2022高考物理总复习名师学案--光学（37页WORD）●考点指要知识点要求程度1.光的直线传播.本影和半影.Ⅰ2.光的反射，反射定律.平面镜成像作图法.Ⅱ3.光的折射，折射定律，折射率.全反射和临界角.Ⅱ4.棱镜，光的色散.Ⅰ5.光本性学说的开展简史.Ⅰ6.光的干预现象及其常见的应用.光的衍射.双缝干预的条纹间距与波长的关系.Ⅱ7.光的偏振现象.Ⅰ8.光谱和光谱分析.红外线、紫外线、X射线、γ射线以及它们的应用，光的电磁本性.电磁波谱.Ⅰ9.光电效应.光子.爱因斯坦光电效应方程.Ⅱ10.光的波粒二象性.物质波.Ⅰ11.激光的特性及应用Ⅰ●复习导航“光的反射和折射”以光的直线传播为根底，主要讨论了光在反射和折射现象中所遵循的根本规律——反射定律和折射定律及相应的平面镜、作图方法及具体应用.其中折射率概念、全反射现象、光路作图是本章的重点.另外，光线的概念及以光线作出的光路图是分析、解决几何光学问题的重要方法和工具，在复习中亦应高度重视.近几年高考中对“光的反射和折射”命题频率最高的是折射率、全反射现象的分析和计算，另外平面镜成像作图也在高考题中时有出现.“光的本性”的内容根本上是按照人类对光的本性的认识过程展开的.光的干预和衍射实验的成功证明了光具有波动性，并推动了光的波动学说的开展.光的电磁说提醒了光现象的电磁本质.光电效应现象的发现，又确凿无疑地说明了光还具有粒子性.最终使人们认识到光具有波粒二象性.在历年的高考试题中，有关“光的本性”的内容多以选择或填空题的形式出现.在所列的知识点中，命题频率较高的是光的干预、光谱和光电效应，其次是波长、波速和频率的关系，有时还与几何光学中的知识结合起来进展考察.本章内容分为三个单元复习：（Ⅰ）光的反射；（Ⅱ）光的折射；（Ⅲ）光的本性.第Ⅰ单元光的反射●知识聚焦一、光的直线传播图14—1—11.光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播.小孔成像、影子、日食、月食等光现象都是光沿直线传播的结果.光在真空中的速度c=3×108m/s，在其他介质中的速度都小于c.2.本影和半影：点光源在物体背后形成的影区是完全黑暗的，属于本影区.如果不是点光源，那么在物体背后形成的影区将有所不同.如图14—1—1所示，A区域中日光灯发出的光完全射不到，属于本影区.B、C、D区域只能受到局部光线的照射，属于半影区.日食和月食的成因就可利用上图加以简单的说明：假设日光灯相当于太阳，遮光板相当于月亮，那么当地球上的人位于A区域时看到的就是日全食；位于B、D区域时看到的就是日偏食；位于C区域时看到的那么是日环食.39/39\n二、光的反射1.光线从一种介质射到另一种介质的界面上再返回原介质的现象称为反射现象.光的反射现象遵守反射定律：反射光线总是在入射光线和法线决定的平面内；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角.在反射现象中，光路是可逆的.2.平面镜就是利用光的反射定律来控制光路和成像的光学器件.物体在平面镜内可成与物等大的正立虚像，物、像关于镜面对称.在进展平面镜成像作图时，通常先根据物、像对称的特点确定像的位置，再补画必要的入射光线和反射光线.●疑难辨析1.平行光束照射到光滑平面上时会发生镜面反射，照射到粗糙面上时会发生漫反射.但在漫反射现象中，对每条光线而言，仍遵守反射定律.2.物点经平面镜所成的像为物点投射到平面镜上的所有光线经平面镜反射后光线反向延长线的会聚点.因而在用遮光板将由物点射向平面镜的光线不全部挡住的情况下，物体经平面镜仍能成像.通过平面镜看虚像的情况就像通过与平面镜等大的“窗口”看窗外物体一样.具体观察范围为由点和平面镜的边缘连线所限定.●典例剖析［例1］为了在竖直悬挂的穿衣镜前看到自己的全身，试分析：平面镜至少得多高?这时镜的最高点或者最低点应在什么位置?图14—1—2【解析】根据人与像对称于镜面，其光路如图14—1—2所示.设身高AB=H，眼睛(E)到头顶的竖直距离EA=h，根据三角形两边中线的长度等于底边长度的一半，所以镜的最小高度为Hmin＝H.镜的下边D距地面的最大允许高度为hmax=EB=(H-h)，镜的上边C位于AE的中垂线上，即镜的悬挂点距地面高度为H′＝H－h【思考】(1)在题设的条件下，上述结论与人到平面镜的距离是否有关?如果人和地面不垂直呢?(2)如果不考虑人的两眼之间的距离，为了从镜中看到自己的整个身宽，平面镜的宽度至少多大?假设考虑人两眼间距，其光路图又该如何作?(3)当人以v的速率相对于平面镜靠近或者远离时，像的速率如何?人相对于像的速率又如何?在此过程中，像的大小是否变?(4)如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛的像，那么乙是否能看到甲的眼睛的像?【思考提示】（1）上述结论与人到平面镜的距离无关.如果人和地面不垂直（人不平行于平面镜），上述结论不正确.(2)如果不考虑人两眼间的距离，为了从镜中看到自己的整个身宽，平面镜的宽度至少为身宽的一半，假设考虑人两眼间距，光路图如以下图，设身宽为L，两眼间距离为l39/39\n，那么要看到整身宽，平面镜的最小宽度为x=.(3)人相对于平面镜以v的速率靠近或远离平面镜，那么像也以v的速率靠近或远离平面镜，人相对于像的速率为2v，在此过程中像的大小不变.（4）如果甲能从平面镜中看到乙的眼睛，根据光路可逆，乙必能从平面镜中看到甲的眼睛.【设计意图】通过本例说明平面镜成像的规律及应用该规律分析问题的方法.［例2］（1995年全国高考）图14—1—3所示，AB表示一平面镜，P1P2是水平放置的米尺(有刻度的一面朝着平面镜)，M、N是屏，三者互相平行.屏MN上的ab表示一条竖直的缝(即ab之间是透光的).某人眼睛紧贴米尺的小孔S(其位置见图)，可通过平面镜看到米尺的一局部刻度.试在此题的图上用三角板作图求出可看到的部位，并在P1P2上把这局部涂以标志图14—1—3图14—1—4【解析】假设S为点光源，它发出的光经平面镜反射后能够照到米尺上的范围，由光路可逆性知，即为人眼通过平面镜和狭缝ab看到的范围，光路如图14—1—4所示.图14—1—5（A）【说明】在遇到找“人眼观察范围”的题目时，采取“设人眼为光源，求照亮范围”的方法，更简单易行，在今后做题时要大胆使用.人眼从平面镜中看到的实际是屏和刻度尺的像，采取先作出屏和刻度尺的像，再确定范围的方法亦可得出正确的结论，但比利用光路可逆性作图要复杂得多.请同学们试一下后一种作图方法.【设计意图】通过本例说明利用平面镜成像的对称性作图的方法及利用作图法确定观察范围的方法.［例3］在地质考察中发现一个溶洞，洞内有一块立于水中的礁石如图14—1—5（A），为了能在洞外对礁石进展观察，必须用灯光对它照明，假设利用水面反射来照明，那么灯应放在什么位置才有可能照亮全部礁石？【解析】39/39\n根据光路可逆原理，只要在洞外能观察到AB完整像的范围内打灯光，就能照亮全部礁石.而能观察到完整像的范围应当是像A′B′和溶洞及其倒影组成的相关光锥内，即图14—1—5（B）中的阴影局部.值得指出的是这里不是以“镜”为界，而是以“屏障”为界构成光锥.图14—1—5（B）【说明】（1）由反射定律知道，物点到平面镜的入射光束经镜面反射后的出射光束是发散光束，形成虚像，物与像关于镜面对称，物体通过平面镜成等大的、正立的虚像.利用平面镜成像特点，可以先用对称性找到虚像，然后再补画必要的入射光线和反射光线.(2)平面镜成的像有一定的观察范围，点光源S发出的光线经平面镜反射形成虚像S′,S′对人眼来说是一个新的点光源.但这个“点光源”与真正的点光源是有区别的；真正的点光源发出的光在空间任何范围都能接收到而S′“发出”的光仅在反射光范围可接收到，好似是房间中的“光源”，S′发出的光只能通过平面镜这个“窗口”射出，人眼只能通过平面镜这个“窗口”看到房间中的“点光源”S′.在确定观察范围时，应先确定反射光线的边界限.【设计意图】通过本例说明根据光路可逆原理和平面镜成像规律确定观察完整像的范围的方法.●反响练习★夯实根底1.以下有关光反射的说法正确的选项是A.平行光束射向物体外表，反射后一定还是一束平行光B.在镜面反射中，光的反射遵守反射定律；在漫反射中，光的反射不遵守反射定律C.电影银幕用粗糙材料，这是为了增加漫反射效果D.两种介质的界面是一个平面，当光线垂直于界面从一种介质进入另一种介质时一定没有反射光线【解析】平行光束照射到光滑平面上时，会发生镜面反射，照射到粗糙平面上时会发生漫反射，但在漫反射现象中，对每条光线而言，仍遵守反射定律，故A和B错.当光线垂直界面入射时，入射角为零度，反射角也为零度，所以反射光线沿原路返回.D错.【答案】C2.在教室课桌的正上方天花板下，挂有一个点亮的日光灯，晚上将一支钢笔平行日光灯放于课桌正上方，当钢笔距课桌较近时，可在课桌上看到比较清晰的钢笔影子，将钢笔逐渐向日光灯靠近，钢笔的影子逐渐模糊不清，这主要是由于A.发生了明显的衍射现象39/39\nB.桌面后来未处于钢笔的影区C.桌面后来未处于钢笔的半影区D.桌面后来未处于钢笔的本影区【解析】钢笔距日光灯越近，钢笔的本影区越小，桌面那么处在钢笔的半影区内，所以投影模糊.