1、光学及其综合题分类探析考试及其综合题分类探析山西闰俊仁光学知识主要分为现象(几何光学)和本性(物理光学)两大部分.几何光学是以光的直线传播为基础,研究光在介质中的传播规律及其应用的学科.物理光学是研究光的本性,光和物质的相互作用的学科.这部分知识的综合复习包括三方面:一是学科内的综合;二是跨学科的综合;三是联系实际,与现代科技的综合.一,光学在物理学科内的综合在复习光学部分内容时,可把光的传播规律,反射定律,折射定律,全反射,光电效应,光的干涉,匀速直线运动,匀速转动及电场等知识有机地结合起来.复习中,不仅要掌握基本知识的内在联系,基本方法的使用,还要注重思维刨新能力的训练和分析综合能力的提高
2、.1.1 几何光学和物理光学的综合例 1 一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光,分别照射到相同的金属板 a,b,c上,如图 1 所示.已知圈 lab金属板 b 有光电子放出,则可知()A.板 a 一定不放出电子 B.板 a 一定放出电子C.板 c 一定不放出电子 D.板 c 一定放出电子析与解:由图 1 可知,Ilcribrh,故频率 YcYbYd,由题意知金属板 b 有光电子放出,据光电效应规律可得,金属板 c 必有光电子放出 ,而金属板 a 因平时的英语作文教学一定要从严要求学生,尤其是对一篇作文的写作时间的安排更是如此,让其在限定的时间内完成.高考的英语作文(书面表达)要
3、求25 分钟左右完成,老师在教学时可以建议学生先用两三分钟审题,十分钟左右形成初稿,再用五分钟左右反复检查,最后用五分钟左右抄写.当然,这只是一种建议.其目的就是要求:学生(考生)千万不要一看到题目就马上动笔,切忌忙乱,否则必然会影响水平的发挥和考试成绩.2)审清题目 ,围绕情景写作务必切题,紧扣中心思想,慎勿遗漏细节,切忌无限发挥,以免“言多必失 “.要求 100 字左右的书面表达,不要超过或小于 20 个词.词少了,要点肯定写不全,词太多,意味着插入了太多与主题无关的内容.3)捕捉关键词语,传达信息准确全篇统筹安排,力求通顺连贯,语言地道规范,语法结构正确,拼写正确无误,志在获得高分.掌握
4、句子结构,正确使用词汇和习惯表达方法,基本语法和常用句型没有错误,书写规范.这是非常关键的一环,纵然你对文章构思得很好,但如果拼写混乱,语法错误百出,词不达意,表达不合惯用法,别人无法理解,结果是前功尽弃.4)标点符号 ,运用正确,字迹工整,卷面整洁对这一点,我们务必养成在平时训练时就要对学生作严格要求.字迹潦草得叫人看不清,卷面涂改,下笔第一个句子时态就错,无疑会影响整题的得分.极限频率未知不能确定.故本题的正确选项为 D.说明:此题是三棱镜折射色散成频率不同的色光与光电效应产生的条件相结合,是一道典型的几何光学和物理光学的综合题,在解题中可帮助学生基础知识的复习.1.2 几何光学和运动学的
5、综合例 2 一辆实验小车可水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀速向右运动.有一台发出细光束的激光器装在小转台上,到轨道的距离 MN 为 d=10m,如图2A 所示.转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描一周的时间为和=60s,光束转动方向如图箭头所示.当光束与 MN 的夹角为 45时,光束正好射到小车上,如果再经 At=2.5s,光束又射到小车上;则小车的速度为多少?(结果保留两位数字 )d左 N 右s._/45,圈 2A 圈 2B析与解:在 At 内光束转过的角度=等3601=15.据题意分析可知,小车运动速度有两种可能,如图 2B 所示.若光束照射到小车上时,小车正在接近 N 点,内光束
