1单元综合提升3

第3课时单元综合提升●知识网络构建●经典方法指导回顾历年来实施新课标省份的考纲和试题，发现对光学内容的要求明显降低，只考查光的折射、折射定律、全反射、光导纤维、光的干涉、光的衍射和光的偏振；新教材中新增加了康普顿效应来说明光的粒子性.估计2022年的高考对光学的要求不会提高，由于识记的内容较多，同学们对于几何光学要熟练掌握反射定律、折射定律、折射率、全反射、折射率和临界角以及棱镜对光的色散的特点等，要能够熟练画出光路图，并且注意几何知识的应用；对物理光学应在理解的基础上进行强化记忆，理解发生干涉的条件及光的各种干涉、衍射现象的区别与联系；电磁波谱及各种电磁波的特点和产生机理；注意物理光学的实际应用，理解增透膜、劈尖干涉、电磁波谱以及它们的实际应用；光电效应是高考的热点和重点，因此要加强光电效应规律的理解和光电效应方程的应用.本章涉及的主要方法有：1.反射、折射光路的可逆性无论是在光的反射还是在光的折射现象中，光路均满足光路可逆性，光路可逆性原理在平面镜成像作图，折射率的测定与计算中均有重要的应用.2.掌握几种常见的玻璃砖对光折射的特点常见的有平行玻璃砖、圆形玻璃砖和三角形玻璃砖.(1)平行玻璃砖对光折射的特点平行的单色光束斜射入两面平行的玻璃砖，经玻璃砖折射后其出射光线方向并不改变，仍与原来方向相同，但产生一定距离的侧移x.(2)圆形玻璃砖对光折射的特点平行的单色光束射入圆形玻璃砖，其入射点的法线沿半径方向.若入射光线沿半径方向，单色光在圆形玻璃砖中传播方向仍为原来的方向.(3)三角形玻璃砖对光折射的特点单色光从三角形玻璃砖(棱镜)的一个侧面入射，从另一方向射出时，光线将向底面偏折，材料的折射率越大，偏折作用越显著.用直角等腰三棱镜(临界角约42°)可使光束发生全反射，达到控制光路的作用，同时可减少能量损失.3.几何光学中的动态分析(1)在反射问题中常有移动问题出现，常见的一种是平面镜不动.物(光源)运动，另一类是物(光源)不动，平面镜运动，解答这类问题的方法是：①掌握平面镜成像的对称性规律，按题意认真作好光路图；②灵活应用运动的合成或分解知识；③分清光路图中的边角关系，熟练应用平面几何知识解简单三角形.【例1】如图所示，在水平地面上有一点光源S，被一不透明的罩遮住，在罩的上方开有一小孔，一束光通过小孔竖直向上射到距地面高h＝3m的水平放置的平面镜M上.若平面镜从水平位置起绕水平轴O匀速运动，经t＝s，镜面经过θ＝30°，那么由镜面反射到地面的光斑，在s末瞬时速度为多少【解析】由于入射光线方向保持不变，则平面镜转过30°角时，反射光线转过60°，反射光线转动的角速度ω＝eq\f(θ,t)＝eq\f(10π,3)rad/s，反射光线端点的线速度v1＝ω·2h＝20πm/s如图所示，将速度分解可得到s末的瞬时速度为v＝eq\f(v1,cos60°)＝40πm/s＝125.6m/s(2)折射中的动态问题分析在解决光的折射问题时，如果光源是动态的，解此类题目的关键是：通过瞬时(静态)物理量之间的关系，找出它们动态时的变化规律.【例2】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的透光圆面，若透光圆面的半径匀速增大，则光源正()A.加速上 B.加速下降 C.匀速上升 D.匀速下降【解析】所形成的透光圆面是由于全反射造成的，如图所示，圆面的边缘处是光发生全反射的位置，即i＝C若光源向上移动，只能导致透光圆面越来越小，所以光源只能向下移动.如图所示，取时间t，则透光圆面扩大的距离为s＝vt由几何知识可得h＝scosC＝vtcosC设这段时间内光源下移的距离为L，由几何关系可得L＝eq\f(h,sinC)＝vtcotC，由上面的表达式可知：vcotC为定值，L与t成正比关系，满足匀速运动条件，所以光源向下匀速运动.【答案】D4.光的干涉问题分析和判断方法有关光的干涉问题，教材对光的干涉现象产生的条件及有关应用等问题的判断要求较高，要正确对这类问题进行判断，必须对光的干涉现象、产生干涉的条件及相关的应用等知识内容非常熟悉，不能有半点含糊，否则就会判断错误.【例3】如图所示，在暗室中从单色点光源S直接射到屏PP′上的一束光在Sb和Sd之间，从S射到平面镜MN再反射到屏PP′上的另一束光在Ma和Nc之间(S′是S在平面镜MN中的像).关于这时屏PP′上是否可能出现明暗相间的条纹，下列说法中正确的是()A.不可能 B.可能，出现在a、b之间C.可能，出现在b、c之间 D.可能，出现在c、d之间【解析】由于S′是S在平面镜MN中的像，可当成两个相干光源，从S发出的光射到bd区域，(似乎)从S′射出的光(其实是反射光)射到ac区域，故bc区域为共同传播的区域，即干涉区，必出现明暗相间的条纹，故选C.【答案】C【思维提升】本题主要考查光的干涉条件，并利用平面镜成像作图找到相干光源和相干区域.要明白发生干涉时必须是两束相干光相遇，即光束叠加.●映射高考真题1、（2022天津6）．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，设相邻两个亮条纹的中心距离为，若，则下列说法正确的是A．