广西2022年高考物理 核心考点复习冲刺五 光学

广西2022年高考核心考点复习冲刺五光学光的反射和折射是高考中常出现的内容之一。题目类型多为选择题，偶尔也有计算题或实验题。反射定律、折射定律、折射率、全反射和临界角、光的色散是重点考查的内容，其中折射率、全反射、色散命题频率较高。这部分知识还可能与力学中的直线运动、平抛运动、圆周运动、万有引力定律等相结合来命题。复习中除掌握以上重要知识外，对光的直线传播、本影和半影、光速等也要理解。光的波动性和微粒性为近年高考命题热点之一。题目类型多为选择题。其中考查较多的是光的干涉、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部分知识（如折射、棱镜、色散等）、原子物理中的玻尔理论相结合进行考查。复习时要以记忆、理解为主，以对光的本性的认识为线索，来掌握近代物理光学的初步知识，掌握建立这些理论的实验基础和一些重要物理现象。此外，对于“激光的特点和应用”也要引起重视。【题型示例】【示例1】如图13－1甲所示为一块透明的光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy，设该光学材料的折射率沿y轴正方向发生变化。现有一单色光a从原点O以某一入射角由空气射入该材料内部，且单色光a在该材料内部的传播路径如图13－1乙所示。则折射率沿y轴正方向可能发生的变化是A．折射率沿y轴正方向均匀减小B．折射率沿y轴正方向均匀增大C．折射率沿y轴正方向先均匀减小后均匀增大图13－1D．折射率沿y轴正方向先均匀增大后均匀减小-14-\n【解析】单色光a进入光学材料后，在沿y轴正方向传播过程中，折射光线越来越偏分析”的能力要求。有些考生只看到光从左侧进入光学材料，而不分析折射率沿y轴正方向的变化情况造成错选。【示例2】据报道，2022年北京奥运会，光纤通信网将覆盖所有奥运场馆，为各项比赛提供安全可靠的通信服务。光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输。如图13－2所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间-14-\n【示例3】卡文迪许扭秤是用来测定万有引力恒量的重要仪器，为了观察悬挂的石英丝发生的微小扭转形变，卡文迪许采用了光放大的原理，如图13－3所示，图中悬挂在石英丝下端的T形架的竖直杆上装一块小平面镜M，M可将由光源S射来的光线反射到弧形的刻度尺上（圆弧的圆心即在M处）。已知尺子距离M为2m，若反射光斑在尺子上移动2cm，则平面镜M转过的角度是________rad。图13－3【解析】由数学关系，反射光线转过的角度rad，根据光的反射定律，平面镜M转过的角度为rad。【答案】0.005【名师解读】本题涉及到光的反射、反射定律、卡文迪许扭秤等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。本题要注意隐含条件：平面镜转过q角，反射光线转过2q角。APOB图13－5【样题4】如图13－5所示，空气中一块圆截异型玻璃砖，折射率为，现有一束细光束，垂直射到AO面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB面平行返回，角AOB为135º，圆半径为r。则入射点P距圆心O的距离为A．rsin15º　B．rsin7.5º-14-\nC．r　　　　　D．rAPOB45ºαθβ图13－6【解析】一束细光束垂直射到AO面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB面平行返回，因角AOB为135º，所以从OB面出射的光线的折射角为45º，根据折射定律有sinα＝sin45º解得：α＝30º根据几何关系及光的反射的知识得：θ＝15º＝2β，即β＝7.5º，故OP＝rsin7.5º。【答案】B【示例5】用蓝光照射某种金属表面发生了光电效应。现将该蓝光的强度减弱，则A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减少C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应【解析】能否发生光电效应，是由光的频率ν决定的，只要ν大于金属发生光电效应的极限频率v0，不论强度如何，总能发生光电效应，而且是瞬时发生的，不需要时间“积累”，所以光照到金属表面上，到发生光电子之间几乎是瞬时的，光强减弱，不影响发生光电效应的时间，所以A项、D项都不正确；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，同种金属有相同的逸出功W，逸出的光电子的最大初动能Ek由光的频率ν决定，所以改变强度，逸出的光电子的最大初动能Ek不变，B项不正确；单位时间内的光电子数目与入射光的强度成正比，所以光的经度减弱，光电子的数目将减少，C项正确。【答案】C【名师解读】本题涉及到光电效应规律、爱因斯坦光电效应方程等知识点，重点考查考生的理解能力，体现了《考试大纲》中对“-14-\n理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用，能够鉴别关于概念和规律的似是而非的说法”的能力要求。光电效应规律是实验结论，考生要熟练记忆。【示例6】现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为，其中。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为A．B．C．D．【解析】设电子经过电压U加速获得速度v，由动能定理，，电子动量，，以上三式联立解得，D项正确。