（山东专用）2020届高考物理一轮复习 专题十七 光学课件

专题十七光学高考物理(山东专用)A组山东省卷、课标Ⅰ卷题组五年高考考点一光的折射、全反射1.[2018课标Ⅰ,34(1),5分]如图,△ABC为一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出,其折射角为60°,则玻璃对红光的折射率为。若改用蓝光沿同一路径入射,则光线在D点射出时的折射角(填“小于”“等于”或“大于”)60°。 答案 大于3解析本题考查折射定律在三棱镜中的应用等知识。由题意知,θ1=60°,由几何关系知θ2=30°,由n= ,得n= 。由f蓝f红得n蓝n红,又因n= ,θ2相同,故θ1蓝θ1红,蓝光在D点射出时的折射角大于60°。 12sinsinθθ312sinsinθθ2.[2019课标Ⅰ,34(2),10分]如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°=0.8)。已知水的折射率为 。 (ⅰ)求桅杆到P点的水平距离;(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。43答案(ⅰ)7m(ⅱ)5.5m解析(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有 =tan53° ① =tanθ ②由折射定律有sin53°=nsinθ ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2 ④联立①②③④式并代入题给数据得x=7m⑤(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sini'=nsin45° ⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离11xh22xh为x2',则x1'+x2'=x'+x ⑦ =tani' ⑧ =tan45° ⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x'=(6 -3)m≈5.5m⑩11'xh22'xh23.[2015山东理综,38(2)]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。 答案 R22020sin1sin1niin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 ①设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得sinr0=  ②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=  ③00sinsinir22ARdR1n由几何关系得sinC=  ④设A、B两点间的距离为d,可得d=dB-dA ⑤联立①②③④⑤式得d= R ⑥22BBddR22020sin1sin1niin4.[2014山东理综,38(2)]如图,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。已知θ=15°,BC边长为2L,该介质的折射率为 。求: (ⅰ)入射角i;(ⅱ)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c,可能用到:sin75°= 或tan15°=2- )。26243答案(ⅰ)45°(ⅱ) L622c解析(ⅰ)根据全反射规律可知,光线在AB面上P点的入射角等于临界角C,由折射定律得 sinC=  ①代入数据得C=45° ②设光线在BC面上的折射角为r,由几何关系得r=30° ③由折射定律得n=  ④联立③④式,代入数据得i=45° ⑤1nsinsinir(ⅱ)在△OPB中,根据正弦定理得 =  ⑥设所用时间为t,光线在介质中的速度为v,得 =vt ⑦v=  ⑧联立⑥⑦⑧式,代入数据得t= L ⑨sin75OPsin45LOPcn622c5.[2017课标Ⅰ,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sini=nsinr ①由正弦定理有 =  ②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sini=  ③式中L是入射光线与OC的距离。由②③式和题给数据得sinr=  ④由①③④式和题给数据得sin2rRsin()irRLR6205n= ≈1.43 ⑤2.056.[2016课标Ⅰ,34(2),10分]如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为 。 (ⅰ)求池内的水深;(ⅱ)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字)。43答案(ⅰ)2.6m(ⅱ)0.7m解析(ⅰ)如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n= ,光线的折射角θ=90°。由折射定律有 nsini=sinθ ①由几何关系有sini=  ②式中,l=3m,h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得h= m≈2.6m③(ⅱ)设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为4322llh7θ'=45°。由折射定律有nsini'=sinθ' ④式中,i'是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系有sini'=  ⑤x+l=a+h' ⑥式中h'=2m。