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光学复习1/60

光学分几何光学和光本性两部分。前者讨论光传输规律及其应用，主要利用几何作图方法。后者重在探究“光是什么？”。2/60几何光学3/60几何光学——以光直线传输为基础利用几何学研究光传输光直线传输、光反射定律、光折射定律是光传输基本规律，平面镜成像、棱镜色散偏移等光现象是这些基本规律应用，高考试题多是从光线传输方向，经过做光路图、计算等方式来考查学生对基本规律了解和应用。注意近几年高考经常出现光学与运动学结合试题。所以在这部分复习中应使学生掌握三个规律——光直线传输、反射定律、折射定律;三个概念——折射率、全反射临界角和光色散;两个作图法——反射、折射光路图和成像作图;两个仪器——平面镜、棱镜；一个思想——光路可逆思想。4/60

在同种均匀介质中光总是沿着直线传输。应该注意到，在真空中，光沿直线传输速率均为C=3×108m/s，在其它介质中，光沿直线传输速率＜C，且不一样色光在同一个介质中沿直线传输速率不一样，频率越高，速率越小。

一.光直线规律5/60

A：4Ｌω／πB：8Ｌω／πC：16Ｌω／πD：32ω／π例1.一九二三年美国物理学家迈克耳逊用旋转棱镜法较准确测出了光速，其过程大致以下，选择两个距离已经准确测量过山峰（距离为L），在第一个山峰上装一个强光源S，由它发出光经过狭缝射在八面镜镜面1上，被反射到放在第二个山峰凹面镜B上，再由凹面镜B反射回第一个山峰，假如八面镜静止不动，反射回来光就在八面镜另外一个面3上再次反射，经过望远镜，进入观察者眼中。(如图所表示)假如八面镜在电动机带动下从静止开始由慢到快转动，当八面镜转速为ω时，就能够在望远镜里重新看到光源像，则光速等于(B)

6/60例2.（高考理综北京卷19.）一人看到闪电12.3s后又听到雷声。已知空气中声速约为330m/s~340m/s，光速为3×108m/s，于是他用12.3除以3很快估算出闪电发生位置到他距离为4.1km。依据你所学物理知识能够判断BA.这种估算方法是错误，不可采取B.这种估算方法能够比较准确地估算出闪电发生位置与观察考间距离C.这种估算方法没有考虑光传输时间，结果误差很大D.即使声速增大2倍以上，本题估算结果依然正确7/60例3.

如图所表示，在高为3.2m处有一点光源S，在紧靠着光源S处有一小球A以初速υ0作平抛运动.若在落地点预先放置一竖直屏幕，不计空气阻力，小球A在屏幕上影子P作什么运动?经过0.4s影子速度是多少?(g取10m/s2)v0SPXA解：画出运动示意图如图示：BCDyx小球运动总时间水平总位移X=v0T经t秒小球运动到B,x=v0ty=1/2gt2PD=X×y/x=0.8v0×1/2gt2

／v0t=0.4gt所以，小球做匀速运动,速度为4m/s

8/60二、光反射1.光反射定律反射光线跟入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居于法线两侧，反射角等于入射角。注意：在光反射现象中，光路是可逆，b.不论镜面反射还是漫反射都遵照反射定律9/60例1：（全国卷Ⅰ23.）(16分)天空有近似等高浓云层。为了测量云层高度，在水平地面上与观察者距离为d=3.0km处进行一次爆炸，观察者听到由空气直接传来爆炸声和由云层反射来爆炸声时间上相差Δt＝6.0s。试估云层下表面高度。已知空气中声速v=1/3km/s。

10/602．平面镜对光线控制作用（1）平面镜对光线有反射作用，反射光与入射光遵照反射定律．（2）一束平行光情况：入射光方向不变，平面镜转动α角，反射光转动2α角．（3）一束发散光情况：经平面镜反射后，仍是发散光，且发散程度不变．11/60

