高中物理几何光学中高考常考的五类热点问题
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几何光学中高考常考的五类热点问题
几何光学是高考的重点和热点,对几何光学的考查,主要采用多知识点的综合命题形式。下面是近年高考几何光学的综合问题。
一、反射和折射综合问题
例1.(03年江苏卷)
如图1,一玻璃柱体的截面为半圆形,单色细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心),产生反射光束1和透射光束2,已知玻璃折射率为3,入射角为45°(相应的折射角为
24°)。现保持入射光不变,将半圆柱体绕通过O点垂直于图面的轴线顺时针转过15°,如图中虚线所示,则()。
图1
A. 光束1转过15°
B. 光束1转过30°
C. 光束2转过的角度小于15°
D. 光束2转过的角度大于15°
解析:原来入射光线的入射角是45°,当半圆柱体顺时针转过15°,入射角变为60°,入射角增加了15°,则原来的反射光线要转过30°角,即光束1要转过30°角,选项B正确。根据折射定律知道,入射角与折射角不是正比关系,而是入射角正弦与折射角的正弦成正比,并且折射角的改变角度总小于入射角的改变角度。因本题入射角增加了15°角,折射角也要增加,但比入射角增加的角度要小,即光束2转过的角度小于15°。正确选项为BC。
2. 反射和全反射综合题
例2.(04年江苏卷)
如图2所示,只含黄光和紫光的复色光束PO,沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后,被分成两光束OA和OB,沿如图2所示方向射出,则()。
图2
A. OA 为黄光,OB 为紫光
B. OA 为紫光,OB 为黄光
C. OA 为黄光,OB 为复色光
D. OA 为紫光,OB 为复色光
解析:黄光和紫光在玻璃和空气的分界面上都要发生反射,反射时遵循反射定律,故OB 光束是黄光和紫光的复色光;光由光密介质进入光疏介质时,如果入射角大于或等于临界角,光就会发生全反射。又因为玻璃对黄光的折射率小于对紫光的折射率,从而知黄光发生全反射的临界角大于紫光的临界角,也就是说,同样的入射角,当紫光恰好发生全反射时,黄光还没有发生;当黄光恰好发生全反射时,紫光已经发生。本题就是黄光恰好发生全反射的情况,故光束OA 是黄光。本题的正确选项为C 。
3. 折射和全反射综合题
例3. (05年全国I 卷)
图3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( )。
图3
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
解析:根据sin //C n ==112可知,棱镜的临界角C =45°。光线垂直BC 边进入棱镜后,由几何知识和反射定律可知∠1=60°(图4),∠2=30°,∠3=∠4=60°,∠5=
90°。光线在ab面上的入射角60°大于临界角,要发生全反射,故在ab面上没有光线射出。光线在ac面上的入射角30°小于临界角,不会发生全反射,故在ac面上有光线射出。正确选项为B、D。
图4
4. 光的色散
例4.(05年广东卷)
如图5所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是()
图5
A. 红光的偏折最大,紫光的偏折最小
B. 红光的偏折最小,紫光的偏折最大
C. 玻璃对红光的折射率比紫光大
D. 玻璃中紫光的传播速度比红光大
解析:白光通过棱镜的色散,偏折最厉害的是紫光,紫光的折射率最大,传播速度最小。正确选项为B。
5. 光的折射和色散
例5.(05年辽宁卷)
一束复色光由空气射向一块平行玻璃砖,经折射分成两束单色光a、b(图6)。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的?
图6
解析:根据光的色散知道,同一种介质对不同频率的色光的折射率不同,且频率越大的色光的折射率越大,故本题玻璃砖对两种光的折射率关系是n n a b <。因为两种光进入玻璃砖的入射角θ1相同,根据n =sin /sin θθ12和n n a b <,从而得出θθ22n b >。还知道光通过平行玻璃砖后,光的传播方向与入射光相同。因此,本题正确的光路图应是B 。 例6. (05年全国II 卷)
一束复色光由空气射向玻璃,发生折射而分为a 、b 两束单色光,其传播方向如图7所示。设玻璃对a 、b 的折射率分别为n a 和n b ,a 、b 在玻璃中的传播速度分别为v a 和v b ,则( )
图7
A. n n a b >
B. n n a b <
C. v v a b >
D. v v a b < 解析:由图和n =sin /sin θθ12知,a 光的折射率大,再根据n c v =/知,a 光在玻璃中的传播速度小。
正确选项为A 、D 。