集訓(xùn)專(zhuān)題十五光學(xué)電磁波與相對(duì)論初步-應(yīng)用集訓(xùn)含解析

專(zhuān)題十五光學(xué)、電磁波與相對(duì)論初步應(yīng)用篇【應(yīng)用集訓(xùn)】應(yīng)用全反射應(yīng)用——光導(dǎo)纖維1.(2021浙江新昌中學(xué)月考,7)光導(dǎo)纖維由很細(xì)的內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯和外套的界面發(fā)生全反射,如下圖。為了研究簡(jiǎn)單,現(xiàn)設(shè)外套為空氣,內(nèi)芯的折射率為n,一束光線由空氣射入內(nèi)芯,在內(nèi)芯與空氣的界面恰好發(fā)生全反射。假設(shè)光速為c,那么光線通過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的光導(dǎo)纖維所用的時(shí)間為()A.LcB.C.n2L答案C2.(2021四川樹(shù)德中學(xué)高三月考,14)光纖在轉(zhuǎn)彎的地方不能彎曲太大。如圖為模擬光纖通信,將直徑為d的圓柱形玻璃棒彎成34圓環(huán),玻璃的折射率為2,光在真空中的速度為c,要使從A端垂直入射的光線能全部從B端射出。求①圓環(huán)內(nèi)徑R的最小值;②在①問(wèn)的情況下,從A端最下方入射的光線,到達(dá)B端所用的時(shí)間。答案①(2+1)d②6[教師專(zhuān)用題組]【應(yīng)用集訓(xùn)】1.(多項(xiàng)選擇)以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?所以水是光密介質(zhì)B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對(duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)C.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較小答案BD因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對(duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì),A錯(cuò)誤,B正確;由v=cn可知,同一束光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小,故C錯(cuò)誤,D正確2.(2021北京理工大學(xué)附中模擬)如圖甲所示,夏天,在平靜無(wú)風(fēng)的海面上,向遠(yuǎn)方望去,有時(shí)能看到山峰、船舶、樓臺(tái)、亭閣、集市、廟宇等出現(xiàn)在遠(yuǎn)方的空中。古人不明白產(chǎn)生這種景象的原因,對(duì)它作了不科學(xué)的解釋,認(rèn)為是海中蛟龍(即蜃)吐出的氣結(jié)成的,因而叫作“海市蜃樓〞,也叫蜃景。如圖乙所示,沙漠里有時(shí)也會(huì)看到遠(yuǎn)處的水源、仙人掌近在咫尺,可望而不可即,這也是“蜃景〞。以下有關(guān)蜃景的說(shuō)法中錯(cuò)誤的選項(xiàng)是()A.海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小B.沙面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小C.A是蜃景,B是景物D.C是蜃景,D是景物答案B海面上,下層空氣的溫度比上層低,那么下層空氣的密度比上層要大,故下層空氣的折射率比上層空氣的折射率要大,A正確;太陽(yáng)照到沙面上,接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小,折射率也小,即上層空氣的折射率大,B錯(cuò)誤;遠(yuǎn)處物體反射的光在海面空氣層中不斷折射,甚至發(fā)生全反射,人們逆著光線看去就看到遠(yuǎn)處物體的虛像,故A是蜃景,B是景物,C正確;同理可知,C是蜃景,D是景物,D正確。3.從兩只手電筒射出的光,當(dāng)它們照射到同一點(diǎn)時(shí)看不到干預(yù)條紋,是因?yàn)?)A.手電筒射出的光不是單色光B.周?chē)h(huán)境的漫反射光太強(qiáng)C.干預(yù)圖樣太細(xì)小看不清楚D.兩個(gè)光源是非相干光源答案D兩只手電筒是兩個(gè)各自獨(dú)立發(fā)光的光源,二者發(fā)出的光頻率不一定相同,是非相干光,因此它們照射到同一點(diǎn)時(shí)不發(fā)生干預(yù),無(wú)干預(yù)條紋,A、B、C錯(cuò)誤,D正確。4.(2021山東濟(jì)南中學(xué)模擬)兩個(gè)偏振片緊靠在一起,將它們放在一盞燈的前面調(diào)整至沒(méi)有光通過(guò)。如果將其中的一片旋轉(zhuǎn)180°,在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,將會(huì)產(chǎn)生下述的哪一種現(xiàn)象()A.