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- 2021-05-26 发布
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专题七
光学
第
15
讲
光学
-
3
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
-
4
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
1
.
(2019·
天津卷
)
右图为
a
、
b
、
c
三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由
a
、
b
、
c
组成的复色光通过三棱镜时
,
下述光路图中正确的是
(
)
C
解析
:
由题图可知
b
光发生光电效应时的遏止电压最大
,
由光电效应方程可知
,
b
光的频率最大、
a
光的频率最小
,
即
b
光在同一介质中的折射率最大、
a
光的折射率最小
,
故只有选项
C
正确。
-
5
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
命题考点
光的折射
,
光的折射率
,
光电效应。
能力要求
本题是光的色散和光电效应方程的综合
,
关键要掌握光的色散研究的结果
,
知道偏折程度不同的单色光的折射率的大小关系。
-
6
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
2
.
(2019·
北京卷
)
利用图甲所示的装置
(
示意图
),
观察光的干涉、衍射现象
,
在光屏上得到如图乙中
A
和
B
两种图样。下列关于
P
处放置的光学元件说法正确的是
(
)
甲
乙
A.A
对应单缝
,B
对应双缝
B.A
对应双缝
,B
对应单缝
C.
都是单缝
,A
对应的缝宽较大
D.
都是双缝
,A
对应的双缝间距较大
A
-
7
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
解析
:
单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮
,
双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮
,
由此可以判断
A
一定为单缝、
B
一定为双缝
,
故只有选项
A
正确。
命题考点
光的干涉
,
光的衍射。
能力要求
本题考查干涉与衍射条纹的应用
,
掌握两者的区别与联系
,
理解发生干涉和衍射的条件。
-
8
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
3
.
(2019·
全国卷
1)
如图所示
,
一艘帆船静止在湖面上
,
帆船的竖直桅杆顶端高出水面
3 m
。距水面
4 m
的湖底
P
点发出的激光束
,
从水面出射后恰好照射到桅杆顶端
,
该出射光束与竖直方向的夹角为
53
°
(
取
sin 53
°
=
0
.
8)
。已知水的折射率
为
。
(1)
求桅杆到
P
点的水平距离
;
(2)
船向左行驶一段距离后停止
,
调整由
P
点发出的激光束方向
,
当其与竖直方向夹角为
45
°
时
,
从水面射出后仍照射在桅杆顶端
,
求船行驶的距离。
-
9
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
答案
:
(1)7 m
(2)5
.
5 m
解析
:
(1)
设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为
x
1
,
到
P
点的水平距离为
x
2
;
桅杆高度为
h
1
,
P
点处水深为
h
2
;
激光束在水中与竖直方向的夹角为
θ
。由几何关系有
由折射定律有
sin
53
°
=n
sin
θ
③
设桅杆到
P
点的水平距离为
x
,
则
x=x
1
+x
2
④
联立
①②③④
式并代入题给数据得
x=
7
m
。
⑤
-
10
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(2)
设激光束在水中与竖直方向的夹角为
45
°
时
,
从水面出射的方向与竖直方向夹角为
i'
,
由折射定律有
sin
i'=n
sin
45
°
⑥
设船向左行驶的距离为
x'
,
此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为
x
1
'
,
到
P
点的水平距离为
x
2
'
,
则
x
1
'+x
2
'=x'+x
⑦
-
11
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
命题考点
光的折射。
能力要求
本题是几何光学问题
,
对数学几何能力要求较高
,
关键要根据几何知识确定出入射角和折射角
,
通过折射定律和几何关系进行求解。
-
12
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
4
.
(2019·
全国卷
3)
如图所示
,
直角三角形
ABC
为一棱镜的横截面
,
∠
A=
90
°
,
∠
B=
30
°
。一束光线平行于底边
BC
射到
AB
边上并进入棱镜
,
然后垂直于
AC
边射出
。
(1)
求棱镜的折射率
;
(2)
保持
AB
边上的入射点不变
,
逐渐减小入射角
,
直到
BC
边上恰好有光线射出。求此时
AB
边上入射角的正弦值。
-
13
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
解析
:
(1)
光路图及相关量如图所示。
光束在
AB
边上折射
,
由折射定律得
式中
n
是棱镜的折射率。由几何关系可知
α
+
β
=
60
°
②
由几何关系和反射定律得
β
=
β
'=
∠
B
③
联立
①②③
式
,
并代入
i=
60
°
得
-
14
-
专题知识
•
理脉络
真题诠释
•
导方向
(2)
设改变后的入射角为
i'
,
折射角为
α
'
,
由折射定律
得
依题意
,
光束在
BC
边上的入射角为全反射的临界角
θ
c
,
由几何关系得
θ
c
=a'+
30
°
⑦
由
④⑤⑥⑦
式得入射角的正弦为
命题考点
光的折射定律
,
折射率。
能力要求
解答本题
的关键点在于正确画出几何光路图
,
找出几何关系求出相关角度。需要较强的数学能力。
-
15
-
突破点一
突破点二
突破点三
电磁波、相对论
考查方向
常以选择题形式考查。
突破方略
1
.
