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简答题

(8分)如图为用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图,FD为圆周,圆心为O.某单色光线a从AB面入射,入射角θ1=60°,它射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出.求 

①该棱镜对单色光线a的折射率n?

②改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射,入射角

同样为θ1=60°时,判断单色光线b能从BF面射出吗?说出理由.

正确答案

① 1.3   ②能,由可得,改用波长λ更长的单色光线b从AB面入,棱镜对单色光线b的折射率n更小,由,判断相同时更大, 又由图判断BF面上入射角更小,由判断C更大,光线在BF面不会发生全反射,因此单色光线b能从BF面射出。

试题分析:画出光路图如图所示

①设光线在AB面的折射角为, 根据折射定律得:,设棱镜的临界角为C,由题设: 光线射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出知,光线在BF面恰好发生全反射,则

由图可知:.    联立解得n≈1.3(或)

②能.  由可得,改用波长λ更长的单色光线b从AB面入,棱镜对单色光线b的折射率n更小,由,判断相同时更大, 又由图判断BF面上入射角更小,由判断C更大,光线在BF面不会发生全反射,因此单色光线b能从BF面射出.

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简答题

(1)下列说法中正确的是

A.把调准的摆钟,由北京移至赤道,这个钟将变慢,若要重新调准,应增加摆长

B.振动的频率越高,则波传播一个波长的距离所用的时间越短

C.1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的

D.调谐是电磁波发射应该经历的过程,调制是电磁波接收应该经历的过程

E.日光灯启动时,启动器内的玻璃泡中的氖气发出红光,这是由于氖原子的外层电子受激发而产生的

(2)如图所示,有一截面是直角三角形的棱镜ABC,∠A=30°.它对红光的折射率为n1.对紫光的折射率为n2.在距AC边d处有一与AC平行的光屏,现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜.

①红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少?

②若两种光都能从AC面射出,求在光屏MN上两光点间的距离.

正确答案

(1)

A、将摆钟由北京移至赤道,重力加速度减小,单摆的周期变大,根据单摆的周期公式T=π,若要重新调准,应缩短摆长.故A错误.

B、波在一个周期内传播的距离等于一个波长,振动的频率越高,周期越短,而波速不变,则波传播一个波长的距离所用的时间越短.故B正确.

C、1905年爱因斯坦提出的狭义相对论是以相对性原理和光速不变原理这两条基本假设为前提的.故C正确.

D、调谐是电磁波接收应该经历的过程,调制是电磁波发射应该经历的过程.故D错误.

E、日光灯启动时,启动器内的玻璃泡中的氖气发出红光是白色光,是由于氖原子的外层电子受激发而产生的.故E正确.

故选BCE

(2)

①由光在介质中速度公式v=得,v=,v=

整理得=

②作出光路图如图,根据折射定律得

n1=,n2=

由几何关系得在光屏MN上两光点间的距离为

x=d(tanr2-tanr1)=d(-)

答:(1)BCE;

(2)在光屏MN上两光点间的距离为d(-).

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某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所使用的玻璃砖两面平行。正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图8所示。

①此玻璃的折射率计算式为n =     (用图中的θ1、θ2表示);

②如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度     (填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。

利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下:在白纸上做一直线MN,并做出它的一条垂线AB,将半圆柱形玻璃砖(底面的圆心为O)放在白纸上,它的直边与直线MN对齐,在垂线AB上插两个大头针P1和P2,然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针,可以确定光线P1 P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外,还有量角器等;

③某学生用上述方法测量玻璃的折射率,在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针,但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内,不管眼睛放在何处,都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是                   ,他应该采取的措施是                ;

④为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插枚大头针。

⑤请在半圆柱形玻璃砖的右侧估计所插大头针的可能位置,并用“×”表示,做出光路图。为了计算折射率,应该测量的量(在光路图上标出),有:              ,计算折射率的公式是          。

正确答案

.①

②大;

③光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后,到达圆弧面上的入射角大于临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出来;

向上移动半圆柱形玻璃砖,使到达圆弧面上光线的入射角小于临界角;

④1枚;

⑤光路图如图,光在圆弧面上D点发生折射,法线为OD直线,测出入射角i和折射角r,折射率

 

解答:解:①由图得到,光线在玻璃砖上表面上入射角为i=90°-θ1,折射角为r=90°-θ2,根据折射定律得,n=

②在宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择时,玻璃砖宽度较大时,引起的角度误差较小.

③不管眼睛放在何处,都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像,原因是没有光线射出,则一定是光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后,到达圆弧面上的入射角大于临界角,发生全反射现象,光不能从圆弧面折射出来;

④因为垂直入射的光线传播方向不改变,即光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖的出射点已知,所以为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路,在玻璃砖的右侧,最少应插1枚大头针

⑤光路图如下图,光在圆弧面上D点发生折射,法线为OD直线,测出入射角i和折射角r,

折射率

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(1)(5分)下列认识正确的是是              

(2)(10分)如图所示,含有两种单色光的一细光束,以入射角θ射入厚度为d的平行玻璃砖中,该玻璃砖对两种单色光的折射率分别为n1和n2,且n1 > n2.求两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离.

正确答案

(1)BD

(2)n1=       (2分)     

n2=          (2分)

tani1=       (1分)     

tani2=           (1分)

Δx="x2" - x1 =               (4分)

分析:(1)当接收电路的固有频率等于电磁波频率时,才会在接收电路中发生电谐振现象.以匀加速运动的火车为参考系,牛顿第一定律并不成立,这样的参考系是非惯性参考系.经典力学认为,对同一过程的位移和时间的测量,在不同参考系中是相同的.广义相对论相是一种新的时空与引力的理论,它能很好地解释水星近日点的旋进现象.

(2)根据折射定律分别求出两束单色光在玻璃砖上表面的折射角,根据数学知识求出两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离.

解:(1)A、当接收电路的固有频率是某种电磁波频率的整数倍时,不会在接收电路中发生电谐振现象,只有当接收电路的固有频率等于电磁波的频率时,才会在接收电路中发生电谐振现象.故A错误.

B、牛顿运动定律适用惯性参考系.匀加速运动的火车是非参考系,牛顿第一定律并不成立.故B正确.

C、经典力学认为,对同一过程的位移和时间的测量与参考系的选择无关.故C错误.

D、广义相对论相是一种新的时空与引力的理论,它能很好地解释水星近日点的旋进现象.故D正确.

故选BD

(2)根据折射定律得

n1=,n2=

得到sini1=,sini2=

由数学知识得

x1=dtani1,x2=dtani2

所以△x=x2-x1=

答:

(1)BD

(2)两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离为

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如图所示,ABCD是由某玻璃制成的梯形柱体横截面,AD面为水平面,∠A=15°,∠C=∠D=90°,今有一束激光以与AD成30°的夹角射向柱体的AD平面,玻璃对此光的折射率为,部分光经AD面折射后射到AB面上的P点(图中未画出).若P点到AD面的距离为1.5cm,P点到CD面的距离为3cm,求:出射点到AD的距离.

正确答案

光路如图所示,入射的激光到达AD界面后,一部分发生反射,一部分折射到达AB面,设折射角为r.

由折射定律得:n=,解得:r=30°

设临界角为C,由折射定律得:sinC=,故C=arcsin<45°.

由几何关系知,射向AB面的光入射角为 θ=45°>C,故将光线在AB面上发生全反射,并到达CD界面,

如图,由几何知识得:θ1=30°

=n得,sinθ2=nsinθ1=sin30°=

解得:θ2=60°

由几何关系得:O1D=(1.5-3tan30°)cm=0.5cm

答:出射点到AD的距离是0.5cm.

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