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简答题

(1)下列说法中正确的是

[     ]

A、水面上的膜在阳光照射下会呈现彩色,这是由于光的干涉造成的色散现象

B、根据麦克斯韦的电磁场理论可知,变化的电场周围一定可以产生稳定的磁场

C、相对论认为,相对于任何参考系,光速都是一样的

D、在测定单摆周期时,为减小实验误差,最好在小球经过最大位移处时开始计时

(2)一列简谐横波沿x轴传播,图甲是t=3s时的波形图,图乙是波上x=2m处质点的振动图线。则该横波的速度为_______________m/s,传播方向为_______________。

(3)半径为的半圆柱形玻璃,横截面如图所示,为圆心,已知玻璃的折射率为,当光由玻璃射向空气时,发生全反射的临界角为多大?一束与平面成的平行光束射到玻璃的半圆柱面上,经玻璃折射后,有部分光能从平面上射出。则从射出的光束的宽度为多少?

正确答案

(1)AC 

(2)1,左

(3)由,得C=45°

如图所示,作出两条临界光线①②,显然,射出部分的宽度为

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简答题

(1)如图,一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为______.(填入正确选项前的字母) 

A.  B.   C.  D.

(2)波源S1和S2振动方向相同,频率均为4Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2m,如图所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4m/s.己知两波源振动的初始相位相同.求:

(i)简谐横波的波长:

(ii)OA间合振动振幅最小的点的位置.

正确答案

如图所示,根据折射率定义有,sin∠1=nsin∠2,nsin∠3=1,已知∠1=45°∠2+∠3=90°,

联立解得:n=

故选A;

(2)(i)设波长为λ,频率为ν,则v=λν,代入已知数据得:λ=1m;

(ii)以O为坐标原点,设P为OA间任一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差△l=x-(2-x),

0≤x≤2.其中x、△l以m为单位.

合振动振幅最小的点的位置满足△l=(k+)λ,k为整数

则可解得:x=0.25m.0.75m,1.25m,1.75m.

故最小点的位置可以为0.25m,0.75m,1.25m,1.75m.

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[物理--选修3-4]

(1)下列说法中正确的是______

A.做简谐运动的质点,其振动能量与振幅无关

B.泊松亮斑是光的衍射现象,玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象

C.真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的,与光源的运动和观察者的运动无关

D.在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为使实验结果较为准确,应选用10cm长的细线和小铁球

E.各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样,为3×108m/s

(2)一列沿x轴的正方向传播的简谐波,在t=0时刻波传播到x=2.5cm处如图所示,已知从t=0到t=2.2s时间内,

质点P三次出现在波峰位置,且在t=2.2s时P质点刚好在波峰位置.求:

①该简谐波的周期.

②从t=0开始经过多长时间另一质点Q第一次到达波峰.

正确答案

(1)A、做简谐运动的质点,其振动能量与振幅有关,振幅越大,能量越大.故A错误.

B、泊松亮斑是光的衍射现象,玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象.故B正确.

C、根据爱因斯坦相对论原理可知,真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的.故C正确.

D、在“用单摆测定重力加速度”的实验中,为减少实验误差,应选用1m长的细线和小铁球.故D错误.

E、各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样,为3×108m/s.故E正确.

故选BCE.

(2)①简谐波沿x轴的正方向传播,t=0时刻P质点向下运动,由题有t=(2+)T=2.2s,则得周期T=0.8s.

 ②由图得波长λ=2cm,则波速v==2.5cm/s

当x=1cm处质点的波峰传到Q点时,Q第一次到达波峰,Q点第一次到达波峰所需时间△t==s=2s.

故答案为:

(1)BCE;(2)①该波的周期为0.8s.②Q点第一次到达波峰所需时间为2s.

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[物理---选修3-4]

(1)某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中,用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入,并从另一面折射出,如图1所示.由此我们可以知道______.

A.在同种介质中,A光的波长比B光的波长长

B.从空气中以相同的入射角射入同样的介质中,A光的折射角比B光的小

C.A、B两种光在水中的速度一样大

D.A、B两种光从相同的介质入射到空气中,B光先发生全反射

(2)如图2所示的实线是某时刻的波形图象,虚线是经过0.2s时的波形图象.

(1)假定波向左传播,求它传播的可能距离.

(2)若这列波向右传播,求它的最大周期.

(3)假定波速是35m/s,求波的传播方向.

正确答案

(1)A、由图可知,B光的偏折角较大,则其折射率较大,故B光的频率大,在同种介质中,A光的波长比B光的波长长,故A正确;

B、从空气中以相同的入射角射入同样的介质,由折射定律n=可知,A光的折射角比B光的大,故B错误;

C、由v=可知,A光在水中的速度较大,故C错误;

D、由于B光的折射率较大,B光的全反射角较小,AB两种光从相同的介质入射到空气中,逐渐增大入射角,B光先发生全反射,故D正确;

故选AD.

(2)(1)向左传播时,传播的距离为  s=(n+)λ=(4n+3)m(n=0、1、2…)

(2)根据t=(n+)T,得T=(n=0、1、2…)

在所有可能的周期中,当n=0时T最大,故Tmax=0.8s

(3)波在0.2 s内传播的距离s=vt=7m,==1个波长,故波向左传播.

故答案为:

(1)AD

(2)(1)向左传播时传播的距离为s=(4n+3)m(n=0、1、2…).

(2)若这列波向右传播,它的最大周期为0.8s.

(3)波向左传播.

