热点专题高考三轮冲刺讲解专题十六光学.pptx
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1、1.掌握光的折射定律,理解折射率,掌握折射率与光速的关系.2.掌握全反射的概念及发生全反射的条件,能运用全反射解释有关光学现象.3.理解光的干涉现象产生的条件,掌握双缝干涉条纹间距公式.4.掌握光发生明显衍射的条件和各种衍射图样.第1页/共122页 光的折射和反射现象的应用【典例1】(2011浙江高考)“B超”可用于探测人体内脏的病变状况.如图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图.超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似.可表述为 (式中1是入射角,2是折射角,v1、v2分别是超声第2页/共122页波在肝外和肝内的传播速度),超声波在肿瘤表面发生反射时
2、遵循的规律与光的反射规律相同.已知v2=0.9v1,入射点与出射点之间的距离是d,入射角为i,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行,则肿瘤离肝脏表面的深度h为()第3页/共122页【审题视角】解答本题可按以下程序分析:第4页/共122页【精讲精析】超声波沿如图所示路线传播,根据又因为v2=0.9v1,可得sin=0.9sini.又因为在直角三角形中,所以:D正确.答案:D第5页/共122页【命题人揭秘】解决光的折射和反射问题的关键(1)正确作出光路图.(2)确定出折射角、反射角和入射角.(3)根据光的反射定律和折射定律求解.第6页/共122页 光的折射和全反射现象的应用【典例2】(2010重庆高考)
3、如图所示,空气中有一折射率为 的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90、半径为R的扇形OAB,一束平行光平行于横截面,以45入射角照射到OA上,OB不透光,若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,则弧AB上有光透出部分的弧长为()第7页/共122页【审题视角】解答本题时,应注意以下三点:【关键点】(1)利用临界角公式求临界角.(2)根据折射定律求出折射角并画出光路图.(3)确定能从弧AB射出的边界光线.第8页/共122页【精讲精析】光路图如图所示,设在E点恰好发生全反射,由sinC=可求得C=45,又由折射定律 得2=30,故AOE=180-120-45=15.弧AB上有光透出的部分弧长ED为 故B正确.
4、答案:B第9页/共122页【命题人揭秘】应用光的折射定律解题的一般思路(1)画出比较准确的光路图,分析边界光线或临界光线,找出入射角和折射角.(2)利用几何关系和光的折射定律求解.(3)注意在折射现象中,光路是可逆的.第10页/共122页 光的折射和色散现象【典例3】(2011福建高考)如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失.在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是()第11页/共122页A.减弱
5、、紫光 B.减弱、红光C.增强、紫光 D.增强、红光【审题视角】解答本题时,可按以下思路分析:【精讲精析】由于入射点由A向B缓慢移动,入射角增大,因此反射光增强,折射光减弱,A、B错.紫光折射率大,临界角小,由此可知在光屏上最先消失的是紫光,C对D错.故选C.答案:C第12页/共122页【命题人揭秘】不同色光在介质中的传播规律颜色颜色红红 橙橙 黄黄 绿绿 蓝蓝 靛靛 紫紫频率频率低低高高同一介质折射率同一介质折射率小小大大同一介质中速度同一介质中速度大大小小同一介质中波长同一介质中波长大大小小同一界面上临界角同一界面上临界角大大小小第13页/共122页 光的干涉现象【典例4】(2012福建高
6、考)在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图):第14页/共122页(1)下列说法哪一个是错误的_.(填选项前的字母)A.调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时,应放上单缝和双缝B.测量某条干涉亮纹位置时,应使测微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐C.为了减少测量误差,可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a,求出相邻两条亮纹间距第15页/共122页(2)测量某亮纹位置时,手轮上的示数如图,其示数为_mm.第16页/共122页【审题视角】解答本题时应明确以下三点:【关键点】(1)实验操作步骤及目的.(2)亮条纹间距的理解.(3)螺旋测微器主刻度半毫米刻度是否露出.第17页/共122页【精
7、讲精析】(1)应先调节光源高度、遮光筒中心及光屏中心后再放上单、双缝,A选项不正确.目镜分划板中心应与亮纹中心对齐,使得移动过程测出的条纹间距较为准确,B选项正确.目镜移过n条亮纹,则亮条纹间距 C选项正确,故选A.(2)主尺读数是1.5 mm,螺旋读数是47.00.01 mm,因此示数为1.970 mm.答案:(1)A (2)1.970第18页/共122页【命题人揭秘】单缝衍射与双缝干涉的区别 现现 象象项项 目目单缝衍射单缝衍射双缝干涉双缝干涉不不同同点点条纹宽度条纹宽度条纹宽度不等,中央条纹宽度不等,中央最宽最宽条纹宽度相等条纹宽度相等条纹间距条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹间距不等
8、各相邻条纹等间距各相邻条纹等间距亮度情况亮度情况中央条纹最亮,两边中央条纹最亮,两边逐渐变暗逐渐变暗清晰条纹,亮度基清晰条纹,亮度基本相等本相等相同点相同点干涉、衍射都是波特有的现象,都属于波的干涉、衍射都是波特有的现象,都属于波的叠加;干涉、衍射都是明暗相间的条纹叠加;干涉、衍射都是明暗相间的条纹第19页/共122页 光的波动性和粒子性【典例5】(2011新课标全国卷)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x,若x甲x乙,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
