2020高考物理月刊專版 專題11 光學(xué)綜合 光學(xué)專題

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1、2020高考物理月刊專版 【命題趨向】 2020年考試大綱幾何光學(xué)對(duì)光的直線傳播、光導(dǎo)纖維、光的色散等考點(diǎn)為Ⅰ類要求，對(duì)光的反射和平面鏡成像作圖法、光的折射和全反射等考點(diǎn)均為Ⅱ類要求；物理光學(xué)對(duì)光的本性學(xué)說(shuō)、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光譜光譜分析和電磁波譜、光的波粒二象性和物質(zhì)波、激光等考點(diǎn)為Ⅰ類要求，光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程為Ⅱ類要求。 幾何光學(xué)的考查重點(diǎn)在光的折射定律，預(yù)計(jì)在2020年高考中，幾何光學(xué)出題的可能性非常大，折射定律及全反射問(wèn)題仍是出題熱點(diǎn)。高考對(duì)物理光學(xué)的考查在光的波動(dòng)性的各種特性，預(yù)計(jì)在2020年高考中，物理光學(xué)出題的可能性也非常大，光的特性的考查可能結(jié)合

2、具體技術(shù)應(yīng)用，光電效應(yīng)現(xiàn)象及其解釋光子說(shuō)也將是出題的熱點(diǎn)。 【考點(diǎn)透視】 一、幾何光學(xué) 1．光的反射及平面鏡成像：光的反射遵守反射定律，平面鏡成成等大正立的虛像，像和物 關(guān)于鏡面對(duì)稱。 2．光的折射、全反射和臨界角：重點(diǎn)應(yīng)放在能應(yīng)用光的折射定律和全反射的原理解答聯(lián)系 實(shí)際的有關(guān)問(wèn)題。 3．用折射規(guī)律分析光的色散現(xiàn)象：著重理解兩點(diǎn)：其一，光的頻率（顏色）由光源決定， 與介質(zhì)無(wú)關(guān)；其二，同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大。 二、光的本性 1．光的波動(dòng)性：光的干涉、衍射現(xiàn)象表明光具有波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光波為橫波， 光的電磁說(shuō)則揭示了光波的本質(zhì)——光是電磁波。在電磁波譜中，

3、波長(zhǎng)從大到小排列順 序?yàn)椋簾o(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、x射線、射線，各種電磁波中，除可見(jiàn)光 以外，相鄰兩個(gè)波段間都有重疊，但各種電磁波產(chǎn)生機(jī)理不同，表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)也不同。 2．光的粒子性 （1）光電效應(yīng)：在光的照射下，從物體發(fā)射出電子（光電子）的現(xiàn)象。其規(guī)律是：任何 金屬都存在極限頻率，只有用高于極限頻率的光照射金屬，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。在 入射光的頻率大于金屬極限頻率的情況下，從光照射到逸出光電子，幾乎是瞬時(shí)的。光 電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子 數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比。 （2） 光子說(shuō)：即空間傳播的光是一份一份地進(jìn)行的

4、，每一份的能量等于（為光子 的頻率），每一份叫做一個(gè)光子。光子說(shuō)能解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。愛(ài)因斯坦光電方程 3．光的波粒二象性：光的干涉、衍射說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性， 因此光具有波粒二象性。 【例題解析】 題型一 光的反射、光的折射和全反射 題型特點(diǎn)：題目主要考查光的反射定律、光的折射定律和全反射的基本應(yīng)用，考查對(duì)重 要物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的掌握情況。 解題策略：這類題目一般都有一定的難度。解題時(shí)既要抓住基本規(guī)律光的折射定律和臨 界角公式，還要結(jié)合實(shí)際圖形進(jìn)行分析，重在形成一個(gè)正確的思維過(guò)程。 例1．如圖所示，P、Q是兩種透明材料制成的兩塊相同的直角

5、梯形棱鏡，疊合在一起組成一個(gè)長(zhǎng)方體，一單色光處P的上表面射入，折射光線正好垂直通過(guò)兩棱鏡的界面，已知材料的折射率，射到P上表面的光線與P的上表面的夾角為θ，下列判斷正確的 是 （ ） A．光線一定在Q的下表面發(fā)生全反射 B．光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面 的夾角一定等于θ C．光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面 的夾角一定大于θ D．光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面 的夾角一定小于θ 解析：光由P進(jìn)入Q時(shí)垂直界面，故傳播方向不改變，在Q中的入射角等于P中的折 射角，，，，∴，光線在P中的折射角小于臨 界角，故在Q中不會(huì)發(fā)生

