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软砧苏
5 years ago
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1 光学问题是高考必考问题, 试题一般以选择题的形式出现, 考查对光学基本规律的理解及应用, 考查对涉及光的本性的概念规律的辨析难度在容易与中等难度之间考查的热点有 : 光的折射与全反射, 光的干涉与衍射, 反映光的本性的物理实验及其应用. 光线的传播问题例 ( 全国理综卷 Ⅱ-2) 一玻璃砖横截面如图所示, 其中 ABC 为直角三角形 (AC 边未画出 ),AB 为直角边 ABC=45 ;ADC 为一圆弧, 其圆心在 BC 边的中点此玻璃的折射率为.5 P 为一贴近玻璃砖放置的与 AB 垂直的光屏若一束宽度与 AB 边长度相等的平行光从 AB 边垂直射入玻璃砖, 则 ( ) 图 A. 从 BC 边折射出一束宽度与 BC 边长度相等的平行光 B. 屏上有一亮区, 其宽度小于 AB 边的长度 C. 屏上有一亮区, 其宽度等于 AC 边的长度 D. 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时, 屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大解析 : 宽为 AB 的平行光将沿原方向进入玻璃射到 BC 面, 由几何关系可知, 入射角为 45, 大于临界角 arcsi, 将在 BC 面上全部发生全反射, 之后仍然以宽度为 AB 长度竖直向下的平行光射到 AC 圆弧面上, 由.5 AC 面由玻璃进入空气时, 由折射定律知, 折射角将大于入射角,AC 中点两侧光线偏向中点传播, 将会相聚于某点, 当屏远离玻璃砖运动时, 过会聚点前亮区变小, 此后亮区变大, 由几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于 AB 的长度, B D 对例 2( 四川理综 -2) 如图 2 所示, 空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体, 其内圆半径为 r, 外圆半径为 R,R= 2 r 现有一束单色光垂直于水平端面 A 射入透明柱体, 只经过两次全反射就垂直于水平端面 B 射出设透明柱体的折射率为, 光在透明柱体内传播的时间为 t, 若真空中的光速为 c, 则 ( )

2 A. 可能为图 2 B. 可能为 2 2 C.t 可能为 2r c D.t 可能为 4.8r c 图解析 : 从 A 端面垂直入射, 只经过两次全反射就垂直于水平端面 B 射出, 可画出光路图所示由图可知第一次入射角为 45, 根据全反射可知临界角 C 45, 再根据可知 2 ; 光在透明柱体中运动路程为 si C s=4r, 运动时间为 t=s/v=4r/c, 则 t 4 2 r/c,c D 错本题选 AB 例 ( 浙江理综 -8) 如图 4 所示, 有一束平行于等边三棱镜截面 ABC 的单色光从空气射向 E 点, 并偏折到 F 点, 已知入射方向与边 AB 的夹角为 θ=0,e F 分别为边 AB BC 的中点, 则 ( ) 图 4 A. 该棱镜的折射率为 B. 光在 F 点发生全反射 C. 光从空气进入棱镜, 波长变小 2

D. 从 F 点出射的光束与入射到 E 点的光束平行 si 60 解析 : 在 E 点作出法线, 由几何关系可知入射角为 60, 折射角为 0, 由折射定律折射率为, si 0 空气 A 对 ; 由光路的可逆性可知, 在 BC 边上的入射角小于临界角, 不会发生全反射,B 错 ; 由公式介, 可知介空气,C 对 ; 三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折, 不会与入射到 E 点的光束平行,D

