高考物理二轮复习课件专题14　光学 38页

专题十四 光　学 主干知识整合 专题十四 │ 主干知识整合 一、几何光学 1．光的直线传播 (1)光在同一种均匀介质中沿直线传播； (2)日食和月食是光的直线传播引起的天文现象； (3)小孔成像证明光的直线传播． 2．光的反射与平面镜成像 (1)一切反射均遵从反射定律；(2)平面镜成像特点：正立、等 大、对称、虚像；(3)在光的反射及平面镜成像中光路均可逆． 专题十四 │ 主干知识整合 3．折射与全反射 (1)折射率的各种表达形式　　　　　　　　　　　　(θ1为 入射角、折射角中的较大者)；(2)折射光路可逆；(3)发生全反射 的条件：光从光密介质射向光疏介质、入射角大于临界角；(4) 临界角公式：C＝arc sin　 二、光的本性 1．光的波动性 (1)光的干涉、衍射证明光是一种波，偏振现象证明光是一 种横波；(2)麦克斯韦提出光是一种电磁波． 专题十四 │ 主干知识整合 2．光的粒子性 (1)光电效应现象证明光具有粒子性；(2)对光电效应的理解： ①光子说认为光在空间的传播是一份一份的，每一份叫一个光 子，光子能量与光的________成正比，即E＝hν(h＝6.63×10－ 34J·s)；②发生光电效应时，一个光子的能量被一个电子完全吸 收而逸出一个光电子，不需要积累过程，这就是光电效应的瞬 时性；③脱离金属的电子克服金属表面原子的引力而做的功称 为逸出功W，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可知：光 电子最大初动能随入射光频率的增大而增大； 频率 专题十四 │ 主干知识整合 ④光的强度是指单位时间内在垂直于光的传播方向上单位 面积上通过的光能量．对相同频率的入射光来说，光的强度由 单位时间内照到单位面积上的光子数决定．所以，对一定频率 (大于其极限频率)的光子，光强度越大，在同样时间内照到金 属上的光子越多，金属表面逸出的光电子数也越多，光电流也 就越大． 专题十四 │ 主干知识整合 3．光的波粒二象性 (1)波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有 意义；波粒二象性中所说的粒子性是指其能量的不连续性，一 个光子是一份能量．(2)个别光子的作用效果往往表现为粒子性， 大量光子的作用效果往往表现为________．(3)频率高的光子容 易表现出粒子性，频率低的光子容易表现出波动性． 波动性 专题十四 │ 主干知识整合 三、各种色光光学参量的综合比较 各色光需要比较的 参量 该参量与其他参量间的 定量关系 按红橙黄绿蓝靛紫的 顺序各参量大小变化 情况 折射率n n＝ 逐渐增大 在同一介质中传播 速度v v＝ 逐渐减小 全反射临界角C C＝arcsin 逐渐减小 专题十四 │ 主干知识整合 各色光需要比较的 参量 该参量与其他参量间的 定量关系 按红橙黄绿蓝靛紫的 顺序各参量大小变化 情况 频率ν 逐渐增大 光子能量E E＝hν 逐渐增大 在真空中的波长λ λ＝ 逐渐减小 在同一介质中波长 λ0 λ0＝ 逐渐减小 双缝干涉条纹宽度 Δx Δx＝ 逐渐减小 专题十四 │ 主干知识整合 各色光需要比较的 参量 该参量与其他参量间的 定量关系 按红橙黄绿蓝靛紫的 顺序各参量大小变化 情况 单缝衍射中央亮条 纹宽度 逐渐减小 使金属发生光电效 应的难易程度 由难到易 要点热点探究 专题十四 │ 要点热点探究 ► 　探究点一　几何光学问题 几何光学问题主要是围绕光的直线传播规律(日食、月食、小 孔成像)、光的反射定律(平面镜成像)、光的折射和全反射等考点 来命题，有时和物体的运动相联系，也可能和天文观测、卫星观 测、探测器遥控等问题相综合，考查考生的情景迁移能力和综合 应用能力． 专题十四 │ 要点热点探究 例1　由a、b两种单色光组成的细光束AO以45°的入射角 从某种介质射向空气时，光路如图4－14－1所示．关于这两种 单色光，下列说法中正确的是(　　) 专题十四 │ 要点热点探究 A．从该介质射向空气时，a光发生全反射时的临界角一 定大于45° B．该介质对b光的折射率一定小于 C．用a光和b光分别做双缝干涉实验，若实验条件相同， 则b光在屏上形成的明条纹的间距较小 D．