高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 光及光的本性課件

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1、 光及光的本性 本專題以光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振為重點(diǎn)，結(jié)合作圖以折射率、折射角、臨界角的計算為考點(diǎn)，以干涉、衍射為高考間歇性熱點(diǎn)，高考題以選擇題、實驗結(jié)合計算形式出現(xiàn)，難度較低，每年一道題復(fù)習(xí)時要注意知識間的聯(lián)系，加強(qiáng)遷移應(yīng)用，培養(yǎng)綜合能力 2010年浙江卷16題考查了光電效應(yīng)的應(yīng)用，側(cè)重圖象的理解和分析能力.2011年要繼續(xù)關(guān)注考綱中的變化，折射和全反射仍是考查重點(diǎn)，關(guān)注規(guī)律和幾何關(guān)系的結(jié)合 【例題1】一輛實驗小車可沿水平地面(圖中紙面)上的長直軌道勻速向右運(yùn)動有一臺發(fā)出細(xì)光束的激光器在小轉(zhuǎn)臺M上，到軌道的距離MN為d=10m，如圖1111所示轉(zhuǎn)臺勻速轉(zhuǎn)動，使激光束在水平面內(nèi)掃描

2、，掃描一周的時間為T=60s.光束轉(zhuǎn)動方向如圖中箭頭所示當(dāng)光束與MN的夾角為45時，光束正好射到小車上如果再經(jīng)過t=2.5s光束又射到小車上，則小車的速度是多少？(結(jié)果保留兩位數(shù)字) 圖1111光的直線傳播光的直線傳播 111t360154530(tan45tan30 ) 1.7m/s 1tTNtMNLLdv 根據(jù)題意，作圖，如圖所示，可知符合題意的小車運(yùn)動速度有兩種可能：在內(nèi)，光束轉(zhuǎn)過角度光束照到小車時小車正在靠近 點(diǎn)，時間內(nèi)光束與的夾角從變?yōu)?，小車走過由圖可知由、兩式并代入【數(shù)值，得解析】【評析【評析】該題是光的直線傳播、勻速直線運(yùn)動、勻速轉(zhuǎn)動等規(guī)律的綜合，物理情景較新，對學(xué)生分析問題的能

3、力要求較高，通過作圖，利用所學(xué)知識、規(guī)律來求解 222124560 (tan60tan45 ) 2.92m/sNtLMNLvtLdv光束照到小車時，小車正在遠(yuǎn)離 點(diǎn)， 內(nèi)光束與的夾角從變?yōu)?，小車走過 ，速度為由圖可知由、兩式并代入數(shù)值，得【變式題1】如圖1112所示，一點(diǎn)光源S，它距離墻壁MN的水平距離為L，現(xiàn)從S處以水平速度v0拋出小球P，P在墻上形成的影子為P，在球做平拋運(yùn)動中，其影子P的速度v是多大？ 圖111220200.12122SxyyPSPPSAAPxySBBPLyPtxv tyatLLgLyyattxv tv 要求影子的速度，先要知道影子做什么運(yùn)動設(shè)小球從 處平拋運(yùn)動的水平距離

4、為 ，豎直位移為 ，影子在墻上豎直位移為 ，如圖所示，設(shè)點(diǎn)是運(yùn)動中的任一點(diǎn)，延長到 ，由三角形相似可知，即設(shè)小球到 點(diǎn)所用的時間為 ，由運(yùn)動學(xué)知識可知：，由上面三式可求：【解析】 【評析【評析】 本題是光的直線傳播與運(yùn)動學(xué)知識的綜合，解題過程中應(yīng)分析光路的運(yùn)動軌跡，由物體的運(yùn)動規(guī)律建立方程，并由幾何關(guān)系建立輔助方程求出影子的位移與時間關(guān)系，從而確定運(yùn)動情況 002LvytygLvtv而在本題中 和 都是一定的， 與 成正比，因此可知影子在豎直墻上做勻速直線運(yùn)動，其速度是一定值即：“”111321+fffvfcc接 收發(fā) 出接 收車發(fā) 出生 活 中 經(jīng) 常 用 呼 嘯 而 來形 容 正 在 駛近