例2：卡文迪许扭秤是用来测定万有引力恒量主要仪器，为了观察悬挂石英丝发生微小扭转形变，卡文迪许采取了光放大原理．下列图中悬挂在石英丝下端T形架竖直杆上装一块小平面镜M，M可将由光源S射来光线反射到弧形刻度尺上（圆弧圆心即在M处）．已知尺距M为2m，若反射光斑在尺在移动2cm，则平面镜M转过角度是______rad．刻度尺石英丝平面镜MS0.00512/60例3.如图所表示，在圆筒中心放一个平面镜，光源S向圆筒中心发射光束，经平面镜反射在筒壁上展现光斑S′.假如圆筒半径是R，则当平面镜绕中心轴线以角速度ω匀速转动时，光斑将（BD）(A)以角速度ω绕中心轴线作圆周运动；(B)以角速度2ω绕中心轴线作圆周运动；(C)以线速度ωR绕中心轴线作圆周运动；(D)以周期T＝π/ω绕中心轴线作圆周运动.

13/603．平面镜成像特点平面镜成像作图法：平面镜成等大、正立虚像，像与物关于镜面对称．

先依据平面镜成像有对称性特点，确定像位置，再补画入射线和反射线．实际光线画实线并加箭头，镜后反向延长线要画虚线，虚线不加箭头．14/60例4、(全国理综17)图中M是竖直放置平面镜，镜离地面距离可调整。甲、乙二人站在镜前，乙离镜距离为甲离镜距离2倍，如图所表示。二人略错开，方便甲能看到乙像。以l表示镜长度，h表示乙身高，为使甲能看到镜中乙全身像，l最小值为（） C． D．hA． B．h甲乙lM解：画出光路图，由相同三角形关系得l=h/3A15/601．光折射定律（1）折射光线在入射光线和法线所在平面上，折射光线和入射光线分居在法线两侧，（2）入射角正弦跟折射角正弦之比为一常数在光折射现象中，光路也是可逆。三.光折射n=

16/602.折射率：（1）光从真空射入某种介质时，入射角正弦跟折射角正弦之比（2）折射率等于光在真空中速度c跟光在这种介质中速度v之比，

n==折射率物理意义：表示介质折射光本事大小物理量，折射率大小由介质和光在这种介质中传输速度决定.

某一频率光在不一样介质中传输时,频率不变但折射率不一样,所以光速不一样,波长也不一样(与机械波相同);不一样频率光在同一介质中传输时,折射率不一样,所以光速不一样,波长也不一样(与机械波区分).17/60例1、全国卷Ⅱ（2）一块玻璃砖用两个相互平行表面，其中一个表面是镀银（光线不能经过表面）。现要测定此玻璃析射率。给定器材还有：白纸、铅笔、大头针4枚（P1、P2、P3、P4）、带有刻度直角三角板、量角器。试验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa’和bb’，aa’表示镀银玻璃表面，bb’表示另一表面，如图所表示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2（位置如图）。用P1、P2连线表示入射光线。为了测量折射率，应怎样正确使用大头针P3、P4？

18/60试在题图中标出P3、P4位置。然后，移去玻璃砖与大头针。试在题图中经过作图方法标出光线从空气到玻璃中入射角θ1与折射角θ2。简明写出作图步骤。

写出θ1、θ2表示折射率公式为n＝

。

19/60答案解析：

ⅰ.在bb，一侧观察P1、P2（经折射bb，，aa,反射，再经bb，折射后）像，在适当位置插上P3，使得P3与P1、P2像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2像；再插上P4，让它挡住P2（或P1）像和P3。P3、P4位置如图。20/60

ⅱ.①过P1、P2作直线与bb，交于O；②过P3、P4作直线与bb，交于O,；③利用刻度尺找到OO,中点M；④过O点作bb，垂线CD，过M点作bb，垂线与aa,相交于N，如图所表示，连接ON；⑤,.

ⅲ.

21/603．全反射当入射角增大到某一角度，使折射角到达90°时折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫做全反射。全反射临界角：光从光密介质射向光疏介质，当折射角变为90°时入射角叫临界角临界角计算公式:产生全反射条件：（1）光必须从光密介质射向光疏介质；（2）入射角必须等于或大于临界角．22/60全反射棱镜

横截面是等腰直角三角形棱镜叫全反射棱镜。选择适当入射点，能够使入射光线经过全反射棱镜作用在射出后偏转90o（图1）或180o（图2）。要尤其注意两种使用方法中光线在哪个表面发生全反射。23/604.光色散

一束白光经过棱镜后会发生色散，在光屏上形成一条彩色光带，这条彩色光带叫做光谱.光谱中红光在最上端，紫光在最下端，中间是橙、黄、绿、蓝、靛等色光.这表明各种色光经过棱镜后偏折角度不一样.红光偏折角度最小，紫光偏折角度最大.