【答案】D图14—1—63.如图14—1—6所示，a、b、c三条光线会聚于S点.假设在S点前任一位置放一平面镜，那么A.三条反射光线可能交于一点，也可能不交于一点B.三条反射光线一定不会交于一点C.三条反射光线一定交于镜前一点D.三条反射光线的延长线交于镜后一点【解析】根据反射光路的可逆性，S可看作是a、b、c三条光线在镜前会聚点S′，经平面镜所成的虚像.【答案】C4.为了测河宽，在河的甲岸上，让两束激光同时射向乙岸上的A点，然后在甲岸边放一平面镜，如图14—1—7所示，两激光束经平面镜反射后相交于B点，B点至平面镜的距离为L.那么所测河宽为_______.图14—1—7【解析】由A、B关于平面镜对称可知河宽为L.【答案】L5.一个人站在离平面镜5m远的地方，沿着与镜面垂直的方向，以1.0m/s2的加速度由静止匀加速靠近平面镜，经2s，人相对于自己虚像的速度及人与虚像的距离应是A.4m/s,3mB.4m/s,6mC.2m/s,3mD.2m/s,6m【解析】2s末人的速度为v=at=2m/s所以此时人相对于自己的像的速度为2v=4m/s.人的位移为s=at2=×1×4m=2m此时人到镜的距离3m，人到自己像的距离为6m.图14—1—8【答案】B6.一点光源S放在平面镜M前不动，平面镜跟水平方向OS成30°角，如图14—1—8所示.今使平面镜以速度v沿OS方向运动，那么像S′的速度v′是39/39\nA.v′=v，沿OS方向B.v′=v，方向垂直OS向下C.v′=v，沿SS′连线向S运动D.v′=v，沿SS′连线向S运动【解析】平面镜由M移到M′，移动距离为a，由对称性知，S′沿S′S移动距离为2a,而平面镜沿SS′方向速度为vsinθ.故像S′沿SS′方向以2vsinθ的速度运动，所以D正确.【答案】D7.如图14—1—9，平面镜与x轴平行放置，其两端的坐标分别为（－2，2），（0，2），人眼位于x轴上＋2处.当发光点P从坐标原点O沿x轴负方向运动到_______区间，人眼可以从平面镜中看到P点的像.图14—1—9【解析】利用光路可逆性，假设人眼为点光源，其发出的光经平面镜反射后所照到的x轴上的区间即为此题所求的值.由光路图可知所求区间为（-6）~（-2）.【答案】（-6）~（-2）8.如图14—1—10所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角ｉ照射到液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光电管将光讯号变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点B在屏上向右移动了Δs的距离到B′，由此可知液面_______(填“升高”或“降低”).图14—1—10【解析】由光的平面镜反射光路图可以看出下降距离d.因OAB′B为平行四边形，所以39/39\n＝ΔS,d=Δscotｉ【答案】降低★提升能力图14—1—119.如图14—1—11所示，M为很薄的双面镜的截面图，两反光面之间夹有一层不透光物质，S为固定的点光源，开场时S与MO在同一直线上，当M以角速度ω绕O点匀速逆时针转动时，那么关于点光源的像的运动情况，以下说法正确的选项是A.做直线运动B.做变速圆周运动C.做匀速圆周运动，圆心在O点，且角速度为2ωD.做匀速圆周运动，圆心在O点，且角速度大于2ω【解析】双面镜转动时，S通过它所成的像也绕O点做匀速圆周运动，双面镜转半周，S的像转一周，即像的角速度为2ω.【答案】C图14—1—1210.如图14—1—12所示，有一平面镜绕竖直轴转动，角速度ω＝2πrad/s，现将一束光线射向平面镜，其反射光线可射至距平面镜20m远的圆弧形竖直墙壁上，其圆心在平面镜的转轴上，所对的圆心角=.试求反射光点在墙壁上移动的速度大小为多少？1min里，墙壁上有光线照射的时间有多长？【解析】反射光线偏转角度需时间t=s=s.反射光点在墙壁上移动速度大小v=m/s=251m/s.1min墙壁上有光照时间t′=60t=5s.【答案】251m/s,5s11.如图14—1—13所示，某人左、右两耳之间距离为Lcm，两眼球光心的距离为dcm，在人眼正前方竖直放一面平面镜NM，要在平面镜中刚好看到自己的两耳，平面镜的最小宽度应等于_______，并画出在平面镜中看到两耳的光路图.图14—1—1339/39\n【解析】根据光路图，设人到镜面的距离为a,图中两光线交点C到人的距离为b，根据△ABC∽△DEC得①根据△ABC∽△MNC得②由①②两式求得x=(L-d).图14—1—14【答案】（L-d）12.如图14—1—14所示，一小球紧靠点光源S前方，水平向左平抛，恰好落在墙角A处，那么在小球运动过程中，竖直墙壁上球影中心的运动是A.匀速直线运动B.加速度逐渐增大的变加速直线运动C.匀加速直线运动D.加速度逐渐减小的变加速直线运动【解析】如以下图，设t=0时小球就要水平抛出，P0为其影.经时间t，小球到达Q，P为其影，建立如以下图直角坐标系.由平抛运动的规律x=v0t,y=gt2，由此图可以看出，L为抛出点到竖直墙的距离.y′=t，所以影子的运动是匀速运动，且其速度为.【答案】A第Ⅱ单元光的折射●知识聚焦一、光的折射光线从一种介质进入另一种介质，传播方向发生改变的现象，叫做光的折射现象.光的折射现象遵守折射定律：折射光线在入射光线和法线决定的平面内；折射光线、入射光线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比.在折射现象中，光路也是可逆的.二、折射率光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做介质的折射率.表示为：n＝sini／sinr.实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比：n＝c／v.两种介质相比较，折射率较大的介质叫作光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质.三、全反射光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象.发生全反射的条件为：1.光线从光密介质射向光疏介质；39/39\n2.入射角大于或等于临界角.(光线从某种介质射向真空或空气时的临界角为：C＝arcsin.)四、光的色散1.光线照射到棱镜的一个侧面上时，经两个侧面折射后，出射光线向棱镜的底边偏折.物体经棱镜所成的虚像的位置比物体实际位置向顶角方向偏移.2.白光通过棱镜折射后会发生色散现象.光的色散现象说明：(1)白光为复色光；(2)同一介质对不同色光的折射率不同，不同色光在同一介质中传播速度不同.●疑难辨析1.在运用光的折射定律作光路图和解决实际问题时，首先要判断是否会发生全反射，在确定未发生全反射的情况下，再根据折射定律确定入射角或折射角.2.不同频率的色光在同一介质中传播时，该介质对频率较高的色光的折射率大，对频率较低的色光的折射率小.同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变(v=c/n)，波长亦随之改变(λ＝λ0／n.λ0为色光在真空中的波长).●典例剖析［例1］如图14—2—1所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：(1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)，都呈现在顶角θ＝97°的倒立圆锥底面的“洞”内；(2)“洞”外是水底的镜像；(3)“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红.试分析上述水下观天的奇异现象.图14—2—1【解析】水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤i＜90°时，都能折射入水中被人观察到(图a).根据折射定律，在i=90°的临界条件下n=sinr＝＝sini0.因为水的临界角i0＝48.5°，所以，倒立圆锥的顶角为θ＝2r＝2i0＝97°水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到.但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光(尤其是全反射光)造成的水底镜像(图b).光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大.因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红(图c).【说明】此题所给的三种景象对应着三个不同的物理规律：折射、反射和色散.在简要解释物理现象时，首先要将现象和物理规律联系起来，要从规律入手，归纳总结出产生现象的原因.39/39\n图14—2—2【设计意图】通过本例说明应用折射、反射和色散的规律分析解释现象的思路方法.［例2］某水池，实际深h，垂直水面往下看，其视深为多少？