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一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为,横截面如图所示,O表示半圆柱形截面的圆心。一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的A点以60°的入射角入射,求:该光线从进入透明体到第一次离开透明体时,共经历的时间(已知真空中的光速为c,;计算结果用R、n、c表示)。

正确答案

解:设此透明物体的临界角为C

依题意,所以

当入射角为时,由

得到折射角:

即此时光线折射后射到圆弧上的C点,在C点的入射角为60°,大于临界角,会发生全反射往后光线水平反射至圆弧上的D点并在D点发生全反射,再反射至B点,从B点第一次射出

在透明体内的路径长为:s=3R  

光在透明体内的速度

经历的时间  

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如图,长方体ABCD是折射率为1.5的玻璃砖,将其放在空气中,一束光以入射角θ射到AB面的P点上,AD=2AP,求:

(1)要使此光束进入长方体后能直接折射到AD面上,θ的最小值是多少;

(2)要使此光束直接折射到AD面上的光能在AD面上发生全反射,θ的取值范围是多少.

正确答案

(1)当光束进入长方体后能直接折射到AD面上D点时,θ值最小.设折射角为r,根据几何知识得到

     sinr=

又由题,AD=2AP,代入解得,sinr=

由折射率公式得,n=得到

   sinθ=nsinr=n=

得到θ的最小值为arcsin

(2)当此光束直接折射到AD面上的光能在AD面上恰好发生全反射时,光线在AD面的入射角恰好等于临界角C,

由几何知识得到,此时AB面上的折射角r′=90°-C

由n=得,sinθ′=nsinr′=nsin(90°-C)=ncosC=n

又sinC=

代入得sinθ′==

得到θ′=arcsic

所以要使此光束直接折射到AD面上的光能在AD面上发生全反射,θ≤arcsic

而光线要射到AD面上,θ≥arcsin,所以使此光束直接折射到AD面上的光能在AD面上发生全反射,θ的取值范围是arcsin≤θ≤arcsic

答:

(1)要使此光束进入长方体后能直接折射到AD面上,θ的最小值是arcsin

(2)要使此光束直接折射到AD面上的光能在AD面上发生全反射,θ的取值范围是arcsin≤θ≤arcsic

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一束截面为圆形(半径为R)的平行单色光正面射向一玻璃半球的平面,如图所示,经折射后在屏S上形成一圆形光斑.已知入射光的波长为λ、功率为P,玻璃半球的半径为R,折射率为n,屏S  到球心O的距离为d(d>3R).

(1)从O点射入玻璃砖的光线要多长时间能到达屏S?

(2)光从圆弧面上什么范围射出?

(3)屏S上光斑的半径为多大?

正确答案

解(1)光线在玻璃中的时间t1==;光线在空气中的时间t2=.则从O点射入玻璃砖的光线要能到达屏S的时间t=t1+t2=+=

(2)光线从玻璃射入空气,当入射角大于或等于临界角时,则会发生光的全反射现象,

所以临界角θ=arcsin,光从圆弧AO1B部分出射,

则有∠AOO1=∠BOO1=arcsin; 

(3)作出光路图,根据几何关系可得:r=O2J=(d-IO)cotθ,

IO=

解得:r=d-nR  

答:(1)从O点射入玻璃砖的光线要间t=时间能到达屏S;

(2)光从圆弧面上AO1B部分范围射出则有∠AOO1=∠BOO1=arcsin

(3)屏S上光斑的半径得:r=d-nR.

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如图所示,一束截面为圆形(半径R)的平行单色光垂直射向一玻璃半球的平面,经折射后在屏幕P上形成一个圆形亮区.已知玻璃半球的直径为d=0.1米,屏幕p至球心的距离为s=0.4米,不考虑光的干涉和衍射,若玻璃半球对单色光的折射率为n=,求圆形亮区的半径.

正确答案

如图所示,刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点D到亮区中心E的距离r就是所求的最大半径.

设临界角为C,由全反射的知识可知:sinC=

所以cosC=

tanC=

==

r==s-nR=s-n=0.33m

答:圆形亮区的半径为0.33米.

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如图所示,临界角C为45°的液面上有一点光源S发出一束光垂直入射到水平放置于液体中且距液面为d的平面镜M上,当平面镜M绕垂直过中心O的轴以角速度ω做逆时针匀速转动时,观察者发现水面上有一光斑掠过,则观察者们观察到的光斑在水面上掠过的最大速度为多少?

正确答案

设平面镜转过θ角时,光线反射到水面上的P点,光斑速度为V,由图可知:

且  V=,而 V=L•2ω=•2ω

故V=

液体的临界角为C,当2θ=C=45°时,V达到最大速度Vmax

即Vmax==4ωd

答:察者们观察到的光斑在水面上掠过的最大速度为4ωd.

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半径为R的半圆柱形玻璃,横截面如图所示,O为圆心,已知玻璃的折射率为,当光由玻璃射向空气时,发生全反射的临界角为45°.一束与MN平面成45°的平行光束射到玻璃的半圆柱面上,经玻璃折射后,有部分光能从MN平面上射出.求能从MN射出的光束的宽度为多少?

正确答案

如图所示,进入玻璃中的光线①垂直半球面,沿半径方向直达球心位置O,且入射角等于临界角,恰好在O点发生全反射.光线①左侧的光线(如:光线②)经球面折射后,射在MN上的入射角一定大于临界角,在MN上发生全反射,不能射出.

光线①右侧的光线经半球面折射后,射到MN面上的入射角均小于临界角,能从MN面上射出.

最右边射向半球的光线③与球面相切,入射角i=90°.

由折射定律知:sinr==

则:r=45°    

故光线③将垂直MN射出,所以在MN面上射出的光束宽度应是:

OE=Rsinr=R

答:从MN射出的光束的宽度为R.

下一知识点 : 棱镜和透镜
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