对麦克斯韦电磁场理论的理解
-
16
-
突破点一
突破点二
突破点三
2
.
狭义相对论的重要结论
(1)
在任何惯性系中观察光速均为
c
。
(2)
相对观测者运动的物体长度变短。
(3)
相对观测者运动的时钟变慢。
-
17
-
突破点一
突破点二
突破点三
模型构建
【例
1
】
(
多选
)(2018·
江苏卷
)
梳子在梳头后带上电荷
,
摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波
(
)
A.
是横波
B.
不能在真空中传播
C.
只能沿着梳子摇动的方向传播
D.
在空气中的传播速度约为
3×10
8
m/s
AD
解析
:
据电磁波的特点可知
,
电磁波为横波
,
故
A
正确
;
电磁波的传播不需要介质
,
可以在真空中传播
,
故
B
错误
;
电磁波产生后
,
可以在任意方向传播
,
故
C
错误
;
电磁波传播的速度在真空中等于光速
,
在空气中的传播速度约为
3×10
8
m/s,
故
D
正确。
-
18
-
突破点一
突破点二
突破点三
迁移训练
1
.
(
多选
)
接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟
,
飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢
,
下列说法正确的有
(
)
A.
飞船上的人观测到飞船上的钟较快
B.
飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C.
地球上的人观测到地球上的钟较快
D.
地球上的人观测到地球上的钟较慢
AC
解析
:
根据时间间隔的相对性
,
飞船上的人观测钟表时
,
是以飞船为参考系
,
看到地球上的钟表在高速运动
,
观测到地球上的钟慢
,
飞船上的钟快
,A
正确
,B
错误
;
同理地球上的人是以地球为参考系
,
观测结果是地球上的钟快
,
飞船上的钟慢
,C
正确
,D
错误。
-
19
-
突破点三
突破点一
突破点二
光的干涉、衍射与偏振
考查方向
常以选择题形式考查。
突破方略
1
.
波的特性
机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象
,
是波特有的现象
,
偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。
-
20
-
突破点三
突破点一
突破点二
2
.
稳定干涉条件与特点
(1)
两列光波发生稳定干涉现象时
,
光的频率相等
,
相位差恒定
,
干涉条纹间距
Δ
x=
λ
。
(2)
干涉图样中
,
实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线处为振动加强处
;
实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。振动加强点有时位移也为零
,
只是振幅为两列波的振幅之和
,
显得振动剧烈。
-
21
-
突破点三
突破点一
突破点二
模型构建
【例
2
】
(
多选
)(2019·
宁夏银川质检
)
如图甲所示
,
可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率
n
,
O
是圆心
,
MN
是法线。一束单色光线以入射角
i=
30
°
由玻璃砖内部射向
O
点
,
折射角为
γ
,
当入射角增大到也为
γ
时
,
恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝
a
、
b
后
,
得到图乙所示的衍射图样
(
光在真空中的传播速度为
c
)
。则下列说法正确的是
(
)
-
22
-
突破点三
突破点一
突破点二
A.
此光在玻璃砖中的全反射临界角为
60
°
D.
单缝
b
宽度较大
E.
光的偏振现象说明光是一种纵波
答案
:
BCD
纹变窄
,
由乙图知单色光通过单缝
b
条纹较窄
,
所以单缝
b
宽度较大
,
故
D
正确
;
偏振是横波的特有现象
,
光的偏振现象说明光是一种横波
,
故
E
错误。所以
B
、
C
、
D
正确
,A
、
E
错误。
-
23
-
突破点三
突破点一
突破点二
分析
推理
(1)
光的全反射临界角
C
由什么决定
?
(2)
单缝衍射的中央亮纹与缝宽有什么关系
?
(1)
提示
:
由折射率决定
:sin
C
=
。
(2)
提示
:
单缝越窄
,
衍射中央亮纹越宽。
-
24
-
突破点三
突破点一
突破点二
迁移训练
2
.
(
多选
)(2018·
重庆期末
)
下列说法正确的是
(
)
A.
在双缝干涉实验中
,
保持入射光的频率不变
,
增大双缝间的距离
,
干涉条纹间距也增大
B.
日落时分
,
拍摄水面下的景物
,
在照相机镜头前装上滤光片
,
可以使景像更清晰
,
这是利用了光的偏振原理
C.
我们发现竖直向上高速运动的球体
,
在水平方向上长度变短了
D.
用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
,
这利用了紫外线的荧光效应
E.