9、的光子能量D.在同一均匀介质中甲光的传播速度大于乙光第20页/共122页【审题视角】解答本题时,应注意以下两点:【关键点】(1)明确干涉现象发生的条件.(2)明确光子的能量与光子的频率有关.【精讲精析】偏振现象是横波特有的现象,甲、乙两单色光都可以有偏振现象发生,A错;由x甲x乙,x=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:B、D第21页/共122页【命题人揭秘】本题考查光的波动性和粒子性,综合考查光的偏振、干涉、不同频率的光在同一介质中的传播速度以及光子的能量问题,在备考时要对知识点进行全面复习.第22页/
10、共122页 光的干涉、折射和全反射现象【典例6】(2009福建高考)光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用,下列说法正确的是()A.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C.在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象D.光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象第23页/共122页【审题视角】深刻认识不同光学现象在实际生活中的应用,理解光的折射、全反射、干涉现象.【精讲精析】用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度,是利用光的薄膜干涉现象,A错误;用三棱镜观察白光看到的彩色图样利用的是光的折射形成的色散现象,B错误;在光导纤
11、维束内传送图像利用的是光的全反射现象,C错误;光学镜头上的增透膜利用的是光的薄膜干涉现象,D正确.答案:D第24页/共122页【命题人揭秘】研究光现象在实际生活中的应用时应注意:(1)光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹,但形成本质不同,干涉、衍射是光的叠加,色散是同一介质对不同色光的折射率不同形成的.(2)区分干涉和衍射,关键是理解其本质,实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分.(3)自然光经反射后,就变成了偏振光,平时我们所见的光,除直接从光源射来的以外基本都是偏振光.第25页/共122页 光的直线传播与圆周运动的结合【典例7】(2010浙江高考)宇宙飞船以周期T绕地球做
12、圆周运动时,由于地球遮挡阳光,会经历“日全食”过程,如图所示.已知地球的半径为R,地球质量为M,引力常量为G,地球自转周期为T0.太阳光可看做平行光,宇航员在A点测出地球的张角为,则()第26页/共122页A.飞船绕地球运动的线速度为B.一天内飞船经历“日全食”的次数为T/T0C.飞船每次经历“日全食”过程的时间为T0/(2)D.飞船周期为【审题视角】利用光的直线传播规律作出光路图以及明确飞船每次经历“日全食”时的运动情景和边界光线是解决本题的关键.第27页/共122页【精讲精析】设卫星到地心的距离为r,由几何关系知:sin(/2)=解得:所以 A正确;得 ,D正确.飞船每次经历“日全食”过程
13、的时间为飞船转过角所需的时间,即T/(2),C错误;一天内飞船经历“日全食”的次数为T0/T,B错误.答案:A、D第28页/共122页【命题人揭秘】本题将天体运动与光学问题综合在一起,是很新颖的一道题目.解答本题的关键是搞清圆周运动的运动特征与受力特征,同时利用几何知识求出每次经历“日全食”时飞船转过的角度.第29页/共122页 与折射率有关的计算【典例8】(2011新课标全国卷)一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银(图中粗线),O表示半圆横截面的圆心.一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出,已知光线在M点的入射角为30,MOA=60,NOB=30.求:(1)光线
14、在M点的折射角;(2)透明物体的折射率.第30页/共122页【审题视角】解答本题时,应注意以下两点:【关键点】(1)根据光的折射定律画出光路图.(2)运用几何知识和三角函数的知识进行求解.第31页/共122页(1)如图,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面AOB对称,Q、P、N三点共线.设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,OMQ=,PNF=,根据题意有=30 由几何关系得,PNO=PQO=r,于是+r=60 且+r=由式得r=15 第32页/共122页(2)根据折射率公式有:n=由式得n=答案:(1)15 (2)第33页/共122页【阅卷人点拨】失失分分提提示示(1)(1)不
15、能够正确地画出几何光路图不能够正确地画出几何光路图.(2)(2)不能正确地确定不能正确地确定P P的位置的位置.(3)(3)利用折射率公式计算时角度弄错利用折射率公式计算时角度弄错.备备考考指指南南(1)(1)在复习中应加强对规范作光路图能力的培养在复习中应加强对规范作光路图能力的培养.(2)(2)培培养养灵灵活活运运用用几几何何知知识识和和三三角角函函数数的的知知识识解解决决几几何何光光学问题的能力学问题的能力.第34页/共122页 光的折射与全反射高考指数:1.(2011重庆高考)在一次讨论中,老师问道:“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测
16、发现,b 在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大.关于这三种光在水中的性质,同学们能做出什么判断?”有同学回答如下:c光的频率最大 a光的传播速度最小 b光的折射率最大 a光的波长比b光的短第35页/共122页根据老师的假定,以上回答正确的是()A.B.C.D.【解析】选C.根据视深公式 说明频率最小的光,水对它的折射率最小,在水下的像最深,所以b的折射率最小,频率最小,波长最大,传播速度最大,错误,正确;照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足 又 c照亮水面的面积比a的大,则c的临界角大,水对c的折射率小,所以a的折射率最大,a的频率最大,a的传播速度最小,错误,正确.所以正确的说法是和,
