2020高考物理月刊专版 专题11 光学综合 光学专题

1、2020高考物理月刊专版 【命题趋向】2020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、激光等考点为类要求，光电效应和爱因斯坦光电效应方程为类要求。几何光学的考查重点在光的折射定律，预计在2020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2020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

2、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、射线，各种

3、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（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3光的波粒二象性

4、：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，射到P上表面的光线与P的上表面的夹角为，下列判断正确

5、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，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，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，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

6、下降系，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

7、，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，S1和S2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，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

8、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 若将S1或S2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，薄膜干涉是两表面的反射光叠加造成的，而色散是由于同一媒质对不同频率的光的折射情况不同而产生的现象。 光能产生干涉和衍射现象，所以光具有波动性。故正确选项为A、D点拨：对于光的干涉，学生往往觉得抽象难懂，如果建立起清晰的物理图景如例1中的图，对照图将光的

9、干涉的知识内容一一落实，加深理解，同时要熟记一些相关知识，如各种色光波长的大小比较，红光波长大，紫光波长小等。例4如图所示，图（a)表示单缝，图(b)表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹(图中阴影表示明条纹)，如图(c)(d)所示，下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是（ ）A图(c)表示单缝衍射条纹，图(d)表示双缝干涉条纹B单缝S越宽，越不容易观察到对应的明暗条纹C双缝间距离越短，对应条纹间距越小D照射双缝的单色光波长越短，对应条纹间距越大解析：光通过单缝会发生衍射，通过双缝会发生干涉，两者都会产生明暗相间的条纹，但干涉的

10、条纹宽度都一样，而衍射的条纹中间宽、两侧愈来愈窄，所以(c)为干涉条纹，(d)为衍射条纹，对于衍射，缝越窄，条纹愈宽，条纹愈明显(但亮度逐渐变暗)；而缝越宽，条纹愈模糊，所以A错、B正确双缝干涉时，双缝间距越小，波长越长，条纹愈宽，所以C、D选项都不正确，故本题选项为B。点拨：要正确解答考查光的衍射和双逢干涉结合在一起的问题，必须熟练掌握光的衍射和双缝干涉的特点和区别，否则，很容易因为识记不清或对原理理解的似是而非选择错误的选项。变式训练2：如图415所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光通过同一个双题型三 光的量子性问题题型特点：题目主要考查光的量子性和爱因斯坦光电效应方程，考查对光的量

11、子性和发生光电效应的条件以及结合其他知识综合应用分析问题的能力。解题策略：这类题目一般都是光子能量频率光电效应光电流联系在一起的，解题时一个非常重要的关键就是极限频率，同时还要考虑带电粒子在电场中的能量转化的问题有较强的综合性和严密的思维。例5 如图，当电键K断开时，用频率为的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于u时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于u时，电流表读数为零。其中普朗克常量为h,由此可知阴极材料的逸出功为（ ）A BC D解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有光电子能够到达阳极，光电子逸出后动能全部转化成电势能可得光电子的最

12、大初动能为。再由光电效应方程可知，故正确选项为D。点拨：本题在考察光电效应方程的同时考察光子的能量方程，还包含了带电粒子在电场中运动的能量转化，综合性很强。变式训练3：用不同频率的紫外光分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能EK随入射光频率变化的图，已知钨的逸出功是328eV，锌的逸出功是334eV，若将两者的图线画在一个坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是如下图所示的（ ）（答案：A）【专题训练与高考预测】1如图所示，两束单色光以不同的入射角从空气射入玻璃中。若折射角相同，则下列说法不正确的是（ ）A若此两种单色光从玻璃射入空气，则单色光发生全反射

13、的临界角较小B若此两种单色光分别通过相同的障碍物，则单色光比单色光发生衍射现象明显C此两种单色光相比，单色光的光子能量较小D用此两种单色光分别照射某种金属，若用单色光照射恰好能发生光电效应，则用单色光照射时一定也能发生光电效应2一束光从真空射到折射率为的某种玻璃的表面，用表示入射角，r表示折射角，则（ ）A当r=30o时，B无论多大，r都小会超过45oC当时，将没有光线射入到玻璃中D当时，反射光线与折射光线恰好相互垂直3单色光在真空中的波长比单色光b在真空中的波长短，现让、b两束光以相同的入时角从空气中分别射向长方体玻璃砖的同一点(见图)，此时两束光都能直接从下表面射出，那么（ ） A从上表面

14、射入时，光的折射角将大于b光的折射角B从下表面射入时，光的折射角将小于b光的折射角C从上表面射出时，光的出射角将大于b光的出射角D将入射角不断增加，总可以使两束光在玻璃砖的下表面发生全反射现象4有关红、蓝两束单色光，下列说法正确的是（ ）A在空气中的波长B在水中的光速C在同一介质中的折射率D蓝光光子的能量大于红光光子的能量5在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时（ ）A只有红光和绿光的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B红光和绿光的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依

15、然存在C任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮D屏上无任何光亮8下列说法中,正确的是（ ）A只有大量光子的行为才表现出波动性。B单个光子有时也会体现出波动性。C 物质波就是，任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长与该物体的 动量成正比。D甲乙两种单色光均垂直射到一条直光纤的端面上，甲光穿过光纤的时间比乙光的长，则用它们分别作为同一双缝干涉装置的光源时，甲光相邻的干涉条纹间距较大。9如图3是双缝干涉实验装置示意图，S为单缝，S1、S2为双缝，P为屏幕中心，SP垂直照射S，试讨论P点和P1点应出现亮条纹还是暗条纹?（2）若用白光照射单缝S，并用蓝色透明薄纸挡住S1，用黄色透明薄纸挡住S2，试讨论P点应出现的颜色和屏上最可能出现的情况。【参考解答】3B 解析：由题意，光的频率大于b光的频率，所以在同一介质中 光的折射率大于b 光的折射率，据，n大，r小，故从上表面射入时，光的折射角小于b光的折射角；据光路可逆，出射角等于入射角，且将入射角不断增加，在玻