專(zhuān)題十 光及光的本性 學(xué)案

專(zhuān)題十光及光的本性學(xué)案典例精析題型1.（平行板玻璃磚）一束由紅、藍(lán)兩單色光組成的光線(xiàn)從一平板玻璃磚的上表面以入射角θ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.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θ從0°逐漸增大至90°的過(guò)程中（）始終大于t2始終小于t2先大于后小于t2先小于后大于t2解析：設(shè)折射角為α，玻璃磚的厚度為h，由折射定律n=EQ\F(sinθ,sinα)，且n=EQ\F(c,v)，在玻璃磚中的時(shí)間為t=EQ\F(h,vcosα)，聯(lián)立解得t2∝EQ\F(n4,n2-sin2θ)，紅光頻率較小，θ為零時(shí)，t1＜t2，θ為90°時(shí)，趨近漸近線(xiàn)，初步判定該函數(shù)為單調(diào)函數(shù)，通過(guò)帶入θ為其它特殊值，仍然有t1＜t2，故B對(duì)。題型2.（光現(xiàn)象的解釋?zhuān)┫铝姓f(shuō)法正確的是（）用分光鏡觀(guān)測(cè)光譜是利用光折射時(shí)的色散現(xiàn)象用X光機(jī)透視人體是利用光電效應(yīng)光導(dǎo)纖維輿信號(hào)是利用光的干涉現(xiàn)象門(mén)鏡可以擴(kuò)大視野是利用光的衍射現(xiàn)象解析：用X光機(jī)透視人體是利用X光的穿透性；光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)是利用光的全反射現(xiàn)象；門(mén)鏡可以擴(kuò)大視野是利用光的折射現(xiàn)象，A正確題型3.（楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)）在楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果（）（A）用白光作為光源，屏上將呈現(xiàn)黑白相間的條紋（B）用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)紅黑相間的條紋（C）用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋（D）用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋解析：白光作楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，屏上將呈現(xiàn)彩色條紋，A錯(cuò)；用紅光作光源，屏上將呈現(xiàn)紅色兩條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，B對(duì)；紅光和紫光頻率不同，不能產(chǎn)生干涉條紋，C錯(cuò)；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現(xiàn)單縫衍射條紋，即間距不等的條紋，D對(duì)。題型4.（肥皂沫干涉）用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀(guān)察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖（a）是點(diǎn)燃酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖（b）是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀(guān)察到的現(xiàn)象是（）（A）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°（B）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°（C）當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°（D）干涉條紋保持原來(lái)狀態(tài)不變解析：金屬絲圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)關(guān)，仍然是水平的干涉條紋，D對(duì)。題型5.（光的折射）圖是一個(gè)圓柱體棱鏡的截面圖，圖中E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線(xiàn)EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON,ON邊可吸收到達(dá)其上的所有光線(xiàn).已知該棱鏡的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆蓋OM,則光線(xiàn)（）不能從圓孤射出只能從圓孤射出能從圓孤射出能從圓孤射出解析：由該棱鏡的折射率為可知其臨界角C滿(mǎn)足：,可求出GG1右邊的入射光線(xiàn)沒(méi)有發(fā)生全反射，其左邊的光線(xiàn)全部發(fā)生全反射。