平行玻璃中的光學(xué)問(wèn)題

1、 平行玻璃磚中的光學(xué)問(wèn)題 2012高考光學(xué)實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)及2013復(fù)習(xí)啟示周紅衛(wèi)（寧波萬(wàn)里國(guó)際學(xué)校 315040）摘要：每年的高考試題均呈現(xiàn)出了一定的熱點(diǎn)，對(duì)這些熱點(diǎn)的研究，能夠更好地為下年的高考復(fù)習(xí)做好更加充分的準(zhǔn)備。2012年的光學(xué)實(shí)驗(yàn)試題就是一個(gè)熱點(diǎn)，本文就光線通過(guò)平行玻璃磚后的情形做了詳細(xì)的分析，一邊更好的為高考復(fù)習(xí)做好準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：平行玻璃磚 光線2012年的高考后，各省市的實(shí)驗(yàn)試題呈現(xiàn)出了一定的熱點(diǎn)效應(yīng)，但考察的又都是實(shí)驗(yàn)操做的基本能力和數(shù)據(jù)及誤差分析的基本功。本文就幾何光學(xué)中的有關(guān)玻璃磚問(wèn)題給予分析總結(jié)，以便后期教學(xué)帶來(lái)方便。 一 2012高考典型試題圖1 試題1 (江蘇卷）“測(cè)定玻璃

2、的折射率冶實(shí)驗(yàn)中,在玻璃磚的一側(cè)豎直插兩個(gè)大頭針A、B,在另一側(cè)再豎直插兩個(gè)大頭針C、D. 在插入第四個(gè)大頭針D 時(shí),要使它 _. 圖1是在白紙上留下的實(shí)驗(yàn)痕跡,其中直線a、a憶是描在紙上的玻璃磚的兩個(gè)邊. 根據(jù)該圖可算得玻璃的折射率n = _. (計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 試題2（重慶卷）如圖2所示為光學(xué)實(shí)驗(yàn)用的長(zhǎng)方體玻璃磚，它的_面不能用手直接接觸。磨砂面光學(xué)面磨砂面abcde玻璃磚圖2在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)繪出的玻璃磚和三個(gè)針孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像，但最后一個(gè)針孔的位置不同，分別為d、e兩點(diǎn)，如圖所示，計(jì)算折射率時(shí)，

3、用_(填“d”或“e”)得到的值較小，用_(填“d”或“e”)點(diǎn)得到的值誤差較小。 試題3（浙江卷）“測(cè)定玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，如圖3，某同學(xué)經(jīng)正確操作插好了4枚大頭針，如圖甲所示。(1)在圖中畫(huà)出完整的光路圖；(2)對(duì)你畫(huà)出的光路圖進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，求得該玻璃磚的折射率n=_(保留3位有效數(shù)字)；(3)為了觀測(cè)光在玻璃不同表面的折射現(xiàn)象，某同學(xué)做了兩次實(shí)驗(yàn)，經(jīng)正確操【本資料高考網(wǎng)、中考網(wǎng)；教學(xué)網(wǎng)為您提供最新最全的教學(xué)資源?！孔鞑搴昧?枚大頭針，如圖乙所示。圖中P1和P2是同一入射光線上的2枚大頭針，其對(duì)應(yīng)出射光線上的2枚大頭針是P3和_(填“A”或“B”)。P1P2P3乙AB甲圖3 光過(guò)平行玻

4、璃磚后發(fā)生一定的變化，但是進(jìn)入和射出相比，入射光線和出射光線平行且有適當(dāng)側(cè)移。在此基礎(chǔ)上，有幾個(gè)問(wèn)題我們需要分析研究，以便形成更加清晰的認(rèn)識(shí)。 二 有關(guān)平行玻璃磚中的光學(xué)問(wèn)題研究 1 關(guān)于側(cè)移的比較例1 如圖4所示，光從空氣射向上下表面平行的玻璃磚時(shí)，入射角為，折射角為，經(jīng)折射從下表面射出。設(shè)玻璃的折射率為n，厚度為d，求側(cè)移量D，并對(duì)不同的光的側(cè)移量進(jìn)行大小比較。解析：得，則圖4由幾何關(guān)系得側(cè)移量經(jīng)化簡(jiǎn)后得討論：（）對(duì)于同種色光，由于n不變，當(dāng)入射角增大時(shí)，sin增大，cos減小，增大，所以增大.即入射角大則側(cè)移大（）對(duì)于同一個(gè)入射角，由于不變，很容易由以上關(guān)系得到：折射率大則側(cè)移大圖5 例

5、2一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個(gè)表面上，經(jīng)兩次折射后從玻璃板另一個(gè)表面射出，出射光線相對(duì)于入射光線側(cè)移了一段距離。在下列情況下，出射光線側(cè)移距離最大的是（）A.紅光以30的入射角入射B.紅光以45的入射角入射C.紫光以30的入射角入射D.紫光以45的入射角入射解析：由以上分析易知答案為 例3一光線以很小的入射角射入一厚度為d、折射率為n的平板玻璃，求出射光線與入射光線之間的距離（很小時(shí)）解析：如圖5，設(shè)光線以很小的入射角入射到平板玻璃表面上的A點(diǎn)，折射角為，從平板玻璃另一表面上的B點(diǎn)射出。設(shè)AC為入射光線的延長(zhǎng)線。由折射定律和幾何關(guān)系可知，它與出射光線平行。過(guò)B點(diǎn)作，交于D點(diǎn)，則的長(zhǎng)度就是出