(设水的折射率为n)【解析】如图14—2—2，作两条从水底发出的折射光线，一条垂直射出水面，一条入射角小于5°，这两条折射光线延长线的交点就是看到的S的像，由图可见，像的深度变浅了.在△AS′O中,tanα=;在△ASD中，tanγ=.所以①因为α、γ小于5°，所以tanα≈sinα,tanγ≈sinγ.代入①得h′=h.【说明】在岸上看河底，底变浅；在水中看岸边树，树变高.图13—2—7【设计意图】通过本例说明视深的求解方法并使学生从理论计算的结果进一步理解观察水中物体变浅的道理.［例3］半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面如图14—2—3所示，O为圆心，光线Ⅰ沿半径方向从a处射入玻璃后，恰在O点发生全反射.另一条光线Ⅱ平行于光线Ⅰ从最高点b射入玻璃砖后，折射到MN上的d点.测得Od=，那么玻璃砖的折射率多大？【解析】设光线Ⅱ的入射角和折射角分别为i、r,在△bOd中，bd=R,sinr=,由折射定律，有=n,即sini=n.又光线Ⅰ与Ⅱ平行，且在O点恰好发生全反射，有sini=,所以n=.39/39\n从而得n=≈2.03【说明】解答这一类问题要抓住折射定律和全反射的条件这个关键.在分析、研究光路时，常要假设某一条光线恰能符合题意要求，再据此画出其反射、折射或全反射的光路图，作出推断或求解.【设计意图】通过本例说明利用折射定律和全反射的条件分析解决问题的方法.［例4］如图14—2—4所示，一立方体玻璃砖，放在空气中，折射率为n=1.50.平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖，然后投射到它的一个侧面.问：图14—2—4(1)这光线能否从侧面射出？(2)假设光线能从侧面射出，玻璃砖折射率应满足什么条件？【解析】该题主要考察的内容为折射定律和全反射的条件.正确的分析和解答为：(1)因为玻璃的临界角为C=sin-1=41.8°由图知：折射角r总小于C=41.8，所以折射光在侧面的入射角i′总大于(90°-41.8°)=48.2°＞C，因而光线在侧面要发生全反射而不能射出.(2)因r总小于临界角，要在侧面能射出，i′也应小于临界角即r＜C,i′=(90°-r)＜C,所以C＞45°.这就要求玻璃折射率n满足：=sinC＞sin45°=.解得：n＜图14—2—5【设计意图】通过本例说明解决光的折射现象中临界问题的方法.［例5］如图14—2—5所示，三棱镜的横截面是一直角三角形，∠A=90°,∠B=30°,∠C=60°，棱镜材料的折射率为n，底面BC涂黑.入射光沿平行于底面BC的方向射向AB面，经AB面和AC面折射后射出.(1)求出射光线与入射光线延长线间的夹角.(2)为使上述入射光线能从AC面出射，折射率n的最大值为多少？【解析】（1）设光在AB面上入射角为i,折射角为α，在AC面上入射角为β，折射角为r,由折射定律sini=nsinα，其中i=60°,sinα=α+β=90°那么sinβ=cosα=对AC面，由折射率的定义得39/39\nsinr=nsinβ=n由δ=(i+α)+(r-β)得δ=arcsin-30°(2)要使光从AC面出射，应有sinr≤1,即≤1,解得n≤【说明】入射光线与出射光线之间的夹角δ称为偏向角，从上面计算可以看出偏向角与棱镜的折射率有关，同时，还和顶角有关，顶角越大，偏向角也越大（同一入射角时），即出射光线向底面方向偏折的程度也越大，如果组成三棱镜的介质相对周围是光疏介质，出射光线将向顶角方向偏折.上述入射光应为单色光，如果入射光是复色光，由于三棱镜对于不同色光的折射率不同，出射光线的偏向角度就不同，频率越小的光（例如红光）偏向角越小，频率越大的光，偏向角也越大，这就是三棱镜对复色光有色散作用的原因.【设计意图】通过本例说明光通过棱镜的折射情况，帮助学生加深理解光的色散现象.●反响练习★夯实根底图14—2—61.一束光从空气射向折射率n=的某种玻璃的外表，如图14—2—6所示,i代表入射角，那么①当i＞45°时会发生全反射现象②无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°③欲使折射角r=30°，应以i=45°的角入射④当入射角i=arctan时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直以上判断正确的选项是A.①②③B.②③④C.①②D.①④【解析】发生全反射的条件之一是：光线从光密介质射向光疏介质，故②对①错.由sini/sinr=n可知，③④都对，应选B.【答案】B图14—2—72.如图14—2—7所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，且让半球的凸面向上，从正上方（对B来说是最高点）竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的选项是①看到A中的字比B中的字高②看到B中的字比A中的字高③看到A、B中的字一样高④看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高A.①④B.只有①C.只有②D.③④39/39\n【解析】通过立方体观察像比物高，通过球体观察物像重合.如以以下图所示.【答案】A3.某种色光在传播过程中，下面说法正确的选项是A.当它的频率不发生改变时，一定是在同一种介质中传播B.当它的速度由小变大时，一定是从光疏介质进入光密介质C.当它的速度由小变大时，一定是从密度大的介质进入密度小的介质D.当它的波长由长变短时，一定是从光疏介质进入光密介质【答案】D4.两井口大小和深度相同的井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底都各有一只青蛙，那么A.枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大B.枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小C.枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较大D.两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大【解析】如以下图，θ1＜θ2，那么水井中青蛙看到井外的范围比较大，θ1＞θ2′，故枯井中青蛙觉得天大.【答案】C5.一单色光通过玻璃三棱镜或玻璃中的三棱气泡，图14—2—8中的光路可能正确的选项是图14—2—8【答案】C图14—2—96.如图14—2—9所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间（见图14—2—9），那么39/39\nA.从a点射出的光是红光，从b点射出的光是紫光B.从a点射出的光是紫光，从b点射出的光是红光C.从a点和b点射出的光都是红光，从ab中点射出的光是紫光D.从a点和b点射出的光都是紫光，从ab中点射出的光是红光【答案】B7.如图14—2—10所示，MNP是一全反射棱镜，眼睛从这个全反射棱镜中看到物体AB像的情况是图14—2—10①像在PM的上方②像在PN的下方③像是倒立的虚像④像是倒立的实像以上判断正确的选项是A.①④B.②③C.①③D.②④【答案】B★提升能力8.在完全透明的水下某深处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面，假设透光圆面的半径匀速增大，那么光源正A.加速上升B.加速下沉C.匀速上升D.匀速下沉【答案】D图14—2—119.abc为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图14—2—11所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，假设光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）A.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，那么红光将首先射出B.使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，那么紫光将首先射出C.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面D.使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面【解析】39/39\n白光由从红到紫七种色光组成，同一种介质对它们的折射率，从红光到紫光逐渐增大.在同一种介质中产生全反射，它们的临界角不同.由公式sinC=,n越小，C越大.红光折射率最小，那么临界角最大.光垂直入射到ac面，在ab面发生全反射，那么临界角C≤45°.当光沿顺时针方向偏转入射，其入射角C减小，如图（1）所示，首先小到红光临界角以下，红光先射出ab面，A对B错.