2020物理高考備考專題《光學》(原卷版)

專題十二光學考情解讀熟練利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路圖．加深對折射率、全反射、臨界角概念的理解．并能結合實際，解決問題．同時應注意對物理規(guī)律的理解和對物理現象、物理情景和數學幾何知識結合的分析能力的培養(yǎng)．物理光學部分應遵循歷史發(fā)展線索，理解干涉、衍射、偏振等現象，并能解釋生活中的相關物理現象．光的偏振、激光這些內容，與生產、生活、現代科技聯系密切，應學以致用．重點知幟梳理知識點一、幾何光學的常見現象項目內容折射定律(1)三線共面(2)分居兩側sin0(3)入射角正弦與折射角正弦之比為常數而1=n折射率sin0定義式:光從真空進入介質時n—拓孑折射率C決定式:n—i物理意義:描述透明介質對光線的偏折作用,n越大，折射光線偏離入射方向的夾角越大全反射發(fā)生條件:(1)從光密介質進入光疏介質(2)入射角大于或等于臨界角，即01>C1臨界角：sinC—n光的色散產生原因：(1)太陽光是復色光；(2)不同的色光折射率不同規(guī)律:光的頻率越大，折射率越大紅光f紫光:折射率逐漸增大,在介質中的速度逐漸減小；(3)臨界角逐漸減小;波長逐漸減小

常見光平行玻璃板：(1)出射光線與入射光線平行;(2)出射光線發(fā)生側移學兀件棱鏡：(1)光線向底邊偏折;(2)能發(fā)生色散的特點全反射棱鏡：(1)垂直于直角邊射入，出射光線方向改變90°;(2)垂直于斜邊射入，出射光線方向改變180°知識點二、光的干涉、衍射和偏振現象項目內容光的干涉雙縫干涉產生條件:兩光源頻率相等，相位差恒定1出現明暗條紋的條件:路程差As=nX,明條紋;As=(n+，)人暗條紋1相鄰條紋間距:Ax=M入光的干涉薄膜干涉產生原因：冋一束光分別經薄膜的前后表面反射的光疊加而成規(guī)律:經薄膜上厚度相等的位置反射的光疊加后在同一干涉條紋上相鄰條紋間距與波長成正比，與斜面傾角成反比應用:(1)光干涉法檢查平面的平整度1(2)在光學鏡頭上涂增透膜d=°入光的衍射明顯衍射條件障礙物或孔的尺寸跟光的波長差不多或者比光的波長小衍射現象單縫衍射:中間條紋亮、寬;兩側條紋暗、窄;波長越長，條紋越寬，間距越大圓孔衍射:明暗相間的圓形條紋圓板衍射:圓形陰影的外側是明暗相間的圓形條紋，中間是亮斑(泊松亮斑)

光的偏振偏振片有特定的透振方向，自然光通過后成為偏振光，兩偏振光片平行時透過的光最強，垂直時最弱【特別提醒】(1)光的干涉和衍射現象說明光具有波動性,光的偏振現象說明光是橫波.(2)光的干涉條紋和光的衍射條紋的最大區(qū)別是研究條紋間距是否均勻,中央條紋和兩側條紋的亮度是否相同.知識點三、光電效應及光的波粒二象性項目內容光電效應概念金屬在光(包括不可見光)的照射下發(fā)射電子的現象規(guī)律每種金屬都有一個極限頻率,v3v0時才會發(fā)生光電效應光電子的最大初動能與光強無關，隨v的增大而增大光電效應的產生幾乎是瞬時的飽和光電流與光強成正比光電效應解釋光子說:(1)光在傳播時是一份一份的，每份叫一個光子；(2)光子能量E=hv,h=6.63"0—34J?S逸出功:電子脫離金屬時克服原子核引力做功的最小值W=hv光強:P=nhv光電效應方程:Ek=hv—W每個實物粒子對應一種波，叫物質波物質波h物質波的波長x=波粒二象性概率波:只能預測粒子在某區(qū)域出現的概率，概率符合波動規(guī)律高頻考點炎放高頻考點一、光的折射、全反射例1.(2019?天津卷)某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。下列哪些措施能夠提高實驗準確程度。選用兩光學表面間距大的玻璃磚選用兩光學表面平行的玻璃磚選用粗的大頭針完成實驗插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，【變式探究】某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n.如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑.該同學測得多組入射角i和折射角r,作出sini－sinr圖象如圖乙所示，則()光由A經O到B,n=1.5光由B經O到A,n=1.5光由A經O到B,n=0.67光由B經O到A,n=0.67【變式探究】直線P1P2過均勻玻璃球球心O,細光束a、b平行且關于P]P2對稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖所示.a、b光相比（）b*_/玻璃對a光的折射率較大玻璃對a光的臨界角較小b光在玻璃中的傳播速度較小b光在玻璃中的傳播時間較短高頻考點二、光的折射、全反射的計算例2.（2019?新課標全國III卷）如圖，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，ZA=90°,ZB=30。。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進入棱鏡，然后垂直于AC邊射出。1）求棱鏡的折射率；

