2013年高考物理光学部分试题精析

    2013年高考物理光学部分试题精析
    山东省高唐县琉寺中学　李洪生　蒋庆荣
    例1（2013年上海卷）白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的（   ）
    A．传播速度不同      B．强度不同      C．振动方向不同      D．频率不同
    解析：白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的频率不同。故选D。
    例2（2013年全国高考大纲卷）下列现象中，属于光的衍射现象的是（   ）
    A．雨后天空出现彩虹
    B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
    C．海市蜃楼现象
    D．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹
    解析：雨后天空出现彩虹是由于光的折射，属于色散现象；通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹属于光的衍射现象；海市蜃楼现象是光的全反射现象；日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹是光的干涉现象。故选B。
    例3（2013年四川卷）光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播形式可知（   ）
    A．折射现象的出现表明光是纵波
    B．光总会分为反射光和折射光
    C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
    D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
    解析：折射现象的出现表明光在两种介质中传播速度不同；在发生全反射时，折射光消失；当入射角等于0°时，折射光与入射光的传播方向相同。故选D。
    例4（2013年浙江卷）与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，如图1所示，并提出了如下猜想，其中最为合理的是（   ）
    
    A．地球上有人用红色激光照射月球
    B．太阳照射到地球的红光反射到月球
    C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球
    D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹
    解析：当太阳、地球、月球在同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住，光线照不到月球上，在地球上完全看不到月球的现象就是月全食．观看月全食时，看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光中的红光经地球大气层折射到月球。故选C。
    例5（2013年福建卷）一束由红、紫两色组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜.下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是（   ）
    
    解析：复色光在界面折射就分成两束光，且紫光由于折射率较大，偏折较多，能正确表示该复色光经三棱镜分离成两束单色光的是图B。故选B。
    例6(2013年北京卷)如图2所示，一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是（   ）
    
    A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
    B．a光的频率大于b光的频率
    C．在真空中a光的波长大于b光的波长
    D．a光光子能量小于b光光子能量
    解析：由图示和折射定律可知，玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率；根据折射率随频率v的增大而增大可知，a光的频率大于b光的频率；由波长公式c=λf可知在真空中a光的波长小于b光的波长。根据公式E=hv可知，a光的光子能量大于b光的光子能量；故选B。
    例7（2013年天津卷）固定的半圆形玻璃砖的横截面如图3所示，O点为圆心，OO’为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO＇夹角θ较小时，光屏NQ区城出现两个光斑。逐渐增大θ角。当θ=α时，光屏NQ区城A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则（   ）
    
    A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
    B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
    C．α<θ<β时，光屏上只有1个光斑
    D．β<θ<π/2时，光屏上只有1个光斑
    解析：入射光线与OO＇夹角θ较小时，在O点从MN射出的折射光色散为A、B两种单色光，射到光屏上，光屏NQ区城出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ=α时，光屏NQ区城A光的光斑消失，说明A光的临界角等于α。 继续增大θ角，当θ=β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，说明B光的临界角等于β。由sinC=1/n可知，玻璃砖对A光的折射率比对B光的大；由n=c/v可知A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，α<θ<β时，A光发生全反射，光屏上只有1个光斑；β<θ<π/2时，A、B光都发生全反射，光屏上没有光斑。故选AD。
    例8（2013年重庆卷）利用半圆柱形玻璃，可减小激光束的发散程度。在如图4所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点。若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，求此玻璃的折射率。
        
    解析：光线从空气射入半圆柱形玻璃发生折射，如图5所示，设折射角为r．由图根据几何知识得：β=i-α，r=β，则得：r=i-α。此玻璃的折射率为，解得：。
    例9（2013年山东卷）如图6所示，ABCD是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率n=，AB=BC=8cm，OA=2cm，∠OAB=60°。
    （1）求光线第一次射出棱镜时，出射光线的方向。
    （2）第一次的出射点距C        cm。
    
    解析：由折射定律得sinC=1/n，代入数据得：C=45°。
    光路如图7所示，由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°，均发生全反射。设光线在CD边的入射角为α，折射角为β，由几何关系得，α=30°，小于临界角，光线第一次射出棱镜在CD边，由折射定律得n=sinβ/sinα。代入数据解得：β=45°。 即光从CD边射出，与CD边成45°斜向左下方。根据几何关系得，AF=4cm，则BF=4cm。∠BFG=∠BGF，则BG=4cm．所以GC=4cm．所以CE=。
    例10（2013年全国新课标卷）如图7所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A=30°，∠B=60°。一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出。若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等。
    
    （1）求三棱镜的折射率；
    （2）在三棱镜的AC边是否有光线透出？写出分析过程.（不考虑多次反射）
    解析：（1）光路图如图8所示，图中N点为光线在AC边发生反射的入射点。设光线在P点的入射角为i、折射角为r，在M点的入射角为r＇、折射角依题意也为i，有：i=60°。
    由折射定律有：sini=nsinr，nsinr＇=sini，联立解得：r=r＇。OO＇为过M点的法线，∠C为直角，OO＇//AC.由几何关系有：∠MNC=r＇。由反射定律可知：∠PNA=∠MNC。联立解得：∠PNA=r。由几何关系得：r=30°。联立解得：n=。
    （2）设在N点的入射角为r＇，由几何关系得：i＇=60°。此三棱镜的全反射临界角满足nsinθ_C=1。联立解得：i＇>θ_C。此光线在N点发生全反射，三棱镜的AC边没有光线透出。
    

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