2021高考物理二轮复习专题七光学第15讲光学课件

2021高考物理二轮复习专题七光学第15讲光学课件

专题七 　 光学 第 15 讲 　 光学 - 3 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 - 4 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 1 . (2019· 天津卷 ) 右图为 a 、 b 、 c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由 a 、 b 、 c 组成的复色光通过三棱镜时 , 下述光路图中正确的是 ( 　　 ) C 解析 : 由题图可知 b 光发生光电效应时的遏止电压最大 , 由光电效应方程可知 , b 光的频率最大、 a 光的频率最小 , 即 b 光在同一介质中的折射率最大、 a 光的折射率最小 , 故只有选项 C 正确。 - 5 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 光的折射 , 光的折射率 , 光电效应。 能力要求 本题是光的色散和光电效应方程的综合 , 关键要掌握光的色散研究的结果 , 知道偏折程度不同的单色光的折射率的大小关系。 - 6 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 2 . (2019· 北京卷 ) 利用图甲所示的装置 ( 示意图 ), 观察光的干涉、衍射现象 , 在光屏上得到如图乙中 A 和 B 两种图样。下列关于 P 处放置的光学元件说法正确的是 ( 　　 ) 甲 乙 A.A 对应单缝 ,B 对应双缝 B.A 对应双缝 ,B 对应单缝 C. 都是单缝 ,A 对应的缝宽较大 D. 都是双缝 ,A 对应的双缝间距较大 A - 7 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 单缝衍射条纹中间亮条纹最宽、最亮 , 双缝干涉条纹中央亮条纹与两侧亮条纹等宽、等亮 , 由此可以判断 A 一定为单缝、 B 一定为双缝 , 故只有选项 A 正确。 命题考点 光的干涉 , 光的衍射。 能力要求 本题考查干涉与衍射条纹的应用 , 掌握两者的区别与联系 , 理解发生干涉和衍射的条件。 - 8 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 3 . (2019· 全国卷 1) 如图所示 , 一艘帆船静止在湖面上 , 帆船的竖直桅杆顶端高出水面 3 m 。距水面 4 m 的湖底 P 点发出的激光束 , 从水面出射后恰好照射到桅杆顶端 , 该出射光束与竖直方向的夹角为 53 ° ( 取 sin 53 ° = 0 . 8) 。已知水的折射率 为 。 (1) 求桅杆到 P 点的水平距离 ; (2) 船向左行驶一段距离后停止 , 调整由 P 点发出的激光束方向 , 当其与竖直方向夹角为 45 ° 时 , 从水面射出后仍照射在桅杆顶端 , 求船行驶的距离。 - 9 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 答案 : (1)7 m 　 (2)5 . 5 m 解析 : (1) 设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x 1 , 到 P 点的水平距离为 x 2 ; 桅杆高度为 h 1 , P 点处水深为 h 2 ; 激光束在水中与竖直方向的夹角为 θ 。由几何关系有 由折射定律有 sin 53 ° =n sin θ ③ 设桅杆到 P 点的水平距离为 x , 则 x=x 1 +x 2 ④ 联立 ①②③④ 式并代入题给数据得 x= 7 m 。 ⑤ - 10 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (2) 设激光束在水中与竖直方向的夹角为 45 ° 时 , 从水面出射的方向与竖直方向夹角为 i' , 由折射定律有 sin i'=n sin 45 ° ⑥ 设船向左行驶的距离为 x' , 此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为 x 1 ' , 到 P 点的水平距离为 x 2 ' , 则 x 1 '+x 2 '=x'+x ⑦ - 11 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 光的折射。 能力要求 本题是几何光学问题 , 对数学几何能力要求较高 , 关键要根据几何知识确定出入射角和折射角 , 通过折射定律和几何关系进行求解。 - 12 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 4 . (2019· 全国卷 3) 如图所示 , 直角三角形 ABC 为一棱镜的横截面 , ∠ A= 90 ° , ∠ B= 30 ° 。一束光线平行于底边 BC 射到 AB 边上并进入棱镜 , 然后垂直于 AC 边射出 。 (1) 求棱镜的折射率 ; (2) 保持 AB 边上的入射点不变 , 逐渐减小入射角 , 直到 BC 边上恰好有光线射出。求此时 AB 边上入射角的正弦值。 - 13 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : (1) 光路图及相关量如图所示。 光束在 AB 边上折射 , 由折射定律得 式中 n 是棱镜的折射率。