太阳光经过三棱镜的两次折射
,
会发散成彩色光带
BDE
-
25
-
突破点三
突破点一
突破点二
解析
:
根据条纹间距公式
Δ
x=
λ
可知
,
增大双缝间的距离
d
,
干涉条纹间距减小
,
故
A
错误
;
日落时分拍摄水面下的景物
,
在照相机镜头前装上滤光片可以使景像更清晰
,
这是利用了光的偏振现象
,
故
B
正确
;
竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变
,
沿运动方向上的长度会变短
,
选项
C
错误
;
用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
,
利用了紫外线的荧光效应
,
故
D
正确
;
太阳光经过三棱镜的两次折射
,
由于七色光的折射率不同
,
所以折射角也就不同
,
那么经过两次折射就会发散成彩色光带
,
故
E
正确。
-
26
-
突破点三
突破点一
突破点二
光的折射
全反射
考查方向
常以选择题或计算题形式考查。
突破方略
1
.
三个公式
-
27
-
突破点三
突破点一
突破点二
2
.
光的折射和全反射题型的
分析思路
(1)
根据题意严格作出光路图
,
有时需
分析、
寻找临界光线、边界光线为研究对象。
(2)
明确两介质折射率的大小关系
①
光疏介质
→
光密介质
:
定有反射、折射光线。
②
光密介质
→
光疏介质
:
如果入射角大于或等于临界角
,
一定发生全反射。
(3)
根据反射定律、折射定律列出关系式
,
结合几何关系
(
充分考虑三角形、圆的特点
),
联立求解。
-
28
-
突破点三
突破点一
突破点二
模型构建
【例
3
】
(2019·
江西联考
)
如图所示
,
在屏幕
MN
的下方足够大的空间是玻璃介质
,
其折射率为
n
=
。
玻璃中有一正三角形空气泡
,
其边长
l=
40 cm,
顶点与屏幕接触于
C
点
,
底边
AB
与屏幕平行。激光
a
垂直于
AB
边射向
AC
边的中点
O
,
结果在屏幕
MN
上出现两个光斑。
(
1)
画出光路图
;
(2)
已知光在真空中的传播速度为
c
,
求在屏幕上出现两个光斑的时间差
(
用
l
和
c
表示
)
。
-
29
-
突破点三
突破点一
突破点二
分析推理
(1)
屏幕
MN
上为什么会出现两个光斑
?
(2)
光在玻璃中的传播速度怎么求
?
(1)
提示
:
激光
a
在
O
点分别发生折射和反射
。
-
30
-
突破点三
突破点一
突破点二
解析
:
(1)
画出光路图如图所示。激光
a
垂直于
AB
边射向
AC
边的中点
O
时
,
由于光的反射和折射
,
在屏幕
MN
上出现两个光斑
,
由反射定律和折射定律作出光路图。
-
31
-
突破点三
突破点一
突破点二
代入数据
,
求得折射角
r=
30
°
由光的反射定律得
,
反射角
i'=i=
60
°
-
32
-
突破点三
突破点一
突破点二
以题说法
光的折射和全反射问题的解题技巧
(1)
在解决光的折射问题时
,
应根据题意
分析光
路
,
即画出光路图
,
找出入射角和折射角
,
然后应用公式来求解
,
找出临界光线往往是解题的关键。
(2
)
分析
全反射
问题时
,
先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于或等于临界角
,
若不符合全反射发生的条件
,
则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。
(3)
在处理光的折射和全反射类型的题目时
,
根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础
,
利用几何关系、折射定律是关键。
-
33
-
突破点三
突破点一
突破点二
迁移训练
3
.
(2019·
江西南昌联考
)
如图所示
,
真空中两细束平行单色光
a
和
b
从一透明半球的左侧以相同速率沿半球的平面方向向右移动
,
光始终与透明半球的平面垂直。当
b
光移动到某一位置时
,
两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出
(
不考虑光在透明半球中多次反射后再射出球面
)
。此时
a
和
b
都停止移动
,
在与透明半球的平面平行的足够大的光屏
M
上形成两个小光点。已知透明半球的半径为
R
,
对
为
c
。求
:
-
34
-
突破点三
突破点一
突破点二
(1)
两细束单色光
a
和
b
的距离
d
;
(2)
两束光从透明半球的平面入射直至到达光屏传播的时间差
Δ
t
。
-
35
-
突破点三
突破点一
突破点二
解析
:
(1)
由
sin
C
=
得
,
透明半球对
a
光和
b
光的临界角分别为
60
°
和
30
°
。画出光路图如图所示
,
A
、
B
为两单色光在透明半球面的出射点
,
折射光线在光屏上形成光点
D
和
C
,
AD
、
BC
沿切线方向。由几何关系得
:
-
36
-
突破点三
突破点一
突破点二