当光沿逆时针方向偏转入射,其入射角增大,不可能有光线在ab面上射出,C、D都错.如图（2）所示.图14—2—12【答案】A10.三棱镜的横截面的三个角分别为∠A=10°,∠B=80°,∠C=90°,如图14—2—12所示，一束单色光垂直于三棱镜的一个侧面BC射入三棱镜中，这束光在棱镜中需要经过几次全反射才能折射到空气之中（设光在这种棱镜中发生全反射的临界角为42°），作出光路图，并答复.【解析】由图和反射定律知，每经过一次反射，光线的入射角减小10°，第5次时入射角为40°，小于临界角，故不再发生全反射.【答案】光路图如以下图.四次全反射.11.如图14—2—13所示，一根竖直插入水中的杆AB，在水中局部长1.0m，露出水面局部长0.3m，已知水的折射率为，那么当阳光与水平面成37°时，杆AB在水下的影长为_______m.图14—2—13【解析】光路如以下图.sinr=sin53°/n=0.6,那么r=37°,影长s=0.3tan53°+1·tan37°=1.15m39/39\n【答案】1.1512.水中一标竿齐水面的刻度为零，水面以上刻度为正，以下刻度为负.人浮于水面与标竿相距L处，且水面上标竿的/2m刻度的倒影与水下-m刻度的像重合.假设水的折射率为，要看到水面上/2m刻度的倒影与水下-m的刻度的像重合，人需后退的距离为多少？【解析】由=n可求得L＝1m.再由n=可求得x=1m.【答案】1m※13.单色细光束射到折射率n=的透明球外表，光束在过球心的平面内，入射角i=45°.研究经折射进入球内后又经内外表反射一次，再经球面折射后射出的光线，如图14—2—14所示，（图上已画出入射光和出射光）图14—2—14(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向.(2)求入射光与出射光之间的夹角α.(3)如果入射的是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的α角最大，哪种颜色光的α角最小?【解析】（1）如以下图39/39\n（2）由折射定律=n①得sinr=r=30°由几何关系及对称性，有=r-(i-r)=2r-i②α=4r-2i②′以r=30°,i=45°代入得α=30°(3)红光α最大，紫光α最小.【答案】（1）如图；（2）30°；（3）红光α最大，紫光α最小第Ⅲ单元光的本性●知识聚焦一、光的干预1.双缝干预：在用单色光做双缝干预实验时，假设双缝处光的振动情况完全相同，那么在光屏上距双缝的路程差为光波波长整数倍的地方出现明条纹；光屏上距双缝的路程差为光波半波长的奇数倍的地方出现暗条纹.理论和实验都证明，在实验装置不变的条件下，干预条纹间距(相邻两条明条纹中心或相邻两条暗条纹中心间的距离)跟波长成正比.所以从红光到紫光的干预条纹间距将越来越小，在用白光做双缝干预实验时，除中央亮条纹为白色外，两侧均为彩色的干预条纹.2.薄膜干预：光照射到薄膜上时，被膜的前、后外表反射的两列光相叠加，也可发生干预现象.假设入射光为单色光，可形成明暗相间的干预条纹；假设入射光为白光，可形成彩色的干预条纹.利用双缝干预可以准确测定光的波长，而薄膜干预常用于检查平面质量和镜头的增透膜.二、光的衍射光离开直线路径而绕到障碍物阴影里的现象叫做光的衍射现象.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.著名的泊松亮斑就是典型的光的衍射现象.三、光的电磁说1.麦克斯韦电磁理论认为光是一种电磁波.赫兹用实验证实了光的电磁本性.2.电磁波谱：电磁波按波长由大到小的顺序排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.其产生机理、性质差异、用途等可概括如下表：波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线γ射线产生机理振荡电路中自由电子运动原子外层电子受激发原子内层电子受激发原子核受激发特性波动性强热效应引起视觉化学作用、萤光效应、杀菌贯穿作用强贯穿本领最强应用无线电技术加热、遥感照明39/39\n摄影感光技术医用消毒检查探测医用透视工业探伤医用治疗四、光的偏振、激光（1）波的偏振现象横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时，偏于某个特定方向的现象.纵波只能沿着波的传播方向振动，所以不可能有偏振.(2)自然光和偏振光①自然光：从普通光源直接发生的天然光是无数偏振光的无规那么集合，所以直接观察时不能发现光强偏于一定方向.这种沿着各个方向振动的光波的强度都相同的光叫自然光.②偏振光：自然光通过偏振片后，垂直于传播方向的振动矢量只沿着一个方向振动，这种光叫偏振光.（3）激光与自然光的区别激光与自然光比较，具有以下几个重要特点：①普通光源发出的是混合光，激光的频率单一.因此激光相干性非常好，颜色特别纯.②激光束的平行度和方向性非常好.③激光的强度特别大，亮度很高.(4)激光的重要应用激光的应用非常多，开展前景非常广阔，目前的重要应用有：光纤通信、准确测距、目标跟踪、激光光盘、激光致热切割、激光核聚变等等.五、光谱和光谱分析1.光谱：光谱可分为发射光谱和吸收光谱.物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.其中由炽热的固体、液体及高压气体发光产生的光谱为连续光谱；由稀薄气体或金属蒸气发光产生的光谱为明线光谱，又称原子光谱.高温物体发出的白光通过某种物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱.其表现为在连续谱的背景上出现一些暗线.且同种气体元素的吸收光谱中暗线的位置与明线光谱中的明线是一一对应的.因此吸收光谱和明线光谱都属于元素的特征光谱.2.光谱分析：根据光谱鉴别物质和确定它的化学组成的方法叫做光谱分析.光谱分析可用明线光谱，也可以用吸收光谱.各光谱的关系可以用以以下图表示：六、光电效应1.在光的照射下从物体发射电子的现象叫做光电效应，发射出的电子叫光电子.光电效应的实验规律如下：(1)任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大.(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比.39/39\n2.爱因斯坦为解释光电效应现象，提出了光子说，其内容为：空间传播的光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量为E＝hv.七、光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性，为说明光的一切行为，只能说光具有波粒二象性.●疑难辨析1.由于物质发光的特殊性，任何两个独立的光源发出的光相叠加均不能产生干预现象.只有采用特殊的方法从同一光源别离出两列频率相同的光波相叠加，才可能发生干预现象.双缝干预、薄膜干预等都是采用这种“分光”方法而获得相干光源的.2.在光的薄膜干预中，前、后外表反射光的路程差由膜的厚度决定，所以薄膜干预中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方.由于光波波长极短，因此做薄膜干预所用介质膜应足够薄，才能观察到干预条纹.3.光的干预条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果，但存在明显的区别：双缝干预条纹是等间距、等亮度的，而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外，两侧条纹亮度、宽度逐渐减小.4.麦克斯韦认为光是一种电磁波，其实验依据为：(1)光波与电磁波的传播都可以不需要介质.(2)光波与电磁波在真空中的传播速度相同，都为3.00×108m／s.(3)光波和电磁波都是横波.5.光电效应是金属中的自由电子吸收了光子的能量后，其动能大到足以抑制金属离子的引力而逃逸出金属外表，成为光电子.对一定的金属来说，逸出功是一定的.照射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的初动能就越大.如果入射光子的频率较低，它的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因.6.光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态).因为光电流未到达饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关.只有在光电流到达饱和值以后才和入射光的强度成正比.7.对光的波粒二象性，可作如下理解：(1)既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子.(2)大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性；频率越低的光波动性越明显，频率越高的光粒子性越明显.