所以光線(xiàn)只能從圓弧NG1射出。題型6.（折射定律）一半徑為R的1/4球體放置在水平面上，球體由折射率為的透明材料制成?，F(xiàn)有一束位于過(guò)球心O的豎直平面內(nèi)的光線(xiàn)，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再?gòu)呢Q直表面射出，如圖所示已知入射光線(xiàn)與桌面的距離為。求出射角。解析：設(shè)入射光線(xiàn)與1/4球體的交點(diǎn)為C，連接OC，OC即為入射點(diǎn)的法線(xiàn)。因此，圖中的角為入射角。過(guò)C點(diǎn)作球體水平表面的垂線(xiàn)，垂足為B。依題意，∠COB=α。又由△OBC知sinα=①設(shè)光線(xiàn)在C點(diǎn)的折射角為β，由折射定律得②由①②式得③由幾何關(guān)系知，光線(xiàn)在球體的豎直表面上的入射角γ(見(jiàn)圖)為30°。由折射定律得⑤因此解得題型7.（光的反射）某物體左右兩側(cè)各有一豎直放置的平面鏡，兩平面鏡相互平行，物體距離左鏡4m，右鏡8m，如圖所示，物體在左鏡所成的像中從右向左數(shù)的第三個(gè)像與物體的距離是（）24mB．32mC．40mD．48m解析：從右向左在左鏡中的第一個(gè)像是物體的像距離物體8cm,第二個(gè)像是物體在右鏡所成像的像,第3個(gè)像是第一個(gè)像在右鏡中的像在左鏡中的像距離物體為32cm.題型8.（光的折射和全反射.）一玻璃磚橫截面如圖所示，其中ABC為直角三角形（AC邊末畫(huà)出），AB為直角邊ABC=45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點(diǎn)。此玻璃的折射率為。P為一貼近玻璃磚放置的、與AB垂直的光屏若一束寬度與AB邊長(zhǎng)度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則()A.從BC邊折射出束寬度與BC邊長(zhǎng)度相等的平行光B.屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長(zhǎng)度C.屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長(zhǎng)度D.當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚的方向平行移動(dòng)時(shí)，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大解析：寬為AB的平行光進(jìn)入到玻璃中直接射到BC面,入射角為45o>臨界角,所以在BC面上發(fā)生全反射仍然以寬度大小為AB長(zhǎng)度的豎直向下的平行光射到AC圓弧面上.根據(jù)幾何關(guān)系可得到在屏上的亮區(qū)寬度小于AB的長(zhǎng)度,B對(duì).D正確。題型9.（光的全反射）如圖所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝r?，F(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過(guò)兩次全反射就垂直于水平端面B射出。設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，若真空中的光速為c，則n可能為可能為2t可能為t可能為解析：只經(jīng)過(guò)兩次全反射可知第一次入射角為45°，反射光路圖如右圖所示。根據(jù)全反射可知臨界角C≤45°，再根據(jù)n＝可知n≥；光在透明柱體中運(yùn)動(dòng)路程為L(zhǎng)＝4r，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝L/V＝4nr/c，則t≥4r/c，CD均錯(cuò)。題型10.（光的偏振）如圖，P是一偏振片，P的透振方向（用帶箭頭的實(shí)線(xiàn)表示）為豎直方向。下列四種入射光束中哪幾種照射P時(shí)能在P的另一側(cè)觀(guān)察到透射光？（）光束P光束PB、沿豎直方向振動(dòng)的光C、沿水平方向振動(dòng)的光D、沿與豎直方向成450角振動(dòng)的光解析：太陽(yáng)光是平行光任意方向都有，通過(guò)時(shí)為豎直方向，D中有部分光線(xiàn)通過(guò)此題正確選項(xiàng)為ABD。題型11.（激光問(wèn)題）下列說(shuō)法正確的是（）A．激光可用于測(cè)距激光能量十分集中，只適用于加工金屬材料C．外科研制的“激光刀”可以有效地減少細(xì)菌的感染激光可用于全息照相，有獨(dú)特的特點(diǎn)解：A選項(xiàng)利用激光平行度非常好，C選項(xiàng)利用激光亮度高，平行度非常好，D選項(xiàng)利用激光高度的相干性。