专题16+光学-冲刺2019高考物理二轮复习核心考点特色突破

专题16+光学-冲刺2019高考物理二轮复习核心考点特色突破

知识点及规律总结 ‎1. 色散 ‎ （1）不同颜色的光，波长不同.‎ ‎ （2）光的色散：含有多种颜色的光被分解成单色光的现象．‎ ‎ （3）薄膜干涉中的色散：肥皂膜的干涉条纹是彩色的；镀膜镜头看起来是有颜色的，镀膜厚度不同，颜色也不同.‎ ‎ （4）折射时的色散：白光经过棱镜后会发生色散现象．各种色光通过棱镜后，红光偏折角度最小，紫光的偏折角度最大．偏折角度不同，表明同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率小，对紫光的折射率大．由此可知，在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不同，波长越短，波速越慢．‎ ‎2. 衍射 ‎ （1）衍射：光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象，如单缝衍射、圆孔衍射.‎ ‎ （2）发生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多.‎ ‎3. 偏振 ‎ （1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光是自然光．‎ ‎ （2）偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动，这种光叫做偏振光．‎ ‎ （3）只有横波才有偏振现象. 光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光；自然光在玻璃等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光.‎ ‎4. 激光：有高度的相干性，平行度很好，亮度高．‎ ‎5.推导相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离公式 ‎ 剖析：设两条缝S1和S2距离为d，到光屏的距离为l，且ld，P是S1S2的中垂线与屏的交点，P到S1、S2的距离相等.如图13-2-1所示，从S1、S2射出的光波到达P点经过的路程相等，两列波的波峰（或波谷）同时到达P点，它们互相加强，在P点出现亮条纹，叫做中央亮纹.下面我们研究一下离P点距离为x的P1点的情况，P1到S1、S2的距离分别为r1、r2，因此从S1、S2发出的光波到达P1点的路程差为r2－r1.‎ 图13-2-1‎ 从图中可以看出：‎ r12=l2+(x-)2,r22=l2+(x+)2‎ 两式相减r22-r12=（r2-r1）（r2+r1）=2dx 由于l>>d，因此r2+r1≈2l.‎ 由r2-r1=x=kλ（k=0，1，2，…）‎ 可得：x=·λ(k=0,1,2, …),该处出现明条纹.‎ 当k=0时，即图中的P点，S1、S2到达P点的路程差为零，P一定是振动加强点，出现明纹，又叫中央亮纹.‎ 当k=1时，为第一级明纹……由对称性可知在P点的下方也有和P点上方相对称的明纹.‎ 同理，由r2-r1=（2k+1）（k=0，1，2，…）‎ 可得x=（2k+1）·（k=0，1，2，…），该处出现暗条纹.‎ 所以，相邻两条亮纹或暗纹的距离为Δx=λ.‎ ‎【典例】 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差Δx=0.6 μm；若分别用频率为f1=5.0×1014 Hz和f2=7.5×1014 Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是（ )‎ A.用频率为f1的单色光照射时，出现明条纹 B.用频率为f2的单色光照射时，出现明条纹 C.用频率为f1的单色光照射时，出现暗条纹 D.用频率为f2的单色光照射时，出现暗条纹 ‎【答案】AD ‎【解析】根据c=λf可得两种单色光的波长分别为λ1=m=0.6 μmλ2=m=0.4 μm 跟题给条件Δx=0.6 μm比较可知Δx=λ1，Δx=λ2，故用频率f1的光照射双缝时，P点出现明条纹；用频率为f2的光照射双缝时，P点出现暗条纹，该题的正确选项是A、D.‎ 薄膜干涉 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图13-2-5（a）所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图（b）所示.干涉条纹有如下特点：①任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；②任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定.若现从图（a）装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ )‎ 图13-2-5‎ A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失 ‎【答案】A 专题提升练习 ‎1 . 