BA图14－1【示例7】在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图14－1所示的干涉实验法。A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个透明的平行板B，B与A上表面平行，在它们间形成一个厚度均匀的空气膜。现在用波长为λ的单色光垂直照射，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性地变化．当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮。则A．出现最亮时，B上表面反射光与A上表面反射光叠加后加强B．出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后相抵消C．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加D．温度从t1升至t2过程中，A的高度增加【解析】入射光通过透明的平行板B，在B的下表面与A的上表面都发生反射，这两束光发生干涉，出现最亮时，是这两束反射光叠加后加强，A项、B项都不正确；两束光的光程差等于A、B间距离的2倍，当温度为t1时最亮，说明此时2Δh1＝nλ，n是正整数，对A缓慢加热，当温度升到t2时，亮度再一次回到最亮，说明此时2Δh2＝（n－1）λ-14-\n，这段过程中A的高度增加Δh＝Δh1－Δh2＝，C项错误，D项正确。【答案】D【名师解读】本题涉及到光的干涉现象、薄膜干涉、反射光叠加与薄膜厚度的关系等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。光的干涉现象是高考的热点，同学们要对双缝干涉和薄膜干涉重点掌握。【专家预测】1．在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的2．太阳光照射在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好像太阳光从远处水面反射来的一样，我们认为前方有水．但走到该处仍是干燥的沙漠，这现象在夏天城市中太阳光照射沥清路面时也能观察到．对这种现象正确的解释是(　　)A．越靠近地面，空气的折射率越大B．这是光的干涉形成的C．越靠近地面，空气的折射率越小D．这是光的衍射形成的【答案】C【解析】由于沙漠或沥青路面温度高，空气密度小，相对于上层空气是光疏介质，折射率小，因此上面射来的光就会在上下层空气间形成全反射，会看到蜃景，C正确．3．以下说法中正确的是(　　)A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉B．对于同一障碍物，波长越大的光波，越容易绕过去C．白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象-14-\nD．用光导纤维传播信号是光的全反射应用【答案】ABD【解析】用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉，A正确；对于同一障碍物，波长越大的光波，越容易发生衍射，即越容易绕过去，B正确；白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种色散现象，C错误；用光导纤维传播信号是光的全反射的应用，D正确．4．如图所示，两块相同的玻璃等腰三棱镜ABC置于空气中，两者的AC面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC面从P点射入，通过两棱镜后，从a、b两点射出．对于从a、b射出的这两束光下列说法正确的是(　　)A．从a、b两点射出的两束光不平行B．从a、b两点射出的两束光仍平行，且平行于BCC．从a点射出的为红光，从b点射出的为蓝光D．从a点射出的为蓝光，从b点射出的为红光5．如图所示，a和b两束光平行射入一半圆柱体玻璃砖，且入射光线与AOB面垂直，若从圆面射出时，两光束交于P点，则下列说法中正确的是(　　)A．a光束的光子能量大-14-\nB．在同一玻璃中a光传播速度大C．若用b光照射某一光电管能发生光电效应，那么用a光照射光电管时一定不能发生光电效应D．两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻亮条纹的间距a光较大【答案】BD【解析】a、b两束光交于P点，可知b光的折射率较大，光的频率越高，则在玻璃中的折射率越大，故νa<νb.光子能量E＝hν，可见b光光子能量大，A错；由n＝知玻璃中a光传播速度大于b光传播速度，B正确；b光频率大于极限频率并不能得出a光照射光电管时是否发生光电效应，故C项错误；由c＝λν知，λa>λb而Δx＝λ，故Δxa>Δxb，即D项正确．6．雅敏干涉仪可以用来测定气体在各种温度和压强下的折射率，其光路如图所示．图中S为光源，G1、G2为两块完全相同的玻璃板，彼此平行放置，T1、T2为两个等长度的玻璃管，长度均为d.测量时，先将两管抽空，然后将气体徐徐充入一管中，在E处观察干涉条纹的变化，即可测得该气体的折射率．某次测量时，将待测气体充入T2管中，从开始进气至到达标准状态的过程中，在E处看到共移过N条干涉亮纹．待测光在空气中的波长为λ，7．如图所示，甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图像，由图判断甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图像．