不一样色光经过棱镜后偏折角度不一样，表明棱镜材料对不一样色光折射率不一样.红光偏折角度小，表明棱镜材料对红光折射率小；紫光偏折角度大，表明棱镜材料对紫光折射率大.24/60偏折角从小到大次序是：红、橙、黄、绿、蓝、紫．结论——从红到紫方向有：（1）同一介质对不一样色光折射率逐步增大．（2）在同一介质中不一样色光传输速度逐步减小．（3）光频率逐步增大．（4）在真空中波长逐步减小．（5）光子能量逐步增大．25/60例2、(北京卷)16.水折射率为n，距水面深h处有一个点光源，岸上人看到水面被该光源照亮圆形区域直径为A

A.2htan(arcsin)B.2htan(arcsinn)

C.2htan(arccos)D.2hcot(arccosn)

本题包括了全反射知识，求解时要利用图形，结合几何关系去处理，同时也要注意对临界条件光线分析。考查了考生应用数学知识分析物理问题能力。26/60例3、(天津卷)15．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图1所表示。方框内有两个折射率n=1.5玻璃全反射棱镜。图2给出了两棱镜四种放置方式示意图，其中能产生图1效果是B．27/60A．na>nb B．na<nb

C．va>vb D．va<vb

ab空气玻璃例4、(全国卷Ⅱ，黑龙江、吉林等地）15．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传输方向如图所表示。设玻璃对a、b折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中传输速度分别为va和vb，则（AD）28/60光的本性29/60本专题知识基本特点是“点多面宽”，“考点分散”，题型主要以填空和选择为主。强调在了解、前后融会贯通基础上加强记忆。可从人类认识“光本性”（由前到后、由浅入深，不停修正）角度把“零碎”知识点“串”起来。复习中，使学生知道光本性学说历史发展概况：从牛顿支持微粒说，到惠更斯波动说，到麦克斯韦电磁说，再到爱因斯坦光子说。对这四个学说试验基础、学说内容、要能很好了解。30/60光波动性对已复习过机械波和光波进行比较，使学生能对相邻、相近和相同知识进行比较，对相同知识和方法进行归纳，从而到达新旧知识融会贯通．在学生已经阅读教材基础上，设置一些问题情景，引发学生认真思索进而加深对光干涉和衍射想象了解．31/60干涉条件：两列相干光源。形成相干波源方法有两种：⑴利用激光（因为激光发出是单色性极好光）。⑵设法将同一束光分为两束（这么两束光都起源于同一个光源，所以频率必定相等）。1、光干涉32/60S下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源示意图。

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※①双缝干涉：

•由同一光源发出光经过两个细缝后形成两列光波叠加时会产生干涉。

•当这两列光波抵达某点旅程差等于光波长整数倍时，该处光相加强，出现亮条纹；

•当这两列光波抵达某点旅程差等于光半波长奇数倍时，该处光相减弱，出现暗条纹；•相邻两条干涉条纹间距返回干涉种类34/60例1、(天津19)．激光散斑测速是一个崭新测速技术，它应用了光干涉原理。用二次曝光摄影所取得“散斑对”相当于双缝干涉试验中双缝，待测物体速度v与二次曝光时间间隔Δt乘积等于双缝间距。试验中可测得二次曝光时间间隔Δt、双缝到屏之距离l以及相邻两条亮纹间距Δx。若所用激光波长为λ，则该试验确定物体运动速度表示式是（）A.B.C.D.B35/60例2、（江苏高考、15）(14分)18，托马斯·杨用双缝干涉试验研究了光波性质．1834年，洛埃利用单面镜一样得到了杨氏干涉结果(称洛埃镜试验)．(1)洛埃镜试验基本装置如图所表示，S为单色光源，M为一平面镜．试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后光与直接发出光在光屏上相交区域．

(2)设光源S到平面镜垂直距离和到光屏垂直距离分别为a和L，光波长为λ，在光屏上形成干涉条纹．写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx表示式．36/60