6、全反射,又，故從Q中射出時(shí)折射角小于射入P的入 射角，即出射光線與下表面夾角大于θ，正確選項(xiàng)為：C。 例2．在完全透明的水下某深處，放一點(diǎn)光源，在水面上可見(jiàn)到一個(gè)圓形的透光圓面，若透光園面的半徑勻速增大，則光源正 （ ） A．加速上升 B．加速下降 C．勻速上升 D．勻速下降 系，滿足勻速運(yùn)動(dòng)條件，所以，光源向下勻速運(yùn)動(dòng)。故正確選項(xiàng)為D。 點(diǎn)撥：在解決光的折射問(wèn)題時(shí)，如果光源是動(dòng)態(tài)的，解此類題目的關(guān)鍵是：通過(guò)瞬時(shí)(靜 態(tài))物理量之間的關(guān)系，找出它們動(dòng)態(tài)時(shí)的變化規(guī)律。 變式訓(xùn)練1：abc為全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖

7、所示，一束白光垂 直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射,若光線入射點(diǎn)0的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮來(lái)自bc面反向的光線) （ ） A．使入射光按圖中所示順時(shí)針?lè)较蚶@O點(diǎn)逐漸偏轉(zhuǎn), 如果有色光射出ab面，則紅光將首先射出 B．使入射光按圖中所示的順時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，如果 有色光射出ab面，則紫光將首先射出 C．使入射光按圖中所示的逆時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，紅光 將首先射出ab面 D．使入射光按圖中所示的逆時(shí)針?lè)较蛑饾u偏轉(zhuǎn)，紫光將首先射出ab面 （答案：A） 題型二 光的波動(dòng)性問(wèn)題 題型特點(diǎn)：題目主要考查光的干涉、光的衍射現(xiàn)象，考查對(duì)光的波動(dòng)

8、性現(xiàn)象和根據(jù)疊加 原理得出的一些特定條件的掌握情況。 解題策略：這類題目一般都是中等難度和較容易的題。主要包含反映光的波動(dòng)性的一些 基本現(xiàn)象的識(shí)記和用明暗條紋形成條件分析及條紋間距的計(jì)算，解題時(shí)要識(shí)記平時(shí)少有 接觸的有關(guān)公式就能直接進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。 例3．如圖所示，S1和S2是楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)裝置的兩個(gè)狹縫，S是光源，光源發(fā)出的光的波長(zhǎng) 為，，，則下列說(shuō)法正確的是 （ ） A．在光屏上的P位置出現(xiàn)明條紋 B．若把其中一條狹縫擋住，屏上出現(xiàn)相同的明 暗相間的條紋，只是亮度減半 C．不論是單縫衍射或雙縫干涉或薄膜干涉，都是 色散效應(yīng)造成的 D．光通過(guò)雙縫或單縫

9、產(chǎn)生的明暗相間的條紋，說(shuō)明光具有波動(dòng)性 若將S1或S2擋住就成為單縫衍射，其明暗相間的條紋與雙縫干涉的不同。 單縫衍射或雙縫干涉或薄膜干涉所出現(xiàn)的明暗條紋都不是色散效應(yīng)造成的，而是光的疊加效應(yīng)造成的，即單縫衍射是衍射光疊加，雙縫干涉是雙縫發(fā)生的光疊加，薄膜干涉是 兩表面的反射光疊加造成的，而色散是由于同一媒質(zhì)對(duì)不同頻率的光的折射情況不同而產(chǎn)生的現(xiàn)象。 光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，所以光具有波動(dòng)性。 故正確選項(xiàng)為A、D 點(diǎn)撥：對(duì)于光的干涉，學(xué)生往往覺(jué)得抽象難懂，如果建立起清晰的物理圖景．如例1中 的圖，對(duì)照?qǐng)D將光的干涉的知識(shí)內(nèi)容一一落實(shí)，加深理解，同時(shí)要熟記一些相關(guān)知識(shí)， 如各

