专题24+选修3-4+光学和电磁波(第01期)-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

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专题24+选修3-4+光学和电磁波(第01期)-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

‎ 专题24 光学和电磁波 ‎2019年高三二模、三模物理试题分项解析(I)‎ 一.选择题 ‎1.(2019吉林长春 二模)(5分)以下说法中正确的是 。(填正确答案前标号。选对1个得2分,选对2个得4分,选对3个得5分。每选错1个扣3分,最低得分为0分) A.在同一种玻璃中,频率越大的光速度越小 B.用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振 C.麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在 D.交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应 E.狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的 ‎【参考答案】ADE ‎【名师解析】在同一种玻璃中,频率越大的光折射率越大,由n=c/v可知光的传播速度越小,选项A正确;用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉,选项B错误;麦克斯韦理论上提出了电磁波,赫兹用实验证实了电磁波的存在,选项C错误;交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应,选项D正确;狭义相对论认为在不同的惯性参考系中一切物理规律都是相同的,选项E正确。 2.(5分)(2019高三考试大纲调研卷9)如图所示,在透明均匀介质内有一球状空气泡,一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a、b光分别从C点、D点射向介质.已知光束在A点的人射角i=30°,a光经过气泡的偏向角θ=45°,CD弧所对圆心角为3°,则下列说法中正确的是______。(选对一个给2分,选对两个给4分,选对3个给5分。每选错一个扣3分,最低得分为0分)‎ A.b光经过气泡的偏向角为42°‎ B.介质对a光的折射率大于 C.a光的频率小于b光的频率 D.b光从该介质射向空气的全反射临界角的正弦值为 E.若a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置,则b光在屏上产生的条纹的间距大 ‎【参考答案】(1)(5分)ADE ‎【名师解析】(1)光线在A点的入射角为i,折射角分别为、,作出光路图,如图。‎ 由a色光的偏向角为45°,而偏向角,得,由几何知识得:AC弧所对的圆心角为,CD弧所对的圆心角为3°,则AD弧所对的圆心角为78°,故,b色光的偏向角为,故A正确。.介质对a色光的折射率,故B错误。.介质对b色光的折射率,则a光的频率大于b光的频率,故C错误。.b色光从介质射向空气的临界角正弦,故D正确。.由上得知,a光的偏向角大于b光的偏向角,a光的折射率大于b光的折射率,a、b两单色光在透明介质中的波长,根据条纹间距公式,波长长的双缝干涉时条纹间距较大,故,故E正确。故选ADE。‎ ‎3.(2019高三考试大纲模拟卷11)2018年1月31日,天空中上演了一场万众瞩目、被称为“超级满月、蓝月亮、红月亮”的月全食大戏,这次月全食历时近5小时,最精彩之处是在发生月全食阶段月亮呈现红色,下列有关月食的说法中正确的是________.(填正确选项前的字母,选对1个给3分,选对2个给4分,选对3个给6分,每选错1个扣3分,最低得分为0分)‎ A.当地球处于太阳和月亮中间时才会出现月食现象 B.当月亮处于太阳和地球中间时才会出现月食现象 C.月食可能是太阳光经月亮反射到地球大气层时发生全反射形成的 D.出现月食现象,是因为月亮处于地球的“影子”中 E.“红月亮”是太阳光中的红光经地球大气层折射到月亮时形成的 ‎【参考答案】ADE ‎【名师解析】当太阳、地球、月亮在同一直线上,地球位于太阳与月亮之间时,太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住,光线照不到月亮上,月亮处于地球的“影子”中,在地球上完全看不到月亮的现象就是月全食.