2020物理高考备考专题《光学》(原卷版)

专题十二光学考情解读熟练利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路图．加深对折射率、全反射、临界角概念的理解．并能结合实际，解决问题．同时应注意对物理规律的理解和对物理现象、物理情景和数学几何知识结合的分析能力的培养．物理光学部分应遵循历史发展线索，理解干涉、衍射、偏振等现象，并能解释生活中的相关物理现象．光的偏振、激光这些内容，与生产、生活、现代科技联系密切，应学以致用．重点知帜梳理知识点一、几何光学的常见现象项目内容折射定律(1)三线共面(2)分居两侧sin0(3)入射角正弦与折射角正弦之比为常数而1=n折射率sin0定义式:光从真空进入介质时n—拓孑折射率C决定式:n—i物理意义:描述透明介质对光线的偏折作用,n越大，折射光线偏离入射方向的夹角越大全反射发生条件:(1)从光密介质进入光疏介质(2)入射角大于或等于临界角，即01>C1临界角：sinC—n光的色散产生原因：(1)太阳光是复色光；(2)不同的色光折射率不同规律:光的频率越大，折射率越大红光f紫光:折射率逐渐增大,在介质中的速度逐渐减小；(3)临界角逐渐减小;波长逐渐减小

常见光平行玻璃板：(1)出射光线与入射光线平行;(2)出射光线发生侧移学兀件棱镜：(1)光线向底边偏折;(2)能发生色散的特点全反射棱镜：(1)垂直于直角边射入，出射光线方向改变90°;(2)垂直于斜边射入，出射光线方向改变180°知识点二、光的干涉、衍射和偏振现象项目内容光的干涉双缝干涉产生条件:两光源频率相等，相位差恒定1出现明暗条纹的条件:路程差As=nX,明条纹;As=(n+，)人暗条纹1相邻条纹间距:Ax=M入光的干涉薄膜干涉产生原因：冋一束光分别经薄膜的前后表面反射的光叠加而成规律:经薄膜上厚度相等的位置反射的光叠加后在同一干涉条纹上相邻条纹间距与波长成正比，与斜面倾角成反比应用:(1)光干涉法检查平面的平整度1(2)在光学镜头上涂增透膜d=°入光的衍射明显衍射条件障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多或者比光的波长小衍射现象单缝衍射:中间条纹亮、宽;两侧条纹暗、窄;波长越长，条纹越宽，间距越大圆孔衍射:明暗相间的圆形条纹圆板衍射:圆形阴影的外侧是明暗相间的圆形条纹，中间是亮斑(泊松亮斑)

光的偏振偏振片有特定的透振方向，自然光通过后成为偏振光，两偏振光片平行时透过的光最强，垂直时最弱【特别提醒】(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光的偏振现象说明光是横波.(2)光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是研究条纹间距是否均匀,中央条纹和两侧条纹的亮度是否相同.知识点三、光电效应及光的波粒二象性项目内容光电效应概念金属在光(包括不可见光)的照射下发射电子的现象规律每种金属都有一个极限频率,v3v0时才会发生光电效应光电子的最大初动能与光强无关，随v的增大而增大光电效应的产生几乎是瞬时的饱和光电流与光强成正比光电效应解释光子说:(1)光在传播时是一份一份的，每份叫一个光子；(2)光子能量E=hv,h=6.63"0—34J・S逸出功:电子脱离金属时克服原子核引力做功的最小值W=hv光强:P=nhv光电效应方程:Ek=hv—W每个实物粒子对应一种波，叫物质波物质波h物质波的波长x=波粒二象性概率波:只能预测粒子在某区域出现的概率，概率符合波动规律高频考点炎放高频考点一、光的折射、全反射例1.(2019・天津卷)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度。选用两光学表面间距大的玻璃砖选用两光学表面平行的玻璃砖选用粗的大头针完成实验插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，【变式探究】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径.该同学测得多组入射角i和折射角r,作出sini－sinr图象如图乙所示，则()光由A经O到B,n=1.5光由B经O到A,n=1.5光由A经O到B,n=0.67光由B经O到A,n=0.67【变式探究】直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P]P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示.a、b光相比（）b*_/玻璃对a光的折射率较大玻璃对a光的临界角较小b光在玻璃中的传播速度较小b光在玻璃中的传播时间较短高频考点二、光的折射、全反射的计算例2.（2019・新课标全国III卷）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，ZA=90°,ZB=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，直至IjBC边上恰好有光线射出。求此时AB边上入射角的正弦。【举一反三】(2018・高考全国卷II)如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，ZA=90°,ZB=60°.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点.不计多次反射.求出射光相对于D点的入射光的偏角；为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【变式探究】如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABC,ZA=30°,ZB=60°.—束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.求三棱镜的折射率；在三棱镜的AC边是否有光线透出，写出分析过程.(不考虑多次反射)【变式探究】一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示.玻璃的折射率为n=\：2.(1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？(2)一细束光线在O点左侧与O相距23r处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置.高频考点三、光的干涉例3.（2018年北京卷）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后干涉条纹消失彩色条纹中的红色条纹消失中央条纹变成暗条纹中央条纹变成红色【变式探究】如图所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，贝y（）在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大【变式探究】以下说法正确的是（）真空中蓝光的波长比红光的波长长天空中的彩虹是由光的干涉形成的光纤通信利用了光的全反射原理机械波在不同介质中传播，波长保持不变高频考点四光的衍射及偏振现象例4、（2019・江苏卷）将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的（选填“折射”“干涉”或“衍射”）.当缝的宽（选填“远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显。举一反三】抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同．观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是（）A.这里应用的是光的衍射现象B.这里应用的是光的干涉现象C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细【变式探究】如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和5人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则（）图中a光为偏振光图中b光为偏振光以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮真题感悟（2019・北京卷）利用图1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2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是图1*III111IIH1II甲乙甲对应单缝，乙对应双缝甲对应双缝，乙对应单缝都是单缝，甲对应的缝宽较大都是双缝，甲对应的双缝间距较大

