2020高考物理單元卷 光的折射、全反射 光的波動性

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1、 第六模塊 第13章 第1單元 一、選擇題 1．(2020年福建卷)光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是 (　　) A．用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象 B．用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現(xiàn)象 C．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象 D．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 解析：用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用薄膜干涉的原理，故選項A錯；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的色散，故選項B錯；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射，故選項C錯；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象

2、．選項D對． 答案：D 圖22 2．把一平行玻璃板壓在另一個平行玻璃板上，一端用薄片墊起，構(gòu)成空氣劈尖，讓單色光從上方射入，如圖22所示，這時可以看到亮暗相間的條紋．下面關(guān)于條紋的說法中正確的是 (　　) A．干涉條紋的產(chǎn)生是由于光在空氣劈尖膜的前后兩表面反射形成的兩列光波疊加的結(jié)果 B．干涉條紋中的暗紋是由于上述兩列反射光的波谷與波谷疊加的結(jié)果 C．將上玻璃板平行上移，條紋向著劈尖移動 D．觀察薄膜干涉條紋時，應(yīng)在入射光的另一側(cè) 解析：根據(jù)薄膜干涉的產(chǎn)生原理，上述現(xiàn)象是由空氣膜前后表面反射的兩列光疊加而成，當(dāng)波峰與波峰、波谷與波谷相遇疊加時，振動加強，形成亮條紋，所以A

3、項對B項錯； 因相干光是反射光，故觀察薄膜干涉時，應(yīng)在入射光的同一側(cè)，故D項錯誤； 根據(jù)條紋的位置與空氣膜的厚度是對應(yīng)的，當(dāng)上玻璃板平行上移時，同一厚度的空氣膜向劈尖移動，故條紋向著劈尖移動，故C項正確． 答案：AC 圖23 3．(2020年浙江卷)如右圖23所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點．已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為邊AB、BC的中點，則 (　　) A．該棱鏡的折射率為 B．光在F點發(fā)生全反射 C．光從空氣進入棱鏡，波長變小 D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行 解析：由幾何關(guān)系可知，入射角θ

4、1＝60°，折射角θ2＝30°.由折射定律n＝＝＝，A選項正確；在BC界面上，入射角為30°，臨界角的正弦值為sinC＝＝＞sin30°，即C＞30°，所以在F點，不會發(fā)生全反射，B選項錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率f不變，波速v減小，所以λ＝減小，C選項正確；由上述計算結(jié)果，作出光路圖，可知D選項錯誤． 答案：AC 4．如圖24所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光各自通過同一個雙縫干涉儀器形成的干涉圖樣以及黃光、紫光各自通過同一個單縫形成的衍射圖樣(灰黑色部分表示亮紋)．則在下面的四個圖中從左往右排列，亮條紋的顏色依次是 (　　) 圖24 A．紅黃藍紫 B．紅紫藍黃 C

5、．藍紫紅黃 D．藍黃紅紫 解析：雙縫干涉條紋平行等距，且波長越大，條紋間距越大，而紅光波長大于藍光波長，故第一幅圖為紅光，第三幅圖為藍光；又由于黃光波長比紫光波長大，故第四幅圖為黃光的衍射圖樣，第二幅為紫光的衍射圖樣．故B正確． 答案：B 圖25 5．(2020年全國卷)一玻璃磚橫截面如圖25所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫出)，AB為直角邊，∠ABC＝45°，ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點．此玻璃的折射率為1.5.P為一貼近玻璃磚放置的、與AB垂直的光屏．若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則 (　　) A．從BC邊折射出一束寬度與BC邊

6、長度相等的平行光 B．屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AB邊的長度 C．屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長度 D．當(dāng)屏向遠離玻璃磚的方向平行移動時，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大 解析：設(shè)光在玻璃磚BC面與AC弧面上的臨界角為C，則有sinC＝＝，顯然C＜45°，故可知光將在整個BC面上發(fā)生全反射，也會在AC弧面上靠近A點和C點附近區(qū)域發(fā)生全反射．D點附近的射出光線形成會聚光束照到光屏P上．由以上分析可知B、D選項正確． 答案：BD 二、填空題 6．(2020年上海卷)光強傳感器對接收到的光信號會產(chǎn)生衰減，且對于不同波長的光衰減程度不同，可以用φ表示衰減程度，其定義為輸出強度與輸入強度之

7、比，即φ＝I出/I入，圖26表示φ與波長λ之間的關(guān)系．當(dāng)用此傳感器分別接收A、B兩束光時，傳感器的輸出強度正好相同，已知A光的波長λA＝625 nm，B光由λB1＝605 nm和λB2＝665 nm兩種單色光組成，且這兩種單色光的強度之比IB1∶IB2＝2∶3.由圖可知φA＝________；A光強度IA與B光強度IB之比為__________． 圖26 解析：由圖26可知，當(dāng)λA＝625 nm時，φA＝0.35，根據(jù)傳感器輸出強度相同可得：φA·IA＝φB1·IB＋φB2·IB，可求出IA∶IB＝27∶35. 答案：0.35　27∶35 三、計算題 7．S1、S2為兩個相干光源