通過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng),然后又減少到零B.通過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng),然后減少到非零的最小值C.通過(guò)偏振片的光強(qiáng)在整個(gè)過(guò)程中都增強(qiáng)D.通過(guò)偏振片的光強(qiáng)先增強(qiáng),再減弱,然后又增強(qiáng)答案A兩偏振片的透振方向垂直時(shí),沒(méi)有光通過(guò);透振方向平行時(shí),通過(guò)的光強(qiáng)度到達(dá)最大。將其中一個(gè)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)180°的過(guò)程中,兩偏振片的透振方向由垂直到平行再到垂直,所以通過(guò)的光先增強(qiáng),然后又減小到零。故A正確?！局R(shí)鏈接】起偏振器與檢偏振器自然光通過(guò)偏振片后,變?yōu)槠窆?前面的偏振片稱(chēng)為起偏振器,后面的偏振片稱(chēng)為檢偏振器,偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的透振方向是否一致影響著透射光的強(qiáng)度,當(dāng)兩者平行時(shí),透射光光強(qiáng)最大,當(dāng)兩者垂直時(shí),透射光的光強(qiáng)為零。5.(2021山東臨沂模擬)如下圖是一種利用光纖溫度傳感器測(cè)量溫度的裝置,一束偏振光射入光纖,由于溫度的變化,光纖的長(zhǎng)度、芯徑、折射率發(fā)生變化,從而使偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生變化,光接收器接收的光強(qiáng)度就會(huì)變化。設(shè)起偏振器和檢偏振器透振方向相同,關(guān)于這種溫度計(jì)的工作原理,正確的說(shuō)法是()A.到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越小,光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度變化越大B.到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越大,光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度變化越大C.到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越小,光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度變化越小D.到達(dá)檢偏振器的光的振動(dòng)方向變化越大,光接收器所接收的光強(qiáng)度就會(huì)越小,表示溫度變化越小答案B根據(jù)題意知,溫度變化越大,光通過(guò)光纖時(shí)振動(dòng)方向變化越大,由于起偏振器和檢偏振器的透振方向是相同的,所以光從光纖中通過(guò)時(shí)振動(dòng)方向變化越大,透過(guò)檢偏振器的光強(qiáng)度就越小,光接收器接收的光強(qiáng)度也就越小,因此B正確,A錯(cuò)誤;同理,C、D錯(cuò)誤。6.關(guān)于各種電磁波的應(yīng)用,以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()①夏天太陽(yáng)光把地面曬得發(fā)熱是因?yàn)榭梢?jiàn)光的熱效應(yīng)在各種電磁波中是最強(qiáng)的②醫(yī)院里用X射線進(jìn)行人體透視,是因?yàn)樗歉鞣N電磁波中穿透本領(lǐng)最大的③科學(xué)家關(guān)注南極臭氧層空洞是因?yàn)樗鼘?duì)動(dòng)植物有害④在熱學(xué)中所說(shuō)的熱輻射就是紅外線輻射A.①②B.①③C.②④D.③④答案D熱效應(yīng)最強(qiáng)的是紅外線,熱輻射即紅外線輻射,①錯(cuò)誤,④正確;穿透本領(lǐng)最強(qiáng)的是γ射線,②錯(cuò)誤;臭氧層能吸收紫外線,使地球上的動(dòng)植物免受過(guò)強(qiáng)紫外線的傷害,③正確,應(yīng)選D。7.(2021北京豐臺(tái)月考)如下圖是一個(gè)水平放置的圓環(huán)形玻璃小槽,槽內(nèi)光滑,槽寬度和深度處處相同?，F(xiàn)將一直徑略小于槽寬的帶正電小球放在槽中,讓它受絕緣棒打擊后獲得一初速度v0。與此同時(shí),有一變化的磁場(chǎng)垂直穿過(guò)圓環(huán)形玻璃小槽外徑所對(duì)應(yīng)的圓面積,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小跟時(shí)間成正比,方向豎直向下。設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所帶電荷量不變,那么()A.小球受到的向心力大小不變B.小球受到的向心力大小不斷增加C.洛倫茲力對(duì)小球做了功D.