（2019・北京卷）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第14.0弱290.9-一一24.0中430.9组34.0强600.9第46.0弱272.9-二二56.0中402.9组66.0强552.9由表中数据得出的论断中不正确的是两组实验采用了不同频率的入射光两组实验所用的金属板材质不同若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大动能为1.9eV若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强，光电流越大（2019・天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规,笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度。选用两光学表面间距大的玻璃砖选用两光学表面平行的玻璃砖选用粗的大头针完成实验插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点0为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示,则玻璃的折射率n=。（用图中线段的字母表示）（2019・江苏卷）将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的（选填“折射”“干涉”或“衍射”）.当缝的宽度（选填“远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显。（2019・新课标全国II卷）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：滤光屏转轮且镜光源单'缝遮爲△测曲双缝滤光屏转轮且镜光源单'缝遮爲△测曲双缝厶（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可；将单缝向双缝靠近将屏向靠近双缝的方向移动将屏向远离双缝的方向移动使用间距更小的双缝（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为1，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Ax，则单色光的波长X=；（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为nm（结果保留3位有效数字）。（2019・新课标全国I卷）如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面m。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3°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率为4。3

（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，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。左T3面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。左T3m丄4^m右7.（2019・新课标全国III卷）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，ZA=90°,ZB=30°o一束光线（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。8.（2019・江苏卷）如图所示，某L形透明材料的折射率n=2o现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为久为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求〃的最大值.（2019・北京卷）利用图1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2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是t*Ji■111IIIIIH1II甲乙IS!2甲对应单缝，乙对应双缝甲对应双缝，乙对应单缝都是单缝，甲对应的缝宽较大都是双缝，甲对应的双缝间距较大（2019・北京卷）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第14.0弱290.9-一一24.0中430.9组34.0强600.9第46.0弱272.9-二二56.0中402.9组66.0强552.9由表中数据得出的论断中不正确的是两组实验采用了不同频率的入射光两组实验所用的金属板材质不同若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大动能为1.9eV若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强，光电流越大（2019・天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规,笔，白纸。下列哪些措施能够提高实验准确程度。选用两光学表面间距大的玻璃砖选用两光学表面平行的玻璃砖选用粗的大头针完成实验插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=。（用图中线段的字母表示）（2019・江苏卷）将两支铅笔并排放在一起，中间留一条狭缝，通过这条狭缝去看与其平行的日光灯，能观察到彩色条纹，这是由于光的（选填“折射”“干涉”或“衍射”）.当缝的宽度（选填“远大于”或“接近”）光波的波长时，这种现象十分明显。（2019・新课标全国II卷）某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光：调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：双缝屏/转轮双缝屏/转轮丄一且镜单缝（1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可；将单缝向双缝靠近将屏向靠近双缝的方向移动将屏向远离双缝的方向移动使用间距更小的双缝（2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为1，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Ax,则单色光的波长X=；（3）某次测量时，选用的双缝的间距为0.300mm,测得屏与双缝间的距离为1.20m,第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56mm。则所测单色光的波长为nm（结果保留3位有效数字）。（2019・新课标全国I卷）如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面m。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4。3（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，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离。7.（2019・新课标全国III卷）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，ZA=90°,ZB=30。。一束光线（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。8.（2019・江苏卷）如图所示，某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为久为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求〃的最大值.（2018年北京卷）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后干涉条纹消失彩色条纹中的红色条纹消失中央条纹变成暗条纹中央条纹变成红色（2018年江苏卷）两束单色光A、B的波长分别为，且；运＞订，则（选填“A”或“B”）在水中发生全反射时的临界角较大.用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到（选填“A”或“B”）产生的条纹间距较大．（2018年全国I卷）如图，AABC为一玻璃三棱镜的横截面，ZA=30°,一束红光垂直AB边射入,从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射射角（“小于”“等于”或“大于”）60°o4.（2018・高考全国卷II）如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，ZA=90°，ZB=60°.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点.不计多次反射.（1）求出射光相对于D点的入射光的偏角；（2）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【2017・北京卷】如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为I、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是

红光B.黄光C.绿光D.紫光【2017・天津卷】明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是右增大入射角i,则b光先消失在该三棱镜中a光波长小于b光a光能发生偏振现象，b光不能发生若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低【2017•北京卷】物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双缝。两天线同时都发出波长为歼和入2的无线电波。飞机降落过程中，当接收到片和入2的信号都保持最强时，表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是天线发出的两种无线电波必须一样强导航