若用b光照射某金属板能发生电效应，则用a光照射该 金属板也一定能发生光电效应 【点拨】　本题重点考查光的全反射条件． 专题十四 │ 要点热点探究 例1　BD　【解析】　由图可知，当入射角为45°时， a光已经发生全反射，b光未发生全反射，可知a光发生全反 射时的临界角一定小于45°，b光发生全反射时的临界角一 定大于45°，选项A错误；由n＝　　　该介质对b光的折射 率一定小于　　，对a光的折射率大于　　，说明a光的频率 大于b光的频率，选项BD正确；a光的波长小于b光的波长， 由Δx＝　　可知选项C错误． 专题十四 │ 要点热点探究 【点评】　几何光学问题的分析首先要准确掌握光传播的 几何规律，准确把握全反射条件，同时注意光路可逆规律及 假设方法的应用．平面镜成像问题是近年高考命题热点，对 此类问题的分析必须抓住平面镜成像特点：对称、等大、等 距、正立、虚像．在此基础上根据题意准确画出光路图，找 出对应或隐含的几何关系求解． 专题十四 │ 要点热点探究 　　　　某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两 平面镜相互平行，物体距离左镜4 m，右镜8 m，如图4－14－ 2所示．物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体 的距离是(　　) A．24 m　　B．32 m　　　C．40 m D．48 m 专题十四 │ 要点热点探究 例1　变式题　B　【解析】 光线在两镜中来回反射，像离 开物的距离就等于各自光路的长度，分别用I、I′、I″表示左镜 中从右向左数第1、2、3个像．画出光路图如图所示．为了看 得清，各光线在纵向移开一点距离，并用虚线表示物点的位置， 注意光线从物发出，最后从左镜射向物点． 专题十四 │ 要点热点探究 由图可见，I″的光路总长度为32 m，即第三个像离开物的 距离为32 m，选项B正确．由光路图不难看出，选项A对应于 第2个像(8＋12＋4)，选项D对应于第4个像(8＋12＋12＋12＋4 ＝48)，选项C不属于任何一个像． 专题十四 │ 要点热点探究 ► 　探究点二　光的本性问题 高考对光的本性的考查主要集中在光的干涉、衍射现象分 析和光电效应问题上，其中对光电效应的考查主要体现在以下 几方面能力要求：①理解好光子说对光电效应的解释；②理解 好逸出功和极限频率的概念；③能应用爱因斯坦光电效应方程 并结合相关公式进行有关光电效应的定量运算． 专题十四 │ 要点热点探究 例2　光具有波粒二象性．下列有关光的现象和应用与光 的粒子性有关的是(　　) A．太阳光下物体的阴影轮廓模糊不清是光的衍射现象 B．高级照相机镜头表面涂了一层增透膜是利用光的干涉 现象 C．光控电路的关键元件是光电管(光电传感器)，它的原 理是利用了光电效应 D．摄影爱好者常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景 像更清晰是利用光的偏振现象 专题十四 │ 要点热点探究 【点拨】　本题考查光具有粒子性的特征． 例2　C　【解析】　以上四个选项均为正确的事实，光的 干涉和衍射说明光具有波动性，光的偏振说明光波是横波，但 与光的粒子性有关的只有C选项，将光电管接入电路，当有光线 照射时，逸出的电子使电路导通，实现自动控制． 【点评】　理解并掌握与光的本性(波动性、粒子性)相关的 现象及其原理是迅速而准确分析此类问题的关键．例如下面变 式题即考查薄膜干涉现象，对此必须清楚其原理． 专题十四 │ 要点热点探究 　　　　凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半球叫做 这个曲面的曲率半径．把一个凸透镜压在一块平面玻璃上， 让红光从上方射入，如图4－14－3所示，则从上往下看凸透 镜，可以看到亮暗相间的圆环状红色条纹，这些环状条纹叫 做牛顿环．下列关于牛顿环的说法正确的是(　　) 专题十四 │ 要点热点探究 A．牛顿环是凸透镜折射所造成的 B．若改用紫光照射，则观察到的圆环状条纹间距变大 C．若改用白光照射，则能够观察到彩色的圆环状条纹 D．