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1、专题十五 光学,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”极紫
2、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 J B.10-18 J C.10-15 J D.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
3、,故选项B正确。,审题指导 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
4、平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,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
5、于b光光子能量,答案 B 由光路图知,a光比b光的偏折程度大,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
6、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-W D.U=
7、 -,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
8、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
9、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
10、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,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
11、)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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、 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