(2)保持AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直至IjBC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。【舉一反三】(2018?高考全國卷II)如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，ZA=90°,ZB=60°.一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經AB邊的F點射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點.不計多次反射.求出射光相對于D點的入射光的偏角；為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？【變式探究】如圖所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,ZA=30°,ZB=60°.—束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點射出.若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等.求三棱鏡的折射率；在三棱鏡的AC邊是否有光線透出，寫出分析過程.(不考慮多次反射)【變式探究】一個半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示.玻璃的折射率為n=\：2.(1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？(2)一細束光線在O點左側與O相距23r處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點的位置.高頻考點三、光的干涉例3.（2018年北京卷）用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后干涉條紋消失彩色條紋中的紅色條紋消失中央條紋變成暗條紋中央條紋變成紅色【變式探究】如圖所示是a、b兩光分別經過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，貝y（）在同種均勻介質中，a光的傳播速度比b光的大從同種介質射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應時，a光的飽和電流大若兩光均由氫原子能級躍遷產生，產生a光的能級能量差大【變式探究】以下說法正確的是（）真空中藍光的波長比紅光的波長長天空中的彩虹是由光的干涉形成的光纖通信利用了光的全反射原理機械波在不同介質中傳播，波長保持不變高頻考點四光的衍射及偏振現象例4、（2019?江蘇卷）將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填“折射”“干涉”或“衍射”）.當縫的寬（選填“遠大于”或“接近”）光波的波長時，這種現象十分明顯。舉一反三】抽制高強度纖維細絲可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示，激光束越過細絲時產生的條紋和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫規(guī)律相同．觀察光束經過細絲后在光屏上所產生的條紋即可判斷細絲粗細的變化，下列敘述中正確的是（）A.這里應用的是光的衍射現象B.這里應用的是光的干涉現象C.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變粗D.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲變細【變式探究】如圖所示，電燈S發(fā)出的光先后經過偏振片A和5人眼在P處迎著入射光方向，看不到光亮，則（）圖中a光為偏振光圖中b光為偏振光以SP為軸將B轉過180°后，在P處將看到光亮以SP為軸將B轉過90°后，在P處將看到光亮真題感悟（2019?北京卷）利用圖1所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是圖1*III111IIH1II甲乙甲對應單縫，乙對應雙縫甲對應雙縫，乙對應單縫都是單縫，甲對應的縫寬較大都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大

（2019?北京卷）光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第14.0弱290.9-一一24.0中430.9組34.0強600.9第46.0弱272.9-二二56.0中402.9組66.0強552.9由表中數據得出的論斷中不正確的是兩組實驗采用了不同頻率的入射光兩組實驗所用的金屬板材質不同若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動能為1.9eV若入射光子的能量為5.0eV,相對光強越強，光電流越大（2019?天津卷）某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī),筆，白紙。下列哪些措施能夠提高實驗準確程度。選用兩光學表面間距大的玻璃磚選用兩光學表面平行的玻璃磚選用粗的大頭針完成實驗插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是③該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點0為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN'的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示,則玻璃的折射率n=。（用圖中線段的字母表示）（2019?江蘇卷）將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填“折射”“干涉”或“衍射”）.當縫的寬度（選填“遠大于”或“接近”）光波的波長時，這種現象十分明顯。（2019?新課標全國II卷）某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光：調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋。回答下列問題：濾光屏轉輪且鏡光源單'縫遮爲△測曲雙縫濾光屏轉輪且鏡光源單'縫遮爲△測曲雙縫厶（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可；將單縫向雙縫靠近將屏向靠近雙縫的方向移動將屏向遠離雙縫的方向移動使用間距更小的雙縫（2）若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為1，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Ax，則單色光的波長X=；（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為nm（結果保留3位有效數字）。（2019?新課標全國I卷）如圖，一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面m。距水面4m的湖底P點發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為3°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率為4。3

