2011届高三物理 棱镜复习题

课时作业36 光的折射全反射色散时间：45分钟满分：100分一、选择题(8×8′＝64′)1．如图所示，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( )A.62B. 2C.32D. 3解析：如右图所示，由折射规律可得sin45°sin r ＝n ，若光线在AC 边上的D 点发生全反射，则sin β＝1n ，由几何关系又有r ＝90°－β，结合以上三式可得n 2＝32，即n ＝62，正确答案为A.答案：A2．(2011·浙江高考)“B 超”可用于探测人体内脏的病变状况．如右图所示是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图．超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为sin θ1sin θ2＝v 1v 2(式中θ1是入射角，θ2是折射角，v 1，v 2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度)，超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同．已知v 2＝0.9v 1，入射点与出射点之间的距离是d ，入射角为i ，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h 为( )A.9d sin i2100－81sin 2iB.d 81－100sin 2i 10sin iC.d 81－100sin 2i 20sin iD.d 100－81sin 2i 18sin i解析：画出波的传播示意图，如图所示，则有sin i sin β＝v 1v 2＝10.9，得sin β＝0.9sin i .由几何关系得tan β＝d 2h ，即0.9sin i1－0.9sin i2＝d 2h ，所以h ＝d 100－81sin 2i18sin i，选项D 正确．答案：D3．(2011·福建高考)如右图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ 的左下方．一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O 点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．若入射点由A 向B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是( )A ．减弱，紫光B ．减弱，红光C ．增强，紫光D ．增强，红光解析：入射点由A 向B 缓慢移动的过程中，同一介质对各色光的折射率不同，各色光对应的全反射的临界角也不同．七色光中紫光的折射率最大，由sin C ＝1n可知紫光的临界角最小，所以最先发生全反射的是紫光，折射光减弱，则反射光增强，故C 正确．答案：C4．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影．但当你靠近“水面”时，它却随你靠近而后退．对此现象正确的解释是( )A ．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的B ．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉C ．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射D ．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射解析：酷热的夏天地面温度高，地面附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射．答案：D5．如下图所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M ，若用n 1和n 2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是( )A．n1<n2，a为红光，b为蓝光B．n1<n2，a为蓝光，b为红光C．n1>n2，a为红光，b为蓝光D．n1>n2，a为蓝光，b为红光解析：由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光．故B 正确．答案：B6．香港中文大学第三任校长高锟荣获了2009年诺贝尔物理学奖．诺贝尔奖委员会高度评价了高锟的贡献，评委会指出：高锟1966年发现如何通过光学玻璃纤维远距离传输光信号的工作，成为今日电话和高速互联网等现代通信网络运行的基石．下列关于“光纤”及原理的说法中，正确的是( )A．光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点B．光纤通信、全息照相、数码相机及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理C．实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射D．