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1、6版权所有2011安徽高考光学复习指导【命题趋向】高考对光学的考查在折射率、全反射现象的分析、光的干涉和光电效应，光子能量等知识点命题频率较高，其次是波长、波速和频率的关系，常见的题型是选择题。【考点透视】 一 几何光学1光的反射及平面镜成像：光的反射遵守反射定律，平面镜成成等大正立的虚像，像和物关于镜面对称。2光的折射和全反射（1）光的折射定律：（和分别为入射角和折射角）。（2）折射率：当光从真空射人介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，其值还等于光在真空中传播速度与介质中传播速度的比值，即。（3）光的色散：把分解为的现象叫光的色散。复色光-白光通过棱镜后，被分解为各种单色光。光
2、的颜色由光的频率决定，各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同媒质中，光的频率不变。同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。不同频率的色光在真空中传播速度相同为，但在其它媒质中速度各不相同，同一种媒质中。由于单色光在不同介质中传播时速度要变化，因此波长也要变化。（4）全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，折射光线消失，入射光全部反射到原来的介质中，这种现象叫全反射。全反射的条件：（1）光线从光密介质射向光疏介质，（2）入射角大于临界角。光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于900时入射角叫临界角，。二 光的本性1光的波动性：光的干涉、衍射现象表明光具有波动性，光的偏振
3、现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质光是电磁波。 （1）光的干涉条件：频率相同的两光源发出的光在空间相遇。双缝干涉：若用单色光，则在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹，条纹间距与波长、屏到双缝的距离和双缝间距有关，满足。若用白光，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的。（2）光的衍射：光偏离直线传播，绕到障碍物后继续传播的现象叫做光的衍射，发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比光波波长小或相差不多。单缝衍射：若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出
4、现亮度逐渐衰减的彩色条纹。（3）光的偏振在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光。 高考中光学命题频率最高的知识点，是几何光学中不同色光的折射和光的全反射问题.【例题解析】题型一 光的折射定律的应用例1(2008，全国卷II)一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离.在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是()A.红光以30的入射角入射 B.红光以45的入射角入射 C.紫光以30的入射角入射D.紫光以45的入射角入射解析 画出光的两次折射光路如图1，由题意可知O2A
5、为侧移距离x，据几何关系有，又有,(1)若为同一单色光即n相同时，则i增加且i比r增加得快，进而知sin(i-r)0且增加、且增加，故A、C项错误.(2)若入射角相同，则由、式可得.进而知n增加时x增加，故B项错误，D项正确.答案 D点评 本题考查了光折射公式等基本知识以及应用数学处理物理问题的能力；解答几何光学题的主要方法是先正确画出光路图，再由光路图中的几何关系求解边、角等物理量.题型二 利用全反射条件求解临界问题例2(2008，重庆理综) 图2是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线
6、.已知该棱镜的折射率，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线()A.不能从圆弧NF1射出B.只能从圆弧NG1射出C.能从圆弧G1H1射出D.能从圆弧H1M射出解析 由棱镜的折射率知其临界角C满足，又由几何知识可求出GG1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光线全部发生全反射，所以光线只能从圆弧NG1射出.答案 B点评 本题考查了光的全反射知识及学生分析推理能力，为中等难度题目.解题关键是确定光线在什么位置发生全反射.例1从桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示，有一半径为r的圆柱形平行光速垂直入射到圆锥的底面上，光束的
7、中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为（）Ar B1.5rC2rD2.5r解析：因为，则临界角有。而入射角为，所以有C600。此时光线在第一个界面上发生全反射后垂直射在相对一侧的界面上，直线射出，如图所示，由几何知识可得，故半径2r。点评：对全反射现象分析时需要进行判断、推理、运用几何关系作图，熟练掌握平面境、平行玻璃砖、棱镜，全反射棱镜等光具对光路的改变规律有助于对此类问题的快速求解。例2先后用甲、乙两种不同的单色光，在相同的条件下用同一双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中甲光间距较大。则甲光比乙光（ C ）在真空中的波长短 在玻璃
