2020高考物理月刊專版 專題11 光學綜合 光學專題

1、2020高考物理月刊專版 【命題趨向】2020年考試大綱幾何光學對光的直線傳播、光導(dǎo)纖維、光的色散等考點為類要求，對光的反射和平面鏡成像作圖法、光的折射和全反射等考點均為類要求；物理光學對光的本性學說、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光譜光譜分析和電磁波譜、光的波粒二象性和物質(zhì)波、激光等考點為類要求，光電效應(yīng)和愛因斯坦光電效應(yīng)方程為類要求。幾何光學的考查重點在光的折射定律，預(yù)計在2020年高考中，幾何光學出題的可能性非常大，折射定律及全反射問題仍是出題熱點。高考對物理光學的考查在光的波動性的各種特性，預(yù)計在2020年高考中，物理光學出題的可能性也非常大，光的特性的考查可能結(jié)合具體技術(shù)應(yīng)用，光電效

2、應(yīng)現(xiàn)象及其解釋光子說也將是出題的熱點?！究键c透視】一、幾何光學1光的反射及平面鏡成像：光的反射遵守反射定律，平面鏡成成等大正立的虛像，像和物關(guān)于鏡面對稱。2光的折射、全反射和臨界角：重點應(yīng)放在能應(yīng)用光的折射定律和全反射的原理解答聯(lián)系實際的有關(guān)問題。3用折射規(guī)律分析光的色散現(xiàn)象：著重理解兩點：其一，光的頻率（顏色）由光源決定，與介質(zhì)無關(guān)；其二，同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大。二、光的本性1光的波動性：光的干涉、衍射現(xiàn)象表明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光波為橫波，光的電磁說則揭示了光波的本質(zhì)光是電磁波。在電磁波譜中，波長從大到小排列順序為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、x射線、射線，各種

3、電磁波中，除可見光以外，相鄰兩個波段間都有重疊，但各種電磁波產(chǎn)生機理不同，表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不同。2光的粒子性（1）光電效應(yīng)：在光的照射下，從物體發(fā)射出電子（光電子）的現(xiàn)象。其規(guī)律是：任何金屬都存在極限頻率，只有用高于極限頻率的光照射金屬，才會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。在入射光的頻率大于金屬極限頻率的情況下，從光照射到逸出光電子，幾乎是瞬時的。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，與光強無關(guān)。單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比。（2） 光子說：即空間傳播的光是一份一份地進行的，每一份的能量等于（為光子的頻率），每一份叫做一個光子。光子說能解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。愛因斯坦光電方程3光的波粒二象性

4、：光的干涉、衍射說明光具有波動性，光電效應(yīng)現(xiàn)象表明光具有粒子性，因此光具有波粒二象性?！纠}解析】題型一 光的反射、光的折射和全反射題型特點：題目主要考查光的反射定律、光的折射定律和全反射的基本應(yīng)用，考查對重要物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的掌握情況。解題策略：這類題目一般都有一定的難度。解題時既要抓住基本規(guī)律光的折射定律和臨界角公式，還要結(jié)合實際圖形進行分析，重在形成一個正確的思維過程。例1如圖所示，P、Q是兩種透明材料制成的兩塊相同的直角梯形棱鏡，疊合在一起組成一個長方體，一單色光處P的上表面射入，折射光線正好垂直通過兩棱鏡的界面，已知材料的折射率，射到P上表面的光線與P的上表面的夾角為，下列判斷正確

5、的是（ ）A光線一定在Q的下表面發(fā)生全反射B光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面的夾角一定等于C光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面的夾角一定大于D光線一定能從Q的下表面射出，出射光線與下表面的夾角一定小于解析：光由P進入Q時垂直界面，故傳播方向不改變，在Q中的入射角等于P中的折射角，光線在P中的折射角小于臨界角，故在Q中不會發(fā)生全反射,又，故從Q中射出時折射角小于射入P的入射角，即出射光線與下表面夾角大于，正確選項為：C。例2在完全透明的水下某深處，放一點光源，在水面上可見到一個圓形的透光圓面，若透光園面的半徑勻速增大，則光源正（ ）A加速上升 B加速下降 C勻速上升 D勻速

