高考物理月刊专版 专题11 光学综合 光及光的本性课件

光及光的本性 本专题以光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振为重点，结合作图以折射率、折射角、临界角的计算为考点，以干涉、衍射为高考间歇性热点，高考题以选择题、实验结合计算形式出现，难度较低，每年一道题复习时要注意知识间的联系，加强迁移应用，培养综合能力 2010年浙江卷16题考查了光电效应的应用，侧重图象的理解和分析能力.2011年要继续关注考纲中的变化，折射和全反射仍是考查重点，关注规律和几何关系的结合 【例题1】一辆实验小车可沿水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀速向右运动有一台发出细光束的激光器在小转台M上，到轨道的距离MN为d=10m，如图1111所示转台匀速转动，使激光束在水平面内扫描，扫描一周的时间为T=60s.光束转动方向如图中箭头所示当光束与MN的夹角为45时，光束正好射到小车上如果再经过t=2.5s光束又射到小车上，则小车的速度是多少？(结果保留两位数字) 图1111光的直线传播光的直线传播 111t360154530(tan45tan30 ) 1.7m/s 1tTNtMNLLdv 根据题意，作图，如图所示，可知符合题意的小车运动速度有两种可能：在内，光束转过角度光束照到小车时小车正在靠近 点，时间内光束与的夹角从变为，小车走过由图可知由、两式并代入【数值，得解析】【评析【评析】该题是光的直线传播、匀速直线运动、匀速转动等规律的综合，物理情景较新，对学生分析问题的能力要求较高，通过作图，利用所学知识、规律来求解 222124560 (tan60tan45 ) 2.92m/sNtLMNLvtLdv光束照到小车时，小车正在远离 点， 内光束与的夹角从变为，小车走过 ，速度为由图可知由、两式并代入数值，得【变式题1】如图1112所示，一点光源S，它距离墙壁MN的水平距离为L，现从S处以水平速度v0抛出小球P，P在墙上形成的影子为P，在球做平抛运动中，其影子P的速度v是多大？ 图111220200.12122SxyyPSPPSAAPxySBBPLyPtxv tyatLLgLyyattxv tv 要求影子的速度，先要知道影子做什么运动设小球从 处平抛运动的水平距离为 ，竖直位移为 ，影子在墙上竖直位移为 ，如图所示，设点是运动中的任一点，延长到 ，由三角形相似可知，即设小球到 点所用的时间为 ，由运动学知识可知：，由上面三式可求：【解析】 【评析【评析】 本题是光的直线传播与运动学知识的综合，解题过程中应分析光路的运动轨迹，由物体的运动规律建立方程，并由几何关系建立辅助方程求出影子的位移与时间关系，从而确定运动情况 002LvytygLvtv而在本题中 和 都是一定的， 与 成正比，因此可知影子在竖直墙上做匀速直线运动，其速度是一定值即：“”111321+fffvfcc接 收发 出接 收车发 出生 活 中 经 常 用 呼 啸 而 来形 容 正 在 驶近 的 车 辆 ， 这 是 声 波 在 传 播 过 程 中 对 接 收 者 而 言频 率 发 生 变 化 的 表 现 ， 无 线 电 波 也 具 有 这 种 效 应 如 图所 示 ， 图 中 的 测 速 雷 达 正 在 向 一 辆 接近 的 车 辆 发 出 无 线 电 波 ， 并 接 收 被 车 辆 反 射 的 无线 电 波 由 于 车 辆 的 运 动 ， 接 收 的 无 线 电 波 频 率与 发 出 时 不 同 利 用 频 率 差就 能 计 算 出车 辆 的 速 度 已 知 发 出 和 接 收 的 频 率 间 关 系 为【 变 式 题 2】， 式 中 为9210 Hz400Hz30m / s.fff发 出接 收发 出真 空 中 的 光 速 ， 若， 可 知 被 测 车 辆 的速 度 大 小 为 图111321400Hz30m/s.vffcv车发出发出车根据题意有，解得【解析】光的折射与全反射光的折射与全反射【例【例2 2】 雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d.水的折射率为n. (1)在如图1121所示的图上画出该束光线射入水珠内经一次反射后又从水珠中射出的光路图； (2)求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角 图1121【解析【解析】 (1)根据光的折射定律作图，光路如图(a)所示 (2)以i、r表示入射光线的入射角、折射角，由折射定律有sini=nsinr，所以1、2、3表示每一次偏转的角度，如图(b)所示，由反射定律、折射定律和几何关系可知：sini=d/R，1=ir，2=2r，3=ir.由以上各式解得：1=(sin1d/R)(sin1d/nR)2=2sin1d/nR.3=(sin1d/R)(sin1d/nR)【评析【评析】 本题涉及光的折射与反射知识，结合几何光学的特点，通过做光路图，根据几何关系，运用折射率公式进行求解能对光的折射与反射加强理解，对数学知识的要求比较高 【变式题一【变式题一】(2010重庆)如图1122所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出的部分的弧长为( )图1122 11A. B.6415C. D.312RRRRB【变式题二【变式题二】(2009全国卷)一玻璃砖横截面如图1123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1.5.