【物理】2019届一轮复习人教版 光学 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 光学 学案

知识网络 考情分析 ‎1．主要题型 选择题、填空题、计算题 ‎2．命题特点 即可以考查光的折射、全反射现象，还可以对其他概念、现象进行拼盘式的命题考查．‎ ‎(2)计算题光的折射和全反射现象为主．‎ ‎3．思想方法 常用方法：模型法、图象法、转换研究对象法等．‎ 考点一　光的折射与全反射 核心知识 光的折射、全反射 ‎(1)折射率的计算 ‎①n＝(i为入射角，r为折射角)‎ ‎②n＝(v为光在介质中的传播速度，c为真空中的光速)‎ ‎(2)全反射 ‎①全反射的条件：a.光由光密介质射向光疏介质 b．入射角大于等于临界角 ‎②临界角C：sinC＝.‎ 典例分析 ‎【例1】　如图，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A 点．一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)，入射角为45°，出射光线射在桌面上B点处．测得AB之间的距离为，现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离．不考虑光线在玻璃体内的多次反射．‎ ‎【答案】R 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图17－2－3所示．‎ 设此时光线入射点为E，折射光线射到玻璃体球面的D点，由题意有 ‎∠EDO＝C④ ‎ 在△EDO内，根据正弦定理有 ＝⑤‎ 联立以上各式并利用题给条件得 OE＝R⑥ ‎ ‎【例2】如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出，若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等，则该棱镜材料的折射率为(　　)‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎【答案】 B ‎【例3】在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示．有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的地面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为(　　)‎ A．r B．1.5r C．2r D．2.5r ‎【答案】 C ‎【例4】为了表演“隐形的大头针”节目，某同 在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示．已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为(　　)‎ A．r B． C．r D．r ‎【答案】 A ‎ ‎【解析】 只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，如图所示，根据几何关系有, , ‎ sin C＝＝‎ 单选题所以h＝r + + ‎ 规律总结 求解光的折射和全反射的思路 考点二　光的特性 核心知识 典例分析 ‎【例1】　(2017年高考·天津卷)如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 (　　)‎ A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 ‎【答案】　D ‎【例2】　(2017年高考·江苏卷)(1)杨氏干涉实验证明光的确是一种波．一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，即两列光的________相同．如图所示，在这两列光波相遇的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹．‎ ‎ (2)在上述杨氏干涉实验中，若单色光的波长λ＝5.89×10－7 m，双缝间的距离d＝1 mm，双缝到屏的距离l＝2 m．求第1个亮条纹到第11个亮条纹的中心间距．‎ ‎【答案】　(1)频率　C　(2)1.178×10－2 ‎ ‎【例3】．如图所示是双缝干涉实验原理图，使用波长为600 nm的橙色光照射时，在光屏上的P0点和P0点上方的P1点恰好形成两列相邻的亮条纹；若用波长为400 nm的紫光重复上述实验，则P0点和P1点形成的明暗条纹情况是(　　)‎ A．P0点和P1点都是亮条纹 B．P0点是亮条纹，P1点是暗条纹 C．P0点是暗条纹，P1点是亮条纹 D．P0点和P1点都是暗条纹 ‎【答案】：B ‎ ‎【解析】：无论光的波长多大，P0处总是形成亮条纹．对波长为600 nm的橙光，P1处与P0处形成相邻的亮条纹，则S2P1－S1P1＝λ1＝600 nm，该距离之差是波长为400 nm的紫光半波长的奇数倍，因此用波长为λ2＝400 nm的紫光做实验，P1处出现暗条纹，选项B正确． ‎ ‎【例4】．(2017年高考·江苏卷)(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 ‎(2)野生大象群也有自己的“语言”．研究人员录下象群“语言”交流时发出的声音，发现以2倍速度快速播放录音时，能听到比正常播放时更多的声音．播放速度变为原来的2倍时，播出声波的________(选填“周期”或“频率”)也变为原来的2倍，声波传播速度________(选填“变大”“变小”或“不变”)．‎ ‎【答案】：(1)AC　(2)频率　不变 ‎ 考点三 对薄膜干涉的理解 ‎【例1】．(多选)如图所示，用单色光照射透明标准板M来检查平面N的上表面是否平整，观察到如图所示的情况，这说明(　　)‎ A．N的上表面A处向上凸起 B．