甲光能发生偏振现象，则乙光不能 B．真空中甲光的波长一定大于乙光的波长C．甲光的光子能量一定大于乙光的光子能量 D．在同一种均匀介质中甲光的传播速度大于乙光【解析】：考查光的综合应用．偏振现象是横波特有的现象，甲乙都可以有偏振现象发生，A错；由，可知甲光的波长大于乙光，B正确；光子能量取决于光子的频率，而光子频率与波长成反比，C错；波速与波长之间同步变化，D正确．【答案】：BD●赏析高考真题1.（2022全国卷116）雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是A.紫光、黄光、蓝光和红光B.紫光、蓝光、黄光和红光C.红光、蓝光、黄光和紫光D.红光、黄光、蓝光和紫光答案：B解析：按照偏折程度从小到大的排序为d、c、b、a、故：折射率为:频率为：选B2（2022海南18）.模块3-4试题（12分）（2）（8分）一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端=0.8m处有一浮标，示意如图．一潜水员在浮标前方=3.0m处下潜到深度为=4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜△h=4.0m，恰好能看见Q．求（=1\*romani）水的折射率n；（=2\*romanii）赛艇的长度l．（可用根式表示）解析：（=1\*romani）设过P点光线，恰好被浮子挡住时，入射角、折射角分别为：α、β则：①、②、③由①②③得：（=2\*romanii）潜水员和Q点连线与水平方向夹角刚好为临界角C，则：④⑤由④⑤得：3．2022重庆２０如题20图所示，空气中有一折射率为的玻璃柱体，其横截而是圆心角为90o,、半径为R的扇形OAB、一束平行光平行于横截面，以45o入射角射到OA上，OB不透光，若考虑首次入射到圆弧上的光，则上有光透出的部分的弧长为A.1/6RB.1/4RC..1/3RD.5/12R【答案】B【解析】根据折射定律，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°．过O的光线垂直入射到AB界面上点C射出，C到B之间没有光线射出；越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大，根据临界角公式得临界角为45°，如果AB界面上的临界点为D，此光线在AO界面上点E入射，在三角形ODE中可求得OD与水平方向的夹角为180°-（120°+45°）=15°，所以A到D之间没有光线射出．由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90°-（30°+15°）=45°，为1/4R．●精彩模拟演练1．(2022·全国卷Ⅰ)某人手持边长为6cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度．测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4m.在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像；然后他向前走了6.0m，发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像．这棵树的高度约为()A．5.5m B．5.0mC．4.5m D．4.0m图1解析：设初态树与镜面距离为L，成像于像1位置，人向前走6m等效于人不动树向后退6m，则树成像于像2位置，设树高为h，由图中几何关系有eq\f,L＋＝eq\f,h)(①式)、eq\f,L＋＋6)＝eq\f,h)(②式)，由①②联立解得h＝4.5m，所以本题只有选项C正确．答案：C2．如下图所示，一束光线从折射率为的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是()解析：发生全反射的临界角C＝arcsineq\f(1,n)＝arcsineq\f(2,3)<arcsineq\f(\r(2),2)因α＝45°>C，故发生全反射，选A.答案：A图23．如图2所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法正确的是()①人从右侧向左看，可以看到彩色条纹②人从左侧向右看，可以看到彩色条纹③彩色条纹水平排列④彩色条纹竖直排列A．①③ B．②③C．①④ D．②④解析：因白光照射，各色光形成的明纹宽度不同，相互叠加，形成彩纹，由于薄膜干涉是等厚干涉，因此条纹是水平的．答案：A4.图3自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑车时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车，尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示，下面说法中正确的是()A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射答案：D5．