高考物理一轮复习专题训练:光学课件.pptx
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1、专题十五 光学高考物理一轮总复习专题训练:高考物理一轮总复习专题训练:1.如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光,则光束a可能是()A.红光B.黄光C.绿光D.紫光考点一光的折射、全反射和色考点一光的折射、全反射和色散散答案答案D本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a光的侧移距离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同种介质对红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是蓝光,故只有D选项符合题意。考点专题训练知识归纳知识归纳色光中相关物理量的变化2.以往,已知材料的折射率都为正值(n0)
2、。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料,入射角i与折射角r依然满足=n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()sinsinir答案答案B折射线与入射线应位于法线的同一侧,故选项A、D错误。因为材料折射率n=-1,电磁波由空气进入介质时,sin=-sin(-),得=,则C项错。故正确选项为B。考查点考查点折射率、折射定律。审题关键审题关键折射线和入射
3、线位于法线同侧;折射率n=-1,意味着出射角等于入射角。3.如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是()A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B.a光的频率大于b光的频率C.在真空中a光的波长大于b光的波长D.a光光子能量小于b光光子能量答案答案B由光路图知,a光比b光的偏折程度大,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,a光的频率大于b光的频率,A选项错误,B选项正确;光在真空中的波长=,故频率大的光波长短,C选项错误;光子能量E=h,为光的频率,故频率越大,光子能量越大,D选项错误。c考查点考查点折射定律、折射率、色散、光的波长、频率
4、和光子能量。思路点拨思路点拨由图中的折射情况先确定玻璃对a、b光的折射率关系,再确定a、b光的频率关系,进而由频率确定其他量的情况。4.如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于AB边上,过D点做AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰好可以看到小标记的像;过O点做AB边的垂线交直线DF于E;DE=2cm,EF=1cm。求三棱镜的折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射)答案答案3解析解析本题考查折射定律。过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的
5、光线在D点的入射角;设该光线在D点的折射角为,如图所示。根据折射定律有nsin=sin式中n为三棱镜的折射率。由几何关系可知=60EOF=30OEF中有EF=OEsinEOF由式和题给条件得OE=2cm根据题给条件可知,OED为等腰三角形,有=30由式得n=3解题关键解题关键解答本题的关键是根据题设条件,画出光路图,利用图中几何关系,列方程求解。5如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60。一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。()求出射光相对于D点的入射光的偏角;()为实现上述光
6、路,棱镜折射率的取值应在什么范围?解析解析本题考查光的折射和全反射、折射率。()光线在BC边上折射,由折射定律有sini1=nsinr1式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角。光线在AC边上发生全反射,由反射定律有r2=i2式中i2和r2分别是该光线在AC边上的入射角和反射角。光线在AB边上发生折射,由折射定律有nsini3=sinr3答案答案()60()nnsini3式中C是全反射临界角,满足nsinC=1由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为n绿蓝,故选项A、C、D正确。Ld答案答案ACD解题关键解题关键熟记双缝干涉中相邻亮条纹间距公式及各色光的波长大小关系
7、。5.对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列表述正确的是()A.在相同介质中,绿光的折射率最大B.红光的频率最高C.在相同介质中,蓝光的波长最短D.黄光光子的能量最小答案答案C在红、黄、绿、蓝四种单色光中,蓝光的折射率最大,频率最高,波长最短,光子能量最大。1.2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子
8、的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34Js,真空光速c=3108m/s)()A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J考点三光的粒子考点三光的粒子性性答案答案B本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=h=h=210-18J,故选项B正确。c审题指导审题指导题目信息提取此题为新科技背景下的信息题,从题中提取有用信息,成为解答此题的关键,从题中应提取到如下有用信息:照射并使分子电离的激光波长为=100nm=10-7m,照射不会把分子打碎,说明光子能量几乎全部用来使分子电离,所以只要计算激光脉冲光子能量即可。2.以往我们认识的光电效应是单
9、光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)()A.U
10、=-B.U=-C.U=2h-WD.U=-heWe2heWe52heWe答案答案B同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知:Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=-(n2),当n=2时,即B选项,其他选项均不可能。nheWe考查点考查点光电效应。思路点拨思路点拨电子一次吸收的能量只能是一个光子能量的整数倍,本题中倍数n2。3.用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19J。
11、已知普朗克常量为6.6310-34Js,真空中的光速为3.00108ms-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014HzB.81014HzC.21015HzD.81015Hz答案答案B本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek=-W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率0应满足h0=W0,联立得0=-=81014Hz,故选项B正确。hcckEh方法技巧方法技巧光电效应现象的判断能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件:照射光的能量等于金属的逸出功。4.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别
