《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习文档：第15单元 光学 电磁波 相对论 听课答案.doc

第十五单元光学电磁波相对论第37讲光的折射、全反射【教材知识梳理】一、1.改变2.(1)两侧折射角的正弦二、1.入射角的正弦折射角的正弦2.3.1三、1.入射角2.光密光疏大于或等于3.4.光导纤维四、1.单色光黄蓝2.有序辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()【考点互动探究】考点一例1150解析设球半径为R,球冠底面中心为O,连接O、O,则OOAB.令OAO=,有cos=即=30由题意MAAB所以OAM=60设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i、折射角为r,在N点的入射角为i,反射角为i,玻璃折射率为n.由于OAM为等边三角形,有i=60由折射定律有sini=nsinr代入题给条件n=得r=30作底面在N点的法线NE,由于NEAM,有i=30根据反射定律,有i=30连接O、N,由几何关系知MANMON,故有MNO=60则ENO=30于是ENO为反射角i,NO为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.所以,经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为=180-ENO=150变式题1(1)(2)没有分析过程解析(1)光路图如图所示,图中N点为光线在AC边发生反射的入射点,设光线在P点的入射角为i、折射角为r,在M点的入射角为r、折射角依题意也为i,有i=60由折射定律有sini=nsinrnsinr=sini联立得r=rOO为过M点的法线,C为直角,OOAC.由几何关系有MNC=r由反射定律可知PNA=MNC联立得PNA=r由几何关系得r=30联立得n=(2)设在N点的入射角为i,由几何关系得i=60此三棱镜的全反射临界角满足nsinc=1联立得i>c此光线在N点发生全反射,三棱镜的AC边没有光线透出.变式题2(1)60(2)n<2解析(1)光线在BC面上折射,由折射定律有sini1=nsinr1式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角.光线在AC面上发生全反射,由反射定律有i2=r2式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角.光线在AB面上发生折射,由折射定律有nsini3=sinr3式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角.由几何关系得i2=r2=60,r1=i3=30F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为=(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3)由式得=60(2)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有nsini2nsinC>nsini3式中C是全反射临界角,满足nsinC=1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n<2考点二例2ABD解析a光的折射角更大,则玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度,在真空中,a光的波长小于b光的波长,A、B正确,C错误;玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,a光的临界角小,改变光束的入射方向使角变大,则折射光线a首先消失,D正确;a光的波长小于b光的波长,通过同一双缝干涉实验装置,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,E错误.变式题C解析由a、b的光路图知b光在玻璃球中偏离入射方向的程度大,故b光折射率较大,由公式n=,sinC=知A、B错误,C正确;b光在玻璃中的速度小,路程大,故b光在玻璃中传播的时间长,D错误.考点三例3(1)如图所示(2)1.53(1.501.56均可)(3)A解析(1)如图所示.(2)用量角器测出入射角i与折射角r,根据折射定律n=得出结果;或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形,然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度,进一步计算出正弦值,再代入折射定律公式即可.(3)由图可知,由于入射光线比较靠近玻璃砖的右边,经过上表面折射后,再经过右侧面折射出来,故应该通过A点.变式题(1)偏大(2)减小光线AO的入射角解析(1)折射率n=,玻璃砖的底边aa与x轴未重合而向y>0方向侧移了一些,导致测量的x2偏大,x1不变,所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大.(2)在y<0的区域内,从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2,说明光线AO在界面aa上发生了全反射,应该减小光线AO的入射角.