10、種色光波長(zhǎng)的大小比較，紅光波長(zhǎng)大，紫光波長(zhǎng)小等。 例4．如圖所示，圖（a)表示單縫，圖(b)表示雙縫，用某單色光分別照射豎直放置的單縫和 雙縫，在縫后較遠(yuǎn)位置豎直放置的光屏上可以觀察到明暗相間的條紋(圖中陰影表示明條 紋)，如圖(c)(d)所示，下列關(guān)于縫和條紋間關(guān)系的說(shuō)法中正確的是 （ ） A．圖(c)表示單縫衍射條紋，圖(d)表示雙縫干涉條紋 B．單縫S越寬，越不容易觀察到對(duì)應(yīng)的明暗條紋 C．雙縫間距離越短，對(duì)應(yīng)條紋間距越小 D．照射雙縫的單色光波長(zhǎng)越短，對(duì)應(yīng)條紋間距越大 解析：光通過(guò)單縫會(huì)發(fā)生衍射，通過(guò)雙縫會(huì)發(fā)生干涉，兩者都會(huì)產(chǎn)生明暗相間的條紋， 但干涉的

11、條紋寬度都一樣，而衍射的條紋中間寬、兩側(cè)愈來(lái)愈窄，所以(c)為干涉條紋， (d)為衍射條紋，對(duì)于衍射，縫越窄，條紋愈寬，條紋愈明顯(但亮度逐漸變暗)；而縫越 寬，條紋愈模糊，所以A錯(cuò)、B正確．雙縫干涉時(shí)，雙縫間距越小，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，條紋愈 寬，所以C、D選項(xiàng)都不正確，故本題選項(xiàng)為B。 點(diǎn)撥：要正確解答考查光的衍射和雙逢干涉結(jié)合在一起的問(wèn)題，必須熟練掌握光的衍射 和雙縫干涉的特點(diǎn)和區(qū)別，否則，很容易因?yàn)樽R(shí)記不清或?qū)υ砝斫獾乃剖嵌沁x擇錯(cuò) 誤的選項(xiàng)。 變式訓(xùn)練2：如圖4—15所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍(lán)光通過(guò)同一個(gè)雙 題型三 光的量子性問(wèn)題 題型特點(diǎn)：題目主要考查

12、光的量子性和愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，考查對(duì)光的量子性和發(fā) 生光電效應(yīng)的條件以及結(jié)合其他知識(shí)綜合應(yīng)用分析問(wèn)題的能力。 解題策略：這類題目一般都是光子能量——頻率——光電效應(yīng)——光電流聯(lián)系在一起 的，解題時(shí)一個(gè)非常重要的關(guān)鍵就是極限頻率，同時(shí)還要考慮帶電粒子在電場(chǎng)中的能量 轉(zhuǎn)化的問(wèn)題有較強(qiáng)的綜合性和嚴(yán)密的思維。 例5． 如圖，當(dāng)電鍵K斷開(kāi)時(shí)，用頻率為的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。 合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于u時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電 壓表讀數(shù)大于或等于u時(shí)，電流表讀數(shù)為零。其中普朗克常量為h,由此可知陰極材料的 逸出功為 （ ） A

13、． B． C． D． 解析：電流表讀數(shù)剛好為零說(shuō)明剛好沒(méi)有光電子能夠到達(dá)陽(yáng)極， 光電子逸出后動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化成電勢(shì)能可得光電子的最大初動(dòng)能 為。再由光電效應(yīng)方程可知 ，故正確選項(xiàng)為D。 點(diǎn)撥：本題在考察光電效應(yīng)方程的同時(shí)考察光子的能量方程，還包含了帶電粒子在電場(chǎng) 中運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化，綜合性很強(qiáng)。 變式訓(xùn)練3：用不同頻率的紫外光分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電 子最大初動(dòng)能EK隨入射光頻率變化的圖，已知鎢的逸出功是3．28eV，鋅的 逸出功是3．34eV，若將兩者的圖線畫(huà)在一個(gè)坐標(biāo)圖中，用實(shí)線表示鎢，虛線

14、表 示鋅，則正確反映這一過(guò)程的是如下圖所示的 （ ） （答案：A） 【專題訓(xùn)練與高考預(yù)測(cè)】 1．如圖所示，兩束單色光以不同的入射角從空氣射入玻璃中。若折射角相同，則下列說(shuō)法 不正確的是 （ ） A．若此兩種單色光從玻璃射入空氣，則Ⅱ單色光發(fā)生全反射 的臨界角較小 B．若此兩種單色光分別通過(guò)相同的障礙物，則Ⅱ單色光比Ⅰ 單色光發(fā)生衍射現(xiàn)象明顯 C．此兩種單色光相比，Ⅱ單色光的光子能量較小 D．用此兩種單色光分別照射某種金屬，若用Ⅱ單色光照射恰 好能發(fā)生光電效應(yīng)，則用Ⅰ單色光照射時(shí)一定也能發(fā)生光 電效應(yīng) 2．一束光從真空射到折射