联立③④⑤⑥式得x= m≈0.7m⑦22aah73123解题关键几何光学一定要注意几何关系的应用,关键是要根据题意,画出正确的光路图,根据光路图找出需要的各种几何关系,比如本题中的sini= 、sini'= 、x+l=a+h'等。22llh22aah7.[2013山东理综,37(2)]如图所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率n= ,AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°。2①求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向。②第一次的出射点距Ccm。答案见解析解析①设发生全反射的临界角为C,由折射定律得sinC= 代入数据得C=45°光路图如图所示,由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°,均发生全反射。设光线在CD边的入射角为α,折射角为β,由几何关系得α=30°,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD边,由折射定律得n= 代入数据得1nsinsinβαβ=45°②由于AO=2cm,AB=BC=8cm,由几何关系得AE=BE=BF=CF=4cm,所以CG=CFtan30°= cm4338.[2012山东理综,37(2)]如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,求①玻璃的折射率。②球心O到BN的距离。答案① ② R333解析①设光线BM在M点的入射角为i,折射角为r,由几何知识可知,i=30°,r=60°,根据折射定律得n=  ①代入数据得n=  ②②光线BN恰好在N点发生全反射,则∠BNO为临界角CsinC=  ③设球心O到BN的距离为d,由几何知识可知d=RsinC ④联立②③④式得d= R ⑤sinsinri31n33考点二光的干涉、衍射、偏振9.[2015课标Ⅰ,34(1),5分,0.253]在双缝干涉实验中,分别用红色和绿色的激光照射同一双缝,在双缝后的屏幕上,红光的干涉条纹间距Δx1与绿光的干涉条纹间距Δx2相比,Δx1Δx2(填“”、“=”或“”)。若实验中红光的波长为630nm,双缝与屏幕的距离为1.00m,测得第1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm,则双缝之间的距离为mm。答案(2分)0.300(3分)解析根据公式Δx= λ,红光波长大于绿光波长,因此Δx1Δx2。根据题意,相邻亮条纹间距Δx= mm=2.1mm,所以d= =3.00×10-4m=0.300mm。ld10.561lλx考点三电磁波、相对论B组课标Ⅱ、Ⅲ及其他省(区、市)卷题组考点一光的折射、全反射1.[2015课标Ⅱ,34(1),5分,0.372](多选)如图,一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为θ,经折射后射出a、b两束光线。则。 A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距答案ABD从光路图看,入射角相同,a光的折射角较大,所以玻璃砖对a光的折射率较大,a光的频率较大,波长较短,B正确,C不正确;根据n= 知vavb,A正确;随着入射角增大,a光的折射角先达到90°,D正确;在同一个双缝干涉实验装置上做实验,由Δx= λ知光的波长越长,干涉条纹间距越大,E错误。cvld思路点拨①光线由玻璃射向空气中发生折射,是由光密介质到光疏介质,则在入射角相同的情况下,折射角越大,折射率n越大,频率越高,又因为c=fλ,则波长越小。②n= ,n不变,i随θ增大而增大,a光首先消失。③据Δx= λ判断干涉条纹间距。sinsiniθld2.[2019天津理综,9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材有:玻璃砖,大头针,刻度尺,圆规,笔,白纸。①下列哪些措施能够提高实验准确程度。A.选用两光学表面间距大的玻璃砖B.选用两光学表面平行的玻璃砖C.选用粗的大头针完成实验D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四枚大头针扎下的孔洞如下图所示,其中实验操作正确的是。 ③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹,以入射点O为圆心作圆,与入射光线、折射光线分别交于A、B点,再过A、B点作法线NN'的垂线,垂足分别为C、D点,如图所示,则玻璃的折射率n=。(用图中线段的字母表示) 答案①AD②D③ ACBD解析本实验考查光学中测定玻璃折射率的操作方法、误差分析、数据处理,培养考生的实验能力,体现实验探究中证据、解释的素养要素。①所用玻璃砖两表面是否平行,与提高实验精确度无关,故B错。选用细的大头针有利于提高精确度,故C错。所用玻璃砖两表面及插在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些,可以减小测量的相对误差,故A、D均正确。②利用平行玻璃砖做本实验时,入射光线进入玻璃砖后折射光线靠近法线,而穿出玻璃砖的光线与入射光线平行,故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小段距离。故A、B、C错误,D正确。③由折射率的定义式可知,n= = = 。sinsinAOCBODACAOBDBOACBD方法技巧测定玻璃的折射率实验中处理数据的方法是转化法,将角度的测量巧妙地转化为长度的测量,既便于测量,又可以提高实验的精确度,妙哉!3.[2019课标Ⅲ,34(2),10分]如图,直角三角形AB