例4(1)不变(2)偏小(3)不受影响解析(1)玻璃砖平移以后,测量的折射角不变,入射角相同,故测得的折射率将不变.(2)乙同学的操作使入射角相同,所画出的折射角比实际折射角偏大,由n=知,测得的折射率偏小.(3)同样可根据入射光线和出射光线确定玻璃砖内折射光线,从而确定入射角和折射角,只要第二个界面不发生全反射即可,测出的折射率不受影响.变式题(1)1.73(2)P4(3)1解析(1)根据折射定律n=,题中1=60,2=AOF=30,所以n=1.73.(2)在入射角相同的情况下,图中P4对应的折射角大于P3所对应的折射角,所以P4对应的折射率大.(3)因A、O、K在一条直线上,入射角等于折射角,所以K处对应的折射率应为1.1.图37-1为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.图37-1(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件;(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.答案(1)sini(2)解析(1)设光线在端面AB上C点的入射角为i,折射角为r,如图37-2所示.图37-2由折射定律有sini=nsinr设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有式中,是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足nsin=1由几何关系得+r=90联立得sini(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v=光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz=vsin光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T=光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长,联立得Tmax=2.一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图37-3所示.玻璃的折射率为n=.图37-3(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?(2)一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置.答案(1)R(2)略解析(1)在O点左侧,设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角,则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出,如图37-4所示,由全反射条件有sin=图37-4由几何关系有OE=Rsin由对称性可知,若光线都能从上表面射出,光束的宽度最大为l=2OE联立解得l=R(2)设光线在距O点R的C点射入后,在上表面的入射角为,由几何关系和已知条件得=60>光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图37-5所示,由反射定律和几何关系得OG=OC=R图37-5射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出.3.2015江苏卷人造树脂是常用的眼镜镜片材料.如图37-6所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点.已知光线的入射角为30,OA=5cm,AB=20cm,BP=12cm,求该人造树脂材料的折射率n.图37-6答案(或1.5)解析设折射角为,由折射定律得sin30=nsin,由几何关系知sin=且OP=解得n=(或n1.5).4.2015海南卷一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图37-7所示,已知玻璃的全反射临界角为(<).与玻璃砖的底平面成(-)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上.经柱面折射后,有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出.若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光,求底面透光部分的宽度.图37-7答案5.2015山东卷半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO的截面如图37-8所示.位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出.当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射.求A、B两点间的距离.图37-8答案R解析当光线在O点的入射角为i0时,设折射角为r0,由折射定律得=n设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得sinr0=图37-9若折射光线恰好发生全反射,则在B点的入射角恰好为临界角C,设B点与左端面的距离为dB,由折射定律得sinC=由几何关系得sinC=设A、B两点间的距离为d,可得d=dB-dA联立解得d=R6.Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉.电子显微镜下鳞片结构的示意图如图37-10所示.一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射.设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h.取光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t.图37-10答案c+解析设光在鳞片中的折射角为,根据折射定律有sini=nsin在鳞片中传播的路程l1=传播速度v=传播时间t1=解得t1=同理,在空气中的传播时间t2=则t=t1+t2=+.第38讲光的波动性电磁波相对论【教材知识梳理】一、1.亮暗2.相等3.白色亮彩色二、1.偏离2.差不多还小3.(3)泊松三、1.一切方向2.特定3.横四、1.电场磁场2.电磁场横3108f3.频率波长可见光五、1.相同2.相同辨别明理(1)()(2)()(3)()(4)()(5)()(6)()(7)()(8)()(9)()【考点互动探究】考点一例1(1)暗条纹(2)亮条纹(3)见解析解析(1)设A光在空气中波长为1,在介质中波长为2,由n=可得1=n2=1.5410-7m=610-7m根据路程差x=2.110-6m所以N1=3.5由此可知,从S1和S2到P点的路程差x是A光波长1的3.5倍,所以P点为暗条纹.(2)根据临界角与折射率的关系得sinC=解得n=由此可知,B光在空气中波长3为3=n介=3.1510-7m=5.2510-7m所以N2=4可见,用B光做“双缝干涉”实验,P点为亮条纹.(3)光屏上仍出现明、暗相间的条纹,但中央条纹最宽最亮,两边条纹变窄变暗.变式题A解析白光包含各种颜色的光,它们的波长不同,在相同条件下做“双缝干涉”实验时,它们的干涉条纹间距不同,所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹.考点二例2(1)EDB(2)放置单缝、双缝时,必须使缝平行单缝、双缝间的距离要适当解析(1)滤光片E可以从白光中选出单色红光,单缝D是获取线光源,双缝B是获得相干光源,最后成像在毛玻璃屏A上.所以排列顺序为:C、E、D、B、A.(2)在操作步骤时应注意的事项有:放置单缝、双缝时,必须使缝平行;单缝、双缝间的距离要适当;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上.变式题(1)A(2)变宽变窄解析(1)双缝干涉图样是平行且等宽的明暗相间的条纹,A图正确.(2)根据x=知,双缝间的距离d减小时,干涉条纹间距变宽;当双缝到屏的距离l减小时,干涉条纹间距变窄.例3>0.300解析双缝干涉条纹间距x=,红光波长较长,所以红光的双缝干涉条纹间距较大,即x1>x2.根据题中数据可得条纹间距x=2.1mm=2.110-3m,根据x=可得d=m=3.0010-4m=0.300mm.变式题(1)AD(2)0.700(3)大于解析(1)为了获得清晰的干涉条纹,A正确.由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行,B错误.干涉条纹的间距x=与单缝宽度无关,C错误,D正确.(2)手轮的读数为0.5mm+20.00.01mm=0.700mm.(3)条纹与分划板不平行时,实际值x实=x测cos,为条纹与分划板间的夹角,故x实<x测.考点三1.BD解析该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理,若最亮,说明干涉加强,路程差x=n(n=0,1,2,),由于t1和t2两温度为连续变化,且出现两次最亮,所以两次路程差为一个波长,t1到t2过程中,A的高度应增加半个波长.2.ACD解析光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失,增加透射光的强度,选项A正确;根据光的干涉理论,增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的,选项B错误,选项C正确;增透膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的,使从镜头反射的绿光干涉相消,而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱,所以看上去呈淡紫色,选项D正确.涂有增透膜的镜头,只能抵消某种色光的反射光线,选项E错误.3.AC解析楔形空气层的上、下两个表面反射的两列光波发生干涉,空气层厚度相同的地方,两列波的路程差相同,故如果被测表面是平的,干涉条纹就是一组平行的直线,当劈角增大为时,相邻的条纹由A、C处左移至A、C处,设CD-AB=s,则CD-AB=s,故AC=,AC=,因为>,所以AC>AC,故劈角变大时,条纹变密,A正确,B错误;同理,当上玻璃板平行上移时,条纹向着劈尖移动,但间距不变,C正确,D错误.4.AC解析干涉现象是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的,A正确,B错误.由于凸透镜的下表面是圆弧面,所以形成的薄膜厚度不是均匀变化的,形成不等间距的干涉条纹,C正确,D错误.考点四1.BD解析自然光沿各个方向发散是均匀分布的,通过偏振片后,透射光是只沿着某一特定方向振动的光.