●典例剖析［例1］在双缝干预实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干预条纹，假设在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时A.只有红色和绿色的双缝干预条纹，其他颜色的双缝干预条纹消失B.红色和绿色的双缝干预条纹消失，其他颜色的双缝干预条纹依然存在C.任何颜色的双缝干预条纹都不存在，但屏上仍有光亮D.屏上无任何光亮【解析】在双缝干预实验的装置中，缝的宽度跟光的波长相差不多.在双缝分别放上红色和绿色滤光片之后，由于红光和绿光的频率不相等，在光屏上不可再出现干预条纹了.但由于满足产生明显衍射现象的条件，所以在屏上将同时出现红光和绿光的衍射条纹.故正确的选项为C.【说明】光的干预、衍射和机械波的干预、衍射，从原理上讲是完全类似的，在复习中可进展对照和类比.【设计意图】通过本例说明应用光的干预规律分析有关现象的方法.［例2］某金属在一束黄光照射下，恰好能有电子逸出（即用频率小于这种黄光的光线照射就不可能有电子逸出）.在下述情况下，逸出电子的多少和电子的最大初动能会发生什么变化？（1）增大光强而不改变光的频率.39/39\n(2)用一束强度更大的红光代替黄光.(3)用强度相同的紫光代替黄光.【解析】“正好有电子逸出”，说明此种黄光的频率恰为该种金属的极限频率.(1)增大光强而不改变光的频率，意味着单位时间内入射光子数增多而每个光子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子最大初动能不变，但光电子数目增大.(2)用一束强度更大的红光代替黄光，红光光子的频率小于该金属的极限频率，所以无光电子逸出.(3)用强度相同的紫光代替黄光，因为一个紫光光子的能量大于一个黄光光子的能量，而强度相同，因而单位时间内射向金属的紫光光子数将比原来少.因此，逸出的电子数将减少，但据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能将增大.【说明】本例题中特别要注意“光强”的概念，所谓“光强”，是指单位时间内入射到金属外表单位面积上的光子的总能量.假设单位时间射到金属外表上单位面积的光子数为n，每个光子的能量为hν,那么光强为n·hν.本例（2）中用强度相同的紫光代替黄光，即n紫hν紫=n黄hν黄，因为ν紫＞ν黄，所以，n紫＜n黄，故逸出的电子数减少.注意，这一步容易错误地理解光强仅与光子数有关，而得出“逸出的电子数不变”的错误结论.爱因斯坦光电效应方程给出光电子最大初动能、入射光子的能量和逸出功之间定量关系，即mvm2=hν-W.光电效应方程可由能量守恒定律推出，这也容易理解；引入光电效应方程能帮助同学深入理解光电效应的规律，应用它讨论有关光电效应规律的问题更简捷、准确，因此光电效应方程虽然是选学内容，最好使同学掌握.【设计意图】通过本例说明应用光电效应规律及爱因斯坦光电效应方程分析光电效应现象的方法.●反响练习★夯实根底1.在以下说法中符合实际的是①医院里常用X射线对病房和手术室消毒②医院里常用紫外线对病房和手术室消毒③在人造卫星上对地球进展拍摄是利用紫外线有较好的分辨能力④在人造卫星上对地球进展拍摄是利用红外线有较好的穿透云雾烟尘的能力以上说法正确的选项是A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】由X射线、紫外线、红外线三种频率的电磁波的性质和用途知②④对.【答案】B2.我国南宋时的程大昌在其所著的《演繁露》中表达道：“凡风雨初霁(霁jì，雨后转晴)，或露之未晞(晞xī，干)，其余点缀于草木枝叶之末，日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色于水，而非雨露有所五色也。”这段文字记叙的是光的何种现象A.反射B.色散C.干预D.衍射【解析】太阳光是复色光，通过枝头上的小水珠时，发生了色散现象，故B对.【答案】B3.先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同一双缝干预装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大的那种单色光比另一种单色光39/39\n①在真空中的波长较短②在玻璃中传播速度较大③在玻璃中传播时，玻璃的折射率较大④其光子的能量较小以上说法正确的选项是A.①③B.②④C.①④D.②③【解析】在双缝干预现象中，单色光产生的干预条纹间距跟光的波长成正比，间距大，波长大，频率小，且光在各种介质中传播时频率不变.由λ=知，①错，由E＝hν知，④对，因介质的折射率n与入射光的频率ν成正比，故③错，由v=知，②对，应选B.【答案】B4.关于薄膜干预，下述说法中正确的选项是①干预条纹的产生是由于光在膜的前后两外表反射，形成的两列光波叠加的结果②干预条纹中的暗纹是由于上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果③干预条纹是平行等间距的平行线时，说明膜的厚度处处相等④观察薄膜干预条纹时，应在入射光的同一侧A.①④B.②③C.①②D.③④【解析】薄膜干预指一列光经薄膜的前后两个外表反射后，形成两列频率相同的反射光，这两列反射光相叠加产生干预现象，故①④对，薄膜干预中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜厚度相同的地方.不同条纹对应膜的厚度不同，故③错.两列光相遇时，波谷与波谷叠加是明条纹，故②错.【答案】A5.关于光谱，下面说法中正确的选项是①霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是明线光谱②太阳光谱中的暗线说明太阳上缺少与这些暗线相应的元素③线状光谱和吸收光谱都可用于对物质成分进展分析④发射光谱一定是连续光谱A.①②B.③④C.①③D.②④【解析】霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气都属稀薄气体发光，产生明线光谱，故①对.太阳光谱是吸收光谱，所以②错.利用发射光谱中的明线光谱和吸收光谱进展光谱分析，故③对，发射光谱包括连续光谱和明线光谱，所以④错.【答案】C6.用绿光照射某种金属，恰好能产生光电效应，那么①假设改用较强的黄光，只要照射时间足够长，仍可产生光电效应②假设改用较弱的紫光，光电子的最大初动能一定增加③假设增加绿光的强度，单位时间内逸出的光电子数目也增加④假设增加绿光的照射时间，可产生的光电流也增加以上判断正确的选项是A.①④B.②③C.①③39/39\nD.②④【解析】由光电效应的实验规律知②③对.【答案】B7.物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干预实验中，在光屏处放上照相底片.假设减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果说明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规那么的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规那么的干预条纹.对这个实验结果有以下认识：①曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规那么的点子②单个光子的运动没有确定的轨道③干预条纹中明亮的局部是光子到达时机较多的地方④只有大量光子的行为才表现出波动性上列认识中正确的选项是A.①③④正确B.①②③正确C.②③④正确D.只有③④正确【答案】C8.让电炉丝通电，在电炉丝变红之前，站在电炉旁的人就有暖和的感觉.这是由于电炉丝发出了_______线，而该线的_______作用较大；用红外线进展高空摄影，是因为_______，比可见光_______现象还显著，容易透过云雾烟尘.【答案】红外热波长较大衍射9.用平行单色光垂直照射不透明的小圆板，在板后屏上发现圆板阴影中心处有一个亮斑，这是光的_______现象，这个亮斑称之为_______亮斑，该亮斑是光的_______理论的又一次实验证明.【解析】泊松亮斑是由光的衍射现象形成的，是光的波动理论的一次实验证明.【答案】衍射泊松波动★提升能力10.用点燃的蜡烛照亮一个带有圆孔的遮光板，当圆孔的直径由数厘米逐渐减小为零的过程中，位于遮光板后面的屏上将依次出现的现象是：_______，_______，_______，_______.【解析】由于光的波长很短，在圆孔的直径为几cm时，表现光的直进性、屏上出现亮斑.圆孔较小时，蜡烛通过小孔成像、屏上有倒像.当孔的大小与波长相差不多时，才能发生光的衍射现象，屏上有衍射条纹.孔直径为0时，没有光线穿过遮光板、且遮光板较大，故屏上一片黑暗.【答案】亮斑倒像衍射条纹一片黑暗图14—3—111.