当今，在信号的传输领域中，光纤电缆(“光缆”)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”，成为传播信息的主要工具，是互联网的骨架，并已联接到普通社区解析：全息照相是利用了光的干涉的原理，数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机，它们都不是利用了光的全反射原理，B错误；实用光导纤维是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，C错误．答案：AD7．(2013·浙江期末调研)为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示．已知水的折射率为4，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为( ) 3A.73r B.43rC.34r D.377r解析：只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，如图所示，根据图中几何关系有sin C＝rr2＋h2＝1n＝34，所以h＝73r，选项A对．答案：A8．(2013·浙江温州八校联考)高速公路上的标牌常用“回光返膜”制成，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目．这种“回光返照膜”是用球体反射原件制成的．如图所示，反光膜内均匀分布着直径10 μm 的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角是( )A ．60°B ．45°C ．30°D ．15°解析：设入射角为i ，折射角为θ，作出光路图如图所示，因为出射光线恰好和入射光线平行，所以i ＝2θ，根据折射定律n ＝sin i sin θ＝sin2θsin θ＝3，所以θ＝30°，i ＝2θ＝60°，选项A 正确．答案：A二、计算题(3×12′＝36′)9．夏日晚上，小明去游泳池游泳，他站在池边发现对岸标杆上有一灯A ，水下池壁上有一彩灯B (B 灯在图中未画出)，如右图所示，他调整自己到岸边的距离，直到发现A 灯经水面反射所成的像与B 灯经水面折射后所成的像重合，此时人到对岸的距离L ＝10 m ，A 灯距水面高为0.5 m ，人眼E 距水面高为2 m ，水的折射率为43.(1)画出小明看到A 、B 灯的像重合时的光路图． (2)求B 灯在水面下的深度． 解析：(1)光路图如下图所示(2)设水面为CF ，A 到水面的距离为L 1，B 灯与水面的距离为L 2，人眼到水面的距离为L 3，点C 、D 之间的距离为L 4，得L 4L －L 4＝L 1L 3即L 410－L 4＝0.52得L 4＝2 m对B 灯光的折射过程，有sin θ1＝sin ∠CBD ＝222＋L 22sin θ2＝sin ∠CA ′D ＝222＋0.52sin θ1sin θ2＝1n ＝34得灯在水面下深处L 2＝432m ＝1.89 m答案：(1)见解析图 (2)1.89 m10．如图所示，AB 为一长L ＝30 km 的光导纤维，一束光线从端面A 射入，在侧面发生全反射，最后从B 端面射出．已知光导纤维的折射率n ＝1.35，光线从纤维内侧面向外射出时，临界角的正弦值为0.9，设在侧面发生全反射的光线从A 端传播到B 端所需时间为t ，求t 的最小值和最大值．解析：光线在光导纤维中传播的时间取决于光沿AB 方向的分速度大小，这与入射角的大小有关．设光在光导纤维中传播的速度为v ，则当入射角θ1＝0时，光在光导纤维中沿AB 方向直线传播，此时时间最短，为t min ＝L v ，又v ＝cn 可得t min ＝Lnc＝1.35×10－4 s当入射角恰能使光线在光导纤维侧面发生全反射时，光在沿AB 方向分速度最小，对应时间最长，为t max ＝L v ·sin α＝1.5×10－4s.答案：1.35×10－4s 1.5×10－4s11．(2012·课标全国理综)一玻璃立方体中心有一点状光源．今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜，以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体．已知该玻璃的折射率为2，求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值．解析：如右图，考虑从玻璃立方体中心O 点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射．根据折射定律有n sin θ＝sin α①式中，n 是玻璃的折射率，入射角等于θ，α是折射角．现假设A 点是上表面面积最小的不透明薄膜边缘上的一点．由题意，在A 点刚好发生全反射，故αA ＝π2②设线段OA 在立方体上表面的投影长为R A ，由几何关系有 sin θA ＝R A R 2A ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22③式中a 为玻璃立方体的边长，由①②③式得R A ＝a2n 2－1④ 由题给数据得R A ＝a 2⑤由题意，上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是半径为R A 的圆．所求的镀膜面积S ′与玻璃立方体的表面积S 之比为S ′S ＝6πR 2A6a2⑥ 由⑤⑥式得S ′S ＝π4⑦ 答案：π4。