5、 的 車 輛 ， 這 是 聲 波 在 傳 播 過 程 中 對 接 收 者 而 言頻 率 發(fā) 生 變 化 的 表 現(xiàn) ， 無 線 電 波 也 具 有 這 種 效 應(yīng) 如 圖所 示 ， 圖 中 的 測 速 雷 達(dá) 正 在 向 一 輛 接近 的 車 輛 發(fā) 出 無 線 電 波 ， 并 接 收 被 車 輛 反 射 的 無線 電 波 由 于 車 輛 的 運(yùn) 動 ， 接 收 的 無 線 電 波 頻 率與 發(fā) 出 時 不 同 利 用 頻 率 差就 能 計 算 出車 輛 的 速 度 已 知 發(fā) 出 和 接 收 的 頻 率 間 關(guān) 系 為【 變 式 題 2】， 式 中 為9210 Hz400Hz30m / s.

6、fff發(fā) 出接 收發(fā) 出真 空 中 的 光 速 ， 若， 可 知 被 測 車 輛 的速 度 大 小 為 圖111321400Hz30m/s.vffcv車發(fā)出發(fā)出車根據(jù)題意有，解得【解析】光的折射與全反射光的折射與全反射【例【例2 2】 雨過天晴，人們常看到天空中出現(xiàn)彩虹，它是由陽光照射到空中彌漫的水珠上時出現(xiàn)的現(xiàn)象在說明這個現(xiàn)象時，需要分析光線射入水珠后的光路一細(xì)束光線射入水珠，水珠可視為一個半徑為R的球，球心O到入射光線的垂直距離為d.水的折射率為n. (1)在如圖1121所示的圖上畫出該束光線射入水珠內(nèi)經(jīng)一次反射后又從水珠中射出的光路圖； (2)求這束光線從射向水珠到射出水珠每一次偏轉(zhuǎn)的角

7、 圖1121【解析【解析】 (1)根據(jù)光的折射定律作圖，光路如圖(a)所示 (2)以i、r表示入射光線的入射角、折射角，由折射定律有sini=nsinr，所以1、2、3表示每一次偏轉(zhuǎn)的角度，如圖(b)所示，由反射定律、折射定律和幾何關(guān)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)【評析【評析】 本題涉及光的折射與反射知識，結(jié)合幾何光學(xué)的特點(diǎn)，通過做光路圖，根據(jù)幾何關(guān)系，運(yùn)用折射率公式進(jìn)行求解能對光的折射與反射加強(qiáng)理解，對數(shù)學(xué)知識的要求比較高 【變式題一【變式題一

8、】(2010重慶)如圖1122所示，空氣中有一折射率為的玻璃柱體，其橫截面是圓心角為90、半徑為R的扇形OAB，一束平行光平行于橫截面，以45入射角射到OA上，OB不透光，若考慮首次入射到圓弧上的光，則上有光透出的部分的弧長為( )圖1122 11A. B.6415C. D.312RRRRB【變式題二【變式題二】(2009全國卷)一玻璃磚橫截面如圖1123所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫出)，AB為直角邊，ABC=45；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點(diǎn)此玻璃的折射率為1.5.P為一貼近玻璃磚放置的、與AB垂直的光屏若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則( )A

9、從BC邊折射出寬度與BC邊長度相等的平行光B屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長度C屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長度D當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚的方向平行移動時，屏上亮區(qū) 先逐漸變小然后逐漸變大光的折射與全反射光的折射與全反射BD圖1123 451arcsin1.5BDABBCBCABACAB 本題考查光的折射和全反射寬為的平行光進(jìn)入到玻璃中直接射到面，入射角為臨界角，所以在面上發(fā)生全反射仍然以寬度大小為長度的豎直向下的平行光射到圓弧面上根據(jù)幾何關(guān)系可得到在屏上的亮區(qū)寬度小于的長度， 對【解析】 正確光的色散光的色散 【例【例3 3】如圖1131所示，在水中有一厚度不計的薄玻璃片制成的中空三棱鏡，里面