如图14—3—1所示，一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中的a、b、c三种色光，并分别让这三种色光通过同一双缝干预实验装置在光屏上产生干预条纹，比较这三种色光的光子能量以及产生的干预条纹间距大小，下面说法正确的选项是①a的光子能量最大②a的光子能量最小③a形成的干预条纹间距最大④a形成的干预条纹间距最小A.①④B.②③C.①③D.②④【解析】由光带看出玻璃对c折射最大,c光频率最大，a光频率最小.干预条纹间距与色光的频率(波长)有关.频率越小(波长越大)条纹间距越宽.【答案】B12.如图14—3—39/39\n2所示为演示光电效应的实验装置，把某金属板连至灵敏验电器.第一次弧光灯直接照射金属板，验电器指针张开一个角度；第二次在弧光灯与金属板之间插入一块普通玻璃板，验电器指针不张开.由此[LL]可以断定，使该金属板产生光电效应的是弧光中的__________成分（填“红外线”“可见光”或“紫外线”）.图14—3—2【解析】插入一块普通玻璃板后，可见光可通过玻璃板，此时验电器指针不张开，说明没有发生光电效应.插入玻璃板前发生了光电效应，因此插入玻璃板后，应是三种成分中频率最大的紫外线没有透过玻璃板，即使金属板产生光电效应的是紫外线.【答案】紫外线※13.神光“Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光.已知普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，那么该紫外激光所含光子数为_______个(取两位有效数字).【解析】光子数n=Eλ/hc=2400×0.35×10-6／（6.63×10-34×3×108）≈4.2×1021【答案】4.2×1021章末综合讲练●知识网络39/39\n●高考试题一、光的直线传播图14—11.（1999年上海高考）古希腊某地理学家通过长期观测，发现6月21日正午时刻，在北半球A城阳光与铅直方向成7.5°角下射，而在A城正南方，与A城地面距离为L的B城，阳光恰好沿铅直方向下射.射到地球的太阳光可视为平行光，如图14—1所示，据此他估算出了地球的半径.试写出估算地球半径的表达式R=_______.【解析】过A、B两地的地球半径间的夹角是7.5°，A、B两地距离L可看作是弧长，由得：R=24L/π【答案】二、折射定律2.（2022年理科综合）如图14—2所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质.一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中图14—2A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能39/39\nD.只能是4、6中的某一条【解析】透明介质的折射率可能比玻璃折射率大，也可能小，还可能相等，故4、5、6都可能.【答案】B图14—33.(1999年上海高考)一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下外表射出，变为a、b两束平行单色光，如图14—3所示.对于两束单色光来说A.玻璃对a光的折射率较大B.a光在玻璃中传播的速度较大C.b光每个光子的能量较大D.b光的波长较长【解析】光的频率较大，玻璃对它的折射率越大，从平行板玻璃另一面射出时偏离原传播方向越大，由图可知玻璃对a的折射率较大，对b的折射率较小，即b光频率较小，即波长较长，故AD对.【答案】AD4.(1999年全国高考)假设地球外表不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比A.将提前B.将延后C.在某些地区将提前，在另一些地区将延后D.不变【解析】把地球外表的大气看作是由折射率不同的许多水平大气层组成的，太阳光从一个大气层进入下一个大气层时，要折向法线方向，使光线发生弯曲，结果看到的太阳位置比没有大气层时要偏高一些.(参看课本“蒙气差”)【答案】B5.（2022年春季高考）如图14—4所示，一玻璃棱镜的横截面是等腰△abc，其中ac面是镀银的.现有一光线垂直于ab面入射，在棱镜内经过两次反射后垂直于bc面射出.那么A.∠a=30°,∠b=75°B.∠a=32°,∠b=74°C.∠a=34°,∠b=73°D.∠a=36°,∠b=72°【答案】D图14—5图14—46.(1998年全国高考)如图14—5所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B39/39\n.当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距d.由此可得油的折射率n=_______;光在油中传播的速度v=_______m/s.(结果可用根式表示)【解析】作出光路图，sinα=,sinβ==，而油的折射率n=,在油中的光速v=×107m/s.【答案】/2；6×107图14—67.(1999年上海高考)如图14—6所示，光线以入射角i从空气射向折射率n=的透明媒质外表.(1)当入射角i=45°时，求反射光线与折射光线的夹角θ.(2)当入射角i为何值时，反射光线与折射光线间的夹角θ=90°?【解析】(1)设折射角为r，由折射定律=n，sinr=得r=30°，而i′=i=45°θ=180°－45°－30°＝105°(2)此时i′+r=90°sinr=cosi代入折射定律得tani=图14—7所以i=arctan【答案】（1）105°（2）i=arctan8.(2022年全国高考）如图14—7所示，为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直.从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角.已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为l，底面半径为r，那么视场角是A.arcsinB.arcsin39/39\nC.arcsinD.arcsin【答案】B图14—89.（2022年广东、广西、河南高考）雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路.一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d.水的折射率为n.(1)在图14—8上画出该束光线射入水珠内经一次反射后又从水珠中射出的光路图.(2)求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度.【解析】（1）光路如图（a）所示.(2)以i、r表示入射光线的入射角、折射角，由折射定律有sini=nsinr,以δ1、δ2、δ3表示每一次偏转的角度，如图（b）所示，由反射定律、折射定律和几何关系可知sini=,δ1=i-r,δ2=π-2r,δ3=i-r.由以上各式解得δ1=sin-1δ2=π-2sin-1δ3=sin-1【答案】（1）图略；（2）δ1=sin-1;δ2=;δ3=sin-1图14—9三、光的波动性10.（2000年全国高考）图14—9为X射线管的构造示意图，E为灯丝电源.要使射线管发出X射线，须在K、A两电极间加上几万伏的直流高压A.高压电源正极应接在P点，X射线从K极发出B.高压电源正极应接在P点，X射线从A极发出39/39\nC.高压电源正极应接在Q点，X射线从K极发出D.高压电源正极应接在Q点，X射线从A极发出【解析】灯丝电源对灯丝加热，灯丝放出电子，电子速度很小，要使电子到达对阴极A，并高速撞击A，使原子内层电子受到激发才能发出X射线，因此K、A之间应有电子加速的电场，故Q应接高压电源正极.【答案】D11.(2000年上海高考）以下关于光的说法中正确的选项是A.在真空中红光波长比紫光波长短B.红光光子能量比紫光光子能量小C.红光和紫光相遇时能产生干预现象C.红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射【解析】红光的频率比紫光的低，真空中速度为c，而c＝λν，所以λ红＞λ紫.故A错.由E=hν知，B正确.不同频率的光不能发生干预，C错.红光照射某金属发生光电效应，紫光的频率比红光的高，一定也能发生光电效应，D选项对.【答案】BD12.(2022年上海高考)在14—10所示图中，A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而形成的图象，其中图A是光的_______(填“干预”或“衍射”)图象.由此可以判断出图A所对应的圆孔的孔径_______(填“大于”或“小于”)图B所对应的圆孔的孔径.图14—10【解析】只有孔的尺寸比光波波长小或跟波长相差不多时，才能发生明显的衍射现象，所以图A对应圆孔孔径比图B对应的圆孔的孔径小.【答案】衍射；小于13.（2022年上海高考）如图14—11所示为一显示薄膜干预现象的实验装置，P是附有肥皂膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯.往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干预图象应是以以下图中的图图14—11图14—12【答案】D四、光的粒子性39/39\n14.(1999年上海高考)某单色光照射某金属时不能产生光电效应，那么下述措施中可能使该金属产生光电效应的是A.延长光照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射【解析】要产生光电效应，入射光的频率必须大于该金属的极限频率，波长较短的频率高，当高于极限频率时就能发生光电效应.【答案】C15.（2022年广东、广西、河南高考）下面说法中正确的选项是A.光子射到金属外表时，可能有电子发出B.光子射到金属外表时，一定有电子发出C.电子轰击金属外表时，可能有光子发出D.电子轰击金属外表时，一定没有光子发出【答案】AC16.（1998年上海高考）以下实验中，能证明光具有粒子性的是A.光电效应实验B.光的双缝干预实验C.光的圆孔衍射实验D.α粒子散射实验【解析】爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应，因此光电效应证明了光具有粒子性，选A，光的干预和衍射实验，都是光的波动性的例证，α粒子散射实验那么是卢瑟福核式构造原子模型的实验根底.【答案】A17.(2022年全国高考）在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括x光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能.已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常数h、电子电量e和光速c,那么可知该X射线管发出的x光的A.最短波长为B.最长波长为hC.最小频率为D.最大频率为【解析】由动能定理知加速电场对电子所做的功等于电子动能的增量，由题意知光子的最大能量等于电子的动能，那么有：hνm=eU,故X光的最大频率γm＝,D正确，X光的最小波长为：λ=γm，A错.因光子的最小能量无法确定，所以x光子的最小频率和最长波长也无法确定.【答案】D●素质能力过关检测A组一、选择题（每题中只有一个选项符合题目要求）1.下述各组电磁波中，产生机理相同的是A.微波、红外线B.红外线、紫外线C.紫外线、X射线D.X射线、γ射线【解析】电磁波产生机理：无线电波是振荡电路中自由电子运动产生的.红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的.X射线是原子内层电子受激发产生的.γ射线是原子核受激发产生的.故B对.39/39\n【答案】B2.劣质的玻璃中往往含有空气泡，这些空气泡看上去比较亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的选项是A.空气泡对光线有会聚作用，因而较亮B.空气泡对光线有发散作用，因而较亮C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一局部发生全反射，因而较亮D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一局部发生全反射，因而较亮【解析】光线从光密介质射入光疏介质时，在界面处有可能发生全反射，故D对.【答案】D3.从点光源L发出的白光经过透镜后成一平行光束，垂直照射到挡光板P上，板上开两条靠得很近的平行狭缝S1、S2，如图14—13所示，在屏Q上可以看到干预条纹，图14—13中O点是屏上距两狭缝等距离的一点，那么图14—13A.干预条纹是黑白的，O点是亮点B.干预条纹是黑白的，O点是暗点C.干预条纹是彩色的，O点是亮点D.干预条纹是彩色的，O点是暗点【解析】干预条纹间距与光的波长成正比，白光为复色光，各种色光的波长不同，干预条纹间距不同，各种色光互相叠加交织，形成彩色条纹，双缝到屏上某点的距离之差是光的波长的整数倍时，那么该点出现亮纹，所以O点是亮点.【答案】C4.已知介质对某单色光的临界角为θ，那么①该介质对此单色光的折射率等于②此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinθ(c是真空中的光速)③此单色光在该介质中的波长是在真空中的波长的sinθ倍④此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的倍以上说法中正确的选项是A.①②③B.②③④C.①④D.③④【解析】由公式sinθ=得n=,故①对，光在介质中的传播速度v==c·sinA，故②正确.此单色光在介质中的波长λ=，又因c＝λ0ν,所以ν＝,故λ==λ0sinθ,39/39\nλ0为真空中波长，所以③对.因光从一种介质进入另一种介质时频率不变，所以④错.【答案】A5.（2022年上海高考）劈尖干预是一种薄膜干预，其装置如图14—14a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，从而在两玻璃外表之间形成一个劈形空气薄膜.当光垂直入射后，从上往下看到的干预条纹如图14—14b所示.干预条纹有如下特点：（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.现假设在a图装置中抽去一张纸片，那么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预条纹a（侧视图）图14—14A.变疏B.变密C.不变D.消失【解析】相邻明（或暗）条纹间对应的光的路程差Δx=kλ，抽取一张纸片后，空气薄膜厚度减小，将使条纹变疏.【答案】A二、填空题6.如图14—15所示是用干预法检查某块厚玻璃板的上外表是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干预条纹是由以下哪两个外表反射的光线叠加而成的________.图14—15【解析】这是利用光的干预原理检查玻璃板上外表是否平整的方法，两束相干光是由空气膜的反射形成，即空气膜上外表（a的下外表），与空气膜下外表（b的上外表）的反射光互相叠加干预.【答案】a的下外表与b的上外表7.如图14—16所示在竖直放置的平面镜前100cm处的一个人，看见一竖直放置的物体恰好全部映入平面镜内.假设平面镜高12cm，物体在镜内的像在镜后50cm处，那么物体的高度为_______.39/39\n图14—16【解析】设像高为h，那么：所以h=18cm.【答案】18cm8.如图14—17所示，水下面有一水平放置的平面镜，一束白光垂直水面射向水中的平面镜.已知红光由水中射向空气时临界角为C1，紫光由水中射向空气时临界角为C2，那么当平面镜绕过O点垂直于纸面的轴，须至少转过_______度时，才无光线射出水面？图14—17【解析】因sinＣ＝，n红＜n紫，所以Ｃ1＞Ｃ2，要无光线射出水面，入射角i≥C1.注意到平面镜转角时，反射光线(对水面是入射光线)转2角.【答案】9.在测介质的折射率的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值作出如图14—18所示的图像，已知光线是从空气射向介质的，那么属于入射角的是角_______，介质的折射率是_______.图14—1839/39\n【答案】θ;1.55三、作图、计算题图14—1910.如图14—19所示，M为水平放置的一块平面镜，AB为平面镜上方一个短尺，PQ为一跟平面镜垂直的竖直线.由于平面镜上某区间贴着不透光的纸使人眼在竖直线上的S1至S2之间均不能通过平面镜看到短尺.请用作图法找出平面镜上的这个区间，并用斜线标出.【答案】11.钠蒸气所发射的黄光，频率是5.1×1014Hz，它以45°入射角由空气射入玻璃后，折射角为30°，求该色光从空气射入玻璃中，光的波长改变了多少？【解析】由n=，真空中λ=，玻璃中波长λ=，所以Δλ=-==1.7×10-7m.【答案】1.7×10-7m图14—2012.为参军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔.设工事壁厚d＝34.64cm，孔的宽度L＝20cm，孔内嵌入折射率n＝的玻璃砖如图14—20所示，试问：（1）嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少?（2）要想使外界180°范围内景物全被观察到，应嵌入多大折射率的玻璃砖?【解析】光路如右图所示：d＝34.64cmL=20cmtanβ=所以β=30°(1)由折射定律所以α＝60°即视野的张角最大为120°.39/39\n(2)要使视野的张角为180°即α′=90°由折射定律=n所以n=2【答案】（1）120°;(2)2B组一、选择题（每题中只有一个选项符合题目要求）1.关于本影、半影，以下说法正确的选项是A.点光源发出的光形成的影是半影B.