12、为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb答案答案BC本题考查光电效应方程、对遏止电压的理解。光照射到同种金属上,同种金属的逸出功相同。若ab,据Ek=h-W0可知,EkaEkb,则B项正确。由Ek=eU,可知UaUb,则A项错误。若UaUb,说明Eka,临界角C30,光在B点不会发生全反射,D错误。sin60sin303DBxcn3Rcn3Rcn331n3312解题关键解题关键折射率的定义;光在介质中的传播速度及波长;临界角的定义。
13、3.对于红、蓝两种单色光,下列说法正确的是()A.在水中红光的传播速度较大B.在水中蓝光的传播速度较大C.在真空中红光的传播速度较大D.在真空中蓝光的传播速度较大答案答案A各种色光在真空中传播速度都相同,为c=3108m/s,由色散规律可知水对蓝光的折射率大,由n=可知A对。cv解题关键解题关键熟记色散现象结论;同一种介质对不同色光折射率不同,且n红n蓝。4.一束单色光在某种介质中的传播速度是其在真空中传播速度的一半,则()A.该介质对于这束单色光的折射率为0.5B.这束单色光由该介质射向真空发生全反射的临界角为60C.这束单色光在该介质中的频率为其在真空中频率的一半D.这束单色光在该介质中的
14、波长为其在真空中波长的一半答案答案D该介质对于这束单色光的折射率n=2,故A项错误;由sinC=,代入数据得sinC=,则C=30,故B项错误;光由一种介质进入另一种介质时,频率不变,C项错误;由c=0f和v=f知=,故=0,D项正确。cv1n12cv0125.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低。关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是()答案答案C光由空气斜射入光导纤维时,根据折射定律,入射角大于折射角,因此光路应向下
15、偏折。由题可知,连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,可以将光导纤维看成多层折射率依次减小的材料。光由内芯向外表面传播过程中,在每两层介质的分界面上发生折射时,入射角都小于折射角,因此光路继续向下偏折,如图所示。当达到某分界面时,发生全反射,之后的光路将与全反射之前对称。可知,只有C选项满足要求。6.已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的,光束m通过三棱镜的传播情况如图所示,则比较a、b、c三种单色光,下列说法正确的是()A.a色光的折射率最大B.c色光的频率最小C.b色光在玻璃中的传播速度最大D.c色光发生全反射的临界角最小答案答案D由白光通过玻璃三棱镜后形成色散现象可知a
16、相当于红光,b相当于绿光,而c相当于紫光,易知B项错误;由折射率的定义易知A项错误;由n=可知C项错误;由sinC=可知D项正确。cv1n考查点考查点折射率、全反射、临界角。审题技巧审题技巧在对光学知识的考查中,常以白光通过玻璃三棱镜的色散现象为背景,综合考查折射、全反射现象,有时也和干涉、衍射、光电效应现象组成光学类综合问题。7.一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是()A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象D.圆盘中心是不透光的,
17、这是光的干涉现象考点二光的干涉、衍射和偏振考点二光的干涉、衍射和偏振答案答案B小孔衍射图样正中心为较大的亮斑,圆盘衍射图样的正中心为较小的亮点,是光照在不透光的圆盘上产生的衍射现象,B正确。解题关键解题关键小孔衍射与圆盘衍射的特点。8.下列属于光的衍射现象的是()A.阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑B.光照射细金属丝,在其后形成的阴影中有亮线C.在阳光照射下,肥皂泡呈现彩色条纹D.光照射到凸透镜上,在其后形成圆形亮斑答案答案BA项是光沿直线传播的原理。C项是光的干涉。D项是光的折射。解题关键解题关键正确理解各种光现象的原理。9.单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光
18、的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光片B放置在待测金属棒上端,A、B间形成平直的狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下,通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系数。下列说法正确的是()A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽B.相同实验条件下,金属
19、的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大答案答案C根据题意,单缝衍射形成的中央亮条纹宽度x=。其他实验条件不变时,使用激光的波长越短,x越小,A项错误。相同实验条件下,金属的膨胀量越大,造成单缝宽度d越小,x越大,B项错误。相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,d变化越大,金属膨胀量越大,C项正确。金属的线膨胀系数取决于金属的材料,与d、L、x均无关,D项错误。2Ld解题关键解题关键题目交代了单缝衍射实验产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的波长、缝屏距离的关系,和
20、双缝干涉实验产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波长、缝屏距离的关系相同。金属棒膨胀,单缝宽度d减小。可以由条纹宽度变化判断出d变化情况,条纹越宽,说明单缝越窄,金属膨胀量越大。金属线膨胀系数是表征金属特征的物理量,由金属材料性质决定。10.2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家,以表彰他们为发现引力波所做的贡献。引力波被认为是时空弯曲的一种效应,物体加速运动时会给宇宙时空带来扰动,这种扰动会以光速向外传播能量。如图为科学家们探测引力波的装置示意图,发射器发出的激光S经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2,然后经过4km长的两臂,在两臂端点处经反射镜反射回来,S1和S2相遇形成
21、干涉,被探测器接收。精确调节两臂,使探测器在无引力波作用时,接收到的信号强度为0。当有引力波作用时,两臂长度将因此而发生改变,则接收到的信号强度不为0。下列说法正确的是()A.引力波可以超光速传播B.引力波不能传播能量C.探测器接收到的两束波的频率相同D.无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0答案答案C由题意知引力波会以光速向外传播能量,所以A、B错。由题中信息,S1和S2相遇形成干涉,知两束波的频率相同,C对。无引力波作用时,接收信号强度为0,说明两列波叠加减弱,路程差应为半波长的奇数倍,不可能为0,D错。解题关键解题关键认真读取信息。对干涉的理解。11.关于红、紫两束单色光,下列说法正
22、确的是()A.在空气中红光的波长较长B.在同一玻璃中红光的速度较小C.红光的光子能量较大D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小答案答案A红光的波长比紫光的长,故A正确;红光的频率比紫光的小,故红光的光子能量较小,故C错误;由n=和n红紫,B错。波长长的色光,更容易发生衍射现象,可,C错。太阳光谱是吸收光谱,太阳光谱中有一些清晰的暗线,说明太阳中具有与这些暗线对应的元素,D错。14.1924年,德布罗意提出了物质波理论,他假设实物粒子也具有波动性,大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子(如电子、质子等),他认为粒子的动量p与波的波长之间遵从关系:=(h为普朗克常量),这一假说后来在
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