图甲所对应的圆孔孔径________(选填“大于”、“小于”或“等于”)图乙所对应的圆孔孔径．-14-\n【答案】衍射　小于【解析】如图甲所示，单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹，这是光的衍射现象．图乙是个圆亮斑，说明光沿直线传播，没有发生衍射，图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长，也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径．8．为了减少玻璃表面光的反射损失，在玻璃表面上涂一层折射率为n＝5/4的增透膜，设入射光波长λ＝700nm，为了使这种波长的反射光能最大限度地被减弱，所涂薄膜的最小厚度是________nm.9．光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输．如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光从一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，请探究分析以下问题：(1)n1和n2的大小关系．(2)最长时间t的大小．(图中标的C为全反射的临界角，其中sinC＝)【答案】(1)n1>n2　(2)【解析】(1)欲使光在n1和n2的界面上发生全反射，需有n1>n2.(2)光在介质n1中的传播最长路程为x＝传播速度为v＝-14-\n故最长时间t＝＝＝10．如图所示，一个横截面为直角三角形的三棱镜，∠A＝30°，∠O＝90°.三棱镜材料的折射率是n＝.一束与BO面成θ＝30°角的光线射向OB面，试通过计算判断这束光通过BO面后的折射光线在AO面上能否发生全反射．11．用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d＝0.1mm，双缝到屏的距离l＝6.0m，测得屏上干涉条纹中亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是4/3的水中，这时屏上的条纹间距是多少？【答案】6.3×10－7m　2.8×10－2m【解析】由Δx＝λ可以得出红光的波长λλ＝Δx＝m≈6.3×10－7m激光器发出的红光的波长是6.3×10－7m如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长为λ′λ′＝＝m≈4.7×10－7m这时屏上条纹的间距是：Δx′＝λ′＝m≈2.8×10－2m.12．一个圆柱形筒，直径12cm，高16cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧的深度为9cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒侧的最低点．求：-14-\n(1)此液体的折射率；(2)光在此液体中的传播速度．【答案】(1)　(2)2.25×108m/s13．光线从空气射向玻璃砖，当入射角为60°时，折射光线与反射光线恰好垂直．求：(1)该玻璃砖的折射率是多少？(2)光在该玻璃砖中的传播速度是多大？【答案】(1)　(2)×108m/s【解析】(1)由图可知，光在玻璃中的折射角γ＝180°－90°－60°＝30°，所以，玻璃砖的折射率n＝＝.(2)光在玻璃砖中的传播速度为v＝＝m/s＝×108m/s.14．如图13所示，有一圆筒形容器，高H＝20cm，筒底直径为d＝15cm，人眼在筒旁某点向筒内壁观察，可看到内侧深h＝11.25cm.如果将筒内注满水，观察者恰能看到筒壁的底部．求水的折射率．-14-\n图13解析：设入射角r，折射角i，则sini＝，sinr＝，n＝＝＝＝1.33.答案：1.3315．半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图14所示，圆心为O.两条平行单色红光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点A为圆柱的顶点，光线2的入射点为B，∠AOB＝60°.已知该玻璃对红光的折射率n＝.图14(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d.-14-\n16．某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和地导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤(像放风筝一样)，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图16所示，其中纤芯材料的折射率n1＝2，包层折射率n2＝，光纤长度为3×103m．(已知当光从折射率为n1的介质射入折射率为n2的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足关系：n1sinθ1＝n2sinθ2)图16(1)试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；(2)若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，求信号往返需要的最长时间．17．如图11所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°.一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB.图11-14-\n①求介质的折射率．-14-