高考物理 考前冲刺大题精做 专题08 光学

2013年高考物理考前冲刺大题精做专题08光学【2013高考会这样考】1.掌握光的折射定律，理解折射率，掌握折射率与光速的关系.2.掌握全反射的概念及发生全反射的条件，能运用全反射解释有关光学现象.3.理解光的干涉现象产生的条件，掌握双缝干涉条纹间距公式.4.掌握光发生明显衍射的条件和各种衍射图样.【原味还原高考】一、光的折射定律和折射率1.折射现象:光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向发生改变的现象.2.折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比.(2)表达式:式中n12是比例常数.3.折射率(1)物理意义：折射率仅反映介质的光学特性，折射率大，说明光从真空射入到该介质时偏折大，反之偏折小.(2)定义式：不能说n12与sinθ1成正比，与sinθ2成反比.折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定.(3)计算公式n=，因v＜c，故任何介质的折射率总大于1.【特别提醒】1.理解折射定律应注意(1)入射光线、法线和折射光线共面，折射光线与入射光线分居在法线两侧.(2)在光的折射现象中，光路是可逆的.(3)在解决光的折射问题时，应根据题意分析光路，即作出光路图，找出入射角和折射角，然后应用公式来求解.2.理解折射率时应注意(1)介质的折射率实际上指的是绝对折射率，所谓绝对折射率是指光从真空进入介质时入射角与折射角的正弦值之比.(2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关.二、全反射1.定义：光从光密介质射向光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象.2.条件：(1)光从光密介质射向光疏介质.(2)入射角大于等于临界角.3.临界角：折射角等于90°时的入射角.若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC=，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小.【特别提醒】分析全反射现象的问题时，先确定是否满足发生全反射的条件，即光由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于等于临界角，若满足全反射的条件，再由反射定律来确定光的传播情况.三、玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用1.玻璃砖对光路的控制：对于两面平行的玻璃砖，其出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移.如图所示.2.三棱镜对光路的控制及成像(1)对光路的作用①光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折.如图(1)所示.②光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折.如图(2)所示.③全反射棱镜(等腰直角棱镜):当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出,如图甲所示.当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出.如图乙所示.(2)三棱镜成像：当物体发出的光线从三棱镜的一侧面射入，从另一侧面射出时，逆着出射光线可以看到物体的虚像.【名师点睛】在研究玻璃砖和三棱镜对光路的控制作用时应注意：不同颜色的光频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同.四、光的干涉1.条件(1)两列光的频率相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉现象.(2)将同一列光波分解为两列光波，可以获得相干光源.双缝干涉和薄膜干涉都是用此种方法获得相干光源的.2.杨氏双缝干涉原理如图所示：3.薄膜干涉如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加.(1)明暗条纹形成的原理分析①明条纹条件:在P1、P2处，在两个表面处反射回来的两列光波的路程差Δx等于波长的整数倍,即：Δx＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹.②暗条纹条件:在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δx等于半波长的奇数倍,即：Δx＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹.(2)应用:①增透膜；②利用光的干涉检查平整度.五、光的衍射1.衍射的定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影里的现象.2.发生明显衍射的条件：只有在障碍物或孔的尺寸比光的波长小或者跟波长差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象.3.泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环).【特别提醒】1.研究干涉现象时应注意(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样.(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹.2.干涉和衍射图样的区别(1)光的干涉、衍射都可出现彩色条纹，但光学本质不同.(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.六、光的偏振1.偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振.2.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，这种光叫做自然光.3.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的光，叫做偏振光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后，就变成了偏振光.【特别提醒】对偏振光的理解应注意(1)自然光通过偏振片后，就变成了偏振光.(2)平时我们所见的光，除直接从光源射来的以外一般都是偏振光.七、测定玻璃的折射率1.实验原理如图所示，abb′a′为两面平行的玻璃砖，光线的入射角为θ1,折射角为θ2,根据，可以计算出玻璃的折射率.2.实验步骤(1)把白纸铺在木板上.(2)在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线.(3)把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用直尺画出玻璃砖的另一边bb′.(4)在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.(5)从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线的方向，直到P1的像被P2的像挡住.再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能挡住P1、P2的像，P4能挡住P3及P1、P2的像.