1、1版权所有二一一年四月三十日星期六 2011 安徽高考光学复习指导【命题趋向】高考对光学的考查在折射率、全反射现象的分析、光的干涉和光电效应，光子能量等知识点命题频率较高，其次是波长、波速和频率的关系，常见的题型是选择题。【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光的折射和全反射（1）光的折射定律： 21sin（ 和 2分别为入射角和折射角） 。（2）折射率：当光从真空射人介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦的比值，其值还等于光在真空中传播速度与介质中传播速度的比值，即 vcis。（3）光的色散：把分解为的现象
2、叫光的色散。复色光-白光通过棱镜后，被分解为各种单色光。光的颜色由光的频率决定，各种单色光中，红光频率最小，紫光频率最大。在不同媒质中，光的频率不变。同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。不同频率的色光在真空中传播速度相同为 m/s1038c，但在其它媒质中速度各不相同，同一种媒质中。由于单色光在不同介质中传播时速度要变化，因此波长也要变化。（4）全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，折射光线消失，入射光全部反射到原来的介质中，这种现象叫全反射。全反射的条件：（1）光线从光密介质射向光疏介质， （2）入射角大于临界角。光从光密介质射向光疏介质时，折射角等于 900时入射角叫
3、临界角， nC1arcsi。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。（1）光的干涉条件：频率相同的两光源发出的光在空间相遇。双缝干涉：若用单色光，则在屏上形成明暗相间、等间距的干涉条纹，条纹间距与波长、屏到双缝的距离和双缝间距有关，满足 dLx。若用白光，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的。（2）光的衍射：光偏离直线传播，绕到障碍物后继续传播的现象叫做光的衍射，发生明显的衍射现象的条件是障碍物或孔的尺寸比光波波长小或相差不多。单缝衍射：若入射光为单色光，则中央
4、为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹。（3）光的偏振在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光。 高考中光学命题频率最高的知识点，是几何光学中不同色光的折射和光的全反射问题.【例题解析】题型一 光的折射定律的应用例 1(2008，全国卷 II)一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离.在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是( )A.红光以 30的入射角入射 B.红光以 45的
5、入射角入射 C.紫光以 30的入射角入射 D.紫光以 45的入射角入射解析 画出光的两次折射光路如图 1，由题意可知 O2A 为侧移距离 x，据几何关系有， 又有 ,(1)若为同一单色光即 n 相同时，则 i 增加且 i 比 r 增加得快，进而知 sin(i-r)0 且增加、且增加，故 A、C 项错误.2版权所有二一一年四月三十日星期六 (2)若入射角相同，则由、式可得 .进而知 n 增加时 x 增加，故 B 项错误，D项正确.答案 D点评 本题考查了光折射公式等基本知识以及应用数学处理物理问题的能力；解答几何光学题的主要方法是先正确画出光路图，再由光路图中的几何关系求解边、角等物理量.题型二
6、 利用全反射条件求解临界问题例 2(2008，重庆理综) 图 2 是一个 圆柱体棱镜的截面图，图中 E、F、G、H 将半径 OM 分成 5 等份，虚线 EE1、FF1、GG1、HH1 平行于半径 ON，ON 边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率 ，若平行光束垂直入射并覆盖 OM，则光线( )A.不能从圆弧 NF1 射出 B. 只能从圆弧 NG1 射出 C.能从圆弧 G1H1 射出 D.能从圆弧H1M 射出解析 由棱镜的折射率 知其临界角 C 满足 ，又由几何知识可求出 GG1 右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光线全部发生全反射，所以光线只能从圆弧 NG1 射出.答案 B点评 本
7、题考查了光的全反射知识及学生分析推理能力，为中等难度题目.解题关键是确定光线在什么位置发生全反射.例 1 从桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示，有一半径为 r 的圆柱形平行光速垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为 1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为（ ）Ar B1.5rC 2r D2.5r解析：因为 5.1n，则临界角 C有 6.01sin。而入射角为 06，86.0si，所以有 C临界角 5.1arcsin,所以在 BC 面上发生全反射仍然以宽度大小为 AB 长度的竖直向下的
8、平行光射到 AC圆弧面上.根据几何关系可得到在屏上的亮区宽度小于 AB 的长度,B 对.D 正确。（09 年天津卷）7.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大解析：由 nCv可知，蓝光在玻璃中的折射率大，蓝光的速度较小，A 错；以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，B 错。从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式1si可知，红光的折射率小，
