北京西城区高三总复习指导-光学部分
- 格式:doc
- 大小:224.50 KB
- 文档页数:8
2014版总复习指导 第十二章 光 学例1 水槽中放一平面镜,镜面与水平面成30°角,一束水平光束射向平面镜,水槽中放入折射率n =5/3的某种油,问:(1)由平面镜反射后的反射角为多少? (2)光束射出空气时的折射角?(3)如改变光线的入射方向,当入射角是多少时会发生全反射?分析:首先画图明确平面几何关系,即法线所在位置、入射角多大并在图中画出反射与折射光线.解答:(1)如图所示,入射角α=60° 由反射定律可知,反射角β=60° (2)由折射定律:n =12sin sin θθ θ1=30° 得θ2=arcsin(5/6)=56.4°(3)设当临界角为θ1时恰发生全反射现象,531sin 1==n θ θ1=37° θ1+90°-β=60°得α=67°讨论:(1)如入射角α<67°时,不会在界面上发生全反射,会同时有反射光和折射光存在.这样光的能量是一部分反射回油中、一部分折射进入空气.如入射角≥67°时,只有反射光,没有折射光线射出.(2)此题为反射、折射、全反射的综合题,关键是应首先明确平面几何关系,画好光路图是极重要的.例2 空气中有一个小球状激光器(半径不计),向各个方向均匀辐射出的波长为λ的单色光,已知激光器每秒钟辐射的能量为E ,光速为c ,问:(1)每个光子的能量是多少?(2)激光器每秒钟辐射出的光子数为多少?(3)以光源为中心,半径为R 的球面上每秒钟单位面积所接收的光子数是多少?分析:将激光器视为能射出N 个光子的仪器,由爱因斯坦的光子说,每个光子的能量均为hv .设想空间中有一半径为R 的纸制球面接收激光束.解答:(1)设每个光子的能量为E 0,E 0=hvλcv =解得 λchE =0(2)激光器每秒辐射的能量为E ,设每秒射出的光子数为N , 则 E =Nhv 所以 hcE N λ= (3)设想半径为R 的球面面积为S ,S =4πR 2 设此球面每秒每平方米接收的光子数为N '2π4R NN =' 即 hCR E N 2π4λ=' 讨论:每个光子的能量完完全全由且仅由光的频率决定.例3 红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光,每道闪光称为一个光脉冲.现有一发射功率为10W 的红宝石激光器,正常工作时每发射一个光脉冲持续时间为1.0×10-11s ,所发光的波长为693.4nm .普朗克常量h =6.626×10-34J ·s .求 (1)激光器发射的激光的频率; (2)激光中每一个光子的能量; (3)激光中每一个光子的动量; (4)每个激光脉冲中含有的光子数. 分析:由于激光传播的速度c =3.0×108m/s ,波长λ=693.4nm =6.934×10-7m ,根据波长、波速、频率之间的关系v =λc,得 Hz 1033.4Hz 10934.6100.31478⨯=⨯⨯==-λcv 所以激光器发射激光每一个光子的能量为E =hv =6.626×10-34×4.33×1014=2.87×10-19J每一个光子的动量为 m /s kg 1056.910934.610626.628734⋅---⨯=⨯⨯==λhp 每个激光脉冲的能量为 W =Pt =1.0×10-10J每个激光脉冲中含有的光子数 n =EW=3.5×108个 解答:(1)激光器发射的激光的频率为4.33×1014Hz ;(2)激光器发射激光每一个光子的能量为2.87×10-19J ;(3)每一个光子的动量为9.56×10-28kg ·m/s ; (4)每个激光脉冲中含有的光子数为3.5×108个.例4 分别用波长为λ和λ43的单色光照射同一金属板,发出的光子的最大初动能之比为1∶2.以h 表示普朗克常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为 ( )A .λhc21 B .λhc32 C .λhc 43D .ch λ54 分析:根据爱因斯坦光电效应方程E k =hv -W 0和波长、波速、频率之间的关系λcv =可知,光子的最大初动能0W chE k -=λ由于波长为λ和λ43的单色光照射同一金属板,发出的光子的最大初动能之比为1∶2,所以0043)(2W chW ch-=-λλ解得此金属板的逸出功 λhcW 320= 解答:正确答案为选项B四、综合训练1.一束红光和一束紫光垂直穿过同一块两面平行的玻璃板,设红光穿过玻璃板经过的时间为t 1,紫光经过的时间为t 2,则 ( )A.t1>t2 B.t1=t2 C.t1<t2 D.无法判断2.图示为一直角棱镜的横截面,∠bac=90°,∠abc=60°.一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜.已知棱镜材料的折射率n=2,若不考虑原入射光在bc 面上的反射光,则有光线( )A.从ab面射出B.从ac面射出C.从bc面射出,且与bc面斜交D.从bc面射出,且与bc面垂直3.空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如下图所示.方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜.下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生左图效果的是( B)4.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示.有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为( )A.r B.1.5rC.2r D.2.5r5.如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°.已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行.