如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，则观察到的 圆环状条纹间距变小 专题十四 │ 要点热点探究 例2　变式题　C　【解析】　牛顿环现象是光的干涉现象， 不是折射现象，选项A错误；由干涉规律，条纹间距与入射光 波长成正比，改用紫光时波长变短，条纹间距变小，选项B错 误；白光含有各种颜色的光，所以若用白光照射，则能够观察 到彩色的圆环状条纹，选项C正确；如果换一个表面曲率半径 更大的凸透镜，凸透镜与平面玻璃形成的空气膜变薄，则观察 到的圆环状条纹间距变大，选项D错误． 专题十四 │ 要点热点探究 ► 　探究点三　光学综合问题 为了提高单个选择题对光学知识点的覆盖率，联系不同考 点设置综合题是高考光学命题的一大特点．尤其是涉及不同单 色光相关参量的比较问题，往往同时考查两种(或多种)单色光 多个参量的比较情况，常常令考生顾此失彼、忙中出错，这就 需要考生对各种色光相关参量的比较规律进行必要的总结和识 记，知识点熟识了，应用起来自然就会灵活． 专题十四 │ 要点热点探究 例3　如图4－14－4所示，a、b两束不同频率的单色光以 45°的入射角射到玻璃砖的上表面上，入射点分别为A、B.直 线OO′垂直玻璃砖与玻璃砖上表面相交于E点，A、B到E的距离 相等．a、b两束光与直线OO′在同一平面内(图中纸面内)，经 过玻璃砖后，a、b两束光相交于图中的P点．下列判断正确的 是(　　) 专题十四 │ 要点热点探究 【点拨】　本题以几何光学现象(折射)给出a、b两色光的 几何光学规律，据此再比较其光的本性规律． A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度 B．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度 C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率 D．a光比b光更容易发生明显衍射现象 专题十四 │ 要点热点探究 例3　BD 　【解析】　任何频率的光在真空中的速度都 相同，选项A错误；光线经过平行玻璃砖后传播方向不变，如 图所示，故△QSP为等腰三角形，由于　　　　　可知a光的 折射率小于b光的折射率，选项C错误；由v＝　　在玻璃中， a光的传播速度大于b光的传播速度，选项B正确；a光的波长 大于b光的波长，选项D正确． 专题十四 │ 要点热点探究 例3　BD 　【解析】　任何频率的光在真空中的速度都 相同，选项A错误；光线经过平行玻璃砖后传播方向不变，如 图所示，故△QSP为等腰三角形，由于　　　　　可知a光的 折射率小于b光的折射率，选项C错误；由v＝　　在玻璃中， a光的传播速度大于b光的传播速度，选项B正确；a光的波长 大于b光的波长，选项D正确． 【点评】　总结并熟记不同色光各种光学参量的比较规律， 是解决光学综合题目的关键(详见本专题【主干知识整合】三、 各种色光光学参量的综合比较)． 专题十四 │ 要点热点探究 　　　　　2009年初春，我国北方出现历史罕见的旱情， 不少地区采用人工降雨的方式来抗旱保苗．某次降雨后天空 出现了虹．虹是由阳光射入雨滴(视为球形)后，经一次反射 和再次折射而产生的色散形成的．现有白光束L，由图4－14 －5所示方向射入雨滴，a、b是经过反射和折射后的其中两条 出射光线．下列说法正确的是(　　) 专题十四 │ 要点热点探究 A．光线a的光子能量较小 B．光线b在雨滴中的折射率较大 C．光线b在雨滴中的传播速度较大 D．若光线a照射某金属能发生光电效应，则光线b照射该金 属也一定能发生光电效应 专题十四 │ 要点热点探究 例3　变式题　C　【解析】　由图可知，a光在雨滴中的折 射角较小，由n＝　　　　可知，a光在雨滴中的折射率较大，b 光在雨滴中的传播速度较大，选项B错误、C正确；由于光的频 率越高，在介质中的折射率越大，可知a光的频率大于b光的频率， 选项A错误；由光电效应规律可知，选项D错误． 专题十四 │ 教师备用习题 教师备用习题 1.如图所示，一细束紫光和一细束蓝光平行射到同一个玻 璃棱镜上，经两次折射后交于光屏上的同一点P，若用n1和n2 分别表示三棱镜对紫光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是 (　　) A．n1>n2，a为紫光，b为蓝光 B．n1>n2，a为蓝光，b为紫光 C．n1