8、中传播速度大在玻璃中传播时，玻璃的折射率大 其光子能量小A B C D解析：甲的双缝干涉条纹间距比乙大，表明甲在真空中的波长比乙长，由知，甲的频率比乙的低，光子的能量小，在玻璃中的折射率小；由知在玻璃中甲的传播速度较大，所以正确选项是C。点拨：对光的本性的考查一般知识跨度较大，这就要求考生除了记住重要结论之外，还要能抓住相关物理量间的联系。光的折射 例题13.如图16所示，一储油圆桶底面直径和高均为，桶内无油时，从点恰好看到桶底边缘上的点，当桶内盛油的深度等于桶高的一半时，在点沿方向看去，恰好看到桶底上的点，其中。由此可求得这种油的折射率，光在油中的传播速度。解析：依题意，桶内无油时，点射出的
9、光线经油桶边缘到达点，当桶内盛油时，从点射出的光线在油面上折射后，也沿方向射到点,如图17所示，其中为入射光线，为折射光线，则由光路可逆和折射定律得 . 由几何关系得 ，所以 又 故 命题解读：桶内无油时光线沿方向，油深为桶高度的一半时，折射光线仍沿方向，这就决定了界面上光线入射点的位置，从而根据几何知识也就很容易地解决了入射角和折射角。正确理解题意，找出入射点是顺利解决该题的前提。光的干涉和衍射 例题14.如图18是双缝干涉实验的装置，使用波长为的橙色光照射时，在光屏上的点和点上方的点恰好形成两条相邻的亮条纹。若使用波长为的紫光重复上述实验，则在点和点形成明、暗条纹的情况是.点和点都是亮条纹
10、 .点是亮条纹，点是暗条纹.点是暗条纹，点是亮条纹 .点和点都是暗条纹解析：由形成明、暗条纹的条件可知，无论换成哪种波长的色光做这个实验，光程差 所以在与光源正对的点总是形成亮条纹。依题意，用波长为的橙色光照射时，点形成的亮条纹是第一级亮条纹，则有 ,对紫光来说，有所以，此时在点将会出现暗条纹。正确答案为。知识链接：能够发生干涉的两列光波叫做相干光波，产生相干光波的两个光源叫做相干光源。光波的干涉并不是两列光的简单混合，即便是同种色光，也要保证它们的频率必须相同，否则，两列光波的强度再大也不会发生干涉现象。要记住产生明、暗条纹的条件，掌握其应用。光的干涉现象证实了光是一种波，和前面学过的机械波
11、、电磁波一样，具有波所特有的性质。光的色散和全反射 例题16.如图20所示，某玻璃三棱镜的顶角为，恰好为黄光的临界角。当白光通过三棱镜发生色散，在光屏上形成彩色光带后，把白光的入射角逐渐减小到零的过程中，在光屏上会观察到.光屏上最先消失的是紫光 .最后在光屏上左边是紫光，但光屏上无黄光.光屏上，最后右边是紫光 .光屏上，最后右边是黄光解析：三棱镜由于玻璃对不同色光的折射率不同，导致了不同色光的偏折角不同而发生色散，从而形成彩色光带（光谱）。玻璃对紫光的折射率最大，所以紫光的偏折角最大，而紫光的临界角最小，所以它首先在面上发生全反射后，再从面上折射到光屏上。当时，白光射到面上的入射角为，此时黄光
12、的折射角为，恰好沿面射到光屏的右端。而频率高于黄光的绿、蓝、紫光均发生全反射射到面上，它们的入射角相同，射出面时折射角最大的是紫光，所以光屏的左边是紫光。由以上分析可知，选项、正确。命题解读：该题既涉及到色散，又涉及到光的全反射。当白光的入射角逐渐减小到零的过程中，在面上各种色光的入射角在逐渐增大，这就意味着各种色光在面上的反射增强，而折射光减弱，故在光屏上能逐渐观察到各种色光的存在，这样就只能分析光屏上消失的光和光屏上左边光的颜色。例题24.用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，某同学画好玻璃砖的界面和后，实验过程中不慎将玻璃砖向上平移了一些，如图25所示，而实验的其它操作均正确，则测得
13、的折射率将.偏大 .偏小 .不变 .无法确定解析：该同学确定好了四枚大头针的位置以后，把玻璃砖移走，是按原来画好的两个界面和作光路图的，如图26所示，入射点为，出射点为，即他认为玻璃砖内的折射光线是。而由于做实验过程中，把玻璃砖线上平移到了如图所示的位置上，入射到玻璃砖上表面的光线其实在玻璃砖上表面的点就发射了折射，玻璃砖内的折射光线其实是沿方向的，出射点为。由几何知识可以证明，、和四个点正好构成一个平行四边形，即和是平行的，则对于玻璃砖折射率的计算结果是没有影响的，所以答案为。命题解读：这其实就是一个实验误差的分析问题，用到了光的折射和几何知识。同样的方法可以分析，放置玻璃砖时如果倾斜了，误
14、差将会是怎样的？用双缝干涉测光的波长实验原理：光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后的空间就会相互叠加发生干涉现象，光屏上出现明、暗条纹的位置满足的条件为 其中， 若知道了干涉仪双缝间距，测量出条纹宽度和双缝到屏的距离之后，就可以代入计算出干涉光波的波长。 注意事项： 缝和双缝应相互平行，其中心大致位于遮光通的轴线上。 双缝到光屏的距离可用米尺测量多次求其平均值。测量条纹宽度时，用测量头测出条亮（或暗）条纹间的距离，根据计算出条纹宽度。高考试题解析（09年全国卷）15. 某物体左右两侧各有一竖直放置的平面镜，两平面镜相互平行，物体距离左镜4m，右镜8m，如图所
15、示，物体在左镜所成的像中从右向左数的第三个像与物体的距离是A24m B32m C40m D48m解析：本题考查平面镜成像.从右向左在左镜中的第一个像是物体的像距离物体8cm,第二个像是物体在右镜所成像的像,第3个像是第一个像在右镜中的像在左镜中的像距离物体为32cm. 答案：B（09年全国卷）21. 一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），AB为直角边ABC=45；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则A. 从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光 B. 屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C. 屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度 D. 当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大解析：本题考