第一单元光1.5 认识棱镜一、一起探寻棱镜的奥秘。

1.光由空气斜射入水中，光的路线_____（会不会）发生变化。

光由空气斜射入其他透明物体时，光的路线_____（会不会）发生变化，这就是光的_______现象。

2.太阳光用肉眼看上去几乎是 ______ 的，但它是由许多不同颜色的 ______ 组成的。

当白光进入棱镜时，由于不同颜色的光发生______ 的程度不一样，就出现了红、 ______ 、 ______ 、 _____ _ 、 ______ 、靛、紫等各种颜色的光。

由此我们可以判断，三棱镜的作用是使光发生( )现象。

（多选）A.反射B.折射C.色散D.吸收3.红、绿、蓝三种色光按不同的比例混合可以产生各种不同颜色的光，所以我们把红、绿、蓝三种色光叫光的_________。

快速旋转下图的彩色轮，能看到彩色轮的颜色变成了_______。

二、判断题。

1.我们每天看到的太阳光是一种单色光。

( )2.白光通过三棱镜，可以看到七色光。

( )3.制作彩色轮时，任意选择三种颜色都可以。

( )4.雨后会出现彩虹，所以只要下雨就会出现彩虹。

( )5.关闭教室的灯并拉上窗帘，让一束强光直接射到白屏上，能看到不同颜色的光。

( )三、选择题。

1.下列材料可以制作成棱镜的是( )。

A.紫水晶B.绿水晶C.白水晶2.彩虹的实验告诉我们( )。

A.彩虹是太阳光传播中被空气中的水滴反射而产生的B.彩虹是空气中的小水滴发出七色光形成的C.彩虹是空气中的小水滴使阳光发生色散形成的3.下列现象中，光的传播路线不会发生变化的是( )。

A.B. C.4.当我们观察到天然形成的彩虹时，彩虹出现的方向和太阳所在的方向是( )。

A.相同的B.相反的C.二者没关系5.下列三种现象原理相同的是( )。

①马路上洒水车经过时，空中的水滴有时会是彩色的②有时瀑布附近会出现彩虹③背对阳光向空中喷水雾可以制造人工彩虹A.①②B.②③C.①②③6.制作彩色轮时，各种颜色所占的扇形大小( )。

2011年高考理综物理（安徽卷）14．一质量为m 的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上。

现对物块施加一个竖直向下的恒力F ，如图所示。

则物块A ．仍处于静止状态B ．沿斜面加速下滑C ．受到的摩擦力不变D ．受到的合外力增大14、A 【解析】由于质量为m 的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上，说明斜面对物块的作用力与物块的重力平衡，斜面与物块的动摩擦因数μ＝tan θ。

对物块施加一个竖直向下的恒力F ，使得合力仍然为零，故物块仍处于静止状态，A 正确，B 、D 错误。

摩擦力由mg sin θ增大到(F ＋mg )sin θ，C 错误。

15．实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n 随着波长λ的变化符合科西经验公式：24B C n A λλ=++，其中A 、B 、C 是正的常量。

太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如下图所示。

则A ．屏上c 处是紫光B ．屏上d 处是红光C ．屏上b 处是紫光D ．屏上a 处是红光15、D 【解析】白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下（a 、b 、c 、d ）依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

屏上a 处为红光，屏上d 处是紫光，D 正确。

16．一物体作匀加速直线运动，通过一段位移Δx 所用的时间为t 1，紧接着通过下一段位移Δx 所用的时间为t 2。

则物体运动的加速度为A ．1212122()()x t t t t t t ∆-+B ．121212()()x t t t t t t ∆-+C ．1212122()()x t t t t t t ∆+- D ．121212()()x t t t t t t ∆+-16、A 【解析】物体作匀加速直线运动在前一段△x 所用的时间为t 1，平均速度为v 1＝△xt 1，即为0.5t 1时刻的瞬时速度；物体在后一段△x 所用的时间为t 2，平均速度为v 2＝△xt 2，即为0.5t 2时刻的瞬时速度。

速度由v 1变化到v 2的时间为△t ＝t 1＋t 22，所以加速度a ＝v 2－v 1△t ＝2△x (t 1－t 2)t 1t 2(t 1＋t 2)，A 正确。

高三物理物理光学试题答案及解析1.（4分）如图，在“观察光的衍射现象”试验中，保持缝到光屏的距离不变，增加缝宽，屏上衍射条纹间距将（选填：“增大”、“减小”或“不变”）；该现象表明，光沿直线传播只是一种近似规律，只是在情况下，光才可以看作是沿直线传播的。