9、临界角大， C 正确；用同一装置进行双缝干涉实验，由公式dLx可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，D 错。答案：C（09 年四川卷）21.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为 r，外圆半径为 R，R2r。现有一束单色光垂直于水平端面 A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面 B 射出。设透明柱体的折射率为 n，光在透明柱体内传播的时间为 t，若真空中的光速为 c，则A.n 可能为 3 B.n 可能为 2 C.t 可能为2rcD.t 可能为4.8r解析：只经过两次全反射可知第一次入射角为 45，反射光路图如右图所示。根据全反射可知临界角 C45，再根据 n1si
10、C可知 n 2；光在透明柱体中运动路程为 L4r ，运动时间为 tL/V4nr/c ，则 t4 r/c，CD 均错。答案：AB(09 年重庆卷）21.用 a、b、c、d 表示四种单色光，若 a、b 从同种玻璃射向空气，a 的临界角小于 b 的临界角； 用 b、c 和 d 在相同条件下分别做双缝干涉实验，c 的条纹间距最大; 用 b、d 照射某金属表面，只有 b 能使其发射电子。则可推断 a、b、c、d 可能分别是 (A)A紫光、蓝光、红光、橙光 B蓝光、紫光、红光、橙光 C紫光、蓝光、橙光、红光 D紫光、橙光、红光、蓝光 (09 年福建卷）13. 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列
11、说法正确的是A. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象B. 用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象C. 在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象 D. 光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象解析：用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，A 错；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射形成的色散现象，B 错；在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，C 错；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，D 对。（09 年浙江卷）18如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面 AB的单色光从空气射向 E点，并偏折到 F 点，已知入射方向与边 B的夹
12、角为 o30， E、 F分别为边 、 的中点，则A该棱镜的折射率为 B光在 点发生全反射 C光从空气进入棱镜，波长变小 D从 点出射的光束与入射到 E点的光束平行解析：在 E 点作出法结线可知入射角为 60o ，折射角为 30o，折射率为 3；由光路的可逆性可知，在 BC 边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B 错；由公式n介介，可知 C 对；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到 点的光束平行，故 D 错。答案：AC（09 年宁夏卷）35 物理选修 3-4 （2） （10 分）一棱镜的截面为直角三角形6版权所有二一一年四月三十日星期六 ABC，A=30o，斜边 ABa。棱镜材料
13、的折射率为 n= 。在此截面所在的平面内，一条光线以 45o 的入射角从AC 边的中点 M 射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况） 。解析：设入射角为 i，折射角为 r，由折射定律得sinr 由已知条件及式得 03r ，如果入射光线在法线的右侧，光路图如图 1 所示。设出射点为F，由几何关系可得38AFa，即出射点在 AB 边上离 A 点38a的位置。如果入射光线在法线的左侧，光路图如图 2 所示。设折射光线与 AB 的交点为 D。由几何关系可知，在 D 点的入射角06。设全反射的临界角为 c，则1sinc 由和已知条件得045c因此，光在D 点全反射。设此光线的出射点为 E，
14、由几何关系得DEB= 09， a2BAF 0sin3BE ，联立式得18Ba ,即出射点在 BC 边上离 B 点18的位置。（93 年）图中所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置。所用单色光是用普通光源加滤光片产生的。检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的?( C )(A)a 的上表面和 b 的下表面 (B)a 的上表面和 b 的上表面(C)a 的下表面和 b 的上表面 (D)a 的下表面和 b 的下表面(97 年)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，若在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（ C ） （A）只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 （B）红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在（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(97 年 )光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是（ B ）（A）光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 （B ）光从玻璃射到分界面上，入射角足够大（C）光从空气射到分界面上，入射角足够小 （D）光从空气射到分界面上，入射角足大7版权所有二一一年四月三十日星期六
