搜索
专题七光学第15讲光学-3-专题知识•理脉络真题诠释•导方向-4-专题知识•理脉络真题诠释•导方向1.(2019·天津卷)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是()C解析:由题图可知b光发生光电效应时的遏止电压最大,由光电效应方程可知,b光的频率最大、a光的频率最小,即b光在同一介质中的折射率最大、a光的折射率最小,故只有选项C正确。-5-专题知识•理脉络真题诠释•导方向命题考点光的折射,光的折射率,光电效应。能力要求本题是光的色散和光电效应方程的综合,关键要掌握光的色散研究的结果,知道偏折程度不同的单色光的折射率的大小关系。-6-专题知识•理脉络真题诠释•导方向2.(2019·北京卷)利用图甲所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得到如图乙中A和B两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是()甲乙A.A对应单缝,B对应双缝B.A对应双缝,B对应单缝C.都是单缝,A对应的缝宽较大D.都是双缝,A对应的双缝间距较大A-7-专题知识•理脉络真题诠释•导方向解析:单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮,双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮,由此可以判断A一定为单缝、B一定为双缝,故只有选项A正确。命题考点光的干涉,光的衍射。能力要求本题考查干涉与衍射条纹的应用,掌握两者的区别与联系,理解发生干涉和衍射的条件。-8-专题知识•理脉络真题诠释•导方向3.(2019·全国卷1)如图所示,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°=0.8)。已知水的折射率为。43(1)求桅杆到P点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。-9-专题知识•理脉络真题诠释•导方向答案:(1)7m(2)5.5m解析:(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有𝑥1ℎ1=tan53°①𝑥2ℎ2=tanθ②由折射定律有sin53°=nsinθ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7m。⑤-10-专题知识•理脉络真题诠释•导方向(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sini'=nsin45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦𝑥1'ℎ1=tani'⑧𝑥2'ℎ2=tan45°⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x'=(62-3)m≈5.5m。⑩-11-专题知识•理脉络真题诠释•导方向命题考点光的折射。能力要求本题是几何光学问题,对数学几何能力要求较高,关键要根据几何知识确定出入射角和折射角,通过折射定律和几何关系进行求解。-12-专题知识•理脉络真题诠释•导方向4.(2019·全国卷3)如图所示,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,∠A=90°,∠B=30°。一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出。(1)求棱镜的折射率;(2)保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦值。-13-专题知识•理脉络真题诠释•导方向答案:(1)3(2)3-22解析:(1)光路图及相关量如图所示。光束在AB边上折射,由折射定律得sin𝑖sin𝛼=n①式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知α+β=60°②由几何关系和反射定律得β=β'=∠B③联立①②③式,并代入i=60°得n=3。④-14-专题知识•理脉络真题诠释•导方向(2)设改变后的入射角为i',折射角为α',由折射定律得sin𝑖'sin𝛼'=n⑤依题意,光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc,且sinθc=1𝑛⑥由几何关系得θc=a'+30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sini'=3-22。⑧命题考点光的折射定律,折射率。能力要求解答本题的关键点在于正确画出几何光路图,找出几何关系求出相关角度。需要较强的数学能力。-15-突破点一突破点二突破点三电磁波、相对论考查方向常以选择题形式考查。突破方略1.对麦克斯韦电磁场理论的理解-16-突破点一突破点二突破点三2.狭义相对论的重要结论(1)在任何惯性系中观察光速均为c。(2)相对观测者运动的物体长度变短。(3)相对观测者运动的时钟变慢。-17-突破点一突破点二突破点三模型构建【例1】(多选)(2018·江苏卷)梳子在梳头后带上电荷,摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波()A.是横波B.不能在真空中传播C.只能沿着梳子摇动的方向传播D.在空气中的传播速度约为3×108m/sAD解析:据电磁波的特点可知,电磁波为横波,故A正确;电磁波的传播不需要介质,可以在真空中传播,故B错误;电磁波产生后,可以在任意方向传播,故C错误;电磁波传播的速度在真空中等于光速,在空气中的传播速度约为3×108m/s,故D正确。-18-突破点一突破点二突破点三迁移训练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AC解析:根据时间间隔的相对性,飞船上的人观测钟表时,是以飞船为参考系,看到地球上的钟表在高速运动,观测到地球上的钟慢,飞船上的钟快,A正确,B错误;同理地球上的人是以地球为参考系,观测结果是地球上的钟快,飞船上的钟慢,C正确,D错误。-19-突破点三突破点一突破点二光的干涉、衍射与偏振考查方向常以选择题形式考查。突破方略1.