【答案】减小光的波长比障碍物小的多【解析】缝隙越窄，条纹宽度越小，衍射条纹越宽，衍射现象越明显，当增加缝宽时，衍射条纹变窄，条纹间距变小。

当条纹足够宽时，几乎看不到条纹，衍射不明显，所以只有在光的波长比障碍物小的多时才可以把光的传播看做直线传播。

【考点】单缝衍射2.如图为光纤电流传感器示意图，它用来测量高压线路中的电流.激光器发出的光经过左侧偏振元件后变成线偏振光，该偏振光受到输电线中磁场作用，其偏振方向发生旋转，通过右侧偏振元件可测得最终偏振方向，由此得出高压线路中电流大小.图中左侧偏振元件是起偏器，出射光的偏振方向与其透振方向，右侧偏振元件称为 .【答案】相同…………（2分）（填“一致”或“平行”同样给分）检偏器【解析】由偏振现象可知左侧偏振元件是起偏器，出射光的偏振方向与其透振方向相同，右侧偏振元件称为检偏器3.对光的波粒二象性的理解，正确的是（）A．凡是光的现象，都可用光的波动性去解释，也可用光的粒子性去解释B．波粒二象性就是微粒说与波动说的统一C．一切粒子的运动都具有波粒二象性D．大量光子往往表现出波动性，少量光子往往表现出粒子性【答案】CD【解析】光的波动性和粒子性是光在不同条件下的具体表现，具有统一性；光子数量少时，粒子性强，数量多时，波动性强；频率高粒子性强，波长大波动性强，所以CD正确。