从电灯直接发出的光为自然光,A错误;它通过A偏振片后,即变为偏振光,B正确;设通过A的光沿竖直方向振动,P点无光亮,则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光,将B转过180后,P处仍无光亮,C错误;若将B转过90,则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片,则偏振光能通过B,即在P处有光亮,D正确.2.D解析当孔足够大时,由于光的直线传播,所以屏上首先出现的是三角形光斑,之后随着孔的继续缩小,出现小孔成像,成的是太阳的像,故为小圆形光斑,随着孔的进一步缩小,当尺寸与光波波长相当时,出现明暗相间的衍射条纹,最后随孔的闭合而全部消失,所以只有D正确.3.C解析根据干涉和衍射的条件,两块玻璃板间的空气层形成薄膜干涉,日光灯发出的光通过狭缝会发生衍射现象.4.衍射小于解析A中出现明暗相间的条纹,B中出现圆形亮斑.只有孔的尺寸比光波波长小或跟光波波长相差不多时,才能发生明显的衍射现象.图A是光的衍射图样,所以图A对应的圆孔的孔径比图B所对应的圆孔的孔径小.图B的形成可以用光的直线传播解释.考点五1.BCD解析在均匀变化的电场周围产生恒定的磁场,在均匀变化的磁场周围产生恒定的电场,选项A错误;发射电磁波时必须采用高能量且要有尽可能大的空间传播电磁波,选项B正确;干涉和衍射是波的特性,机械波、电磁波都是波,这些特性都具有,选项C正确;机械波是机械振动在介质中传播形成的,所以机械波的传播需要介质,而电磁波是交替变化的电场和磁场由近及远的传播形成的,所以电磁波传播不需要介质,选项D正确;电磁波既可以在真空中传播,也可以在介质中传播,选项E错误.2.AC解析无线电波的波长长,易发生明显的衍射现象,A正确.紫外线的频率比可见光高,B错误.X射线和射线的波长比较短,穿透能力比较强,C正确.任何物体都能辐射红外线,D错误.不同频率的电磁波在真空中传播速度相同,E错误.3.ABC解析电磁波在真空中传播速度不变,与频率无关,选项A正确;电磁波由周期性变化的电场和变化的磁场互相激发得到,选项B正确;电磁波传播方向与电场方向、磁场方向均垂直,选项C正确;光是一种电磁波,光可在光导纤维中传播,选项D错误;电磁波具有能量,电磁振荡停止后,已形成的电磁波仍会在介质或真空中继续传播,选项E错误.4.ABC解析根据狭义相对论的速度变换公式可知,光速是物体的极限速度,选项A正确;由质量相对性、长度相对性和时间间隔的相对性可知,选项B、C均正确;光速为极限速度,任何速度都不能超过真空中的光速,选项D错误.5.B解析根据狭义相对论,在静止的观察者看来,沿自身长度方向运动的杆缩短.而光速相对于任何惯性系来说总是不变,故选项B正确.图38-11.某同学用单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到如图38-1甲所示的条纹,仅改变一个实验条件后,观察到的条纹如图乙所示.他改变的实验条件可能是()A.减小光源到单缝的距离B.减小双缝之间的距离C.减小双缝到光屏之间的距离D.换用频率更高的单色光源解析B根据x=知,要使条纹间距变大,可减小双缝之间的距离,增大光的波长(即降低光的频率)或增大双缝到屏的距离,故只有B正确.2.电磁波已广泛运用于很多领域.下列关于电磁波的说法符合实际的是()A.电磁波不能产生衍射现象B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同解析C衍射现象是波的特有现象,A错误;常用的遥控器通过发出红外线脉冲信号来遥控电视机,B错误;遥远天体和地球的距离发生变化时,遥远天体发出的电磁波由于相对距离发生变化而出现多普勒效应,所以能测出遥远天体相对地球的运动速度,C正确;光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值是相同的,即光速不变原理,D错误.3.下列电磁波中,波长最长的是()A.无线电波B.红外线C.紫外线D.射线解析A根据电磁波谱,波长由长到短的排列顺序是无线电波、红外线、紫外线、射线,选项A正确.4.关于生活中遇到的各种波,下列说法正确的是()A.电磁波可以传递信息,声波不能传递信息B.手机在通话时涉及的波既有电磁波又有声波C.太阳光中的可见光和医院“B超”中的超声波传播速度相同D.遥控器发出的红外线波长和医院“CT”中的X射线波长相同解析B电磁波和声波均能传递信息,A错误;手机信号的传送由电磁波完成,通话过程中有声波,B正确;太阳光的可见光是光波,属电磁波,而“B超”中的超声波是机械波,传播速度不同,C错误;红外线波长比X射线波长长,D错误.5.用双缝干涉测光的波长的实验装置如图38-2甲所示,已知单缝与双缝的距离L1=60mm,双缝与光屏的距离L2=700mm,单缝宽d1=0.10mm,双缝间距d2=0.25mm.甲图38-2(1)分划板的中心刻线分别对准第1条和第4条亮条纹的中心时,手轮上的示数如图乙所示,则对准第1条时示数x1=mm,对准第4条时示数x2=mm,相邻两条亮条纹间的距离x=mm.(2)计算波长的公式=;求得的波长是(保留三位有效数字)nm.答案(1)2.1907.8691.893(2)x676解析(1)对准第1条时示数x1=(2+0.0119.0)mm=2.190mm,对准第4条时示数x2=(7.5+0.0136.9)mm=7.869mm,相邻两条亮条纹间的距离x=1.893mm.(2)由干涉条纹间距x=可得,波长=x=6.7610-7m.