6、下降系，滿足勻速運動條件，所以，光源向下勻速運動。故正確選項為D。點撥：在解決光的折射問題時，如果光源是動態(tài)的，解此類題目的關(guān)鍵是：通過瞬時(靜態(tài))物理量之間的關(guān)系，找出它們動態(tài)時的變化規(guī)律。變式訓練1：abc為全反射棱鏡，它的主截面是等腰直角三角形，如圖所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上發(fā)生全反射,若光線入射點0的位置保持不變，改變光線的入射方向(不考慮來自bc面反向的光線)（ ）A使入射光按圖中所示順時針方向繞O點逐漸偏轉(zhuǎn),如果有色光射出ab面，則紅光將首先射出B使入射光按圖中所示的順時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，如果有色光射出ab面，則紫光將首先射出C使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)

7、，紅光將首先射出ab面D使入射光按圖中所示的逆時針方向逐漸偏轉(zhuǎn)，紫光將首先射出ab面 （答案：A）題型二 光的波動性問題題型特點：題目主要考查光的干涉、光的衍射現(xiàn)象，考查對光的波動性現(xiàn)象和根據(jù)疊加原理得出的一些特定條件的掌握情況。解題策略：這類題目一般都是中等難度和較容易的題。主要包含反映光的波動性的一些基本現(xiàn)象的識記和用明暗條紋形成條件分析及條紋間距的計算，解題時要識記平時少有接觸的有關(guān)公式就能直接進行有關(guān)計算。例3如圖所示，S1和S2是楊氏雙縫實驗裝置的兩個狹縫，S是光源，光源發(fā)出的光的波長為，則下列說法正確的是（ ） A在光屏上的P位置出現(xiàn)明條紋B若把其中一條狹縫擋住，屏上出現(xiàn)相同的明暗

8、相間的條紋，只是亮度減半C不論是單縫衍射或雙縫干涉或薄膜干涉，都是色散效應(yīng)造成的D光通過雙縫或單縫產(chǎn)生的明暗相間的條紋，說明光具有波動性 若將S1或S2擋住就成為單縫衍射，其明暗相間的條紋與雙縫干涉的不同。單縫衍射或雙縫干涉或薄膜干涉所出現(xiàn)的明暗條紋都不是色散效應(yīng)造成的，而是光的疊加效應(yīng)造成的，即單縫衍射是衍射光疊加，雙縫干涉是雙縫發(fā)生的光疊加，薄膜干涉是兩表面的反射光疊加造成的，而色散是由于同一媒質(zhì)對不同頻率的光的折射情況不同而產(chǎn)生的現(xiàn)象。 光能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，所以光具有波動性。故正確選項為A、D點撥：對于光的干涉，學生往往覺得抽象難懂，如果建立起清晰的物理圖景如例1中的圖，對照圖將光的

9、干涉的知識內(nèi)容一一落實，加深理解，同時要熟記一些相關(guān)知識，如各種色光波長的大小比較，紅光波長大，紫光波長小等。例4如圖所示，圖（a)表示單縫，圖(b)表示雙縫，用某單色光分別照射豎直放置的單縫和雙縫，在縫后較遠位置豎直放置的光屏上可以觀察到明暗相間的條紋(圖中陰影表示明條紋)，如圖(c)(d)所示，下列關(guān)于縫和條紋間關(guān)系的說法中正確的是（ ）A圖(c)表示單縫衍射條紋，圖(d)表示雙縫干涉條紋B單縫S越寬，越不容易觀察到對應(yīng)的明暗條紋C雙縫間距離越短，對應(yīng)條紋間距越小D照射雙縫的單色光波長越短，對應(yīng)條紋間距越大解析：光通過單縫會發(fā)生衍射，通過雙縫會發(fā)生干涉，兩者都會產(chǎn)生明暗相間的條紋，但干涉的

10、條紋寬度都一樣，而衍射的條紋中間寬、兩側(cè)愈來愈窄，所以(c)為干涉條紋，(d)為衍射條紋，對于衍射，縫越窄，條紋愈寬，條紋愈明顯(但亮度逐漸變暗)；而縫越寬，條紋愈模糊，所以A錯、B正確雙縫干涉時，雙縫間距越小，波長越長，條紋愈寬，所以C、D選項都不正確，故本題選項為B。點撥：要正確解答考查光的衍射和雙逢干涉結(jié)合在一起的問題，必須熟練掌握光的衍射和雙縫干涉的特點和區(qū)別，否則，很容易因為識記不清或?qū)υ砝斫獾乃剖嵌沁x擇錯誤的選項。變式訓練2：如圖415所示的4種明暗相間的條紋，分別是紅光、藍光通過同一個雙題型三 光的量子性問題題型特點：題目主要考查光的量子性和愛因斯坦光電效應(yīng)方程，考查對光的量