4. 1905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是（）A．同时的绝对性与同时的相对性B．运动的时钟变慢与运动的尺子缩短C．时间间隔的绝对性与空间距离的绝对性D．相对性原理与光速不变原理【答案】D【解析】905年爱因斯坦提出了狭义相对论，狭义相对论的出发点是以两条基本假设为前提的，这两条基本假设是相对性原理与光速不变原理，D对；5.（05年天津卷）某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10-19C，普朗克常量为6.63×10-34J s，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（）A．5.3×1014HZ，2.2J B．5.3×1014HZ，4.4×10-19JC．3.3×1033HZ，2.2J D．3.3×1033HZ，4.4×10-19J【答案】B【解析】逸出功等于极限频率与普朗克常量的乘积，所以极限频率为5.3×1014HZ，由光电效应方程，光电子的最大动能为4.4×10-19J，B对；6.若已知两狭缝间距为1 mm,双缝到屏的距离为200 cm,屏上得到的干涉图样如图所示,请根据图中的测量数据,求出该单色光的波长和频率.【答案】λ=5×10-7 m f=6×1014 Hz【解析】由图可知Δx=cm="0.1" cmΔx=λ.λ= m=5×10-7 mf= Hz=6×1014 Hz点评:根据双缝干涉条纹特点和决定条纹间距的因素分析讨论.再根据图中的测量结果,可求出相邻亮纹间距Δx;由Δx=λ,f=,然后求出λ及f.7.(8分)(1)如图3所示是双缝干涉实验装置的示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为光屏．用绿光从左边照射单缝S时，可在光屏P上观察到干涉条纹．则：①减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离将________；②增大双缝到屏的距离，干涉条纹间的距离将________；③将绿光换为红光，干涉条纹间的距离将________．(填“增大”、“不变”或“减小”)(2)如图4甲所示，横波1沿BP方向传播，B质点的振动图象如图乙所示；横波2沿CP方向传播，C质点的振动图象如图丙所示．两列波的波速都为20 cm/s.P质点与B质点相距40 cm，P 质点与C质点相距50 cm，两列波在P质点相遇，则P质点振幅为()A．70 cm B．50 cmC．35 cm D．10 cm【答案】(1)①增大②增大③增大(2)A【解析】(1)由Δx＝可知，当d减小，Δx将增大；当l增大时，Δx增大；当把绿光换为红光时，λ增长，Δx增大．(2)波1和2的周期均为1 s，它们的波长为：λ1＝λ2＝vT＝20 cm.由于BP＝2λ，CP＝2.5λ.t＝0时刻B质点的位移为0且向上振动，经过2.5T波1传播到P质点并引起P质点振动T，此时其位移为0且振动方向向下；t＝0时刻C质点的位移为0且向下振动，经过2.5T波2刚好传到P质点，P质点的位移为0且振动方向也向下；所以两列波在P质点引起的振动是加强的，P质点振幅为两列波分别引起的振幅之和，为70 cm，A正确．8.在柏油马路和湖面上常常遇到耀眼的炫光，它使人的视觉疲劳．这些天然的炫光往往是光滑表面反射而来的镜式反射光和从表面反射的漫反射光重叠的结果，漫反射光是非偏振光，而镜式反射光一般是部分偏振光．由于它们是从水平面上反射的，光线的入射面是垂直的，所以反射光含有大量振动在水平方向的偏振光．要想消除这种炫光，只要将光线中的水平振动成分减弱些就可以了．同理，要想消除从竖直面反射来的炫光，如玻璃窗反射来的炫光，所用偏振轴应取水平方向．请回答下列两个问题：(1)某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使影像清晰，这是利用什么原理？(2)市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片，为什么不用普通的带色玻璃片而用偏振片？安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向？【答案】见解析【解析】(1)在某些特定环境下，如拍摄池水中的游动的鱼时，由于水面反射光的干扰，影像会不清楚，在镜头前装一片偏振片，清除反射光(反射光为偏振光)，影像就变得清晰．(2)这种太阳镜是为了消除柏油马路和湖面上反射的耀眼的炫光，因此应用偏振片而不是带色的普通玻璃片．该反射光为水平方向的偏振光，故应使镜片的透振方向竖直．9. (2011年东阳中学高三月考)用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象．现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是()A．如果ν2＞ν1，能够发生光电效应B．如果ν2＜ν1，不能够发生光电效应C．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能增大D．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响【答案】AC.【解析】对一定的金属，入射光的频率必须大于或等于某一频率ν时才会产生光电效应，频率ν称为截止频率，如果入射光的频率低于截止频率ν，则不论光强多大，照射时间多长，都不会产生光电效应，不同的金属有不同的截止频率．所以当ν2＞ν1时能够发生光电效应，ν2＜ν1时不一定能够发生光电效应，A正确，B错误；又光电子的初动能随着入射光频率的增加而线性增加，所以当ν2＞ν1时逸出光电子的初动能增大，C正确，D错误．10. (2011年镇海中学检测)下列有关光现象的说法中正确的是()A．在太阳光照射下，水面上的油膜出现彩色花纹是光的色散现象B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽C．光导纤维的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D．光的偏振现象说明光是一种横波【答案】BCD.【解析】A是光的干涉现象，故A错；因为λ绿＜λ黄，由Δx＝λ知，条纹间距变宽，B对；由全反射条件知C对；偏振是横波特有的现象，D对．11.在观察光衍射的实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹．那么障碍物应是()A．乙图对应的是很小的不透明圆板B．甲图对应的是很大的不透明圆板C．乙图对应的是很大的中间有大圆孔的不透明挡板D．甲图对应的是很大的中间有小圆孔的不透明挡板【答案】AD.【解析】比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明圆板，中间有透光并且带有衍射图样的花纹，说明挡板的中间有小圆孔，D项正确；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的花纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是泊松亮斑，A项正确．12.光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是( )A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象【答案】选D.【解析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象,A错;用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象,B错;在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,C错;光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象,D正确.13. (2011·福建福州)下列说法正确的是 ()A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果B．用光导纤维传送图像信息，这是光的衍射的应用C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象D．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰【答案】D【解析】太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，是由于不同色光在介质中折射率不同产生的色散现象，A错；用光导纤维传送图像信息是利用了光的全反射，B错；眯着眼睛看发光的灯丝时观察到彩色条纹是光的衍射现象，C错；在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，滤去了水面的反射光，使景像清晰，D对．14.一亮度可调的台灯（由滑动变阻器与灯泡串联来调节亮度），白炽灯泡上标有“220V，40W”的字样，台灯最暗时灯泡的功率为10W，此时台灯消耗的功率为_____W；若灯泡消耗的电能有1%转化为频率为5´1014Hz的光子，该灯泡最暗时每秒钟可发出______个该频率的光子。