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彩色图样是利用光的折射现象 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 ‎【答案】BD ‎【解析】 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干涉现象，故A错误； B、用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，故B正确； C、在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，故C错误； D、光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确； 故选BD。‎ ‎2 . 如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是       (       ) ‎ A．a侧是红色光，b侧是紫色光 B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长 C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率 D．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率 ‎【答案】BC ‎【点睛】 对于七种色光的折射率、频率、波长、全反射临界角等物理量的关系，要结合色散实验和干涉实验结果解题。 ‎ ‎3 . 如图所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，从a、b两点射出。对于从a、b射出的这两束光下列说法正确的是               ‎ A．从a、b两点射出的两束光不平行 B．从a、b两点射出的两束光仍平行，且平行于BC边 C．从b点射出的光比从a点射出的光更容易使金属产生光电效应 D．从a点射出的光比从b点射出的光更容易观察到单缝衍射现象 ‎【答案】BCD ‎【点睛】 本题关键是利用光路的可逆性．考查对光的色散现象的理解能力，同时要掌握光电效应和衍射现象的条件，频率越大越容易发生光电效应，波长越大越容易衍射．‎ ‎4 . 下列说法中正确的是 A．托马斯杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波 B．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象 C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽 D．光的偏振现象说明光波是纵波 ‎【答案】AC ‎【解析】人类对光的认识过程是：托马斯扬在实验中成功地观察到光的干涉现象，干涉现象是波特有的特点，双缝干涉实验显示了光具有波动性，A正确；在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的薄膜干涉现象，B错误；若仅将入射光由绿光改为红光，红光的波长大于绿光的波长，根据条纹间距公式知条纹间距变宽，C正确；偏振现象说明光波是横波，D错误． ‎ ‎5 . 图中给出了用“双缝干涉测量光的波长”实验示意图，双缝和间距为0.80mm，双缝到屏的距离为0.80m，波长为500nm的单色平行光垂直入射到双缝和 B．两只虫子运动的时间差为0.2s 上，在屏上形成干涉条纹，中心轴线上方第一条亮纹中心位置在处，第三条亮纹中心位置在处，现有1号、2号虫子分别从和出发，以相同速度沿垂直屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到，2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到，假定两只虫子爬行速度均为，正确的是： ‎ A．1号虫子运动路程比2号短 C．两只虫子运动的时间差为1.0s D．已知条件不够，两只虫子运动的时间差无法计算 ‎【答案】AB ‎【点睛】 本题主要考察知识点：双缝干涉的现象以及相邻亮条纹间距公式，匀速直线运动的基本计算。‎ ‎6 . 太阳光的可见光部分照射到地面上，通过一定装置可观察太阳光谱，如图所示是一简易装置。一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上即可观察到太阳光谱的七色光带。逐渐增大平面镜倾斜程度，各色光陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光是(   　) ‎ A．红光→紫光　红光 B．红光→紫光　紫光 C．紫光→红光　红光 D．紫光→红光　紫光 ‎【答案】B ‎【点睛】水对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，光线从空气射向水面时，由折射定律确定七种色光的折射角大小，根据光反射的对称性，分析七色光带从上到下排列的顺序；紫光的临界角最小，紫光最先发生全反射，由此分析最先消失的光，据此解答。‎ ‎7 . 下面关于光的偏振现象的应用正确的是 A．立体电影利用了光的干涉现象 B．为了增加光的透射率照相机镜头表面的镀膜是利用了光的偏振现象 C．茶色眼镜利用了光的偏振现象 D．拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响 ‎【答案】D ‎【解析】可以使自然光变成偏振光的光学元件叫偏振片，偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能；立体电影利用了光的偏振现象；照相机镜头前装一个偏振片减小反射光的入射．