小球受到的洛倫茲力大小與時(shí)間成正比答案B根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性增大時(shí)將產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電場(chǎng),根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電場(chǎng)的方向與小球初速度方向相同,因小球帶正電,故電場(chǎng)力對(duì)小球做正功,其速率增大,小球受到的向心力的大小(mv2r)隨之增大,A錯(cuò)誤,B正確。帶電小球所受的洛倫茲力F=qBv,因?yàn)樗俾蕍隨時(shí)間逐漸增大,且B∝t,故D錯(cuò)誤。洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功,8.(2021湖北武漢高三質(zhì)量監(jiān)測(cè))洛埃德在1834年提出了一種更簡(jiǎn)單的觀察干預(yù)現(xiàn)象的裝置。如下圖,從單縫S發(fā)出的光,一局部入射到平面鏡后反射到屏上,另一局部直接投射到屏上,在屏上兩光束交疊區(qū)域里將出現(xiàn)干預(yù)條紋。單縫S通過(guò)平面鏡成的像是S'。(1)通過(guò)洛埃德鏡在屏上可以觀察到明暗相間的干預(yù)條紋,這和雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)得到的干預(yù)條紋一致。如果S被視為其中的一個(gè)縫,相當(dāng)于另一個(gè)“縫〞;

(2)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明,光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)界面發(fā)生反射,在入射角接近90°時(shí),反射光與入射光相比,相位有π的變化,即半波損失。如果把光屏移動(dòng)到和平面鏡接觸,接觸點(diǎn)P處是(填“亮條紋〞或“暗條紋〞);

(3)實(shí)驗(yàn)中單縫S到平面鏡的垂直距離h=0.15mm,單縫到光屏的距離D=1.2m,觀測(cè)到第3個(gè)亮條紋中心到第12個(gè)亮條紋中心的間距為22.78mm,那么該單色光的波長(zhǎng)λ=m(結(jié)果保存三位有效數(shù)字)。答案(1)S'(2)暗條紋(3)6.33×10-7解析(1)根據(jù)平面鏡成像原理,經(jīng)鏡面反射的光線可認(rèn)為是從S的像S'發(fā)出的,故S'相當(dāng)于雙縫干預(yù)中的另一個(gè)“縫〞。(2)根據(jù)題意,如果把光屏移動(dòng)到和平面鏡相接觸,直接射到光屏上P點(diǎn)的光和經(jīng)平面鏡反射的光相位差為π,故接觸點(diǎn)P處形成暗條紋。(3)相鄰亮條紋中心間距Δx=22.789mm≈2.53mm,根據(jù)雙縫干預(yù)相鄰條紋間距公式有Δx=D2hλ,得該單色光的波長(zhǎng)λ=2h·ΔxD9.(2021江蘇徐州模擬)如下圖,△ABC為玻璃三棱鏡的橫截面,∠A=∠B=30°,某單色光從距離A點(diǎn)32L處的D點(diǎn),垂直射入。假設(shè)在AC邊涂有反射膜,那么反射膜反射后的光射到AB邊上的F點(diǎn)(未標(biāo)出),玻璃對(duì)該單色光的折射率為n=3,求(1)在介質(zhì)外AC邊折射光線與AC邊的夾角;(2)設(shè)光在真空中光速為c,那么反射光線第一次到達(dá)BC邊過(guò)程中在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。答案(1)30°(2)5解析(1)根據(jù)幾何知識(shí),光在射向AC邊時(shí),在介質(zhì)中的入射角i=30°,光路圖如甲:甲介質(zhì)對(duì)該光的折射率為n=3,根據(jù)折射定律可知n=sinrsini,可得r=60°,故介質(zhì)外AC邊折射光線與AC(2)光在介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的光路圖如乙乙根據(jù)幾何知識(shí),α=60°,發(fā)生全反射的臨界角sinC=13,由此可知,光線在F處發(fā)生全反射。光在第一次到達(dá)BC邊過(guò)程中,在介質(zhì)中的路程長(zhǎng)度s=DE+EF+DE=ADtan30°=0.5L,EF=FG=L光在介質(zhì)中的傳播速度v=c所以t=sv=10.(2021東北三校二模)如下圖,某種透明材料制成的直角三棱鏡ABC,折射率n=3,∠A=π6,在與BC邊相距為d的位置,放置一平行于BC邊的豎直光屏;現(xiàn)有一細(xì)光束射到棱鏡AB面上的P點(diǎn),入射光線與AB面垂線CP的夾角為i,PB的長(zhǎng)度也為d,試求(1)當(dāng)i=π3且光束從BC面出射時(shí),光屏上的亮斑與P點(diǎn)間的豎直距離(2)當(dāng)光束不從BC面出射時(shí),i的正弦值應(yīng)滿(mǎn)足的條件。答案(1)1+232d(2)0<sini解析(1)光路圖如圖:由n=