11、子性和發(fā)生光電效應(yīng)的條件以及結(jié)合其他知識綜合應(yīng)用分析問題的能力。解題策略：這類題目一般都是光子能量頻率光電效應(yīng)光電流聯(lián)系在一起的，解題時一個非常重要的關(guān)鍵就是極限頻率，同時還要考慮帶電粒子在電場中的能量轉(zhuǎn)化的問題有較強的綜合性和嚴密的思維。例5 如圖，當電鍵K斷開時，用頻率為的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于u時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于u時，電流表讀數(shù)為零。其中普朗克常量為h,由此可知陰極材料的逸出功為（ ）A BC D解析：電流表讀數(shù)剛好為零說明剛好沒有光電子能夠到達陽極，光電子逸出后動能全部轉(zhuǎn)化成電勢能可得光電子的最

12、大初動能為。再由光電效應(yīng)方程可知，故正確選項為D。點撥：本題在考察光電效應(yīng)方程的同時考察光子的能量方程，還包含了帶電粒子在電場中運動的能量轉(zhuǎn)化，綜合性很強。變式訓練3：用不同頻率的紫外光分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動能EK隨入射光頻率變化的圖，已知鎢的逸出功是328eV，鋅的逸出功是334eV，若將兩者的圖線畫在一個坐標圖中，用實線表示鎢，虛線表示鋅，則正確反映這一過程的是如下圖所示的（ ）（答案：A）【專題訓練與高考預(yù)測】1如圖所示，兩束單色光以不同的入射角從空氣射入玻璃中。若折射角相同，則下列說法不正確的是（ ）A若此兩種單色光從玻璃射入空氣，則單色光發(fā)生全反射

13、的臨界角較小B若此兩種單色光分別通過相同的障礙物，則單色光比單色光發(fā)生衍射現(xiàn)象明顯C此兩種單色光相比，單色光的光子能量較小D用此兩種單色光分別照射某種金屬，若用單色光照射恰好能發(fā)生光電效應(yīng)，則用單色光照射時一定也能發(fā)生光電效應(yīng)2一束光從真空射到折射率為的某種玻璃的表面，用表示入射角，r表示折射角，則（ ）A當r=30o時，B無論多大，r都小會超過45oC當時，將沒有光線射入到玻璃中D當時，反射光線與折射光線恰好相互垂直3單色光在真空中的波長比單色光b在真空中的波長短，現(xiàn)讓、b兩束光以相同的入時角從空氣中分別射向長方體玻璃磚的同一點(見圖)，此時兩束光都能直接從下表面射出，那么（ ） A從上表面

14、射入時，光的折射角將大于b光的折射角B從下表面射入時，光的折射角將小于b光的折射角C從上表面射出時，光的出射角將大于b光的出射角D將入射角不斷增加，總可以使兩束光在玻璃磚的下表面發(fā)生全反射現(xiàn)象4有關(guān)紅、藍兩束單色光，下列說法正確的是（ ）A在空氣中的波長B在水中的光速C在同一介質(zhì)中的折射率D藍光光子的能量大于紅光光子的能量5在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若雙縫中的一縫前放一紅色濾光片(只能透過紅光)，另一縫前放一綠色濾光片(只能透過綠光)，這時（ ）A只有紅光和綠光的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B紅光和綠光的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依

15、然存在C任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮D屏上無任何光亮8下列說法中,正確的是（ ）A只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性。B單個光子有時也會體現(xiàn)出波動性。C 物質(zhì)波就是，任何一個運動著的物體都有一種波與它對應(yīng)，該波的波長與該物體的 動量成正比。D甲乙兩種單色光均垂直射到一條直光纖的端面上，甲光穿過光纖的時間比乙光的長，則用它們分別作為同一雙縫干涉裝置的光源時，甲光相鄰的干涉條紋間距較大。9如圖3是雙縫干涉實驗裝置示意圖，S為單縫，S1、S2為雙縫，P為屏幕中心，SP垂直照射S，試討論P點和P1點應(yīng)出現(xiàn)亮條紋還是暗條紋?（2）若用白光照射單縫S，并用藍色透明薄紙擋住S1，用黃色透明薄紙擋住S2，試討論P點應(yīng)出現(xiàn)的顏色和屏上最可能出現(xiàn)的情況?！緟⒖冀獯稹?B 解析：由題意，光的頻率大于b光的頻率，所以在同一介質(zhì)中 光的折射率大于b 光的折射率，據(jù)，n大，r小，故從上表面射入時，光的折射角小于b光的折射角；據(jù)光路可逆，出射角等于入射角，且將入射角不斷增加，在玻