由几何关系可知 α + β = 60 ° ② 由几何关系和反射定律得 β = β '= ∠ B ③ 联立 ①②③ 式 , 并代入 i= 60 ° 得 - 14 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 (2) 设改变后的入射角为 i' , 折射角为 α ' , 由折射定律 得 依题意 , 光束在 BC 边上的入射角为全反射的临界角 θ c , 由几何关系得 θ c =a'+ 30 ° ⑦ 由 ④⑤⑥⑦ 式得入射角的正弦为 命题考点 光的折射定律 , 折射率。 能力要求 解答本题 的关键点在于正确画出几何光路图 , 找出几何关系求出相关角度。需要较强的数学能力。 - 15 - 突破点一 突破点二 突破点三 电磁波、相对论 考查方向 常以选择题形式考查。 突破方略 1 . 对麦克斯韦电磁场理论的理解 - 16 - 突破点一 突破点二 突破点三 2 . 狭义相对论的重要结论 (1) 在任何惯性系中观察光速均为 c 。 (2) 相对观测者运动的物体长度变短。 (3) 相对观测者运动的时钟变慢。 - 17 - 突破点一 突破点二 突破点三 模型构建 【例 1 】 ( 多选 )(2018· 江苏卷 ) 梳子在梳头后带上电荷 , 摇动这把梳子在空中产生电磁波。该电磁波 ( 　　 ) A. 是横波 B. 不能在真空中传播 C. 只能沿着梳子摇动的方向传播 D. 在空气中的传播速度约为 3×10 8 m/s AD 解析 : 据电磁波的特点可知 , 电磁波为横波 , 故 A 正确 ; 电磁波的传播不需要介质 , 可以在真空中传播 , 故 B 错误 ; 电磁波产生后 , 可以在任意方向传播 , 故 C 错误 ; 电磁波传播的速度在真空中等于光速 , 在空气中的传播速度约为 3×10 8 m/s, 故 D 正确。 - 18 - 突破点一 突破点二 突破点三 迁移训练 1 . ( 多选 ) 接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟 , 飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢 , 下列说法正确的有 ( 　　 ) A. 飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B. 飞船上的人观测到飞船上的钟较慢 C. 地球上的人观测到地球上的钟较快 D. 地球上的人观测到地球上的钟较慢 AC 解析 : 根据时间间隔的相对性 , 飞船上的人观测钟表时 , 是以飞船为参考系 , 看到地球上的钟表在高速运动 , 观测到地球上的钟慢 , 飞船上的钟快 ,A 正确 ,B 错误 ; 同理地球上的人是以地球为参考系 , 观测结果是地球上的钟快 , 飞船上的钟慢 ,C 正确 ,D 错误。 - 19 - 突破点三 突破点一 突破点二 光的干涉、衍射与偏振 考查方向 常以选择题形式考查。 突破方略 1 . 波的特性 机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象 , 是波特有的现象 , 偏振现象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。 - 20 - 突破点三 突破点一 突破点二 2 . 稳定干涉条件与特点 (1) 两列光波发生稳定干涉现象时 , 光的频率相等 , 相位差恒定 , 干涉条纹间距 Δ x= λ 。 (2) 干涉图样中 , 实线和实线的交点、虚线和虚线的交点及其连线处为振动加强处 ; 实线和虚线的交点及其连线处为振动减弱处。振动加强点有时位移也为零 , 只是振幅为两列波的振幅之和 , 显得振动剧烈。 - 21 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 2 】 ( 多选 )(2019· 宁夏银川质检 ) 如图甲所示 , 可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率 n , O 是圆心 , MN 是法线。一束单色光线以入射角 i= 30 ° 由玻璃砖内部射向 O 点 , 折射角为 γ , 当入射角增大到也为 γ 时 , 恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝 a 、 b 后 , 得到图乙所示的衍射图样 ( 光在真空中的传播速度为 c ) 。则下列说法正确的是 ( 　　 ) - 22 - 突破点三 突破点一 突破点二 A. 此光在玻璃砖中的全反射临界角为 60 ° D. 单缝 b 宽度较大 E. 光的偏振现象说明光是一种纵波 答案 : BCD 　 纹变窄 , 由乙图知单色光通过单缝 b 条纹较窄 , 所以单缝 b 宽度较大 , 故 D 正确 ; 偏振是横波的特有现象 , 光的偏振现象说明光是一种横波 , 故 E 错误。所以 B 、 C 、 D 正确 ,A 、 E 错误。 - 23 - 突破点三 突破点一 突破点二 分析 推理 (1) 光的全反射临界角 C 由什么决定 ? (2) 单缝衍射的中央亮纹与缝宽有什么关系 ? (1) 提示 : 由折射率决定 :sin C = 。 (2) 提示 : 单缝越窄 , 衍射中央亮纹越宽。 - 24 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 2 . ( 多选 )(2018· 重庆期末 ) 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 在双缝干涉实验中 , 保持入射光的频率不变 , 增大双缝间的距离 , 干涉条纹间距也增大 B. 