6、射光線與入射光線之間的距離，由折射定律得，由幾何關(guān)系得 ，出射光線與入射光線之間的距離為，當(dāng)入射角很小時(shí)，有，由以上各式得 關(guān)于光通過(guò)玻璃磚所用時(shí)間的比較由于，得到，結(jié)合以上的計(jì)算易得 討論：（）對(duì)于同種色光，入射角越大，則光線通過(guò)玻璃的時(shí)間t越長(zhǎng) （）對(duì)于不同種的光時(shí)，由于，所有可見(jiàn)光中，紅光的折射率最小為1.513，約為1.5故，而，可得，由函數(shù)的單調(diào)性可知，折射率大的所用時(shí)間比較多 例4一束由紅、藍(lán)兩單色光組成的光線從一平板玻璃磚的上表面以入射角射入，穿過(guò)玻璃磚自下表射出.已知該玻璃對(duì)紅光的折射率為1.5.設(shè)紅光與藍(lán)光穿過(guò)玻璃磚所用的時(shí)間分別為t1和t2，則在從0逐漸增大至90的過(guò)程中（

7、 ）A.t1始終大于t2 B.t1始終小于t2C.t1先大于后小于t2 D.t1先小于后大于t2解析：由以上分析易知答案為 3 兩束平行光經(jīng)過(guò)平行玻璃磚后的變化圖6 （1）平行單色光經(jīng)過(guò)平行玻璃磚后的變化情況如圖6所示，由于每條單色光的側(cè)移量D相同，所以得到結(jié)論：平行單色光通過(guò)相同的平行玻璃磚后依然平行，且距離不變。 （2）不同色平行光通過(guò)平行玻璃磚后的變化圖9irhab圖8圖7如圖7所示，若a光的折射率大于b光的折射率，則通過(guò)平行玻璃磚后距離變的更大；若a光的折射率小于b光的折射率，則通過(guò)平行玻璃磚后距離變的更?。ㄈ鐖D8），且最小值可能為零（如圖9）圖10 例5如圖10所示，兩束平行的甲光和

8、乙光，相距為d，斜射到置于空氣中的平行玻璃磚上，當(dāng)它們從玻璃磚的下表面射出時(shí)A若甲為紫光，乙為紅光，則兩條出射光線間距離一定大于d B若甲為紫光，乙為紅光，則兩條出射光線間距離可能小于d C若甲為紅光，乙為紫光，則兩條出射光線間距離可能大于d D若甲為紅光，乙為紫光，則兩條出射光線間距離一定小于d解析：由以上的結(jié)果易知答案為 例6如圖11所示，有兩條細(xì)束平行單色光a、b射向空氣中橫截面為矩形的玻璃磚的下表面，已知玻璃磚足夠?qū)捜舭l(fā)現(xiàn)玻璃磚的上表面只有一束光射出，則下列說(shuō)法中正確的是 A其中有束一單色光在玻璃磚的上表面發(fā)生了全反射ab空氣玻璃磚圖11 B在玻璃中單色光a的傳播速率大于單色光b的傳播

9、速率 C若光束a恰好能使某未知金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則b也能 D減小光束與玻璃磚下表面的夾角，上表面會(huì)有兩束平行單色光射出解析：由以上結(jié)論易得答案為 平行光經(jīng)過(guò)平行玻璃磚后的擴(kuò)展應(yīng)用圖12 例7如圖12所示，有兩束顏色相同的、間距為的平行細(xì)光束以相同的入射角射到成角的平行玻璃磚上表面，則從玻璃磚下表面射出的光線（ ）A.成為會(huì)聚光束B(niǎo).成為發(fā)散光束C.仍是平行光，但寬度大于圖3D.仍是平行光，但寬度小于解析：做出其中一條光線經(jīng)折射后的路徑圖如圖13示，另一側(cè)規(guī)律相同，得出正確答案為 例8如圖4所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡ABC，兩者的AC面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質(zhì)，一單色細(xì)光

10、束O垂直于AB面入射，在圖示的出射光線中（ ） A. 1，2，3（彼此平行）中的任一條都有可能 B. 4，5，6（彼此平行）中的任一條都有可能 C. 7，8，9（彼此平行）中的任一條都有可能 D. 只能是4，6中的某一條圖4圖5解析：(1)光線經(jīng)AC面的折射情況由于未知透明介質(zhì)的折射率的不確定性分為三種情況：（1）透明介質(zhì)折射率大于玻璃折射率，可能出射光線為圖中第6條；（2）透明介質(zhì)折射率等于玻璃折射率，入射光線不偏折，是第5條光線；（3）透明介質(zhì)折射率小于玻璃折射率，可能射出光線為第4條光線，如圖5所示 圖6 例9如圖6所示，兩塊相同的玻璃等腰三棱鏡ABC置于空氣中，兩者的AC面相互平行放置，由紅光和藍(lán)光組成的細(xì)光束平行于BC面從P點(diǎn)射入，通過(guò)兩棱鏡后，從a、b兩點(diǎn)射出。對(duì)于從a、b射出的這兩束光下列說(shuō)法正確的是 A從a、b兩點(diǎn)射出的兩束光不平行B從a、b兩點(diǎn)射出的兩束光仍平行，且平行于BCC從a點(diǎn)射出的光比從b點(diǎn)射出的光更容易發(fā)生全反射D從b點(diǎn)射出的光比從a點(diǎn)射出的光更容易觀察到單縫衍射現(xiàn)象解析：由于兩個(gè)邊平行，兩個(gè)邊也平行，假設(shè)兩個(gè)邊沒(méi)有離開(kāi)，則出射光線與入射光線平行，現(xiàn)在離開(kāi)后的中間部分亦是平行的，那么平行規(guī)律并沒(méi)有被改變很容易由以上的結(jié)論得到答案考試熱點(diǎn)的出現(xiàn)，會(huì)引起我們對(duì)相關(guān)問(wèn)