- 光的折射
- 共2353题
(1)(6分)一列简谐波沿直线传播,某时刻该列波上正好经过平衡位置的两质点相距6m,且这两质点之间的波峰只有一个,则该简谐波可能的波长为
(2)(6分)利用半圆柱形玻璃,可减小激光束的发散程度。在题11(2)图所示的光路中,A为激光的出射点,O为半圆柱形玻璃横截面的圆心,AO过半圆顶点。若某条从A点发出的与AO成α角的光线,以入射角i入射到半圆弧上,出射光线平行于AO,求此玻璃的折射率。
正确答案
(1)C
(2)折射率
(1)若两质点经过平衡位置时的振动方向相同,说明λ=6m;若两质点经过平衡位置时的振动方向相反,说明6m=λ或
λ,即λ=4m或12m。综上分析,选项C正确。
(2)设折射角为r,根据光路图,利用几何关系可得,由折射定律可得,玻璃的折射率
。
【考点定位】(1)简谐横波波长的计算。
(2)光的折射定律,折射率的计算。
如图所示,ABC是三棱镜的一个截面,其折射率为n=1.5,现有一细束平行于截面的光线沿MN方向射到棱镜的AB面上的N点,AN=NB=2cm,入射角的大小为i,且sini=0.75。已知真空中的光速c=3.0×108 m/s,求:
(1)光在棱镜中传播的速率;
(2)此束光进入棱镜后从棱镜射出的方向和位置。(不考虑AB面的反射)
正确答案
(1)2.0×108m/s(2)cm
试题分析:光路图如图所示:
(1)光在棱镜中传播的速率:v==2.0×108m/s;
(2)设此束光从AB面射入棱镜后的折射角为r,
由折射定律,n=,解得r=30°。
显然光线从AB射入棱镜后的折射光线NP平行于底边AC,由图中几何关系可得,光线入射到BC面上入射角θ=45°,光线从棱镜侧面发生全反射时的临界角为C,则:
sinC==
<
,C<45°,
所以光线射到棱镜侧面BC时将发生全反射,由图可知
光线将沿垂直于底面AC方向由图中Q点射出棱镜,CQ=PQ=ANsin60°=cm。
点评:解决本题的关键掌握光在真空中的速度与介质中的速度关系,以及光的折射定律和发生全反射的条件.
( 9分 )如图所示,扇形OAB为透明柱状介质的横截面,其圆柱半径为R,介质的折射率,圆心角∠AOB=60°,一细束激光平行于角平分线由OA面的P点射入,射入介质后第一次射到界面上的N
点,已知弧长AN是弧长AB的四分之一。
(1)完成光在透明柱状介质中传播的光路图
(2)求入射点P与圆心O的距离
正确答案
(1)
(2)
(1)光路图如图(3分)
(2)由几何关系可知光从P点射
入时的入射角,(1分)
由折射定律:(1分)
得折射角为:∠=
(1分);
由几何关系可知:∠PON=;∠PNO=
由正弦定理:(2分); 得:
(1分)
某同学由于没有量角器,他在完成了光路图后,以O点为圆心,10.00cm为半径画圆,分别交线段OA于A点,交线段OO′的延长线于C点,过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点,过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点,如图所示.用刻度尺量得OB = 8.00cm,CD = 4.00cm,则玻璃的折射率n = (请用已知线段表示),代入数据得n = 。
正确答案
,1.5
试题分析:解析由图可知sin∠AOB = ,sin∠DOC =
,OA = OC = R,根据n =
知,
n = =
=
= 1.5
点评:做此类型题目一般是根据几何知识求出入射角和折射角的正弦值,再求解折射率.
(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.
(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红=
,v紫=
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(-
).
一束单色光从空气射入玻璃中,则其频率____________,传播速度____________。(填“变大”、“不变”或“变小”)
正确答案
不变,变小;
试题分析:光的频率由光源决定,因此光一旦形成,频率不在改变,空气对光的折射率小于玻璃对光的折射率,所以有可得,v减小
点评:关键是知道光的频率由光源决定,因此光一旦形成,频率不在改变
如图,一个三棱镜的截面为等腰直角三角形BAC,∠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______.
正确答案
如图所示,根据折射率定义有,sin∠1=nsin∠2,
已知∠1=45°,∠2+∠3=90°,
则得:sin45°=nsin(90°-∠3)=ncos∠3
由题意知,光线在AC面上刚好能发生全反射,则∠3=C
则由上式得:=ncosC=n
又 sinC=
联立得:=n
联立解得:n=
故答案为:
(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.
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1.5
cm,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°
由=n得,sinθ2=nsinθ1=
sin30°=
解得:θ2=60°
由几何关系得:O1D=(1.5-3tan30°)cm=0.5
cm
答:出射点到AD的距离是0.5cm.
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
如图所示,a、b两束平行单色光从空气射入水中时,发生了折射现象.由光路图可以看出,a光的折射率比b光______,a光在水中的传播速度比b光______.若两平行光束由水射向空气,随着入射角的增大,______光先发生全反射.
正确答案
由图可知,a光的折射角大,根据n=分知a光的折射率比b光小,由v=
知a光在水中的传播速度比b光大;由sinC=
知,b光的折射率大,临界角小,故随着入射角的增大,b光先发生全反射.
故答案为:小,大,b.
如图所示,透明光学材料制成的直角三棱镜ABD,其折射率为,一束激光从O点以入射角i=45°由空气射入三棱镜BD边,在AD表面刚好发生全反射又直接从B点射出三棱镜.已知B与O、A距离均为l,真空中光速为c,试求:
①三棱镜顶角θ;
②激光在棱镜中运动的时间.
正确答案
①设光线在BD面上的折射角为r,由折射定律n=得
sinr==
=
得r=30°
由sinC=得,临界角C=45°
由题意,光线在AD表面刚好发生全反射,入射角恰好等于临界角C.根据几何知识,有
C=θ+r
解得,θ=15°
②作出光路图,在Rt△OO′B中,OO′=lsinr,O′B=lcosr
则激光在棱镜中运动的时间为t=
联立上三式,解得,t=
答:①三棱镜顶角θ是15°;
②激光在棱镜中运动的时间是.
空中有一只小鸟,距水面3m,在其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼.已知水的折射率为4/3,则鸟看水中的鱼离它多远______,鱼看天上的鸟离它多远______.
正确答案
作出鸟看鱼的光路图,如图所示,由于是在竖直方向上看,所以入射角很小,即图中的i和r均很小,
故有tan i=sin i,tan r=sin r.由图可得:
h1tan r=h′tan i,
h′=h1=h1
=
=4×
m=3m
则鸟看水中的鱼离它:h1=3m+3m=6m.
同理可得鱼看鸟时:h″=nh2=3×m=4m
则H2=4m+4m=8m.
故本题答案是:6m,8m
如图所示为玻璃制成的圆柱体,它的折射率为,一细光线垂直圆柱体的轴线以i1=60°的入射角射入圆柱体。(1)作出光线穿过圆柱体并射出圆柱体的光路图。(2)求出该光线从圆柱体中射出时,出射光线偏离原入射光线方向的角
正确答案
(1)光路如图所示
(2) 22.
试题分析: (1)光路如图所示
(2)
22.
点评:本题是几何光学问题,这里用到几何知识和光路的可逆性原理作光路图.基本题.
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