10、是空氣，一束光A從棱鏡的左邊射入，從棱鏡的右邊射出時發(fā)生了色散，射出的可見光分布在a、b兩點(diǎn)之間，則()A從a點(diǎn)射出的光是紅光，從b點(diǎn)射出的光是紫光B從a點(diǎn)射出的光是紫光，從b點(diǎn)射出的光是紅光C從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的光都是紅光， 從ab中點(diǎn)射出的光是紫光D從a點(diǎn)和b點(diǎn)射出的光都是紫光， 從ab中點(diǎn)射出的光是紅光圖1131 【解析【解析】 棱鏡作用能使光束方向偏折，從真空射向玻璃，光束向底面偏折，也可根據(jù)折射定律作圖，但本題是光束是從水中射向空氣，光束會向頂角偏折，由于紅光的折射率小，在空氣中偏折角小，所以從a點(diǎn)射出的光是紫光，從b點(diǎn)射出的光是紅光選取B. 【答案【答案】 B【評析【評析】 本題考查

11、了棱鏡的折射，光的色散，紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光的不同特性，要求學(xué)生能熟練掌握運(yùn)用，更重要的是本題創(chuàng)設(shè)了新情景，光束從光密到光疏的色散現(xiàn)象，讓學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行類推，靈活運(yùn)用 【變式題一【變式題一】 OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面.a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖1132所示，由此可知( )A棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大Ca光的頻率比b光的高Da光的波長比b光的長圖1132 BD【解析】 單色光a在棱鏡側(cè)面OM上反射和折射，而單色光b在棱鏡側(cè)面ON上發(fā)生了全反射，由于a、b兩束可見單色光

12、入射角相等，根據(jù)紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種單色光的不同特性，可知vavb，fbfa，ab，所以BD正確 【評析】 本題考查了不同的單色光在棱鏡中的不同特性，要熟練掌握運(yùn)用七種單色光的基本性質(zhì)，輔助作圖，從某一點(diǎn)突破可輕松求解，本題可用紅、紫光進(jìn)行類比求解 【變式題2】 (2009天津)已知某玻璃對藍(lán)光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光( )A在該玻璃中傳播時，藍(lán)光的速度較大B以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍(lán)光折 射角較大C從該玻璃中射入空氣發(fā)生反射時，紅光臨界角較 大D用同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實驗，藍(lán)光的相鄰條紋 間距較大 C 光的波動性光的波動性【例【例4 4】 (2010麗水模擬

13、)市場上有一種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物體時能使被照物體處產(chǎn)生的熱效應(yīng)大大降低，從而廣泛地應(yīng)用于博物館、商店等處這種燈降低熱效應(yīng)的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面鍍一層薄膜(例如氟化鎂)，這種膜能消除玻璃表面反射回來的熱效應(yīng)最顯著的紅外線用l表示此紅外線在薄膜中的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應(yīng)為() Al/8 Bl/4 Cl/2 Dl/ 22122/ 2/ 4.B.xkxxdxllll 要消除紅外線的反射，必須使紅外線在薄膜的兩個面上反射光的路程差正好等于紅外線半個波長的奇數(shù)倍，即，其中為光在薄膜兩個面上反射的路程差，即，的最小值為，則【解薄膜的最小厚度為故正確選項為析】【答案】 B

14、【評析】 本題考查薄膜干涉應(yīng)用，由于教材中較詳細(xì)講述了薄膜干涉的應(yīng)用增透膜，所以要對薄膜干涉形成條件、現(xiàn)象、條紋規(guī)律等知識點(diǎn)都要掌握鞏固，并能熟練運(yùn)用雖然，“冷光燈”與增透膜的用處不同，但它們的技術(shù)原理相同，學(xué)生要能進(jìn)行遷移尤其是要能推算光程差與薄膜的厚度的關(guān)系，且表示此紅外線在薄膜中的波長，不是空氣中的波長 【變式題1】 (2010上海寶山模擬)在光的單縫衍射實驗中可觀察到清晰的亮暗相間的圖樣，下列四幅圖片中屬于光的單縫衍射圖樣的是( ) Aa、c Bb、c Ca、d Db、d 【解析】單縫衍射的條紋是不等間距，中央亮紋又寬又亮 圖1141 D 【變式題2】 (2009福建)光在科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列說法正確的是( )A用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程 度是利用光的偏振現(xiàn)象B用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的 衍射現(xiàn)象C在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象D【解析】 用透明的標(biāo)準(zhǔn)平面樣板檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現(xiàn)象，A錯；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射形成的色散現(xiàn)象，B錯；在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的全反射現(xiàn)象，C錯；光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象，D對