带入
5、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,所
7、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D
8、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,由几何知
10、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。 20
11、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是玻璃的折射
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