3 D. 从 F 点出射的光束与入射到 E 点的光束平行 si 60 解析 : 在 E 点作出法线, 由几何关系可知入射角为 60, 折射角为 0, 由折射定律折射率为, si 0 空气 A 对 ; 由光路的可逆性可知, 在 BC 边上的入射角小于临界角, 不会发生全反射,B 错 ; 由公式介, 可知介空气,C 对 ; 三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折, 不会与入射到 E 点的光束平行,D 错本题选 AC 例 4( 山东理综 -7-2) 一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比, 图 5 为过轴线的截面图, 调整入射角 α, 光 4 线拾好在不和空气的界面上发生全反射, 已知水的折射角为, 求 α 的值解析 : 当光线在水面发生全放射时有 : si C, 当光线从左侧射入时, 由折射定律有 : si si( C), 2 7 代入数据解得 : si 图 5 例 5( 江苏物理 -2B-) 如图 6 是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片, 照相机的镜头竖直向上照片中, 水立方运动馆的景象呈现在半径 r=cm 的圆型范围内, 水面上的运动员手到脚的长度 l=0cm, 若已知水的折射率为 = 4, 请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深 h,( 结果保留两位有效数字 ) 图 6

半圆柱体的横截面如图所示,OO / 为半径设从 A 点入射的光线在 B 点处恰好满足全反射条件, 由折射定 si si 90 分侧面 ) 面积为 : S L 2R, 式中,θ 为临界角由几何关系得 : O / OB=θ, 则射出光线部分对应的柱面 ( 圆柱的部代入已知数据解得 : S RL

4 解析 : 根据题意能画出光路图, 正确使用物象比解决本题的关键设照片圆形区域的实际半径为 R, 运动员的实际长为 L, 光路如图 7 所示由折射定律有 : si si 90, 由几何关系有 : 若取运动员伸展双臂后的身体长度 L=2.2m, 代入其它数据解得 : h 2. m R R L si, 2 2 R h r l 图 7 例 6( 海南物理 -8-) 如图 8, 一透明半圆柱体折射率为 =2, 半径为 R 长为 L 一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入, 从部分柱面有光线射出球该部分柱面的面积 S 图 8 律有 : 解析 : 半圆柱体的横截面如图所示,OO / 为半径设从 A 点入射的光线在 B 点处恰好满足全反射条件, 由折射定 si si 90 分侧面 ) 面积为 : S L 2R, 式中,θ 为临界角由几何关系得 : O / OB=θ, 则射出光线部分对应的柱面 ( 圆柱的部代入已知数据解得 : S RL ( 由 si si 90 得 θ=0 = ) 6 例 7( 宁夏理综 -5-2) 如图 9 所示, 一棱镜的截面为直角三角形 ABC, A=0, 斜边 AB=a 棱镜材料的折射率为 = 2 在此截面所在的平面内, 一条光线以 45 的入射角从 AC 边的中点 M 射入棱镜射出的点的位置 ( 不考虑光线沿原来路返回的情况 ) 图 9 4

5 解析 : 设入射角为 i, 折射角为 r, 由折射定律得 : si i si r, 0 解得 : r 0 如果入射光线在法线的右侧, 光路图如图 0 虚线所示设出射点为 F, 由几何关系可得 : AF a, 即出射点在 AB 边上离 A 点 8 8 a 的位置图 0 如果入射光线在法线的左侧, 光路图如图 0 实线所示设折射光线与 AB 的交点为 D 由几何关系可知, 在 D 点的入射角 , 设全反射的临界角为 c, 则 si c 解得: c 45 因此, 0 0 光在 D 点全反射设此光线的出射点为 E, 由几何关系得 DEB= 90, BD a 2AF, BE BDsi 0 解得: BE a, 即出射点在 BC 边上离 B 点 8 8 a 的位置点评光线的传播问题, 主要考查光的反射定律折射定律临界角全反射等光学现象及概念, 涉及的基本分析方法是光路分析方法, 问题的解决主要是运用折射定律及几何关系问题的分析与求解, 关键在于能否正确画出光路图, 容易出现的错误就是对全反射现象是否发生能否作出正确判断 2. 光电效应及光子说例 7( 上海物理 -6) 光电效应的实验结论是 : 对于某种金属 ( ) A. 无论光强多强, 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B. 无论光的频率多低, 只要光照时间足够长就能产生光电效应 C. 超过极限频率的入射光强度越弱, 所产生的光电子的最大初动能就越小 D. 超过极限频率的入射光频率越高, 所产生的光电子的最大初动能就越大解析 : 每种金属都有它的极限频率, 只有入射光子的频率大于极限频率时, 才会发生光电效应, 且入射光的强度越大则产生的光子数越多 ( 一个光子激发出一个光电子 ), 光电流越强 ; 由光电效应方程 E k h h 可知入射光子的频率越大, 产生的光电子的最大初动能也越大, 与入射光的强度无关,BC 错,AD 对本题选 AD 例 9( 广东物理 -4) 硅光电池是利用光电效应原理制成的器件下列表述正确的是 ( ) A. 硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 5