8、，發(fā)出的光的頻率為7.5×1014Hz，光屏上A點與S1、S2的光程差為1.8×10－6m. (1)若S1、S2的振動步調(diào)完全一致，則A點出現(xiàn)什么條紋？ (2)若S1、S2的振動步調(diào)完全相反，則A點出現(xiàn)什么條紋？ 解析：(1)由λ＝得λ＝m＝4×10－7m?。剑?.5，即路程差為半波長的奇數(shù)倍，若S1、S2的振動步調(diào)完全相同，則A點出現(xiàn)暗條紋． (2)若S1、S2的振動步調(diào)完全相反，則路程差為半波長的奇數(shù)倍時應(yīng)為加強點，A點出現(xiàn)亮條紋． 答案：(1)暗條紋　(2)亮條紋 圖27 8．(2020年山東淄博)如圖27所示是用于某光學(xué)儀器中的一種折射率n＝1.5的棱鏡．現(xiàn)有一束光線

9、沿MN的方向射到棱鏡的AB界面上，入射角的正弦值sini＝0.75.求光在棱鏡中傳播的速率及此束光線射出棱鏡后的方向(不考慮返回到AB面上的光線)． 圖28 解析：由v＝得 v＝2×108m/s 由＝n得sinr＝sini＝0.5，r＝30° 由sinC＝＝＜，可知C＜45° 而光線在BC面的入射角θ＝45°＞C，故光線在BC面上發(fā)生全反射后，垂直AC面射出棱鏡． 答案：2×108 m/s　垂直AC面射出棱鏡 9．光纖通信是70年代以后發(fā)展起來的新興技術(shù)，世界上許多國家都在積極研究和發(fā)展這種技術(shù)．發(fā)射導(dǎo)彈等，可在導(dǎo)彈后面連一根細如蛛絲的光纖，就像放風(fēng)箏一樣，這種纖細的光纖在

10、導(dǎo)彈和發(fā)射裝置之間，起著雙向傳輸信號的作用．光纖制導(dǎo)的下行光信號是鎵鋁砷激光器發(fā)出的在纖芯中波長為0.85μm的單色光．用上行光信號是銦鎵砷磷發(fā)光二極管發(fā)射的在纖芯中波長為1.06μm的單色光．這樣操縱系統(tǒng)通過這根光纖向?qū)棸l(fā)出控制指令，導(dǎo)彈就如同長“眼睛”一樣盯住目標(biāo)．根據(jù)以上信息，回答下列問題： (1)在光纖制導(dǎo)中，上行光信號在真空中波長是多少？ (2)為什么上行光信號和下行光信號要采用兩種不同頻率的光？(已知光纖纖芯的折射率為1.47) 解析：(1)設(shè)信號頻率為f，真空中的波長為λ0，c＝λ0f，光在纖芯中的頻率仍為f，波長為λ，則光在纖芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出： λ

11、0＝nλ＝1.47×1.06μm＝1.56μm. (2)上行光信號和下行光信號的頻率相同，將發(fā)生干涉現(xiàn)象而互相干擾． 答案：(1)1.56μm (2)頻率相同，將發(fā)生干涉現(xiàn)象而互相干擾 圖29 10．如圖29所示，一束截面為圓形(半徑R)的平行復(fù)色光垂直射向一玻璃半球的平面，經(jīng)折射后在屏幕S上形成一個圓形彩色亮區(qū)．已知玻璃半球的半徑為R，屏幕S至球心的距離為D(D＞3R)，不考慮光的干涉和衍射，試問： (1)在屏幕S上形成的圓形亮區(qū)的最外側(cè)是什么顏色？ (2)若玻璃半球?qū)?1)中色光的折射率為n，請你求出圓形亮區(qū)的最大半徑． 圖30 解析：(1)紫光 (2)如下圖3

12、0，紫光剛要發(fā)生全反射時的臨界光線射在屏幕S上的點D到亮區(qū)中心E的距離r就是所求最大半徑．設(shè)紫光臨界角為C，由全反射的知識：sinC＝ 所以cosC＝ tanC＝，OB＝R/cosC＝ r＝(D－OB)/tanC＝D－nR. 答案：(1)紫光　(2)D－nR 圖31 11．如圖31表示某雙縫干涉的實驗裝置，當(dāng)用波長為0.4μm的紫光做實驗時，由于像屏大小有限，屏上除中央亮條紋外，兩側(cè)只看到各有3條亮條紋，若換用波長為0.6μm的橙光做實驗，那么該像屏上除中央條紋外，兩側(cè)各有幾條亮條紋？ 解析：設(shè)用波長為0.4 μm的光入射，條紋寬度為Δx1，則Δx1＝λ1，屏上兩側(cè)各有3條亮

13、紋，則屏上第三條亮紋到中心距離為3Δx1. 用0.6μm光入射，設(shè)條紋寬度為Δx2，則Δx2＝λ2，設(shè)此時屏上有x條亮紋，則有xΔx2＝3Δx1 ∴x＝λ2＝3λ1 代入數(shù)據(jù)解之得x＝2，∴兩側(cè)各有2條亮紋． 答案：2 圖32 12．如圖32所示，巡查員站立于一空的貯液池邊，檢查池角處出液口的安全情況．已知池寬為L，照明燈到池底的距離為H，若保持照明光束方向不變，向貯液池中注入某種液體，當(dāng)液面高為時，池底的光斑距離出液口. (1)試求此種液體的折射率n＝__________. (2)試求當(dāng)液面高為H時，池底的光斑到出液口的距離x. 解析：(1)如圖33所示，sinθ1＝， 圖33 sinθ2＝. 由n＝可得：n＝ (2)當(dāng)液面高為H時，由于液體的折射率n和入射角θ1不變，可得：n＝ sinθ′2＝(式中L′為光線在液面的入射點與出液口的水平距離) 而＝，以上三式聯(lián)立可求出：x＝. 答案：(1)　(2)