放映的时候也是用双镜头放映机，其中每个镜头前放有偏振方向不同的偏振光片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振光片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图象，故A错误；照相机的增透膜，使得反射光发生干涉从而使其减弱，所以反射光的光程差等于光在增透膜的波长的，则厚度通常为绿光在增透膜中波长的是光的干涉现象，故B错误；茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变化，而形成的色彩，故C错误；拍摄日落时水面下的景物时，为防止反射光，所在在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响，故D正确；故选D。 【点睛】 考查了光的偏振原理仅仅是与传播方向垂直平面上有特定振动方向，与自然光不同．自然光向各个方向发射，而偏振光则是向特定方向发射；对于增透膜则是利用光的干涉原理． ‎ ‎8 . 如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源s，它发出的是两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）．则一下说法中正确的是（） ‎ A．a光的频率比b光大 B．水对a光的折射率比b光大 C．a光在水中的传播速度比b光大 D．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光的干涉条纹比b光窄 ‎【答案】C ‎【解析】考点：全发射；单色光的特点．‎ ‎9 . 用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光（    ） ‎ A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．a光的频率大于b光的频率 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大 D．a光的折射率大于b光的折射率 ‎【答案】C ‎【点睛】 要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关．‎ 二、计算题 ‎10 . 电视机遥控器中有一半导体砷化镓发光管，它发出波长为0.9μm的红外光脉冲，用来控制电视机的各种功能。已知这种发光管的发光区是直径为2mm的圆盘，发光面封装在折射率n=2.5的半球形介质中，如图所示。问：要使发光区发出的全部光线在球面上不发生全反射，介质半球的半径R至少应该为多大？‎ ‎【答案】2.5mm ‎【解析】发光盘边缘发出的光与AB垂直时，入射角最大，若这条光线不发生全反射，则所有光线都不发生全反射，结合几何关系和折射定律求出R的最小值．由三角形知识可知，当由发光盘边缘A发出光与AB垂直时，入射角i最大，如图所示 如果这条光线不发生全反射，则其它所有光线均不会发生全反射，由折射定律得：①‎ ‎ 不发生全反射的条件是入射角小于全反射的临界角，即② 由几何关系知：③ 联立①②③得： 【点睛】 对于几何光学问题，关键作出光路图，确定临界情况，结合折射定律和几何关系求解．‎ ‎11 . 一半径为R=10cm的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示．图中O为圆心，MN为竖直方向的直径．有一束细光线自O点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖右侧射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O点的距离为h=6cm时，从玻璃砖右侧射出的光线刚好消失．已知光在真空中的传播速度为c=3×108m/s，则 （1）此玻璃的折射率为多少 （2）若h=5cm，求光在玻璃砖中传播的时间。 ‎ ‎【答案】（1）；（2）s；‎ 解得 【点睛】 解决本题关键：一是会根据题目意思画出光路图，二是要掌握全反射的条件和临界角公式，并结合几何知识求解．‎ ‎13. 如图所示，平静湖面岸边的垂钓者，眼睛恰好位于岸边点正上方的高度处，浮标离点远，鱼饵灯在浮标正前方处的水下，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率求： ①鱼饵灯离水面的深度； ②鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面间射出。‎ ‎【答案】(1)   (2) ‎ ‎【解析】 ‎ ‎ 由折射定律可得：分 其中：，所以： 带入数据可得： 所以 ②由题意可得，只要光从点无法射向水面，则意味着无法从之间射向水面。设光从水中发生全反射的临界角为，在点恰好发生全反射时鱼饵灯的深度为，则： 可得： 所以： 【点睛】本题的关键是作出光路图，利用几何知识和折射定律求解相关的角度和深度，要注意光线的方向不能画错。‎ ‎14 . 半径为的半圆形玻璃砖，横截面如图所示，圆心为.两条平行单色红光垂直直径射入玻璃砖，光线正对圆心入射,光线2的入射点为,.已知该玻璃砖对红光的折射率.求: （1）两条光线经玻璃砖折射后的交点与点的距离； （2）若入射光由单色红光改为单色蓝光，其它条件不变，则距离将如何变化？‎ ‎【答案】（1）；（2）减小；‎ 代入数据解得： 由几何关系得： 根据折射定律公式 （2）由于单色蓝光比单色红光波长小，折射率n大，所以OC偏折更明显，d将减小． 【点睛】本题其实是光的色散问题，关键是作出光路图，运用几何知识辅助分析．结合折射定律进行求解。‎