下列关于波的说法正确的是()A．偏振是横波特有的现象B．光导纤维传递信号利用了光的全反射原理C．太阳光下的肥皂泡呈现出彩色条纹，这是光的衍射现象D．凸透镜的弯曲表面向下压在另一块平板玻璃上，让光从上方射入，能看到亮暗相间的同心圆，这是光的干涉现象解析：偏振现象是横波的特征，纵波无偏振现象，A对；光导纤维是根据光的全反射原理制成的，B对；太阳光照射下的肥皂泡呈现的彩纹是光的干涉现象，C错；D项中的现象是光的干涉现象，D对．答案：ABD6．光纤维通信是一种现代化的通信手段，它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图4所示．设此玻璃管长为L，折射率为n.已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出．设光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃管所需的时间为()图4\f(n2L,c) \f(n2L,c2)\f(nL,c) \f(nL,c2)解析：用C表示临界角，则有sinC＝eq\f(1,n)，光在介质中的传播速度为v＝eq\f(c,n).光在沿光缆轴线的方向上做匀速传播．所用时间为t＝eq\f(L,vcos\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－C)))＝eq\f(L,vsinC)＝eq\f(n2L,c).故A正确．答案：A7．一段时间以来，“假奶粉事件”闹得沸沸扬扬，奶粉中的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定含糖量．偏振光通过糖的水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了．如图5所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()图5A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：本题考查光的偏振的实际应用．由题意知，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的偏振方向相同．若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱．若适当旋转A或B，可以使偏振光通过偏振片A、糖溶液和偏振片B后到达O处的光强度最大，并且偏振片旋转的角度等于糖溶液的旋光度α，故ACD正确．答案：ACD8．(2022·天津高考)已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光()A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大解析：本题考查了光的干涉、折射、全反射、临界角等相关知识，意在考查考生的理解能力及分析判断能力．在同一种玻璃中，红光的折射率小于蓝光的折射率，由v＝eq\f(c,n)可知，蓝光在该玻璃中的传播速度小于红光，选项A错误；两种光的入射角相同，由sinr＝eq\f(sini,n)可知，蓝光的折射角小于红光的折射角，选项B错误；由sinC＝eq\f(1,n)可知，红光的临界角大于蓝光的临界角，选项C正确；由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长较长，由干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，红光的条纹间距较大，选项D错误．答案：C图69．(2022·天津模拟)抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图6所示，观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可以判断细丝粗细的变化()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，表明抽制的丝变细解析：本题为光的衍射现象在工业生产中的实际应用，考查光的衍射现象，若障碍物的尺寸与光的波长相比差不多或更小，衍射现象较明显．通过观察屏上条纹的变化情况，从而监测抽制的丝的情况，故选AD.答案：AD10.图72005年10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将该年度诺贝尔物理学奖授予两名美国科学家和一名德国科学家．美国科学家约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施之所以获奖，是因为对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献．