直击高考考点专题09光学

专题09 光学 直击高考考点 (1)简单的考情分析 光学知识在高考中属于非主干知识。一般来说，考查基本概念和规律的试题只有一到二题，历年高考中此类题一般难度都不大。试题一般以选择题为主，是每年高考必考内容。 (2)大纲要求 在考试大纲中，它主要涵盖以下基本要求：1知道光沿直线传播的原理，及半影和本影的区别；知道全反射的应用光导纤维，棱镜和光的色散的基本知识。2理解光的反射及反射定律；理解平面镜成像的特点和规律，并能正确的作图。3理解光的折射及折射定律；理解折射率、全反射和临界角的概念，全反射和不同色光折射率的关系，并能正确的应用公式解题。4了解光本性学说的发展简史，知道光的干涉现象、衍射和偏振现象；知道双缝干涉，薄膜干涉，双缝干涉的条纹间距与波长的关系。5知道光谱和光谱分析，红外线、紫外线、X射线 、r射线以及它们的应用；光的电磁本性和电磁波谱，光的波粒二象性，物质波，激光的特性及应用 (3)命题的趋势 光的折射定律、光电效应是历年高考的重点、热点,几何光学和物理光学也常常联系起来进行考查；另外这一部分也可与实际相结合，例如与天文、自然现象、光学器材、科技生活等结合起来，命题目人会考虑创新情景以考查这部分内容,所以对这部分内容要引起高度重视。 知识网络构建1、反射定律平面镜成像的特点、规律，对称法作图2、折射定律折射率、全反射、光的色散3、光的波动性-光的干涉、衍射、偏振4、电磁波谱-无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、射线 知识要点串讲 要点一、平面镜的成像的作图法1、反射定律法：从物点作任意两条光线射向平面镜，由反射定律作其反射光线，两反射光线的反向延长线交点即为像点。2、对称法：据平面镜成像的特点即物像关于镜面对称，作物点关于镜面的对称点，即为虚像点。 要点二、折射定律1、折射率由介质决定，与入射角和折射角的大小无关；光垂直于界面入射时，仍是折射现象。两种介质中光密介质的角要比光疏介质中的角小。2、发生全反射的条件：光从光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角。 要点三、光的波动性1、干涉的条件：只有同频率的光才可能产生干涉2、光的衍射和偏振都说明光具有波动性要点四、电磁波谱波谱无线电波红外线可见光紫外线x射线射线产生机理振荡电路中自由电子运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发特性波动性强热效应引起视觉化学作用荧光效应穿透本领较强穿透本领强应用无线电技术加热遥感照明摄影感光消毒检查探测透视探伤治疗频率增加波长减少 热点题型探究 题型一、不同色光的几何光学、物理光学的综合问题【典例1】如图所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，并同时做如下实验：让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹（双缝间距和缝屏间距均不变）；让这三种单色光分别照射锌板；让这三种单色光分别垂直投射到一条直光纤的端面上；下列说法中正确的是（ B ）abc白光Ac种色光的波动性最显著Bc种色光穿过光纤的时间最长Ca种色光形成的干涉条纹间距最小D如果b种色光能产生光电效应，则a种色光一定能产生光电效应解析：根据白光通过三棱镜折射后，形成的a、b、c三种色光的图可知：a光的折射率最小，c光的折射率最大，可以认为a为红光，c为紫光；再根据各种色光的几何物理光学知识有，c光的波动性最弱，在同种介质中它的速度最小，所以穿过光纤的时间最长，故A错对；光的干涉条纹间距最大，故错；如果b种色光能产生光电效应，则a种色光不一定能产生光电效应，故错。答案：B方法研究：对于此类题如果按照各种关系，利用公式来计算和判断，会有一定的难度，而且容易出错；如果根据、三种色光所在的位置，把a、b、c三种色光分别看成是红、黄、紫三种色光，再根据几何和物理光学的知识就很容易得出正确答案。 【变式训练】图21、OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面。a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图2所示。由此可知A、棱镜内a光的传播速度比b光的小B、棱镜内a光的传播速度比b光的大C、a光的波长长比b光的长D、a光的频率长比b光的高 题型二、光的折射问题【典例2】如图3所示，真空中有一个半径为R，折射率为n=的透明玻璃球.一束光沿与直径成0=45角的方向从P点射入玻璃球，并从Q点射出，求光线在玻璃球中的传播时间.图3解析：设光线在玻璃球的折射角为，由折射定律得 解得：=30由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为L=2Rcos=光在玻璃的速度为v=光线在玻璃球中的传播时间t=技巧点拨：做此类题要能正确画出光路图，找准几何关系，再根据折射定律，弄清入射角、折射角、及临界角的关系就可正确解题。 【变式训练】APOB图42、如图4所示，空气中一块圆截异型玻璃砖，折射率为，现有一束细光束，垂直射到AO面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB面平行返回，角AOB为135，圆半径为r。则入射点P距圆心O的距离为Arsin15 Brsin7.5Cr Dr 题型三、光学与运动相结合的问题【典例3】一路灯距地面的高度为h，身高为l的人以速度匀速行走，如图所示. （1）试证明人的头顶的影子作匀速运动；（2）求人影的长度随时间的变化率.解析：（1）设 t=0时刻，人位于路灯的正下方O处，在时刻t，人走到S处，根据题意有OS=vt OShMl过路灯P和人头顶的直线与地面的交点为M，t时刻人头顶影子的位置，如图所示.OM 为人头顶影子到O点的距离.