此玻璃的折射率为( )A.2B.1.5C.3D.26.下列有关光现象的说法正确的是( )A.在光的双缝干涉实验中,若仅将入射光由紫光改为红光,则条纹间距一定变大B.以相同入射角从水中射向空气,紫光能发生全反射,红光也一定能发生全反射C.紫光照射某金属时有电子向外发射,红光照射该金属时也一定有电子向外发射D.拍摄玻璃橱窗内的物品时,往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度7.下列说法正确的是( )A.用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B.在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D.电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的8.两种单色光a和b,a光照射某金属时有光电子逸出,b光照射该金属时没有光电子逸出,则( )A.在真空中,a光的传播速度较大B.在水中,a光的波长较小C.在真空中,b光光子能量较大D.在水中,b光的折射率较小9.如图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.下列说法正确的是( )A.减小双缝间的距离,干涉条纹间的距离减小B.增大双缝到屏的距离,干涉条纹间的距离增大C.将绿光换为红光,干涉条纹间的距离减小D.将绿光换为紫光,干涉条纹间的距离增大10.在实验条件完全相同的情况下,分别用红光和紫光做实验进行比较,得到四个实验结论.以下是对四个实验结论的描述,其中正确的是( )A.通过三棱镜后,紫光偏折角大B.通过平行玻璃砖后,红光侧移大C.在双缝干涉实验中,光屏上紫光的干涉条纹间距较宽D.若紫光照射到某金属表面有光电子逸出,则红光照射也一定有光电子逸出11.如图所示,用导线将验电器与洁净锌板连接,触摸锌板使验电器指示归零.用紫外线照射锌板,验电器指针发生明显偏转,接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板,发现验电器指针张角减小,此现象说明锌板带______电(选填写“正”或“负”);若改用红外线重复上实验,结果发现验电器指针根本不会发生偏转,说明金属锌的极限频率______红外线(选填“大于”或“小于”).正,大于12.用频率5×1014Hz的单色光做双缝干涉实验.光屏上到双缝距离相等的那些位置出______条纹;光屏上到双缝距离之差为1.5μm处将出现______条纹.明,暗13.劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图1所示.将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图2所示.干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.现若在图1装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹将______(“变窄”或“变宽”或“不变”)变宽14.图为X射线管的结构示意图,E为灯丝电源,要使射线管发出X射线,须在K、A 两电极间加上几万伏的直流高压,高压电源正极应接在______点,X射线从______极发出.Q,A15.已知铯的极限频率为4.545×1014Hz ,钠的为6.000×1014Hz ,银的为1.153×1015Hz ,铂的为1.529×1015Hz .当用波长为0.375μm 的光照射它们时,可发生光电效应的是哪种金属? 铯、钠16.右图是个41圆柱体棱镜的截面图,图中E 、F 、G 、H 将半径O M =10cm 分成5等份,虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径ON ,ON 边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n =35,若平行光束垂直入射并覆盖OM ,则光线从曲线在哪一部分射出,其长度为多少?从NG 1射出,长度为6.5cm .17.一个高h =20cm 、底面直径d =15cm 的不透明圆柱形筒,当筒内装满某种液体时,人眼通过筒口边沿某一方向向筒里观察,正好看到筒底边缘处.如果把液体倒去,把筒放回原处,人眼位置保持不变,则只能看到深度一半处,求此种液体的折射率. 1.418.一水池的池底为水平面,池中水深1.2m .有一竹竿竖直立于池底,浸入水中的部分正好是全长的一半.阳光与水平方向成37°射入,已知水的折射率为34,求池底杆影长. 2.5m19.晴天晚上,人能看见卫星的条件是卫星被太阳照着且在人的视野之内,一个可看成漫反射体的人造地球卫星的圆形轨道与赤道共面,卫星自西向东运动.春分期间太阳垂直射向赤道,赤道上某处的人在日落后8小时时在西边的地平线附近看到它,之后极快地变暗而看不到了.已知地球的半径为R 地=6.4×106m ,地面上的重力加速度为10m/s 2,估算(结果精确到两位有效数字)(1)卫星轨道离地面的高度;(2)卫星的速度大小.20.一半径为R 的41球体放置在水平面上,球体由折射率为3的透明材料制成.现有一束位于过球心O 的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图所示.已知入射光线与桌面的距离为R 23.求出射角.参考答案1.C 2.BD 3.B 4.C 5.C 6.A 7.B 8.BD 9.B 10.A 11.正,大于 12.明,暗 13.变宽 14.Q ,A 15.铯、钠 16.从NG 1射出,长度为6.5cm . 17.1.4 18.2.5m 19.(1)h =R =6400km (2)v =2gR=5.7×103m/s 20.θ=60。