6、与 MN 的夹角从 45.变为 30,小车走过的距离T.为,速度为 V1=,=a(m45.一 tan30o),则 V1=1.7m/s;若光束照射到小车上,小车正在远离 N 点,内光束与 MN 的夹角从 45变为 60,小车走过的距离T.为,速度为 V2=,=a(t60otan45.),则 V2=2.9m/s.说明:本题是光的直线传播,匀速直线运动,匀速转动等知识的综合应用.物理情景新颖,对学生分析问题的能力要求较高.通过训练,可提高学生研究物理问题及相关知识解释物理现象的能力.1.3 物理光学和力学,电学知识的综合例 3 如图 3 所示,绝缘固定擦得很亮的锌板 A水平放置,其下方水平有接地的铜
7、板 B,两板间距离为 d,两板面积均为 S,正对面积 S,且 SS,当用弧光灯照射锌板上表面后,AB 间一带电液滴恰好处于静止状态.试分析:考武(1)液滴带何种电荷.(2)用弧光灯再照射 A 板上面时 ,液滴将做何种运动?(3)若要使液滴向下运动应采取哪些措施?析与解:(1)受弧 光灯照射发生光电效.:.应,锌板 A 有光电子一 A从板的上表面逸出,而 BII-q使 A 板带正电荷.接圈 3 一地的铜板 B 受带电板A 的静电感应而带负电,A,B 两板形成匀强电场,方向竖直向下,qE=mg,因此液滴带负电.(2)当再用弧光灯照射 A 板上面 ,光电效应继续发生,使 A 板正电荷增加,A,B 板
8、间场强增强,所以qEmg,使液滴向上加速运动.(3)若要使液滴向下运动,即 qEmg,mg 和 q 不变,则只能使 E 变小.因上板电量 Q 不变,则当 B 板向右移动即两板正对面积增大,场强变小.mg,则液滴向下运动.说明:该题是光电效应与电场,电容,力和运动等知识的综合.光学与力学,电学结合起来,涉及的知识面较广,难度大,起点高.因此在复习中应切实把握知识的内在联系,培养学生的思维品质.1.4 物理光学和原子物理学知识的综合例 4 处于基态的 E氢原子在某单色光束照射下,只能发出频率为rx,r2,r3 的三种光,且 rlr2r3,则该照射光的光子能量为()lhr1咧 lI收.Ihr2ih圈
9、 4A.1】qB.1】r2C.1D.h(rl+r2+r3)析与解:根据玻尔的原子理论,当处于基态的氢原子受到单色光的照射时,氢原子可吸收一个光子的能量 llr,从基态(能量为 E1)跃迁到某一定态(能量为),如果处于该定态氢原子向较低定态跃迁只能发出频率为 rl,r3 的三种光,则该定态与基态之间只能隔一个定态,由题意 rxr2r3,因此在单色光束的照射下要使处于基态的氢原子跃迁到能量为的定态,照射光的光子能量应为 at3.其物理机理如图 4所示,本题的正确答案为 C.二,光学与其它学科知识的综合跨学科综合复习,从内容上看是不同学科知识的相互融合,打破传统物理中遇到需多角度,多层次解考试决的问
10、题时只单一的从物理角度寻求思路的束缚,而引向多学科的横向联系,互相交叉,互相渗透的思路,从而促使学生在知识上互相迁移,在方法上互相借鉴,培养和提高学生的综合能力.2.1 与数学的综合例 5 如图 5 所示,个人发现水中 s 处有一溺水者,溺水者离岸的距离 SB=lOm,而发现者在岸上 A 处,距 B 点的距离为 20m,此人在岸上跑动的速度为 5m/s,而在水中的速度为 3m/s.发现者为尽快到达溺水者处,他应在何处下水?析与解:这是一道数理极值问题,考虑到与光的折射,全反射现象有相似之处.可将光程极值原理迁移到此情境中.利用光路的可逆性,相当于光从 s 点射出,在水面的某处 P 恰好发生全反
11、射 ,光线沿界面到达 A 处.发现者为了尽快到达 s 处,假设在 P 处下水,设BP=X,类比全反射,临界角为 C,SinC=上:一 Vl=-=_3c=37olltv2)X=SB?tanC=10-T=7.5m,即发现者应从距 B 点 7.5m 处下水.说明:光之所以发生折射,是因为在两种介质中的速度不同,而光的传播总是使光在某两点间传播的时间为最短,这就是光程极值原理.光的直进,反射定律,折射定律,全反射都可看成该原理的应用.2.2 与化学的综合例 6 一种化合物,其焰色反应为紫色,将其溶于稀盐酸后,放人少量铜片,发现有红棕色气体生成,则(1)这种化合物为,生成红棕色气体的反应方程式为;.(2