(6)移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向.∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角.(7)改变入射角，重复实验.3.求折射率的四种方法(1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2,算出不同入射角时的并取平均值.(2)图象法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2图象，由可知图象应为直线，如图所示，其斜率就是玻璃的折射率.(3)辅助线段法：利用直尺作辅助线，测出辅助线的长度大小，求玻璃的折射率.(4)“单位圆法”:以入射点O为圆心，以适当长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，OE=OE′=R，则，只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n.【特别提醒】1.误差分析(1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些.(2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差.2.注意事项(1)实验时，应将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O、P3与O′之间距离要稍大一些.(2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°).太大，反射光较强，出射光较弱；太小，入射角、折射角测量的相对误差较大.(3)操作时，手不能触摸玻璃砖的光学面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线.(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变.(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大.八、用双缝干涉测光的波长1.实验原理(1)单色光经双缝干涉产生稳定的明、暗相间的条纹，复色光产生彩色条纹.(2)条纹间距公式Δx=λ.2.实验步骤(1)观察干涉条纹①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示.②接好光源，打开开关，使光源灯丝正常发光.③调节各器件的高度，使光源发出的光能沿轴线到达毛玻璃屏.④安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，二者间距约5cm～10cm，这时，可观察白光的干涉条纹.⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹.(2)测定单色光的波长①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹.②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻亮纹间的距离③用刻度尺测量双缝到毛玻璃屏的距离l(d是已知的).④重复测量，取平均值.【特别提醒】1.数据处理用刻度尺测量出双缝到屏间的距离l,由公式λ=Δx计算波长.重复测量、计算，求出波长的平均值.2.误差分析测定单色光的波长，其误差主要由测量引起，条纹间距Δx测量不准，或双缝到屏的距离测量不准都会引起误差，但都属于偶然误差，可采用多次测量取平均值的方法来减小误差.3.注意事项(1)调节双缝干涉仪时，要注意调节光源的高度，使它发出的一束光能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮.(2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上.(3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和条纹的中心对齐，记清此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线和另一条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两个条纹间的距离.(4)不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差.(5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色在中央，红色在最外边.（2012·海南）一玻璃三棱镜，其截面为等腰三角形，顶角θ为锐角，折射率为2。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜。不考虑棱镜内部的反射。若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧(如图)，且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出，则顶角θ可在什么范围内取值？（2012·江苏）B.[选修3-4](12分)(1)如题12B-1图所示,白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q,A点位于P、Q之间,B点位于Q右侧.旋转偏振片P,A、B两点光的强度变化情况是________.(A)A、B均不变(B)A、B均有变化(C)A不变,B有变化(D)A有变化,B不变(2)“测定玻璃的折射率冶实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D.在插入第四个大头针D时,要使它_____________.题12B-2图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、'a是描在纸上的玻璃砖的两个边.根据该图可算得玻璃的折射率n=_____________.(计算结果保留两位有效数字)(3)地震时,震源会同时产生两种波,一种是传播速度约为3.5km/s的S波,另一种是传播速度约为7.0km/s的P波.一次地震发生时,某地震监测点记录到首次到达的P波比首次到达的S波早3min.假定地震波沿直线传播,震源的振动周期为1.2s,求震源与监测点之间的距离x和S波的波长.7．2010·海南物理·18(1)一光线以很小的入射角i射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，求出射光线与入射光线之间的距离（很小时．sin,cos1）（09·山东·37）（物理——物理3-４）（2）一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比，图2为过轴线的截面图，调整入射角α，光线拾好在不和空气的界面上发生全反射，已知水的折射角为34，α的值。解析：（2）当光线在水面发生全放射时有1sinCn，当光线从左侧射入时，由折射定律有sinsin()2nC，联立这两式代入数据可得7sin3。（09·江苏物理·12.B）（1）如图甲所示，强强乘电梯速度为0.9c（c为光速）的宇宙飞船追赶正前方的壮壮，壮壮的飞行速度为0.5c，强强向壮壮发出一束光进行联络，则壮壮观测到该光束的传播速度为。（填写选项前的字母）（A）0.4c（B）0.5c（C）0.9c（D）1.0c（3）图丙是北京