物理人教版高中选修3-4高考物理专题复习《光学》

高考物理专题复习

光学

【命题趋向】

10年考试大纲几何光学对光的直线传播、光导纤维、光的色散等考点为Ⅰ类要求，对光的反射和平面镜成像作图法、光的折射和全反射等考点均为Ⅱ类要求；物理光学对光的本性学说、光的干涉、光的衍射、光的偏振、光谱光谱分析和电磁波谱、光的波粒二象性和物质波、激光等考点为Ⅰ类要求，光电效应和爱因斯坦光电效应方程为Ⅱ类要求。

几何光学的考查重点在光的折射定律，预计在2011年高考中，几何光学出题的可能性非常大，折射定律及全反射问题仍是出题热点。高考对物理光学的考查在光的波动性的各种特性，预计在2011年高考中，物理光学出题的可能性也非常大，光的特性的考查可能结合具体技术应用，光电效应现象及其解释光子说也将是出题的热点。

【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、全反射和临界角：重点应放在能应用光的折射定律和全反射的原理解答联系 实际的有关问题。

3．用折射规律分析光的色散现象：着重理解两点：其一，光的频率（颜色）由光源决定， 与介质无关；其二，同一介质中，频率越大的光折射率越大。

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。在电磁波谱中，波长从大到小排列顺 序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、γ射线，各种电磁波中，除可见光

以外，相邻两个波段间都有重叠，但各种电磁波产生机理不同，表现出来的性质也不同。

2．光的粒子性

（1）光电效应：在光的照射下，从物体发射出电子（光电子）的现象。其规律是：任何 金属都存在极限频率，只有用高于极限频率的光照射金属，才会发生光电效应现象。在 入射光的频率大于金属极限频率的情况下，从光照射到逸出光电子，几乎是瞬时的。光 电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，与光强无关。单位时间内逸出的光电子 数与入射光的强度成正比。

（2） 光子说：即空间传播的光是一份一份地进行的，每一份的能量等于νh （ν为光子 的频率），每一份叫做一个光子。光子说能解释光电效应现象。爱因斯坦光电方程 W h mv m -=ν22

1 3．光的波粒二象性：光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性， 因此光具有波粒二象性。

【例题解析】

题型一 光的反射、光的折射和全反射

题型特点：题目主要考查光的反射定律、光的折射定律和全反射的基本应用，考查对重 要物理现象和物理规律的掌握情况。

解题策略：这类题目一般都有一定的难度。解题时既要抓住基本规律光的折射定律和临 界角公式，还要结合实际图形进行分析，重在形成一个正确的思维过程。

例1．如图所示，P 、Q 是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一 个长方体，一单色光处P 的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材

料的折射率P Q n n >，射到P 上表面的光线与P 的上表面的夹角为θ，下列判断正确的 是 （ ）

A ．光线一定在Q 的下表面发生全反射

B ．光线一定能从Q 的下表面射出，出射光线与下表面

的夹角一定等于θ

C ．光线一定能从Q 的下表面射出，出射光线与下表面

的夹角一定大于θ

D ．光线一定能从Q 的下表面射出，出射光线与下表面

的夹角一定小于θ

解析：光由P 进入Q 时垂直界面，故传播方向不改变，在Q 中的入射角等于P 中的折 射角，11sin P C n =，21sin Q C n =，P Q n n >，∴12C C <，光线在P 中的折射角小于临

界角，故在Q 中不会发生全反射,又sin sin i n r

=，故从Q 中射出时折射角小于射入P 的入 射角，即出射光线与下表面夹角大于θ，正确选项为：C 。

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 光园面的半径匀速增大，则光源正 （ ）

A ．加速上升

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，如下图（a ）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。

如右图(b)所示，取时间t ，则透光圆面

扩大的距离为s t υ=，

由几何知识可得cos cos h s C t C υ==设这段时间内，光源下移的距离L ，由几何关系 可得：cot sin h L t C C

υ==，由上面的表达式可知：cot C υ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。故正确选项为D 。

点拨：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。

变式训练1：abc 为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光

垂

直入射到ac 面上，在ab 面上发生全反射,若光线入射点0的位置保持不变，改变光线的

入射方向(不考虑来自bc 面反向的光线) （ ）

A ．使入射光按图中所示顺时针方向绕O 点逐渐偏转,

如果有色光射出ab 面，则红光将首先射出

B ．使入射光按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果

有色光射出ab 面，则紫光将首先射出

C ．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光

将首先射出ab 面

D ．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab 面 （答案：A ） 题型二 光的波动性问题

题型特点：题目主要考查光的干涉、光的衍射现象，考查对光的波动性现象和根据叠加 原理得出的一些特定条件的掌握情况。

解题策略：这类题目一般都是中等难度和较容易的题。主要包含反映光的波动性的一些 基本现象的识记和用明暗条纹形成条件分析及条纹间距的计算，解题时要识记平时少有 接触的有关公式就能直接进行有关计算。

例3．如图所示，S 1和S 2是杨氏双缝实验装置的两个狭缝，S 是光源，光源发出的光的波长 为0.4000m μ，12SS SS =，，则下列说法正确的是 （ ）

A ．在光屏上的P 位置出现明条纹

B ．若把其中一条狭缝挡住，屏上出现相同的明

暗相间的条纹，只是亮度减半

C ．不论是单缝衍射或双缝干涉或薄膜干涉，都是

色散效应造成的

D ．光通过双缝或单缝产生的明暗相间的条纹，说明光具有波动性

解析:光源S 发出的光同时传到S 1和S 2，S 1和S 2就形成了两个振动情况总是相同的光源， 它们发出的光在屏上叠加，就会出现干涉现象。若S 1、S 2的光到达屏上某位置的路程差

2r r r ∆=-等于波长λ的整数倍时，光在该位置总是波峰跟波峰或波谷跟波谷叠加，就

互相加强，出现明条纹；若△r 等于半个波长2

λ的奇数倍，光在该位置总是波峰跟波谷 叠加，就相互抵消，出现暗条纹。

由于本题给出的621 1.210r r r m -∆=-=⨯，等于波长λ的3倍，所以在P 位置出现明条

纹。

若将S 1或S 2挡住就成为单缝衍射，其明暗相间的条纹与双缝干涉的不同。

单缝衍射或双缝干涉或薄膜干涉所出现的明暗条纹都不是色散效应造成的，而是光的叠

加效应造成的，即单缝衍射是衍射光叠加，双缝干涉是双缝发生的光叠加，薄膜干涉是