17、故选C.第36页/共122页2.(2010全国卷)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示,下列说法正确的是()A.单色光1的波长小于单色光2的波长B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角第37页/共122页【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)理解不同光的颜色是由频率决定的.(2)明确同一介质对不同色光的折射率是不同的.第38页/共122页【解析】选A、D.由题图可知,光线1的折射率大,频率高,波长
18、小,在介质中传播速度小,因而产生全反射的临界角小.选项A、D正确,B错误.设玻璃板的厚度为d,由 在玻璃板中传播的距离 传播的速度 所以光在玻璃板中传播的时间 光线1的折射角小,所经历的时间应该长,选项C错误.第39页/共122页3.(2010新课标全国卷)如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角ABC,A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为()第40页/共122页【解析】选A.根据折射率定义有,sin1=nsin2,nsin3=1,已知1=45,又2+3=90,解得:n=.第41页/共122页4.(20
19、11江苏高考)一束光从空气射向折射率为 的某种介质,若反射光线与折射光线垂直,则入射角为_.真空中的光速为c,则光在该介质中的传播速度为_.【解析】光路图如图所示.根据折射定律:及i+r=90,得tani=,i=60,根据 得答案:60 第42页/共122页5.(2012山东高考)如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径.来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射.已知ABM=30,求:(1)玻璃的折射率.(2)球心O到BN的距离.第43页/共122页【解析】(1)设光线BM在M点的入射角为i,折射角为r,由几何知识可知,i=30,r=60,
20、根据折射定律得n=代入数据得n=(2)光线BN恰好在N点发生全反射,则BNO为临界角CsinC=设球心到BN的距离为d,由几何知识可知d=RsinC 联立式得d=答案:(1)(2)第44页/共122页6.(2012新课标全国卷)一玻璃立方体中心有一点状光源.今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体.已知该玻璃的折射率为 ,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值.第45页/共122页【解析】将题所描述的光现象的立体图转化为平面图,考虑从玻璃立方体中心O发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射,如图所示,根据折射定律有nsin=sin 式中,
21、n是玻璃的折射率,入射角等于,是折射角.现假设A点是上表面表面积最小的不透明薄膜边缘上的一点.由题意,在A点刚好发生全反射,故A=第46页/共122页设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有 式中a为玻璃立方体的边长.由式得 由题给数据得 由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是以RA为半径的圆.所求的镀膜面积S与玻璃立方体的表面积S之比为 由得 答案:第47页/共122页7.(2011海南高考)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=0.6 m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8 m处有一浮标,示意如图.一潜水员在浮标前方s2=3.0
22、 m 处下潜到深度为h2=4.0 m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=4.0 m,恰好能看见Q.求:(1)水的折射率n;(2)赛艇的长度l.(可用根式表示)第48页/共122页【解析】(1)如图甲所示,第49页/共122页(2)刚好看到Q点时的光路图如图乙所示.x=s1+s2+l y=h2+h sinC=n=联立以上方程解得答案:第50页/共122页8.(2011山东高考)如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角AOB=60.一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB.(1)求介质的折射率.(2)折射光线中恰好射到M点的光线_
23、(选填“能”或“不能”)发生全反射.第51页/共122页【解析】(1)依题意作出光路图,如图甲所示.由几何知识知入射角i=60,折射角r=30.根据折射定律 代入数据求得(2)如图乙所示,i=30,sini=而iC,所以不能发生全反射.答案:(1)(2)不能第52页/共122页【方法技巧】用程序法解决光的折射与全反射问题的一般思路(1)根据已知条件作光路图.(2)确定入射角、折射角.(3)运用折射定律或全反射规律列出方程.(4)求解作答.第53页/共122页9.(2010山东高考)如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在
24、弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出.(1)求该玻璃棒的折射率.(2)若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时_(选填“能”、“不能”或“无法确定能否”)发生全反射.第54页/共122页【解析】(1)如图所示,单色光照射到EF弧面上时恰好发生全反射,由全反射的条件可知C=45由折射定律得解得n=(2)若将入射光向N端平移,则光射至EF弧面上的入射角大于临界角C,故能发生全反射.答案:(1)(2)能第55页/共122页10.(2010江苏高考)如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上表面的A点射出.已知入射角为i,A与O 相距l,介质的折射率为n,试求介
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