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( )A从BC边折射出宽度与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光的折射与全反射光的折射与全反射BD图1123 451arcsin1.5BDABBCBCABACAB 本题考查光的折射和全反射宽为的平行光进入到玻璃中直接射到面，入射角为临界角，所以在面上发生全反射仍然以宽度大小为长度的竖直向下的平行光射到圆弧面上根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于的长度， 对【解析】 正确光的色散光的色散 【例【例3 3】如图1131所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a、b两点之间，则()A从a点射出的光是红光，从b点射出的光是紫光B从a点射出的光是紫光，从b点射出的光是红光C从a点和b点射出的光都是红光， 从ab中点射出的光是紫光D从a点和b点射出的光都是紫光， 从ab中点射出的光是红光图1131 【解析【解析】 棱镜作用能使光束方向偏折，从真空射向玻璃，光束向底面偏折，也可根据折射定律作图，但本题是光束是从水中射向空气，光束会向顶角偏折，由于红光的折射率小，在空气中偏折角小，所以从a点射出的光是紫光，从b点射出的光是红光选取B. 【答案【答案】 B【评析【评析】 本题考查了棱镜的折射，光的色散，红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光的不同特性，要求学生能熟练掌握运用，更重要的是本题创设了新情景，光束从光密到光疏的色散现象，让学生能运用所学知识进行类推，灵活运用 【变式题一【变式题一】 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1132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Ca光的频率比b光的高Da光的波长比b光的长图1132 BD【解析】 单色光a在棱镜侧面OM上反射和折射，而单色光b在棱镜侧面ON上发生了全反射，由于a、b两束可见单色光入射角相等，根据红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光的不同特性，可知vavb，fbfa，ab，所以BD正确 【评析】 本题考查了不同的单色光在棱镜中的不同特性，要熟练掌握运用七种单色光的基本性质，辅助作图，从某一点突破可轻松求解，本题可用红、紫光进行类比求解 【变式题2】 (2009天津)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 光的波动性光的波动性【例【例4 4】 (2010丽水模拟)市场上有一种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物体时能使被照物体处产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面镀一层薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线用l表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为() Al/8 Bl/4 Cl/2 Dl/ 22122/ 2/ 4.B.xkxxdxllll 要消除红外线的反射，必须使红外线在薄膜的两个面上反射光的路程差正好等于红外线半个波长的奇数倍，即，其中为光在薄膜两个面上反射的路程差，即，的最小值为，则【解薄膜的最小厚度为故正确选项为析】【答案】 B【评析】 本题考查薄膜干涉应用，由于教材中较详细讲述了薄膜干涉的应用增透膜，所以要对薄膜干涉形成条件、现象、条纹规律等知识点都要掌握巩固，并能熟练运用虽然，“冷光灯”与增透膜的用处不同，但它们的技术原理相同，学生要能进行迁移尤其是要能推算光程差与薄膜的厚度的关系，且表示此红外线在薄膜中的波长，不是空气中的波长 【变式题1】 (2010上海宝山模拟)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( ) Aa、c Bb、c Ca、d Db、d 【解析】单缝衍射的条纹是不等间距，中央亮纹又宽又亮 图1141 D 【变式题2】 (2009福建)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( )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D【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，D对