此題選ACD。專(zhuān)題突破針對(duì)典型精析的例題題型，訓(xùn)練以下習(xí)題。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(xiàn)相對(duì)于入射光線(xiàn)側(cè)移了一段距離。在下列情況下，出射光線(xiàn)側(cè)移距離最大的是（）A.紅光以的入射角入射 B.紅光以的入射角入射C.紫光以的入射角入射 D.紫光以的入射角入射點(diǎn)撥：本題屬于平行板玻璃紙問(wèn)題.因?yàn)橥N介質(zhì)對(duì)紫光的折射率較大，故入射角相同時(shí)，紫光側(cè)移距離較大，A、B項(xiàng)錯(cuò)；設(shè)入射角為i,折射角為r,則側(cè)移距離,可見(jiàn)對(duì)于同一種色光,入射角越大,側(cè)移距離越大,D項(xiàng)正確。2.下列有關(guān)光現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是（）

A.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大B.以相同入射角從水中射向空氣，紫光能發(fā)生全反射，紅光也一定能發(fā)生全反射紫光照射某金屬時(shí)有電子向外發(fā)射，紅光照射該金屬時(shí)也一定有電子向外發(fā)射D.拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度點(diǎn)撥：本題考查光現(xiàn)象的解釋.根據(jù)干涉條紋的間距的公式△x=EQ\F(l,d)λ可知，由于紫光的波長(zhǎng)比紅光的波長(zhǎng)短，所以改為紅光后條紋間距一定增大，A正確；紫光的臨界角比紅光的臨界角小，所以紫光發(fā)生全反射后紅光不一定發(fā)生全反射，B錯(cuò)誤；由于紫光的頻率大于紅光的頻率，所以紫光的能量比紅光的能量大，紫光發(fā)生光電效應(yīng)紅光不一定發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤，拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振鏡是為了防止玻璃的反光，所以D錯(cuò)誤。3.光纖通信中,光導(dǎo)纖維遞光信號(hào)的物理原理是利用光的現(xiàn)象，要發(fā)生這種現(xiàn)象，必須滿(mǎn)足的條件是：光從光密介質(zhì)射向，且入射角等于或大于.點(diǎn)撥：本題考查光導(dǎo)纖維。依次填充為全反射光疏介質(zhì)臨界角4.如圖，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60°。己知光線(xiàn)在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線(xiàn)平行。此玻璃的折射率為（）A．B．1.5C．D．2點(diǎn)撥：本題考查光的折射。作出光路圖．A、C為折射點(diǎn)，B為反射點(diǎn)，作OD平行于入射光線(xiàn)，故，所以，玻璃的折射率．5.如圖為雙縫干涉的實(shí)驗(yàn)示意圖，若要使干涉條紋的間距變大可改用長(zhǎng)更___________（填長(zhǎng)、短）的單色光，或是使雙縫與光屏間的距離___________（填增大、減?。?。點(diǎn)撥：本題考查雙縫干涉問(wèn)題。依據(jù)雙縫干涉條紋間距規(guī)律，可知要使干涉條紋的間距變大，需要改用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的單色光，應(yīng)將增大雙縫與屏之間的距離L。圖2一束單色光由左側(cè)時(shí)的清水的薄壁圓柱比，圖2為過(guò)軸線(xiàn)的截面圖，調(diào)整入射角α，光線(xiàn)恰好在不和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射角為，α的值。圖2點(diǎn)撥：此題考查光的全反射。當(dāng)光線(xiàn)在水面發(fā)生全反射時(shí)有，當(dāng)光線(xiàn)從左側(cè)射入時(shí)，由折射定律有，聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得。學(xué)法導(dǎo)航復(fù)習(xí)指導(dǎo)：①回歸課本夯實(shí)基礎(chǔ)，仔細(xì)看書(shū)把書(shū)本中的知識(shí)點(diǎn)掌握到位②練習(xí)為主提升技能，做各種類(lèi)型的習(xí)題，在做題中強(qiáng)化知識(shí)③整理歸納舉一反三，對(duì)易錯(cuò)知識(shí)點(diǎn)、易錯(cuò)題反復(fù)鞏固1.波長(zhǎng)為μm的紅光，從空氣射入水中，水相對(duì)空氣的折射率為。求該光在水中的波長(zhǎng)，并判斷在水中該光的顏色?！