6 B. 硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C. 逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 D. 任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析 : 硅光电池是把光能转变为电能的一种装置,A 正确 ; 硅光电池是利用光电效应原理制成的器件, 依据光电效应方程 E 错本题选 A k h W h h 可知, 只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应,B C D 例 0( 宁夏 -6-) 关于光电效应, 下列说法正确的是 ( ) A. 极限频率越大的金属材料逸出功越大 B. 只要光照射的时间足够长, 任何金属都能产生光电效应 C. 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大, 这种金属的逸出功越小 D. 入射光的光强一定时, 频率越高, 单位时间内逸出的光电子数就越多解析 : 由公式 W h 可知,A 对 ; 要发生光电效应, 照射光的频率必须大于金属的极限频率, 这与光的强度及照射时间无关,B 错 ; 对于某种金属, 逸出功是定值, 与光电子的最大初动能照射光的频率等无关,C 错 ; 当照射光的频率大于金属的极限频率时, 才发生光电效应, 有光电子逸出, 这时光强度越大, 单位时间逸出的光电子数越多, 频率越高光电子的初动能越大,D 错本题选 A 例 0( 海南物理 -9-I) 已知 : 功率为 00W 灯泡消耗的电能的 5% 转化为所发出的可见光的能量, 光速 8 4 c.0 0 m / s, 普朗克常量 h J s, 假定所发出的可见光的波长都是 560m, 计算灯泡每秒内发出的光子数解析 :(I) 波长为的光子能量为 : E hc kp, 设灯泡每秒内发出的光子数为, 灯泡电功率为 P, 则, E kp 式中,k=5% 是灯泡的发光效率解以上两式得 :, 代入数据得 := s - hc 点评光子说的事实基础是光电效应, 这类问题往往以光电效应实验及其应用为背景考查光的微粒说的内容及意义理解并熟记光电效应现象的规律及发生的条件是分析与求解问题的关键. 光的干涉及光的波动说例 ( 北京理综 -2) 在用双缝干涉测光的波长实验中, 用缝间距 d=0.2mm 的双缝屏, 像屏与双缝屏间的距离 L=700mm 按要求安装好仪器, 接通电源使光源正常工作已知测量头主尺的最小刻度是毫米, 副尺上有 50 分 6

度某同学调整手轮后, 从测量头的目镜看去, 第次映入眼帘的干涉条纹如图所示, 图中的数字是该同学给各暗纹的编号, 此时图中游标尺上的读数 x=.6mm; 接着再转动手轮, 映入眼帘的干涉条纹如图 2 所示, 此时图中游标尺上的读数 x2= ; 两个相邻明纹 ( 或暗纹 ) 间的距离 Δx= mm; 这种色光的波长 = m 图图 2 解析 : 由游标卡尺的读数规则可知 x2=5.