15、率為的某種玻璃的表面，用表示入射角，r表示折射角，則 （ ） A．當(dāng)r=30o時(shí)， B．無(wú)論多大，r都小會(huì)超過(guò)45o C．當(dāng)時(shí)，將沒(méi)有光線射入到玻璃中 D．當(dāng)時(shí)，反射光線與折射光線恰好相互垂直 3．單色光在真空中的波長(zhǎng)比單色光b在真空中的波長(zhǎng)短，現(xiàn)讓、b兩束光以相同的入時(shí) 角從空氣中分別射向長(zhǎng)方體玻璃磚的同一點(diǎn)(見(jiàn)圖)，此時(shí)兩束光都能直接從下表面射出， 那么 （ ） A．從上表面射入時(shí)，光的折射角將大于b光的折射角 B．從下表面射入時(shí)，光的折射角將小于b光的折射角 C．從上表面射出時(shí)，光的出射角將大于b光的出射角 D．將入射角不斷增加，總可

16、以使兩束光在玻璃磚的下表 面發(fā)生全反射現(xiàn)象 4．有關(guān)紅、藍(lán)兩束單色光，下列說(shuō)法正確的是 （ ） A．在空氣中的波長(zhǎng) B．在水中的光速 C．在同一介質(zhì)中的折射率 D．藍(lán)光光子的能量大于紅光光子的能量 5．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若雙縫中的一縫 前放一紅色濾光片(只能透過(guò)紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過(guò)綠光)，這時(shí)（ ） A．只有紅光和綠光的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失 B．紅光和綠光的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在 C．任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮 D．屏上無(wú)任何光亮

17、 8．下列說(shuō)法中,正確的是 （ ） A．只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動(dòng)性。 B．單個(gè)光子有時(shí)也會(huì)體現(xiàn)出波動(dòng)性。 C． 物質(zhì)波就是，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)與該物體的 動(dòng)量成正比。 D．甲乙兩種單色光均垂直射到一條直光纖的端面上，甲光穿過(guò)光纖的時(shí)間比乙光的長(zhǎng)， 則用它們分別作為同一雙縫干涉裝置的光源時(shí)，甲光相鄰的干涉條紋間距較大。 9．如圖3是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為屏幕中心，SP垂直 照射S，試討論P(yáng)點(diǎn)和P1點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋? （2）若用白光照射單縫S，并用藍(lán)色透明薄紙擋住S1，用黃色透明薄紙擋住S2

18、，試討論P(yáng)點(diǎn)應(yīng)出現(xiàn)的顏色和屏上最可能出現(xiàn)的情況。 【參考解答】 3．B 解析：由題意，光的頻率大于b光的頻率，所以在同一介質(zhì)中 光的折射率大于b 光的折射率，，據(jù)，n大，r小，故從上表面射入時(shí)，光的折射角小 于b光的折射角；據(jù)光路可逆，出射角等于入射角，且將入射角不斷增加，在玻璃磚的 7．A、D 解析：當(dāng)波源與觀察者遠(yuǎn)離時(shí)，觀察者接收到的頻率減小，據(jù)波速公式，波長(zhǎng)要 變長(zhǎng)，本題考查了多普勒效應(yīng)，這是高中物理新增內(nèi)容，高考命題對(duì)新增內(nèi)容比較重視。 8．A 解析：波粒二象性中所說(shuō)的波是一種概率波，波粒二象性中所說(shuō)的粒子，是指其不連 （2）從S1射出的藍(lán)光和從S2射出的黃光因頻率不同，它們不會(huì)發(fā)生干涉，但藍(lán)光和黃光 均會(huì)發(fā)生單縫衍射，在屏上分別形成黃色和藍(lán)色的衍射條紋，兩種顏色的條紋可能在屏 上某些區(qū)域重疊，重疊部分的顏色應(yīng)為綠色，故屏上最可能出現(xiàn)黃、綠、藍(lán)三種顏色的 條紋。