（1）求桅桿到P點的水平距離；（2）船向左行駛一段距離后停止，調整由P點發(fā)出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45。時，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離。左T3面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離。左T3m丄4^m右7.（2019?新課標全國III卷）如圖，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，ZA=90°,ZB=30°o一束光線（2）保持AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。8.（2019?江蘇卷）如圖所示，某L形透明材料的折射率n=2o現沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為久為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣，求〃的最大值.（2019?北京卷）利用圖1所示的裝置（示意圖），觀察光的干涉、衍射現象，在光屏上得到如圖2中甲和乙兩種圖樣。下列關于P處放置的光學元件說法正確的是t*Ji■111IIIIIH1II甲乙IS!2甲對應單縫，乙對應雙縫甲對應雙縫，乙對應單縫都是單縫，甲對應的縫寬較大都是雙縫，甲對應的雙縫間距較大（2019?北京卷）光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第14.0弱290.9-一一24.0中430.9組34.0強600.9第46.0弱272.9-二二56.0中402.9組66.0強552.9由表中數據得出的論斷中不正確的是兩組實驗采用了不同頻率的入射光兩組實驗所用的金屬板材質不同若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動能為1.9eV若入射光子的能量為5.0eV,相對光強越強，光電流越大（2019?天津卷）某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī),筆，白紙。下列哪些措施能夠提高實驗準確程度。選用兩光學表面間距大的玻璃磚選用兩光學表面平行的玻璃磚選用粗的大頭針完成實驗插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實驗操作正確的是該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN的垂線，垂足分別為C、D點，如圖所示，則玻璃的折射率n=。（用圖中線段的字母表示）（2019?江蘇卷）將兩支鉛筆并排放在一起，中間留一條狹縫，通過這條狹縫去看與其平行的日光燈，能觀察到彩色條紋，這是由于光的（選填“折射”“干涉”或“衍射”）.當縫的寬度（選填“遠大于”或“接近”）光波的波長時，這種現象十分明顯。（2019?新課標全國II卷）某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光源正常發(fā)光：調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：雙縫屏/轉輪雙縫屏/轉輪丄一且鏡單縫（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數，該同學可；將單縫向雙縫靠近將屏向靠近雙縫的方向移動將屏向遠離雙縫的方向移動使用間距更小的雙縫（2）若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為1，測得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Ax,則單色光的波長X=；（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測單色光的波長為nm（結果保留3位有效數字）。（2019?新課標全國I卷）如圖，一艘帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面m。距水面4m的湖底P點發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率為4。3（1）求桅桿到P點的水平距離；（2）船向左行駛一段距離后停止，調整由P點發(fā)出的激光束方向，當其與豎直方向夾角為45。時，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離。7.（2019?新課標全國III卷）如圖，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，ZA=90°,ZB=30。。一束光線（1）求棱鏡的折射率；（2）保持AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。8.（2019?江蘇卷）如圖所示，某L形透明材料的折射率n=2?，F沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為久為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣，求〃的最大值.（2018年北京卷）用雙縫干涉實驗裝置得到白光的干涉條紋，在光源與單縫之間加上紅色濾光片后干涉條紋消失彩色條紋中的紅色條紋消失中央條紋變成暗條紋中央條紋變成紅色（2018年江蘇卷）兩束單色光A、B的波長分別為，且；運＞訂，則（選填“A”或“B”）在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大.用同一裝置進行楊氏雙縫干涉實驗時，可以觀察到（選填“A”或“B”）產生的條紋間距較大．（2018年全國I卷）如圖，AABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，ZA=30°,一束紅光垂直AB邊射入,從AC邊上的D點射出，其折射角為60°，則玻璃對紅光的折射率為。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線在D點射出時的折射射角（“小于”“等于”或“大于”）60°o4.（2018?高考全國卷II）如圖，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，ZA=90°，ZB=60°.一細光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經AB邊的F點射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點.不計多次反射.（1）求出射光相對于D點的入射光的偏角；（2）為實現上述光路，棱鏡折射率的取值應在什么范圍？【2017?北京卷】如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)镮、b兩束單色光。如果光束b是藍光，則光束a可能是

紅光B.黃光C.綠光D.紫光【2017?天津卷】明代學者方以智在《陽燧倒影》中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有數棱則必有一面五色”，表明白光通過多棱晶體折射會發(fā)生色散現象。如圖所示，一束復色光通過三棱鏡后分解成兩束單色光a、b,下列說法正確的是右增大入射角i,則b光先消失在該三棱鏡中a光波長小于b光a光能發(fā)生偏振現象，b光不能發(fā)生若a、b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應，則a光的遏止電壓低【2017?北京卷】物理學原理在現代科技中有許多重要應用。例如，利用波的干涉，可將無線電波的干涉信號用于飛機降落的導航。如圖所示，兩個可發(fā)射無線電波的天線對稱地固定于飛機跑道兩側，它們類似于楊氏干涉實驗中的雙縫。兩天線同時都發(fā)出波長為殲和入2的無線電波。飛機降落過程中，當接收到片和入2的信號都保持最強時，表明飛機已對準跑道。下列說法正確的是天線發(fā)出的兩種無線電波必須一樣強導航