另一名美国科学家罗伊·格劳伯因为“对光学相干的量子理论”的贡献而获奖，目前一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中，如图7所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器()A．沿视线对着空间站瞄高一些B．沿视线对着空间站瞄低一些C．沿视线对着空间站直接瞄准D．条件不足，无法判断解析：由于大气层对光的折射，光线在传播中会发生弯曲，由光路的可逆性可知，视线与激光束会发生相同的弯曲，所以C项正确．答案：C图811．(2022·福建高考)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行．正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图8所示．①此玻璃的折射率计算式为n＝________(用图中的θ1、θ2表示)；②如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量．解析：①由折射率公式可得n＝eq\f(sin90°－θ1,sin90°－θ2)＝eq\f(cosθ1,cosθ2)；②玻璃砖的宽度越大，出射光线的侧移量越大，玻璃砖中折射光线的误差越小，所以应选用宽度大的玻璃砖来测量．答案：①eq\f(cosθ1,cosθ2)(或eq\f(sin90°－θ1,sin90°－θ2))②大12．某同学设计了一个测定激光的波长的实验装置如图9(a)所示，激光器发出的一束直径很小的红色激光进入一个一端装有双缝、另一端装有感光片的遮光筒，感光片的位置上出现一排等距的亮点，图9(b)中的黑点代表亮点的中心位置．图9(1)这个现象说明激光具有________________性．(2)通过测量相邻光点的距离可算出激光的波长，据资料介绍，如果双缝的缝间距离为a，双缝到感光片的距离为L，感光片上相邻两光点间的距离为b，则激光的波长λ＝eq\f(ab,L).该同学测得L＝m、缝间距a＝mm，用带十分度游标的卡尺测感光片上的点的距离时，尺与点的中心位置如图9(b)所示．图9(b)图中第1到第4个光点的距离是____________mm.实验中激光的波长λ＝________m．(保留两位有效数字)(3)如果实验时将红激光换成蓝激光，屏上相邻两光点间的距离将________．解析：(1)这个现象是光的干涉现象．干涉现象是波独有的特征，所以说明激光具有波动性．(2)由游标卡尺的读数原理知第1到第4个光点的距离是8.5由题意知b＝eq\f,3)mm，a＝mm，L＝m，所以波长λ＝eq\f(ab,L)＝×10－7m.(3)蓝光波长小于红光波长，由λ＝eq\f(ab,L)知：相邻两光点间距离变小．答案：(1)波动(2)×10－7(3)变小．图1013．如图10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解析：设入射角r，折射角i，则sini＝eq\f(d,\r(d2＋h2))，sinr＝eq\f(d,\r(d2＋H2))，n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(\r(d2＋H2),\r(d2＋h2))＝eq\r(\f(152＋202,152＋)＝.答案：图1114．半径为R的玻璃半圆柱体，横截面如图11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＝eq\r(3).(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.(2)若入射的是单色蓝光，则距离d将比上面求得的结果大还是小？解析：图12(1)光路如图12所示，可知i＝60°由折射率n＝eq\f(sini,sinr)，可得r＝30°由几何关系及折射定律公式n＝eq\f(sinr′,sini′)得：i′＝30°，r′＝60°，∵eq\f(OC,sin30°)＝eq\f(R,sin120°)所以OC＝eq\f(R,2cos30°)＝eq\f(\r(3)R,3)在△OCD中可得d＝OD＝OCtan30°＝eq\f(R,3)(2)由于单色蓝光比单色红光波长小、折射率n大，所以向O点偏折更明显，d将减小．答案：(1)eq\f(R,3)(2)小15．(2022·南京模拟)如图13图13所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝，求：(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面射出时的折射角．(结果可用三角函数表示)解析：(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r，r＝30°，图14根据n＝eq\f(sini,sinr)得sini＝nsinr＝×sin30°＝，i＝.(2)根据n＝eq\f(c,v)，得v＝eq\f(c,n)＝eq\f(