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1、第14讲光学电磁波相对论一、单项选择题 1.(2019天津和平二模)与早期的电缆传输信息相比,光纤通信具有各方面压倒性的优势。根据传输效率的考量,目前光纤信号传输主要采用以下三种波长的激光:850 nm、1 310 nm、1 550 nm,均大于红光波长(630760 nm)。下列关于光纤的相关说法中正确的有()A.光纤通信利用的是光的全反射原理B.光纤中的激光能使荧光物质发光C.若用红光照射某光电管能产生光电效应现象,光纤中的激光一定可以D.若换用可见光传输信号,其在光纤中的传播速度比现有的三种激光更快答案A全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质,入射角大于等于临界角,光纤通信中,内芯的折射
2、率大于外套的折射率,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射,故A正确;激光的波长大于红光,频率低,不能使荧光物质发光,故B错误;激光的波长大于红光,则频率小于红光,根据光电效应现象可知,红光照射发生光电效应现象,则激光不一定发生,故C错误;可见光的波长短,频率高,在光纤中比现有三种激光传播速度慢,故D错误。2.如图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧。旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是()A.A、B均不变B.A、B均有变化C.A不变,B有变化D.A有变化,B不变答案C白炽灯光包含向各方向振动的光,且各个方向振动的光的强度相等,所以旋转偏振片P时
3、各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;白炽灯光经偏振片P后变为偏振光,当P旋转时,只有与Q的偏振方向一致时才有光透过,因此B点的光强有变化,选项C正确。3.一束平行光照射在双缝上,在双缝后光屏上得到干涉条纹,下列说法中不正确的是()A.增大双缝到光屏的距离,条纹间距变大B.入射光波长变短,光强不变,条纹间距不变C.入射光频率变化时条纹间距跟着变化D.在水里做该实验,同样条件下的条纹间距会变化答案B根据x=Ld可得增大双缝到光屏的距离L,条纹间距变大,故A正确;入射光的强度与入射光的波长无关,故入射光的强度改变,但波长变短时,条纹间距减小,故B错误;入射光的频率改变时,入射光的波长就发生改变
4、,则条纹间距会随之发生改变,故C正确;在水里做双缝干涉实验,使光的传播速度变小,由于光的频率不变,故波长变小,所以条纹间距变小,故D正确。4.如图所示,一束复合光沿半径方向从A点射入半圆形玻璃砖,在O点发生反射和折射,a、b为折射光,c为反射光。下列说法正确的是()A.用a、b光分别照射同一单缝做衍射实验,a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄B.单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间C.保持复合光沿半径方向入射到O点,若入射点由A向B缓慢移动,则c光逐渐变暗D.用a、b光分别照射同一光电管,只有一种光能引起光电效应,则一定是a光答案Ba光的偏折程度比b光的小,所以玻璃对a光的
5、折射率较小,故a光的频率小,波长长,所以用a、b光分别照射同一单缝做衍射实验,a光的中央亮纹比b光的中央亮纹宽,衍射现象明显,故A错误;a光的折射率小于b光的折射率,由v=cn分析可知,a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度,故单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间,故B正确;入射点由A向B缓慢移动,光线射到直边的入射角增大,反射光增强,折射光减弱,则知c光逐渐变亮,故C错误;a光的折射率小于b光的折射率,所以a光的频率小于b光的频率,故用a、b光分别照射同一光电管,只有一种光能引起光电效应,则一定是b光,故D错误。二、多项选择题5.(2019山西五地市联考)下