惧e(cuò)解】得波長(zhǎng)μm的光是藍(lán)色。【錯(cuò)解原因】上述求得光在水中的波長(zhǎng)為μm是正確的，但用光譜表查得光的顏色卻錯(cuò)了。人眼對(duì)光的色覺(jué)決定于光的頻率而不是波長(zhǎng)。【分析解答】當(dāng)光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)變化了，波速也相應(yīng)變化了，但它的頻率卻不變。所以在水中該光仍是紅色。【評(píng)析】物理規(guī)律的因果關(guān)系是有條件的，記憶規(guī)律時(shí)應(yīng)該首先弄清規(guī)律成立的條件。凡是波，無(wú)論是機(jī)械波還是電磁波，只要振源的頻率不變，波的頻率就不變。2.如圖13－4所示，放在空氣中折射率為n的平行玻璃磚，表面M和N平行，P，Q兩個(gè)面相互平行且與M，N垂直。一束光射到表面M上（光束不與M平行），則：如果入射角大于臨界角，光在表面M發(fā)生全反射。無(wú)論入射角多大，光在表面M都不會(huì)發(fā)生全反射。C．光可能在表面N發(fā)生全反射。D．由于M與N平行，光只要通過(guò)M就不可能在表面N發(fā)生全反射?！惧e(cuò)解】光束從空氣中射到玻璃磚表面M上，是由光疏媒質(zhì)到光密媒質(zhì)，不可能發(fā)生全反射，而從表面N射出空氣，是由光密媒質(zhì)到光疏媒質(zhì)，光可能發(fā)生全反射，故選B，C?！惧e(cuò)解原因】機(jī)械地記住光從光密媒質(zhì)到光疏媒質(zhì)，可能發(fā)生全反射，而不具體分析光通過(guò)表面M后射到N表面光線(xiàn)的入射角的大小是否大于臨界角，而錯(cuò)選C?！痉治鼋獯稹咳鐖D13-5所示，光射到表面M的入射角為i(i≠90°)折射角為r，面N，因M∥N，故其入射角i′=r＜C。即光只要通過(guò)M即不可能在表面N發(fā)生折射。若光通過(guò)M先射到MN面再射到P面（如圖13－6），同樣可以證明經(jīng)P面發(fā)生反射，反射光線(xiàn)射至N面時(shí)，由幾何關(guān)系可以證明入射角i′=r，根據(jù)折射定律折射角r′=i，同樣不可能發(fā)生全反射。故應(yīng)選B，D。【評(píng)析】同一個(gè)初始條件可能有若干個(gè)不同結(jié)果。這是對(duì)考生思維能力的考查。本題中，當(dāng)光線(xiàn)射到M上，發(fā)生折射。以A為分界點(diǎn)，入射點(diǎn)在AC之間，光線(xiàn)先要到達(dá)P界面，所以一定先要討論光線(xiàn)在P界面上的行為。光線(xiàn)在P界面一定會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，是否發(fā)生折射要看入射角是否大于臨界角。由于此問(wèn)題與本題無(wú)關(guān)所以可以不討論它。如果試題提出光線(xiàn)在P界面的行為時(shí)，就要認(rèn)真討論。結(jié)論是：入射到M面光線(xiàn)的入光從玻璃射入空氣里時(shí)傳播方向如圖13－l所示，請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)出入射角和折射角?！惧e(cuò)解】如圖13－2所示，α為入射角，β為折射角?！惧e(cuò)解原因】錯(cuò)解原因一是受思維定勢(shì)的影響，不加分析地認(rèn)定玻璃與空氣總是上下接觸的；二是對(duì)光的折射及其規(guī)律未吃透，將題設(shè)文字條件與圖形條件結(jié)合起來(lái)的分析能力差。根據(jù)光的折射規(guī)律，光從水或玻璃等透明物質(zhì)射入空氣里時(shí)，折射角大于入射角，題設(shè)文字條件是“從玻璃射入空氣”，因此折射角大于入射角，再結(jié)合題設(shè)所給圖形，可知CD為界面，AB為法線(xiàn)?！痉治鼋獯稹咳鐖D

13－3所示，α′為入射角，β′折射角（CD左面為玻璃，右面為空氣）?！驹u(píng)析】解光的折射現(xiàn)象的題目，首先應(yīng)對(duì)光線(xiàn)是從光疏媒質(zhì)進(jìn)入光密媒質(zhì)呢？還是光線(xiàn)是從光密媒質(zhì)進(jìn)入光疏媒質(zhì)作出判斷。為了保證你每次做題時(shí)，能夠不忘判斷，建議同學(xué)們做光的折射題時(shí)，先畫(huà)出光路圖，標(biāo)出入射光線(xiàn)和出射光線(xiàn)的方向，在界面處標(biāo)出哪一個(gè)是光密媒質(zhì)，哪一個(gè)是光疏媒質(zhì)。然后再解題。專(zhuān)題綜合1.（機(jī)械波+光路圖）麥克斯韋在1865年發(fā)表的（電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論）一文中揭示了電、磁現(xiàn)象與光的內(nèi)在聯(lián)系及統(tǒng)一性，即光是電磁波。）一單色光波在折射率為的介質(zhì)中傳播，某時(shí)刻電場(chǎng)橫波圖象如圖1所示