2011年高考物理备考30分钟课堂集训系列专题13光学

用心爱心专心12011年高中物理高考备考30分钟课堂集训系列专题13光学第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)1.某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4m，右镜8m，如图1所示.物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是()图1A．24mB．32mC．40mD．48m解析：本题考查平面镜成像规律，意在考查考生借助光路图分析问题的能力。根据对称性作出示意图，注意二次成像，三次成像，找到左镜中第三个像到物体的距离为32m，B项正确.答案：B2．如下图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是()解析：发生全反射的临界角C＝arcsin1n＝arcsin23arcsin22因α＝45°C，故发生全反射，选A.答案：A3．如图2所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是()图2①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹③彩色条纹水平排列④彩色条纹竖直排列A．①③B．②③C．①④D．②④解析：因白光照射，各色光形成的明纹宽度不同，相互叠加，形成彩纹，由于薄膜干涉是等厚干涉，因此条纹是水平的.答案：A4.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有用心爱心专心2自行车，尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示，下面说法中正确的是()图3A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射答案：D5．下列关于波的说法正确的是()A．偏振是横波特有的现象B．光导纤维传递信号利用了光的全反射原理C．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的衍射现象D．凸透镜的弯曲表面向下压在另一块平板玻璃上，让光从上方射入，能看到亮暗相间的同心圆，这是光的干涉现象解析：偏振现象是横波的特征，纵波无偏振现象，A对；光导纤维是根据光的全反射原理制成的，B对；太阳光照射下的肥皂泡呈现的彩纹是光的干涉现象，C错；D项中的现象是光的干涉现象，D对.答案：ABD6．光纤维通信是一种现代化的通信手段，它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图4所示.设此玻璃管长为L，折射率为n.已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出.设光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃管所需的时间为()图4A.n2LcB.n2Lc2C.nLcD.nLc2解析：用C表示临界角，则有sinC＝1n，光在介质中的传播速度为v＝cn.光在沿光缆轴线的方向上做匀速传播.所用时间为t＝Lvcosπ2－C＝LvsinC＝n2Lc.故A正确.答案：A7．一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量.偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了.如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，用心爱心专心3然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()图5A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：本题考查光的偏振的实际应用.由题意知，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的偏振方向相同.若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱.若适当旋转A或B，可以使偏振光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强度最大，并且偏振片旋转的角度等于糖溶液的旋光度α，故ACD正确.答案：ACD8.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光()A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大解析：本题考查了光的干涉、折射、全反射、临界角等相关知识，意在考查考生的理解能力及分析判断能力.在同一种玻璃中，红光的折射率小于蓝光的折射率，由v＝cn可知，蓝光在该玻璃中的传播速度小于红光，选项A错误；两种光的入射角相同，由sinr＝sinin可知，蓝光的折射角小于红光的折射角，选项B错误；由sinC＝1n可知，红光的临界角大于蓝光的临界角，选项C正确；由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长较长，由干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知，红光的条纹间距较大，选项D错误.答案：C9.抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()图6A．这里应用的是光的衍射现象B．这里应用的是光的干涉现象C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细解析：本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用，考查光的衍射现象，若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显.通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的丝的情况，故选AD.用心爱心专心4答案：AD10.2005年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予两名美国科学家和一名德国科学家.美国科学家约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施之所以获奖，是因为对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献.