北京西城区高三总复习指导-光学部分.doc

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＝60 由反射定律可知，反射角β＝60(2)由折射定律： 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， θ1＝37 θ1＋90β＝60 得＝67 讨论： (1)如入射角＜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 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)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E0，E0＝hv 解得 (2)激光器每秒辐射的能量为E，设每秒射出的光子数为N， 则所以 (3)设想半径为R的球面面积为S，S＝4πR2 设此球面每秒每平方米接收的光子数为N 即 讨论： 每个光子的能量完完全全由且仅由光的频率决定． 例 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－m，根据波长、波速、频率之间的关系v＝，得 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 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＝＝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个例分别用波长为λ和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12．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．B．C．D． 分析： 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hv－W0和波长、波速、频率之间的关系可知，光子的最大初动能由于波长为λ和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12，所以 解得此金属板的逸出功 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t1，紫光经过的时间为t2，则 ( ) A．t1＞t2B．t1＝t2C．t1＜t2D．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＝，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( ) 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．rB．1.5r C2r D．2.5r 5．如