面光源发出的光会形本钱影和半影C.本影区内有局部光通过D.物体的半影区域总小于本影区域【答案】B2.对以下自然现象的描述正确的选项是A.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.同样，在沙漠中也能观察到同样的现象B.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物的倒影.同样，在海面也能观察到同样的现象C.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物的倒影D.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物的倒影.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中【解析】海面上的下层空气，折射率比上层大，远处的实物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，进入上层空气时，发生了全反射.光线反射回地面，人逆着光线看去，景物悬在空中，沙漠里的下层空气折射率小，从远处物体射向地面的光线，也可能发生全反射，人们就会看到远处物体的倒影.【答案】C3.在玻璃光学元件外表，涂上一层氟化镁透明薄膜，入射光垂直照射.薄膜厚度一定时可起增透作用，以下说法中正确的选项是A.增透膜是因为反射光干预相加强而起增透作用B.假设此膜对红光起增透作用，那么对紫光也一定起增透作用C.当薄膜厚度等于入射光在薄膜中波长的时能起增透作用D.当薄膜厚度等于入射光在薄膜中波长的时能起增透作用【解析】增透膜其厚度为某一频率的入射光在薄膜中波长的，当这一频率的入射光穿过膜时，其反射光干预相减弱，因而减少反射损失，增强了透射光的强度，故C对AD错.增透膜只对某一频率或与其相近的光起增透作用，故B错.【答案】C图14—214.如图14—21所示，AB为半圆柱透镜的横截面上的直径，一束光沿PO方向射到半圆柱透镜的O点后沿直线从透镜射出.假设透镜材料的临界角是42°，使半圆柱透镜绕过O点垂直于纸面的轴转动，半径OA39/39\n从图示位置开场逆时针方向转动，转过的角度在以下范围内，能够发生全反射现象的是A.30°~90°B.90°~150°C.150°~180°D.180°~210°【答案】B5.一个人自街上路灯的正下方经过，看到自己头部的影子正好在自己脚下，如果该人以不变速度朝前走，那么他头部的影子相对于地的运动情况是A.匀速直线运动B.匀加速直线运动C.变加速直线运动D.无法确定【解析】设灯高为H，人高为h,如以下图，人以速度v经任意时间t到达位置A处.由光的直线传播知人头影应在图示B处，由几何知识得，所以OB＝·OA＝vt所以人头影的速度v＝v.因为H、h、v都是确定的，故v亦是确定的.即人头影的运动应是匀速直线运动.【答案】A二、填空题6.红外线可以穿透云雾，是因为它的波长_______，所以它的_______现象比较显著；γ射线可以穿透金属，是因为它的频率_______，所以它的光子能量_______，穿透能力较强.【解析】红外线波长较大，其波动性强，衍射现象明显，故能穿透云雾，γ射线频率高，光子的能量大，其穿透能力强.【答案】较长衍射很高很大7.已知铯的极限频率为4.545×1014Hz，钠的为6.000×1014Hz，银的为1.153×1015Hz，铂的为1.529×1015Hz.当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是_______.【解析】ν=Hz=8×1014Hz大于铯、钠的极限频率，所以铯、钠能发生光电效应.1nm=10-9m【答案】铯、钠8.如图14—22所示，两平面镜间的夹角为θ，光线经过两平面镜反射后，入射光线ao与出射光线db间的夹角φ为______（填φ与θ的关系）【解析】根据光的反射定律知反射角等于入射角，由几何关系可求得：φ=2θ.【答案】2θ39/39\n图14—22图14—239.如图14—23所示，光源S发出的光经狭缝A沿半径射至折射率n=的半圆柱玻璃砖的圆心O后，有两条光线OB、OC射回空气中，玻璃砖绕O轴旋转，∠BOC的最小值是_______，最大值是_______.当入射光AO与出射光OC的夹角为_______时，另一出射光OB恰好消失.【答案】;π;三、计算题10.半径为R的圆柱体放在地面上，在距地面4R的上方放一与地面平行的平面镜MN，在圆柱体左侧地面上有一点光源S，地面上圆柱体右侧AB局部没有被光线照到.如图14—24所示.已知SB＝8R，试求AB的长度.图14—24【解析】光路图如以下图SS′=2×4R=8RSB=8R,令∠S′BS=θ，tanθ＝，所以θ＝60°【答案】R11.如图14—25为伦琴射线管的示意图，K为阴极钨丝，发射的电子的初速度为零，A为对阴极(阳极)，当AK之间加直流电压U＝30kV时，电子被加速打在对阴极A上，使之发出伦琴射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量，试求：39/39\n图14—25(1)电子到达对阴极的速度是多大?(2)由对阴极发出的伦琴射线的最短波长是多大?(3)假设AK间的电流为10mA，那么每秒钟从对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线光子?(电子电量e＝1.6×10-19C，质量m=0.91×10-30kg，普朗克恒量ｈ＝6.63×10-34J·s)【解析】(1)mv2＝qU所以v＝m/s＝1.0×108m/s(2)因为，ｈν＝ｈ所以λ＝m＝4.1×10-11m(3)U＝＝6.25×1016【答案】（1）1.0×108m/s；（2）4.1×10-11m；（3）6.25×101612.如图14—26所示，水平地面上有一个圆槽，直径d=1.00m，高H=0.50m，底面圆心为O.一个人站在地面上B点，眼睛处于A点.BO间的距离x=2.10m，AB高y=1.70m.现在往槽内倒入折射率n=1.60的透明液体后，在A点恰能看到槽底中心O点.求液体的高度h.图14—26【解析】设O点发出的光经过液面上O′点进入人眼.延长液面直线交AB于C.△O′ED和△O′AC相似.，其中a为O′Ｄ的长度.解得a＝（H－ｈ）说明r＝53°由折射定律U＝39/39\nsini＝即i＝30°如图中几何关系ｈ·tani＝d-a即解得h=0.22m【答案】0.22m●教学建议1.光的反射定律和平面镜成像是单元Ⅰ复习的重点.特别是平面镜成像作图法，应通过反复练习使学生熟练地掌握，标准地作图.2.平面镜所成虚像与实物以镜面而对称.在进展平面镜成像作图时往往要根据这一性质，已知物，先定像；或已知像，先定物；然后再完成完整的成像光路图.这样既准确、又简便.3.折射率是掌握折射定律的关键，也是难点.要使学生理解，折射率反映了介质的光学性质—使光偏折的本领：介质对光的折射率越大，光从空气进入该介质传播时，偏离原来方向向法线偏折的程度越大，折射角越小.不仅要使学生记住n=c/v,而且要使学生知道，折射率既与介质本身有关，还与光的频率有关.同一介质对频率大的光的折射率也大.这一点很重要!4.对于光的全反射临界角及全反射的条件要深刻理解，掌握利用全反射的条件及临界角的计算公式解决有关问题的方法.5.运用光路可逆原理常是分析求解光学问题的一条重要途径，常可使一些疑难问题变得柳暗花明.加强此方面的训练可提高学生逆向思维进展分析推理的能力.6.在复习中，要使学生知道光的学说的历史开展概况：从牛顿支持的微粒说，到惠更斯的波动说，到麦克斯韦的电磁说，再到爱因斯坦的光子说.对这四个学说的实验根底、学说内容、对光的本性认识的奉献等要有所了解.7.关于光的波动说，是有很多实验论证的.如双缝干预中的杨氏实验(要理解单缝、双缝的作用)，薄膜干预中的肥皂膜实验，光的单缝和圆孔衍射实验、泊松亮斑等，也要注意平时生活中观察到的诸多有关光的干预和衍射现象，如水面上薄油层(油膜)的彩色干预把戏，两块平板玻璃压紧时(形成空气膜)出现的彩色干预条纹，通过鸡毛看光源时的衍射把戏等.说明光的波动说是有坚实的实验根底的，光的波动现象是广泛存在的；同时不仅要注意干预条纹与衍射条纹的区别，还要注意干预、衍射的彩色条纹与白光色散的彩色条纹在产生机理上的根本区别.这样会有利于在遇到各种问题时能正确地进展判别.8.要引导学生找出光波与机械波的区别.机械波的传播一定需要介质，其波速与介质性质有关，与波的频率无关.而光波(电磁波)本身就是一种物质，既可以在有实物形态的物质(介质)中传播，也可以在真空中传播；不同频率的电磁波在真空中传播速度都相等，同一频率的电磁波在不同介质中传播时，传播速度(和波长)不仅与介质本身的性质有关，还与电磁波的频率有关.9.复习光电效应，要突出光电效应的主要规律——极限频率的存在，光电子的最大初动能与入射光的强度无关以及光电效应的瞬时性.这些规律都不能用波动说解释，只有用爱因斯坦提出的光子说，才能圆满地解释这些规律.课本中的表达是比较细致的.为了让学生有个清楚的印象，可以理出这样一个线索供学生参考：39/39\n39/39
