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1、专题十五光学,高考物理 (北京市专用),1.(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是() A.红光B.黄光 C.绿光D.紫光,A组自主命题北京卷题组,五年高考,答案D本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是蓝光,故只有D选项符合题意。,知识归纳色光中相关物理量的变化,2.(2017北京理综,18,6分)2017年年初,我国研制的“大连光源”极
2、紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)() A.10-21 JB.10-18 JC.10-15 JD.10-12 J,答案B本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=h=h=210-18 J,故选项B正确。,审题指
3、导题目信息提取 此题为新科技背景下的信息题,从题中提取有用信息,成为解答此题的关键,从题中应提取到如下有用信息:照射并使分子电离的激光波长为=100 nm=10-7m,照射不会把分子打碎,说明光子能量几乎全部用来使分子电离,所以只要计算激光脉冲光子能量即可。,3.(2014北京理综,20,6分,0.83)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负 值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上
4、表面射入,下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是( ),答案B折射线与入射线应位于法线的同一侧,故选项A、D错误。因为材料折射率n=-1,电磁波由空气进入介质时,sin =-sin(-),得=,则C项错。故正确选项为B。,4.(2013北京理综,14,6分,0.93)如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是() A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B.a光的频率大于b光的频率 C.在真空中a光的波长大于b光的波长 D.a光光子能量小于b光光子能量,答案B由光路图知,a光比b光的偏折程
5、度大,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,a光的频率大于b光的频率,A选项错误,B选项正确;光在真空中的波长=,故频率大的光波长短, C选项错误;光子能量E=h,为光的频率,故频率越大,光子能量越大,D选项错误。,考查点折射定律、折射率、色散、光的波长、频率和光子能量。,思路点拨由图中的折射情况先确定玻璃对a、b光的折射率关系,再确定a、b光的频率关系,进而由频率确定其他量的情况。,5.(2013北京理综,20,6分,0.53)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于
6、其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。 光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)(),A.U=-B.U=- C.U=2h-WD.U=-,答案B同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明
7、一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知:Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=-(n2),当n=2时,即为B选项,其他选项均不可能。,考查点光电效应。,思路点拨电子一次吸收的能量只能是一个光子能量的整数倍,本题中倍数n2。,B组统一命题、省(区、市)卷题组 考点一光的折射、全反射和色散,1.(2017天津理综,2,6分)明代学者方以智在阳燧倒影中记载:“凡宝石面凸,则光成一条,有数棱则必有一面五色”,表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色
8、光a、b,下列说法正确的是() A.若增大入射角i,则b光先消失 B.在该三棱镜中a光波长小于b光 C.a光能发生偏振现象,b光不能发生 D.若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,则a光的遏止电压低,答案D本题考查色散、全反射、偏振、光电效应。当增大入射角i时,两单色光在左侧界面的折射角增大,但在右侧界面的入射角均减小,故不会引起全反射,A错误。由图知三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率,而同种介质对频率越大的光折射率越大,故ab,B错误。偏振是横波所特有的现象,故a、b两光都能发生偏振,C错 误。由eUc=Ek=h-W可知,在照射同一光电管即W相同的条件下,a光波长长、频率低,故a
9、光的遏止电压Uc也低,D正确。,2.(2016四川理综,5,6分)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示,O是圆心,MN是法线,AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sin i-sin r图像如图乙所示。则() A.光由A经O到B,n=1.5 B.光由B经O到A,n=1.5 C.光由A经O到B,n=0.67 D.光由B经O到A,n=0.67,答案B图像斜率k=1,故光从光密介质射入,从光疏介质射出,其折射率n= =1.5,故B选项正确。,3.(2015安徽理综,18,6分)如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,
10、经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为。已知棱镜顶角为,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为(),A.B. C.D.,答案A由图可知,当出射角与入射角相等时,AB面上的折射角与AC面上的入射角相等,设为r, 由几何关系可知+=180,2r+=180,得=2r,而=2(i-r),得i=,由折射定律得n= ,选项A正确。,4.(2015四川理综,3,6分)直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图。a、b光相比() A.玻璃对a光的折射率较大 B.玻璃对a光的临界角较小 C.b光在玻
11、璃中的传播速度较小 D.b光在玻璃中的传播时间较短,答案C从光路图可以看出,a、b两束光的入射角相等,b光的折射角更小一些,由此可知nbna,A错误;由sin C=可知,玻璃对a光的临界角较大,B错误;由n=可知,b光在玻璃中的传播速度较 小,C正确;b光在玻璃中的传播速度较小,且它在玻璃中传播的距离较长,所以在玻璃中的传播时间较长,D错误。,5.(2014福建理综,13,6分)如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,下图能正确描述其光路的是(),答案A光束沿玻璃砖半径射向O点,在界面处入射角大于或等于临界角时,发生全反射,小于临界角时,在空气中的折射角大于入射角,A正
12、确,C错误;当光束由空气射向玻璃砖时,由发生全反射的条件可知B错误;在玻璃中的折射角应小于入射角,D错误。,6.(2013福建理综,14,6分)一束由红、紫两色光组成的复色光,从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是(),答案B光线通过玻璃三棱镜后应向底边偏折,可知C、D错误。光的频率越大,折射率越大,向底边偏折程度越大,光线在进入与射出两处都会发生不同程度的偏折,所以A错误、B正确。,7.2017课标,34(2),10分一直桶状容器的高为2l,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
13、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接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1。在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C,连接C、D,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,由折射定律有 n sin i1=sin r1 n sin i2=sin r2 由题意知r1+r2=90 联立式得n2= 由几何关系可知sin i1=,sin i2= 联立式得n=1.55,解题关键正确
14、画出光路图,由数学知识找出相关角的关系。,8.2017课标,34(2),10分如图,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射)。求该玻璃的折射率。,答案1.43,解析本题考查几何光学折射与反射。 如图,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行。这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射。 设光线在半球面的入射角为i,折射角为r。由折射定律
15、有 sin i=n sin r 由正弦定理有 = 由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i。由题设条件和几何关系有 sin i= 式中L是入射光线与OC的距离。由式和题给数据得 sin r=,由式和题给数据得 n=1.43,9.2017课标,34(2),10分如图,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 ()从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值; ()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。,答
16、案()R()R(或2.74R),解析本题考查全反射、折射、折射率、折射定律。 ()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iC时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离为l。 i=iC 设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有 n sin iC=1 由几何关系有 sin i= 联立式并利用题给条件,得 l=R,()设与光轴相距的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,由折射定律 有 n sin i1=sin r1 设折射光线与光轴的交点为C,在OBC中,由正弦定理有 = 由几何关系有 C=r1-i1 sin i1= 联立式及题给条件得 OC=R2.74R,10.2017江苏单科,12B(3)人的眼球可简化为如图所示的模型。折射率相同、半径不同的两个球体共轴。平行光束宽度为D,对称地沿轴线方向射入半径为R的小球,会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为,且D=R。求光线的会聚角。(示意图未按比例画出),答案30,解析由几何关系sin i=,解得i=45,则由折射定律=n,解得=30 且i=+,解得=30,友情