＜答案＞ （1）如右图所表示

（2）

因为，所以

S/37/60例3、（全国Ⅰ22.）利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几个说法：A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄B.将滤光片由蓝色换成红色，干涉条纹间距变宽C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽D.换一个两缝之间距离较大双缝，干涉条纹间距变窄E.去掉滤光片后，干涉现象消失其中正确是：_______________。ABD

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※②薄膜干涉：由薄膜前后表面反射两列光波叠加而成。比如肥皂泡及水面上油膜展现彩色花纹。

劈形薄膜干涉可产生平行相间条纹。增透膜厚度应该是光在薄膜中波长1/4。返回39/60薄膜干涉返回40/60

1）光衍射现象是光离开直线路径而绕到障碍物后面现象。

2)产生显著衍射条件：障碍物或孔尺寸能和波长相比或比波长小。返回2、光衍射41/603)分类：小孔衍射、单缝衍射、圆屏衍射等

42/60图A图B例1、(全国高考)在所表示图中,A、B两幅图是由单色光分别入射到圆孔而成图像，其中图A是光衍射（填干涉或衍射）图像，由此能够判断出图A所对应圆孔孔径小于（填大于或小于）图B所对应圆孔孔径。

例2、(北京高考、21)（1）游标为20分度（测量值可准确到0.05mm）卡尺示数如图1所表示，两侧脚间狭缝宽度为0.15mm。用激光照射该狭缝，在屏上出现衍射条纹。假如减小狭缝宽度，衍射条纹宽度将变宽。43/604)光干涉和衍射比较

⑴、干涉、衍射现象证实光含有波动性

⑵、干涉、衍射条纹都是光波叠加结果，

但光干涉现象和衍射现象却有显著区分：

Ⅰ、

光干涉现象只有在一定条件下发生，而光衍射现象却总是存在，只有显著与不显著之分。

Ⅱ、光干涉现象和衍射现象在屏上出现都是明暗相间条纹，但条纹亮度和宽度也不一样。

44/60返回光干涉条纹和衍射条纹比较45/60

光干涉和光衍射说明光是一个波。光偏振说明光是横波。返回3、光偏振46/60例(（北京高考、15难度0.87）在以下各组两个现象中都表现出光含有波动性是CＡ．光折射现象、色散现象Ｂ．光反射现象、干涉现象Ｃ．光衍射现象、偏振现象Ｄ．光直线传输现象、光电效应现象47/60四、电磁波谱：光是电磁波，是横波

无线电波红外线可见光紫外线X射线

γ射线组成频率波

增大

减小产生机理在振荡电路中，自由电子作周期性运动产生

原子外层电子受到激发产生

原子内层电子受到激发后产生原子核受到激发后产生48/60光粒子性重点、难点为对光电效应四条基本规律了解及对光电效应现象解释．在复习中要使学生对光电效应方程有一个正确了解

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1．光电效应

现象：在光照射下，使物体中电子逸出现象叫做光电效应。试验规律：（1）任何一个金属都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率光不能产生光电效应。（2）光电子最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率增大而增大。（3）入射光照到金属上时，光电子发射几乎是瞬时，普通不超出10-9秒。（4）当入射光频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比。光电效应与光子说50/6051/602．光子说在空间传输光不是连续，而是一份一份，每一份叫做一个光子。光子能量跟它频率ν成正比，即E=hν

，式中h=6.63×10-34j·s，是普朗克常量。3．爱因斯坦光电方程依据能量守恒定律，光电子最大初动能跟入射光子能量hν和逸出功w之间有以下关系

EK=hν-W，

这个方程叫爱因斯坦光电方程。52/60例1对爱因斯坦光电效应方程EK=hν-W，下面了解正确有

CA.只要是用同种频率光照射同一个金属，那么从金属中逸出全部光电子都会含有一样初动能EKB.式中W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做功

C.逸出功W和极限频率ν0之间应满足W=hν0

D.光电子最大初动能和入射光频率成正比例2.用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，应该B

A．改用红光照射

B．改用紫光照射

C．增大绿光强度

D．增大光电管上加速电压53/60例3某种金属逸出功为2.3eV，这意味着①在这种金属内部电子克服原子核引力做2.3eV功即可脱离表面②在