波的特性机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象,是波特有的现象,偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。-20-突破点三突破点一突破点二2.稳定干涉条件与特点(1)两列光波发生稳定干涉现象时,光的频率相等,相位差恒定,干涉条纹间距Δx=λ。(2)干涉图样中,实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线处为振动加强处;实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。振动加强点有时位移也为零,只是振幅为两列波的振幅之和,显得振动剧烈。𝑙𝑑-21-突破点三突破点一突破点二模型构建【例2】(多选)(2019·宁夏银川质检)如图甲所示,可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n,O是圆心,MN是法线。一束单色光线以入射角i=30°由玻璃砖内部射向O点,折射角为γ,当入射角增大到也为γ时,恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后,得到图乙所示的衍射图样(光在真空中的传播速度为c)。则下列说法正确的是()-22-突破点三突破点一突破点二A.此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°B.玻璃砖的折射率n=2C.此光在玻璃砖中的传播速度v=𝑐𝑛D.单缝b宽度较大E.光的偏振现象说明光是一种纵波答案:BCD解析:根据折射定律有n=sin𝛾sin𝑖,由题知,玻璃砖的全反射临界角等于γ,则有:sinγ=1𝑛,因i=30°,解得n=2,γ=45°,故A错误,B正确;光在玻璃砖中的传播速度为v=𝑐𝑛,故C正确;缝宽增加,单缝衍射中央条纹变窄,由乙图知单色光通过单缝b条纹较窄,所以单缝b宽度较大,故D正确;偏振是横波的特有现象,光的偏振现象说明光是一种横波,故E错误。所以B、C、D正确,A、E错误。-23-突破点三突破点一突破点二分析推理(1)光的全反射临界角C由什么决定?(2)单缝衍射的中央亮纹与缝宽有什么关系?(1)提示:由折射率决定:sinC=。(2)提示:单缝越窄,衍射中央亮纹越宽。1𝑛-24-突破点三突破点一突破点二迁移训练2.(多选)(2018·重庆期末)下列说法正确的是()A.在双缝干涉实验中,保持入射光的频率不变,增大双缝间的距离,干涉条纹间距也增大B.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上滤光片,可以使景像更清晰,这是利用了光的偏振原理C.我们发现竖直向上高速运动的球体,在水平方向上长度变短了D.用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光,这利用了紫外线的荧光效应E.太阳光经过三棱镜的两次折射,会发散成彩色光带BDE-25-突破点三突破点一突破点二解析:根据条纹间距公式Δx=λ可知,增大双缝间的距离d,干涉条纹间距减小,故A错误;日落时分拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上滤光片可以使景像更清晰,这是利用了光的偏振现象,故B正确;竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变,沿运动方向上的长度会变短,选项C错误;用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光,利用了紫外线的荧光效应,故D正确;太阳光经过三棱镜的两次折射,由于七色光的折射率不同,所以折射角也就不同,那么经过两次折射就会发散成彩色光带,故E正确。𝐿𝑑-26-突破点三突破点一突破点二光的折射全反射考查方向常以选择题或计算题形式考查。突破方略1.三个公式(1)折射率:n=sin𝜃1sin𝜃2(2)n=𝑐𝑣(3)临界角:sinC=1𝑛-27-突破点三突破点一突破点二2.光的折射和全反射题型的分析思路(1)根据题意严格作出光路图,有时需分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。(2)明确两介质折射率的大小关系①光疏介质→光密介质:定有反射、折射光线。②光密介质→光疏介质:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射。(3)根据反射定律、折射定律列出关系式,结合几何关系(充分考虑三角形、圆的特点),联立求解。-28-突破点三突破点一突破点二模型构建【例3】(2019·江西联考)如图所示,在屏幕MN的下方足够大的空间是玻璃介质,其折射率为n=。玻璃中有一正三角形空气泡,其边长l=40cm,顶点与屏幕接触于C点,底边AB与屏幕平行。激光a垂直于AB边射向AC边的中点O,结果在屏幕MN上出现两个光斑。(1)画出光路图;(2)已知光在真空中的传播速度为c,求在屏幕上出现两个光斑的时间差(用l和c表示)。3-29-突破点三突破点一突破点二分析推理(1)屏幕MN上为什么会出现两个光斑?(2)光在玻璃中的传播速度怎么求?(1)提示:激光a在O点分别发生折射和反射。(2)提示:由v=𝑐𝑛求得。-30-突破点三突破点一突破点二答案:(1)画出光路图如解析中所示(2)3𝑙4𝑐−3𝑙4𝑐解析:(1)画出光路图如图所示。激光a垂直于AB边射向AC边的中点O时,由于光的反射和折射,在屏幕MN上出现两个光斑,由反射定律和折射定律作出光路图。-31-突破点三突破点一突破点二(2)在界面AC,a光的入射角i=60°,由光的折射定律有:sin𝑖sin𝑟=n代入数据,求得折射角r=30°由光的反射定律得,反射角i'=i=60°由几何关系易得:△ODC是边长为12l的正三角形,△COE为等腰三角形,OF=FE=12lcos30°=34l光在玻璃介质中的传播速度为v=𝑐𝑛=𝑐3光从O到D的传播时间为t1=12𝑙𝑣=3𝑙2𝑐光从O到E的传播时间为t2=3𝑙4𝑐+3𝑙4𝑣=3𝑙4𝑐+3𝑙4𝑐在屏幕上出现两个光斑的时间差Δt=t2-t1=3𝑙4𝑐−3𝑙4𝑐。-32-突破点三突破点一突破点二以题说法光的折射和全反射问题的解题技巧(1)在解决光的折射问题时,应根据题意分析光路,即画出光路图,找出入射角和折射角,然后应用公式来求解,找出临界光线往往是解题的关键。(2)分析全反射问题时,先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于或等于临界角,若不符合全反射发生的条件