N的上表面B处向上凸起 C．N的上表面A处向下凹陷 D．N的上表面B处向下凹陷 ‎【答案】：BC ‎【解析】：将装置连同干涉条纹逆时针转过90°，可以看出P处向下凹陷，Q处向上凸起，即A处向下凹陷，B处向上凸起，B、C正确． ‎ ‎【例2】在研究A物体材料的热膨胀特性时，可采用如图所示的干涉实验法．A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个两面平行的玻璃板B，B与A的上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜．现用波长为λ的单色光垂直照射玻璃板B，同时给A缓慢加热，在B的上方观察到B板的亮度发生周期性变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次增到最亮，则(　　)‎ A． 出现最亮时，B上表面反射光与B下表面反射光叠加后加强 B． 出现最暗时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强 C． 温度从t1升至t2过程中，A的高度增加 D． 温度从t1升至t2过程中，A的高度增加 ‎【答案】 D ‎【例3】(多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是(　　)‎ A． 干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B． 干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C． 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D． 干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的 ‎【答案】 AC ‎【解析】 凸透镜下表面与玻璃上表面形成空气薄膜，干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，故A正确，B错误；干涉条纹不等间距是由于凸透镜表面是曲面，使得空气膜的厚度不是均匀变化，导致间距不均匀增大，从而观察到如题图乙所示的同心内疏外密的圆环状条纹，故C正确，D错误． ‎ ‎【例4】用干涉法检查物体表面平滑程度，产生的干涉条纹是一组平行的条纹，若劈尖的上表面向上平移，如图甲所示，则干涉条纹的距离将____________；若使劈尖角度增大，如图乙所示，干涉条纹的距离将____________；若用折射率为n的透明介质充满劈尖，干涉条纹的距离将____________．(均选填“变窄”“变宽”或“不变”)‎ ‎【答案】 不变　变窄　变窄 ‎ | | |X|X| ‎ 规律分析：‎ ‎1．分析光的干涉现象的“三点注意”‎ ‎(1)干涉区的位移：稳定干涉中，振动加强区内各点的振动位移不一定比减弱区内各点的振动位移大(振动加强区内各点的振幅比减弱区内各点的振幅大)．‎ ‎(2)干涉条件：频率相同、相位差恒定、振动方向在同一条直线上．‎ ‎(3)加强、减弱区形成条件：‎ Δr＝ λ， ＝0、1、2、3…振动加强区；‎ Δr＝λ， ＝0、1、2、3…振动减弱区．‎ ‎2．区分光的干涉、衍射和色散 ‎(1)白光发生光的干涉、衍射和光的色散时都可出现彩色条纹，但出现彩色条纹的本质不相同，干涉和衍射是光的波长不同引起的干涉条纹间距、衍射明显程度不同的缘故，而光的色散是在同一种介质中波速不同、折射率不同造成的．‎ ‎(2)区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分．‎ ‎ 考点四：测折射率的方法 ‎【例1】(多选)做“用插针法测定玻璃折射率”实验时，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃砖的两个界面．几位同 进行了如下操作，说法正确的是(　　)‎ A．选定的玻璃砖两个光 面aa′与bb′不平行，其他操作正确，会使测得的折射率偏小 B．为了减小误差，应使入射角尽可能大 C．一同 在白纸上画aa′、bb′两界面时，不小心下边界面画得下去一些，使其间距比平行玻璃砖两光 面的间距稍微大些，其他操作正确，会使测得的折射率偏小 D．保持O点不动，增大入射角，则在aa′侧反射光线能量增强，进入玻璃砖的折射光线减弱 ‎【答案】 CD ‎【例2】在“测定玻璃的折射率”实验中，某同 经正确操作插好了4枚大头针，如图所示．‎ ‎(1)在图1中画出完整的光路图；‎ ‎(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)．‎ ‎(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同 做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图所示．图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)．‎ ‎【答案】 (1)见【解析】图　 (2)1.53(说明：±0.03范围内都可)‎ ‎(3)A ‎ ‎ 所以该玻璃砖的折射率n＝＝≈1.53‎ ‎(3)由题图乙可知，光线P1P2入射到玻璃砖上时，相当于光线射到了一个三棱镜上，因此出射光线将向底边偏折，所以出射光线过P3和A ‎【例3】在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：‎ ‎(1)甲同 在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图甲所示．则他测出的折射率将如何变化？‎ ‎(2)乙同 ‎ 在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得的折射率将如何变化？‎ ‎【答案】 (1)不变　(2)偏小