7 度某同学调整手轮后, 从测量头的目镜看去, 第次映入眼帘的干涉条纹如图所示, 图中的数字是该同学给各暗纹的编号, 此时图中游标尺上的读数 x=.6mm; 接着再转动手轮, 映入眼帘的干涉条纹如图 2 所示, 此时图中游标尺上的读数 x2= ; 两个相邻明纹 ( 或暗纹 ) 间的距离 Δx= mm; 这种色光的波长 = m 图图 2 解析 : 由游标卡尺的读数规则可知 x2=5.0mm+ 0.02mm=5.02mm; 图中暗纹与图 2 中暗纹间的间隔为 6 个, 故 :Δx=(x2- x)/6=( )/6=2.mm; 由 Δx=Lλ/d 可知 λ=dδx/l=0.20mm 2.mm/700mm= m 例 2( 上海物理 -0) 图为双缝干涉的实验示意图, 若要使干涉条纹的间距变大可改用波长更 ( 填长短 ) 的单色光, 或是使双缝与光屏间的距离 ( 填增大减小 ) 图解析 : 依据双缝干涉条纹间距公式增大双缝与屏之间的距离 L L x d, 可知要使干涉条纹的间距变大, 需要改用波长更长的单色光, 或例 ( 天津理综 -7) 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大, 则两种光 ( ) A. 在该玻璃中传播时, 蓝光的速度较大 B. 以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中, 蓝光折射角较大 C. 从该玻璃中射入空气发生反射时, 红光临界角较大 D. 用同一装置进行双缝干涉实验, 蓝光的相邻条纹间距较大 c 解析 : 由 v 可知, 蓝光在玻璃中的折射率大, 蓝光的速度较小 ; 以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中, 蓝光的折射率大, 向法线靠拢偏折得多, 折射角应较小 ; 从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式 si C 可 7

8 知, 红光的折射率小, 临界角大 ; 用同一装置进行双缝干涉实验, 由公式距小本题 ABD 错 C 对, 选 C L x d 可知蓝光的波长短, 相邻条纹间点评这类问题主要考查光的干涉现象的规律及意义, 问题多涉及干涉的条件干涉图样的特点双缝干涉中明纹中心间距与波长及缝距和屏缝距间的关系, 还有单缝衍射考查频率最高的是对双缝干涉图样及利用光的干涉测波长实验理解并熟记干涉衍射的条件以及有关实验的原理方法与步骤是关键 4. 光学综合问题例 4( 重庆理综 -2) 用 a b c d 表示四种单色光, 若 :a b 从同种玻璃射向空气,a 的临界角小于 b 的临界角 ;2 用 b c 和 d 在相同条件下分别做双缝干涉实验,c 的条纹间距最大 ; 用 b d 照射某金属表面, 只有 b 能使其发射电子则可推断 a b c d 可能分别是 ( ) A. 紫光蓝光红光橙光 B. 蓝光紫光红光橙光 C. 紫光蓝光橙光红光 D. 紫光橙光红光蓝光解析 : 根据, 由可知 a>b, 由于同一介质光的折射率随光频率增大而增大, 所以 a 的频率大于 b; si C 根据双缝干涉条纹间距 ΔX= d L λ, 由 2 可知 b c 和 d 中 c 的波长最长, 由波长与频率的关系可知 b c d 中 c 的频率最小 ; 由于每种金属都有对应的最小入射光频率, 入射光频率越大光电效应越容易发生, 由可知 b 和 d 中 b 的频率大, 综合上述可知 :a b c d 的频率从大到小依次为 abdc, 本题选 A 例 5( 福建理综 -) 光在科学技术生产和生活中有着广泛的应用, 下列说法正确的是是 ( ) A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象 B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象 C. 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象解析 : 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象,A 错 ; 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象,B 错 ; 在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象,C 错 ; 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象增加透射光强度,D 对本题选 D 点评光学综合问题, 一般是在同一试题情景中对涉及光的直线传播光的波动学说光的微粒学说的各种关系式及现象进行考查试题的分析与求解, 关键在于对与光的直线传播波动性和微粒性的现象规律关系式 8

9 的理解和记忆 9

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