由几何关系，有 解式得 因OM与时间t成正比，故人头顶的影子做匀速运动.（2）由图可知，在时刻t，人影的长度为SM，由几何关系，有SM =OM -OS 由式得 可见影长SM与时间t成正比，所以影长随时间的变化率 易错点击：本题如果不正确画出光路图，而是根据想象来考虑，可能得出人头顶的影子做变速运动的错误结论，所以解析题目时，要先画出光路图，然后再结合几何知识解析问题。【变式训练】3、在离地高为H处有固定的点光源S，在距S水平距离为L处有一竖直光屏，现有一小球从S处以水平速度v0正对光屏抛出，恰好落在屏地的交界处，则小球在平抛过程中在屏上的影子的运动情况是：A自由落体运动 B匀速直线运动C变加速直线运动 D曲线运动题型四、光学在科技生活中的应用【典例4】在光学仪器中，为了减小在光学元件表面上的反射损失，可在光学元件表面镀上一层增透膜，利用薄膜的干涉相消来减少反射光如果照相机镜头所镀膜对绿光的折射率为n，最小厚度为d，它使绿光在垂直入射时反射光完全抵消，那么绿光在真空中的波长为Ad/4Bnd/4 C4dD4nd解析： 因为两反射光的路程差为2d ，绿光在真空中的波长为，所以在薄膜中的波长为/n ，根据增透膜的原理，2d/2n ，所以选D。 答案：D误点警示：本题考查了光的薄膜干涉问题，本题容易错认为反射光的路程差为d，以及增透膜表面是干涉加强区，分析问题时需画出光路图，进行正确分析。【变式训练】4、登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n，光速为c.所要消除的紫外线的频率f，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是（）A B C D 方法技巧点拨1方法与技巧(1)解本专题的问题，画光路图是正确迅速解析光学问题的基本方法，光路图务必准确、规范，以避免误入歧途 (2) 本专题的概念、定律较多，准确理解这些基本概念和规律，是关键. 2解题注意点光路可逆原理是光传播的普遍规律，掌握光路的可逆原理可以使解题更直观、简便。 高考冲刺演练一、选择题、如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a，b两束，则 ( ) Aa、b两束光相比较，a光的波动性较强B用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉 条纹间距小于b光的干涉条纹间距C在水中a光的速度比b光的速度小D若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失、如图所示，S为一束通过狭缝频闪光源，每秒钟闪光12次，圆弧形屏幕AB对O点的张角为60，平面镜以O点为轴顺时针匀速转动，角速度=rads，则在屏幕AB上每秒内可能出现的光斑次数是A.3次 B.6次 C.12次 D.24次、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ）A、只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B、红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C、任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D、屏上无任何光亮4.如图所示，边长为a正方形ABCD为一玻璃砖的横截面，此玻璃的折射率n.一束强光从AD的中点O以入射角(090)射向玻璃砖.下列说法正确的是 A.改变的大小，可以使光线在AD面发生全反射而不能射入玻璃砖 B.改变的大小，可以使光线在BC面发生全反射 C.改变的大小，可以有部分光线能到达CD面D.无论取何值，都有光线从BC面射出ba太阳光、“不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹的产生原因是光的色散，如图所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，a、b为两种折射出的单色光。以下说法正确的是（ ）Aa光光子能量大于b光光子能量B在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度C用同一双缝干清装置看到的a光干涉条纹间距比b光宽D如果b光能使某金属发生光电效应，则a光也一定能使该金属发生光电效应6、把一个平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入（如图），这时可以看到亮暗相间的条纹，下面关于条纹的说法中正确的是（ ）A、将薄片向着劈尖移动使劈角变大时，条纹变疏B、将薄片远离劈尖移动使劈角变小时，条纹变疏C、将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动D、将上玻璃板平行上移，条纹远离劈尖移动7、如图，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为j，一细光束以入射角q从P点射入，qj，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后，( ) A传播方向相对于入射光方向向左偏转甲角 B传播方向相对于入射光方向向右偏转甲角 C红光在蓝光的左边 D红光在蓝光的右边8、如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R，一细束白光从Q点垂直于直径MN的方向射入半圆形玻璃砖，从玻璃砖的圆弧面射出后，打到光屏P上，得到由红到紫的彩色光带。已知QM = R/2。