6、列说法正确的是()A.日光灯是紫外线的荧光效应的应用B.单摆在做受迫振动时,它的周期等于单摆的固有周期C.机械波从一种介质进入另一种介质后,它的频率保持不变D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在答案AC日光灯是紫外线的荧光效应的应用,故A正确;单摆在做受迫振动时,它的周期等于驱动力的周期,故B错误;机械波的频率由波源决定,和介质无关,故C正确;麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在,故D错误。6.(2019浙江嘉兴质检)一束白光从水中射入真空的折射光线如图所示,若保持入射点O不变而逐渐增大入射角,下述说法中正确的是()A.若红光射到P点,则紫光在P点上方B.若红光射
7、到P点,则紫光在P点下方C.紫光先发生全反射,红光后发生全反射D.当红光和紫光都发生全反射时,它们的反射光线射到水底时是在同一点答案BCD同一种介质对紫光的折射率大,而对红光的折射率小,入射角相同时,紫光的折射角大,所以紫光在P点下方,A错误,B正确;同理,紫光的临界角小,紫光先发生全反射,红光后发生全反射,C正确;根据光的反射定律,红光和紫光都发生全反射时,反射光线的传播方向一致,所以它们的反射光线射到水底时是在同一点,D正确。7.如图所示,一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时,从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的点C
8、,C、B两点相距d4。光在真空中的传播速度c=3108 m/s,则下列说法正确的是()A.油的折射率为102B.油的折射率为52C.光在油中的传播速度为3510108 m/sD.光在油中的传播速度为655108 m/s答案AC因为底面直径与桶高相等,所以AON=BON=45,由ON=2CN可知sinCON=CNCN2+ON2=55,则油的折射率n=sinAONsinCON=2255=102,故A正确,B错误;光在油中的传播速度v=cn=3510108 m/s,故C正确,D错误。三、计算题8.(2019山东泰安二模)如图为用一个折射率为n=2的透明介质做成的四棱柱的横截面图,其中A=C=90,B
9、=60。现有一条光线从图示的位置垂直入射到棱镜的AB面上,请回答下列问题:()画出完整的光路图,确定射出的光线。(标注好角的度数)()为实现上述光路,该透明介质的折射率取值应该在什么范围?答案()见解析()23 3n2解析()光路图如图所示()为满足和原光路图相一致,即必须满足在CD边能发生折射,AB边发生全反射即临界角30C60由n=1sinC可得,1sin60n1sin3023 3n29.(2019山东菏泽一模)如图为一半球壳形玻璃砖的截面图,球壳外圆半径R1=10 cm,内圆半径R2=5 cm,图中OO为玻璃砖的中轴线。一束平行光以平行于OO的方向从球壳的左侧射入,沿OO入射的光线经过5
10、3 210-10 s穿过玻璃砖,光在真空中传播速度为c=3108 m/s,有一部分到达内圆左表面时能从右侧射出玻璃砖。求:(1)玻璃砖对光的折射率;(2)若入射到外圆表面上A点的光线经外圆折射后,在内圆表面刚好发生全反射,则A点到OO的距离为多少。答案(1)2(2)5 cm解析(1)由题意可知,光在玻璃砖中的传播速度v=R1-R2t=322108 m/s玻璃砖对光的折射率n=cv=2(2)设光线刚好在内圆表面发生全反射时,光路如图所示此时光线在内圆表面的入射角等于全反射临界角,则sin C=1n=22设光在A点的入射角为i,折射角为r,根据正弦定理sin(180-C)R1=sinrR2解得si
11、n r=24由n=sinisinr解得sin i=12则A点到OO的距离为d=R1 sin i=5 cm命题拓展预测有一玻璃棱镜,横截面为如图所示的圆心角为90的扇形,扇形的半径为R,一束极窄的光以垂直于OP的方向射向OP界面,当入射点M离O点距离为0.5R时,在圆弧PQ界面上的折射角为45。已知光在真空中的传播速度为c。(1)求此种玻璃的折射率;(2)若此入射光可以在OP方向移动,是否存在反射光垂直OQ方向从OQ界面射出的情况,如果有,请作出最简单的光路图,并求出此种情况下光在玻璃中的传播时间。答案(1)2(2)2Rc解析(1)由折射定律可知n=sin45sinONM由几何关系可得sinONM=0.5RR=0.5联立可得:n=2(2)符合题目要求的最简单光路就是在圆弧界面只发生一次全反射,然后就从OQ界面射出的情况,光路如图所示由反射定律及几何关系可知此时EFO=45又sinEFO=22=1n=sin C,故光在F点刚好发生全反射由几何关系可知EF=FG=2R2而n=cv所以t=EF+FGv=2Rc2=2Rc