12、)锌片在弧光灯照射时,能发生光电效应,改用焰色反应中的紫光去照射锌片,则不能发生光电效应,说明能使锌片发生光电效应的光是.(3)用焰色反应中的紫光去照射极限频率为 ro 的金属板,测得逸出光电子的最大初速度为 V0,求紫光的波长,已知普朗克常量为 h,光速为 c,电子质量为mo析与解:由焰色反应及相应性质可知化合物为KNO3,由 hr=W+Ex,可求得紫光波长.(1)化合物为方程式(DSBNO3+3Cu=3CuNO3+2NO+4O方程式)2NO+o2=2NO2(g棕)(2)由题设可知,用弧光灯照射时能发生光电效应,用紫光照射则不能发生光电效应,说明紫光频率小于金属极限频率,能发生光电效应的光频
13、率一定比紫光大,由此可以确定是弧光灯中的紫外线引起光电效应.(3)由 h 专=lm+吉 IIle 得 2he说明:本题为理化综合题,旨在考查焰色反应的基本知识,m 的性质以及光电效应的规律.2.3 与生物学的综合例 7 用三棱镜可使阳光折射成一条色谱带,如图 6 所示,试回答以下问题:(1)B,C,D 区域分别是什么谱带?阳光圈 6(2)将一瓶绿藻放在 A 处,则 B,C,D 变暗的是段.(3)将一瓶绿藻放在 B,C,D 的段位置上,就会严重影响它的生长.析与解:根据题意可分析得出:(1)B 为红光区,C 为绿光区,D 为蓝光区.(2)由绿藻显绿色可知其对绿光吸收最弱,故 B和 D 处变暗.(
14、3)由(2)的理由可知 C 为绿光区,若放在 C 处则绿藻只能得到极少量可利用的光进行光合作用,因而严重影响其生长.说明:本题是物理光学与生物的综合题,考查了三棱镜对光的色散,绿藻对光的吸收,在可见光中玻璃对红光的折射率最小等知识的综合.2.4 与地理学的综合例 8 古希腊某地理学家通过长期观测,发现 6 月 21 日正午时刻,在北半球 A 城阳光与铅直方向成 7.5o 角下射,而在 A 城正南方,与 A 城距离为 L 的 B 城,阳光恰好沿铅直方向下射,射到地球的太阳光可视为平图 7行光,据此他估算出了地球的半径.试写出估算地球半径的表达式 R=.析与解:题给信息射到地球的太阳光可视为平行光
15、,A 城阳光与铅直方向成 7.5o 角,那么 A,B 对圆心的圆心角应为 0=7.5.,如图 7 示,B 在 A 城正南方,又地面距离为 L,即 AB=L,由数学知识知 :AB=R0R=两 L=说明:本题是物理,地理,数学等多学科综合题.涉及几何光学,地理知识,数学立体空问结构,圆心角等知识.解题的关键是在理解题意的基础上,将立体结构简化为平面图形,利用所学知识综合求解.三,光学与生活,生产,现代科技的综合光学知识不仅与其它学科联系广泛,而且与实际生活,生产,现代科技密切相关,如太阳光的辐射,光电管,光纤通讯等的广泛应用,因此应进行开放式复习.学以致用,让学生强化知识的整合,拓展学生的知识视野
16、和能力视野.例 9 赤道上一位观察者日落 2 小时后,还能恰好观察他头顶正上方天空中的一颗人造卫星.已知地球半径为 R=6400km,试估算此卫星距地面的高度h.析与解:地球自转周期是24h,每小时转过的角度为 15.,日落 2 小时后恰好在头顶正上方看到卫星的位应在图 8 中的 A 点,观察者在地面上的 B 点,ACO 为直角三角形,0=30, 则图 8AO=OC=km=7390km卫星距地面的高度 h=ABAOR990km说明:本题是一道将物理知识,地理知识以及自然现象融于一体的综合题.解题的关键是从题中找出隐含的物理条件,将日落这一自然现象转化为物理过程.例 l0 激光液面控制仪的原理如图 9 所示,其原理是:固定的一束激光 AO 以入射角 0 照射到液面, 反射光 OB 射到水平光屏上,屏上用光电管将接收到的光信号转换成电信号,光电管的原理如图 10 所示,在光电管上加上正向电压,就能正常工作.把电信号输入控制系统用以控制液面的高度,如果发现反射光点