如果保持入射光线和屏的位置不变，只使半圆形玻璃砖沿直径方向向上或向下移动，移动的距离小于R/2，则有MNQPA半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上红光最先消失B半圆形玻璃砖向上移动的过程中，屏上紫光最先消失C半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上红光最先消失D半圆形玻璃砖向下移动的过程中，屏上紫光最先消失9、关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）A麦克斯韦预言光是一种电磁波B光的衍射现象说明光具有粒子性C任何频率的光只要强度足够大，都可以使金属产生光电效应D射线是高能光子流，在通过电场时不发生偏转10、下图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(灰黑色部分表示亮纹).则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是（ ）A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫二、计算题、光线以30入射角从玻璃中射到玻璃与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为90，求： (1)这块玻璃的折射率； (2)没有光线从玻璃上表面折射出来的条件 2、如图所示，半径为R的半圆柱形玻璃砖，放置在直角坐标系xOy中，圆心与坐标系原点O重合。在第二象限中坐标为（1.5R，）的点A处，放置一个激光器（图中未画出），发出的两束细激光束a和b，其中，激光束a平行于x轴射向玻璃砖，激光束b沿AO方向射向玻璃砖。已知激光在玻璃砖中的折射率为。作出光束a和b通过玻璃砖的光路图，并证明a和b射出玻璃砖后是否相交；求出激光束a射出玻璃砖后与x轴交点的坐标。3、如图所示，透明介质球球心位于O，半径为R，光线DC平行于直径AOB射到介质的C点，DC与AB的距离H=R/2，若DC光线进入介质球后经一次反射再次回到介质球的界面时，从球内折射出的光线与入射光线平行，作出光路图，并算出介质的折射率。4、如图，MN是一条通过透明球体球心的直线。在真空中波长为0564nm的单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，若出射光线CD与MN的交点P到球心O的距离是球半径的倍，且与MN所成的角30。求：透明体的折射率；ABCDPOMN此单色光在透明球体中的波长。 参考答案【变式训练】1、解析：根据对称性可知：a、b分别在界面处入射角相等，由于a未发生全反射，说明a光对应的临界角大，根据sinC，v，棱镜内a光的传播速度比b光的大，根据可得，。故应选择BD。答案：APOB图5CD2、解析：如图5所示，由几何关系得=450 根据光的折射定律：得：=300 由几何知识有，为角PCD的角平分线 OC=r所以 rsin7.5答案：3、解析：设光源到屏的距离为L，如图所示，经过时间t后，影运动的距离为s。则由三角形相似可得 所以，影子的运动是匀速直线运动。答案：B、解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是=c/，紫外线在膜中波长是，所以厚度为。答案： 【高考冲刺演练】一、选择题、解析：由光路图可以认为：a为红光，b为紫光，所以a、b两束光相比较，a光的波动性较强，A正确；用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，B错；在水中a光的速度比b光的速度大，C错；若保持入射点A位置不变，将入射光线逆时针旋转，入射角先减小，不会达到发生全反射的临界角，随后入射角再增大，cb，所以，故劈角增大时，条纹变密。同理，当上玻璃板平行上移时，易得ACCA为平行四边形，所以条纹向壁尖移动，且间距不变，本题选B、C。7、解析：根据折射规律，入射光线经平行玻璃砖以后，出射光线一定平行入射光线，定性的画出光路图，在的情况下，光线透过b板以后，红光一定在蓝光的右边，所以选D。答案：D。8、解析：半圆形玻璃砖向上移动的过程中，相当于光束向下移动，此时光从玻璃中射出时，入射角减小，由于移动的距离小于R/2，所以不会发生光束消失，所以AB错；当半圆形玻璃砖向下移动的过程中，相当于光束向上移动，此时光从玻璃中射出时，入射角增大，由于紫光的临界角最小，所以紫光最先消失，故D正确。答案：D。9、解析：由物理史知A正确；光的衍射现象说明光具有波动性，B错；要使金属产生光电效应，光的频率必须大于极限频率，C错；射线是高能光子流，不带电，所以在通过电场时不发生偏转，D正确；所以选AD。答案：AD。10、解析：光发生双缝干涉时，其各亮纹之间的间距是均匀的，光通过一个单缝形成的衍射图样，其亮纹之间的间距是不均匀的，同时光的波长越长，其亮纹之间的间距越大，综上所述所以选B。答案：B。二、计算题、解：(1)由图知，入射角i=30，折射角r=60，(2)若要没有光线从玻璃中折射出来，即发生全反射，入射角i应满足2、解析：激光束a、b经过玻璃砖的折射光路图如图所示： 如图， 得 激光束b，在O点有： 得 又 得激光束a，在C点有： 得在E点 得 由，两束光射出后应平行，故不相交。在CDO中，在CDE中，在EFO中， 所以，光束a射出玻璃砖后与x轴交点的坐标为（，0）3、解析：光路如图，光线经反射后到达介质与空气的界面时，入射角i=r ，由折射定律可得折射角r= i，折射光线PQ与入射光线DC平行，则POA=COA=isin i= H/R =R/2R = /2i=600，折射角r = i/2 = 300sin r= 1/2折射率 sin i/ sinr = 4、解析：（1）连接OB、BC，如图。 在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r，在OCP中：有解得：OCP=135（45值舍） 进而可得：COP=15由折射率定义：在B点有： 在C点有：又所以，i45又： 故：r30 因此，透明体的折射率 （2）因为： 所以单色光在透明体中的波长