日落时分 , 拍摄水面下的景物 , 在照相机镜头前装上滤光片 , 可以使景像更清晰 , 这是利用了光的偏振原理 C. 我们发现竖直向上高速运动的球体 , 在水平方向上长度变短了 D. 用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 , 这利用了紫外线的荧光效应 E. 太阳光经过三棱镜的两次折射 , 会发散成彩色光带 BDE - 25 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 根据条纹间距公式 Δ x= λ 可知 , 增大双缝间的距离 d , 干涉条纹间距减小 , 故 A 错误 ; 日落时分拍摄水面下的景物 , 在照相机镜头前装上滤光片可以使景像更清晰 , 这是利用了光的偏振现象 , 故 B 正确 ; 竖直向上高速运动的球体在水平方向上长度不变 , 沿运动方向上的长度会变短 , 选项 C 错误 ; 用紫外线照射大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光 , 利用了紫外线的荧光效应 , 故 D 正确 ; 太阳光经过三棱镜的两次折射 , 由于七色光的折射率不同 , 所以折射角也就不同 , 那么经过两次折射就会发散成彩色光带 , 故 E 正确。 - 26 - 突破点三 突破点一 突破点二 光的折射 　 全反射 考查方向 常以选择题或计算题形式考查。 突破方略 1 . 三个公式 - 27 - 突破点三 突破点一 突破点二 2 . 光的折射和全反射题型的 分析思路 (1) 根据题意严格作出光路图 , 有时需 分析、 寻找临界光线、边界光线为研究对象。 (2) 明确两介质折射率的大小关系 ① 光疏介质 → 光密介质 : 定有反射、折射光线。 ② 光密介质 → 光疏介质 : 如果入射角大于或等于临界角 , 一定发生全反射。 (3) 根据反射定律、折射定律列出关系式 , 结合几何关系 ( 充分考虑三角形、圆的特点 ), 联立求解。 - 28 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 3 】 (2019· 江西联考 ) 如图所示 , 在屏幕 MN 的下方足够大的空间是玻璃介质 , 其折射率为 n = 。 玻璃中有一正三角形空气泡 , 其边长 l= 40 cm, 顶点与屏幕接触于 C 点 , 底边 AB 与屏幕平行。激光 a 垂直于 AB 边射向 AC 边的中点 O , 结果在屏幕 MN 上出现两个光斑。 ( 1) 画出光路图 ; (2) 已知光在真空中的传播速度为 c , 求在屏幕上出现两个光斑的时间差 ( 用 l 和 c 表示 ) 。 - 29 - 突破点三 突破点一 突破点二 分析推理 (1) 屏幕 MN 上为什么会出现两个光斑 ? (2) 光在玻璃中的传播速度怎么求 ? (1) 提示 : 激光 a 在 O 点分别发生折射和反射 。 - 30 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : (1) 画出光路图如图所示。激光 a 垂直于 AB 边射向 AC 边的中点 O 时 , 由于光的反射和折射 , 在屏幕 MN 上出现两个光斑 , 由反射定律和折射定律作出光路图。 - 31 - 突破点三 突破点一 突破点二 代入数据 , 求得折射角 r= 30 ° 由光的反射定律得 , 反射角 i'=i= 60 ° - 32 - 突破点三 突破点一 突破点二 以题说法 光的折射和全反射问题的解题技巧 (1) 在解决光的折射问题时 , 应根据题意 分析光 路 , 即画出光路图 , 找出入射角和折射角 , 然后应用公式来求解 , 找出临界光线往往是解题的关键。 (2 ) 分析 全反射 问题时 , 先确定光是否由光密介质进入光疏介质、入射角是否大于或等于临界角 , 若不符合全反射发生的条件 , 则再由折射定律和反射定律确定光的传播情况。 (3) 在处理光的折射和全反射类型的题目时 , 根据折射定律及全反射的条件准确作出几何光路图是基础 , 利用几何关系、折射定律是关键。 - 33 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 3 . (2019· 江西南昌联考 ) 如图所示 , 真空中两细束平行单色光 a 和 b 从一透明半球的左侧以相同速率沿半球的平面方向向右移动 , 光始终与透明半球的平面垂直。当 b 光移动到某一位置时 , 两束光都恰好从透明半球的左侧球面射出 ( 不考虑光在透明半球中多次反射后再射出球面 ) 。此时 a 和 b 都停止移动 , 在与透明半球的平面平行的足够大的光屏 M 上形成两个小光点。已知透明半球的半径为 R , 对 为 c 。求 : - 34 - 突破点三 突破点一 突破点二 (1) 两细束单色光 a 和 b 的距离 d ; (2) 两束光从透明半球的平面入射直至到达光屏传播的时间差 Δ t 。 - 35 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : (1) 由 sin C = 得 , 透明半球对 a 光和 b 光的临界角分别为 60 ° 和 30 ° 。画出光路图如图所示 , A 、 B 为两单色光在透明半球面的出射点 , 折射光线在光屏上形成光点 D 和 C , AD 、 BC 沿切线方向。由几何关系得 : - 36 - 突破点三 突破点一 突破点二