看到“红月亮”,是太阳光中的红光经地球大气层折射到月亮形成的,选项A、D、E正确,B、C错误.故选ADE。‎ 二.计算题 ‎1.(10分) (2019广东广州天河区二模)一半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图所示,O为圆心,一束平行光线照射到玻璃砖MO′面上,中心光线a沿半径方向射入玻璃砖后,恰在O点发生全反射,已知∠AOM=45°。求:‎ ‎①玻璃砖的折射率n;‎ ‎②玻璃砖底面MN出射光束的宽度是多少?(不考虑玻璃砖MON面的反射)‎ ‎【名师解析】(10分)‎ 解:①由n=,得n==。(3分)‎ ‎②进入玻璃砖入射到MO的光线均发生全反射,从O′点入射光的路径如图所示。‎ 由n==,(2分)得θ=30°,(1分)‎ 由光路可逆θ′=30°、α′=45°,出射光与入射光平行。‎ OD=Rtan30°=R(2分)‎ 出射光束的宽度d=ODcos45°=R。(2分)‎ ‎2.(2019南昌模拟)如图,现有一束平行单色光垂直入射到一半径为R的玻璃半球的底面上,O 点是半球的球心,虚线OO′是过球心O与半球底面垂直的直线,已知光速为c,玻璃对该色光的折射率为。‎ ‎①底面上多大区域面积的入射光线能够直接从球面射出?‎ ‎②某入射光线从距离虚线OO′为0.5R处入射,经球面折射后与OO′有交点,求该光线从进入半球到该交点的运动时间?‎ ‎【命题意图】本题考查全反射、折射定律、光速、传播时间的计算及其相关知识点。‎ ‎【解题思路】‎ ‎(i)如图,从底上面A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为,当等于全反射临界角C时,对应光线到光轴的距离最大,设最大距离为,‎ 设是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有(1分)‎ 由几何关系有(2分)‎ 联立解得:(1分)‎ 能够直接从球面射出的入射光线在底面上的面积为(1分)‎ ‎(ii)设与光轴距的光线在球面B点折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,‎ 由几何关系有(1分)‎ 由折射定律有(1分)‎ 解得:(1分)‎ 即,可得,(1分)‎ 且在玻璃半球中 联立得 (1分)‎ ‎3.(10分)(2019全国考试大纲调研卷3)如图,为某种透明材料做成的三棱镜横截面,其形状是边长为a的等边三角形,现用一束宽度为a的单色平行光束,以垂直于BC面的方向正好入射到该三棱镜的AB及AC面上,结果所有从AB,AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC面.试求:‎ ‎① 该材料对此平行光束的折射率;‎ ‎②这些到达BC面的光线从BC面折射而出后,如果照射到一块平行于BC面的屏上形成光斑,则当屏到BC面的距离d满足什么条件时,此光斑分为两块?‎ ‎【参考答案】 (2) ①‎ ‎②当光屏到BC距离超过时,光斑分为两块。‎ ‎【名师解析】(1)①由A点的振动图线可知,t=0时质点向下振动,故波沿x轴正向传播;②波速;③因为此波的频率为2.5 Hz,若此波遇到另一列简谐横波并发生稳定的干涉现象,则所遇到的波的频率等于该波的频率2.5 Hz。‎ ‎(2) ①由于对称性,我们考虑从AB面入射的光线,这些光线在棱镜中是平行于AC面的,由对称性不难得出,光线进入AB面时的入射角α折射角β分别为α=60º,β=30º ;由折射定律,材料折射率 ‎②如图O为BC中点,在B点附近折射的光线从BC射出后与直线AO交于D,可看出只要光屏放得比D点远,则光斑会分成两块.‎ 由几何关系可得OD=;‎ 所以当光屏到BC距离超过时,光斑分为两块 ;‎ ‎4.(2019安徽芜湖期末)某均匀介质制成的柱形棱镜的横截面如图所示,其中CD是圆心为O,半径为4m的四分之一圆弧,ABOD是矩形。若光线从CD上的某一点沿半径方向入射,进入棱镜后在BC上的O点发生全反射,然后由AB的M点射出,测得出射光线与法线夹角θ的正弦值为。已知OB=2m,,真空中的光速为c,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:‎ ‎①光在该介质中的传播速度v;‎ ‎②光线从CD沿半径方向入射,从AB射出时,入射光与OD夹角α的范围。