02关于光学-2021年高考物理难题全解全析

关于光学（解析版） —近来辅导学生中的难题 江苏省特级教师 学科网金牌特约名师 戴儒京 例1. 一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c. 要使光全部到达右端面， 所需的最长时间？最短时间？ 【解析】：光在玻璃丝中传播速度的大小为v＝ 光速在玻璃丝轴线上的分量为vx＝vsin α 光线从玻璃丝端面AB传播到另一端面所需时间为t＝ 所以 L= v t sin α=(c t sin α) /n t=Ln/(c sin α) 光线在玻璃丝中传播，必须界面上发生全反射，才能全部到达右端面，sin α≥sin c=1/n 得α=c时， tmax＝ α=90°时， tmin＝Ln/c 例2、一厚度为h的玻璃板水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面．在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上．已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求玻璃板的折射率． 【答案】　 【解析】，将L=R-r代入，且，得n=. 例3.如图所示，由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中。某 种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出。若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2θ出射，则此介质的折射率为 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】设射出时的入射角为ꭤ 由几何关系可得，发生全反射时的入射角为 根据以上几式解得，所以选D. 例4：在双缝干涉实验中，若双缝处的两束光的频率均为6×1014 Hz，两光源S1、S2的振动情况恰好相反，光屏上的P点到S1与到S2的路程差为3×10－6 m，如图所示，则： (1)P点是亮条纹还是暗条纹？ (2)设O为到S1、S2路程相等的点，则P、O间还有几条亮条纹，几条暗条纹？(不包括O、P两处的条纹) 【答案】（1）P点为暗条纹 （2）OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹． 【解析】　(1)由λ＝得λ＝5×10－7 m n＝＝＝6 由于两光源的振动情况恰好相反，所以P点为暗条纹． (2)O点路程差为0，也是暗条纹，OP间还有5条暗条纹，6条亮条纹． 例5. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】光在玻璃中的传播速度为 可知时间差 故选A。 例6.截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA'CC的光线。下列说法正确的是（　　） A. 光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 B. 光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 C. 若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将增大 D. 若DE发出的单色光频率变小，AA'C'C面有光出射的区域面积将减小 【答案】AC 【解析】AB．由题可知 可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在 平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误； C．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。 故选AC。 例7.如图所示，由单色光a. b组成的复色光PO从某种均匀介质中射入空气中，被分成OA、OB两束光沿图示方向射出，其中OB光束只含单色光b，由此可知( ) A.在空气中，a的频率较小 B.在该介质中，a的波长较短，速度较大 C.若b能使某种金属发生光电效应，则a也能使这种金属发生光电效应 D.通过同一双缝干涉实验装置，a的条纹间距较大 【答案】C 【解析】因为OB光束只含单色光b，所以单色光a在界面发生全反射，设入射角为ꭤ，则; 单色光b在界面不发生全反射，则;所以,那么频率，即a的频率较大，所以A错误； 根据，得，即在该介质中，a的波长较短，但根据,因为,所以，即b的速度较大，所以B错误； 根据爱因斯坦光电效应方程=，因为，所以若b能使某种金属发生光电效应，则a