另一名美国科学家罗伊·格劳伯因为“对光学相干的量子理论”的贡献而获奖，目前一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中，如图7所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器()图7A．沿视线对着空间站瞄高一些B．沿视线对着空间站瞄低一些C．沿视线对着空间站直接瞄准D．条件不足，无法判断解析：由于大气层对光的折射，光线在传播中会发生弯曲，由光路的可逆性可知，视线与激光束会发生相同的弯曲，所以C项正确.答案：C第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、实验题(每小题10分，共30分)11．如图8所示的装置测定玻璃的折射率.在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者的圆心重合，使激光束从玻璃圆弧一侧入射并垂直直径平面通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光束在光具盘上所对应位置的刻度，以圆心O为轴逆时针缓慢转动光具盘，同时观察直径平面一侧出射光线的变化：出射光线不断向下偏转并越来越暗，直到刚好看不到出射光线为止，并记下这时入射光线在光具盘上位置的刻度，光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的__________.玻璃的折射率表达式n＝__________.图8解析：入射光线始终沿弧面的垂直面，故射入玻璃后方向不变，此时为四线合一，(入射光线、反射光线、折射光线、法线).从玻璃射出到空气的折射光线刚好消失时，光线恰在玻璃内发生全反射，即θ为临界角.即sinC＝sinθ＝1n，所以n＝1sinθ.答案：临界角1sinθ12.在某次实验中，已知双缝到屏的距离是600mm，两缝之间的距离是0.20mm，单缝到双缝之间的距离是100mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某亮条纹(记作第一条)的中心，这时手轮上的示数如图9甲所示，然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准7条亮条纹的中心，这时手轮上的示数如图9乙所示，这两次示数依次是__________mm和__________mm，由此可计算出这次实验所测得单色光的波长为__________mm.用心爱心专心5图9解析：由于Δx很小，直接测量时相对误差较大，通常测出几条明条纹间的距离a，再推算相邻两条明(暗)条纹间的距离Δx＝an－1.答案：0.14010.2955.642×10－4三、计算题(每小题10分，共30分)13．如图10所示，有一圆筒形容器，高H＝20cm，筒底直径为d＝15cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h＝11.25cm.如果将筒内注满水，观察者恰能看到筒壁的底部.求水的折射率.图10解析：设入射角r，折射角i，则sini＝dd2＋h2，sinr＝dd2＋H2，n＝sinisinr＝d2＋H2d2＋h2＝152＋202152＋11.252＝1.33答案：1.3314．半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图11所示，圆心为O.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A为圆柱的顶点，光线2的入射点为B，∠AOB＝60°.已知该玻璃对红光的折射率n＝3.图11(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d.(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？解析：图12(1)光路如图12所示，可知i＝60°由折射率n＝sinisinr，可得r＝30°由几何关系及折射定律公式n＝sinr′sini′得：i′＝30°，r′＝60°，∵OCsin30°＝Rsin120°所以OC＝R2cos30°＝3R3用心爱心专心6在△OCD中可得d＝OD＝OCtan30°＝R3(2)由于单色蓝光比单色红光波长小、折射率n大，所以向O点偏折更明显，d将减小.答案：(1)R3(2)小15.如图13所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成.一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：图13(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角.(结果可用三角函数表示)图14(3)光路如图14所示ab光线在AB面的入射角为45°设玻璃的临界角为C，则sinC＝1n＝11.5＝0.67sin45°0.67，因此光线ab在AB面会发生全反射光线在CD面的入射角r′＝r＝30°根据n＝sinisinr，光线在CD面的出射光线与法线的夹角i′＝i＝arcsin0.75答案：(1)30°(2)3.77×10－7m(3)arcsin0.7516.某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和地导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像用心爱心专心7放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用.光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图15所示，其中纤芯材料的折射率n1＝2，包层折射率n2＝3，光纤长度为33×103m．(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2)图15(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间.解析：(1)由题意在纤芯和包层分界面上全反射临界角C满足：n1sinC＝n2sin90°得：C＝60°，当在端面上的入射角最大(θ1m＝90°)时，折射角θ2也最大，在纤芯与包层分界面上的入射角θ1′最小.图16在端面上：θ1m＝90°时，n1＝sin90°sinθ2m得：θ2m＝30°这时θ1min′＝90°－30°＝60°＝C，所以，在所有情况中从端面入射到光纤中的信号都不会从包层中“泄漏”出去.(2)当在端面上入射角最大时所用的时间最长，这时光在纤芯中往返的总路程：s＝2Lcosθ2m，光纤中光速：v＝cn1信号往返需