‎ ‎【名师解析】①根据光路的可逆性原理 根据光速与折射率的关系 ‎∴v=0.6c ‎②根据全反射临界角与折射率的关系 ‎∴C=37°‎ 根据题设要求,光不能在AB边发生全反射 画出刚好在AB边发生全反射的光路图 此时α的夹角为53°‎ 继续增大α,光可以从AB边射出 ∴α∈(53°,90°)‎ ‎5.(2019广东茂名一模)如图所示是一个透明圆柱的横截面,其半径为R,折射率是,AB是一条直径。今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体,若一条入射光线经折射后恰经过B点,则:‎ ‎(i)这条人射光线到AB的距离是多少?‎ ‎(ii)这条入射光线在圆柱体中的运动时间是多少?‎ ‎【名师解析】‎ ①设光线P经折射后经过B点,光线如图所示. 根据折射定律(1分) 在中, 可得,(2分) 所以      (2分) ②在中,            (2分)       (2分)‎ ‎6.(10分) (2019河北唐山期末)如图所示,矩形ABCD为某透明介质的截面图,AB边长L1=12cm,BC边长L2=24m,光线由A点以i=53°的入射角射入AB面,光线进入介质后,经过一次反射后,射到底边CD的中点F,并的出个质,不考虑F点光线的反射。已知光速c=3.0×108m/s,sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:‎ ‎(i)介质的折射率 ‎(ii)光线在介质中的传播时间。‎ ‎【名师解析】(i)延长A点的折射光线与底边CD交于G点,‎ 三角形AGD中,由几何关系可知 A B C D i F r G L1‎ L2‎ GD==18cm (1分)‎ AG==30cm (1分)‎ ‎ (1分)‎ 由公式 (2分)‎ 可得 (1分)‎ ‎(ii)在介质中 (1分)‎ ‎ (1分)‎ S=AG=30cm (1分)‎ 可得 t=s (1分)‎ ‎(其它方法正确同样得分)‎ ‎7.(10分)(2019高三考试大纲调研卷10)如图所示,真空中的三棱镜横截面是等腰直角三角形,∠A=90°,平行于底面BC的入射光从AB面进入三棱镜,经AB面和AC面折射后能从AC面射出三棱镜,求三棱镜材料的折射率n值的范围。(不考虑光线在三棱镜里的反复反射)‎ ‎【参考答案】 (10分) ‎ ‎【名师解析】(2)设三棱镜的折射率为n,光线在AB面发生折射,由折射定律;‎ 要使光线能从AC面射出,要求θ小于等于临界角,即: ‎ 由几何关系可知 ‎ 又: ‎ 联立解得 ‎ 又n>1,则折射率满足:。‎ ‎8.(10分)(2019全国考试大纲模拟卷1)如图所示,横截面为直角三角形的透明柱体,直角边(面)BC镀银。已知AB=6cm、∠C=300,一束红色激光从横截面AB边上的中点M点射入,入射角,从AC边上的N点平行BC边向右射出。‎ 求: ① 透明物体的折射率;② 射出点N距C点的距离。‎ ‎【名师解析】 (2)画出光路图,根据几何关系以及光的折射定律解答.‎ ‎①如图,透明物体内部的光路为折线MPN(P为光线反射点),N、N′点相对于底面BC对称,M、P 和N′三点共线,设折射角为r,出射光线与法线夹角为i′,对应透明物体内入射角为。‎ 由几何关系得: ‎ 根据折射定律有: ‎ 即有: ‎ 由几何关系得: ‎ 即有: ‎ 根据折射率公式有:   ‎ ‎②由图中的几何对称关系可知: ‎ 所以: ‎ ‎9.(2019安徽江南十校联考)(10分)为了研究某种透明新材料的光学性质,将其压制成半圆柱形,如图(a)所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器,可以探测光的强度。从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图(b)所示。现在将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆形,暴露于空气中(假设空气中的折射率与真空相同),设半圆形外半径为R,光导纤维束的半径为r。求:‎ ‎(i)这种新材料的折射率;‎ ‎(ii)用同种激光垂直于光导纤维束端面EF射入,若该束激光不从光导纤维束侧面外泄,则弯成的半圆形半径R与纤维束半径r应满足的关系。‎ ‎【名师解析】‎ ‎ ‎
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