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高中物理高考 专题六 光学—2021届高考物理二轮总复习课件
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这是一份高中物理高考 专题六 光学—2021届高考物理二轮总复习课件，共41页。PPT课件主要包含了内容索引，价值引领备考定向，体系构建真题感悟，网络构建，高考真题，答案2，高频考点能力突破，解题指导审题，类题演练，答案BCD等内容，欢迎下载使用。
1.(2020全国Ⅲ卷)如图所示,一折射率为 的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC ,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。
解析 本题以三棱镜为背景,意在考查光的折射定律、全反射等知识。如图甲所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有sin θ1=nsin θ2①设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',由几何关系θ'=30°+θ2②由①②式并代入题给数据得θ2=30°③nsin θ'>1④
所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图乙所示。由几何关系
θ″=90°-θ2⑤由③⑤式和已知条件可知nsin θ″>1⑥即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得lCF=lACsin 30°⑦
情境剖析 本题以三棱镜为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查光的折射和全反射知识,尤其注重利用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中科学论证能力,有利于培养考生的应用与创新价值观。
2.(2019全国Ⅰ卷)如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率为 。
(1)求桅杆到P点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。
答案 (1)7 m (2)5.5 m解析 (1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。
由折射定律有sin 53°=nsin θ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sin i'=nsin 45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦
情境剖析 本题以激光束从水面出射后照射到桅杆顶端为素材创设学习实践类问题情境。素养能力 本题突出了应用数学知识解决物理问题的能力,体现了核心素养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的应用与创新价值观。
3.(2020全国Ⅱ卷)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上。(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由。(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
解析 (1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有θ=90°-(30°-r)>60°①
(2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射定律及折射定律,有i=30°③i'=90°-θ④sin i=nsin r⑤nsin i'=sin r'⑥由几何关系,r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
情境剖析 本题以光在直角棱镜中的传播为素材创设学习实践类问题情境。素养能力 本题突出了应用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的科学思维和科学态度与责任。
归纳总结 求解光的折射和全反射的思路
【典例1】(2020湖南联考)如图所示,平静湖面岸边的垂钓者,眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9 m的高度处,水面与P点等高,浮标Q离P点1.2 m远,鱼饵灯M在浮标正前方1.8 m 处的水下,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,已知水的折射率n= ,求:(1)鱼饵灯离水面的深度;(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮,当它离水面多深时,鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出。
答案 (1)2.4 m (2)1.6 m解析 (1)设入射角、折射角分别为i、r,设鱼饵灯离水面的深度为h2。则有:
破题1.画出光路图是解题的关键,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,说明鱼饵灯射到浮标Q处的入射光经折射后如果没有浮标挡的话正好射入人眼,因为射到Q点左边的光,入射角变大,折射角变大,射到人眼的下方,射到Q点右边的光,入射角变小,折射角变小,射到人眼的上方,因此人看不到鱼饵灯,先根据几何关系求出折射角,再由折射定律求出入射角,解三角形求出鱼饵灯离水面的深度。2.分析临界光线是解题的关键,要使鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出,说明射到Q点的光线恰好发生全反射,Q点左侧的入射光线,入射角将大于临界角,故射到PQ间的入射光都发生全反射,根据临界角公式求出临界角,由几何关系求出离水面的深度。
1.(多选)(2020山东潍坊二模)如图所示,两单色光a、b分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖,出射光合成一束复色光P,已知单色光a、b与法线间的夹角分别为45°和30°,则a光与b光( )A.在玻璃砖中的折射率之比为 ∶1B.在玻璃砖中的传播时间之比为1∶C.在玻璃砖中的波长之比为 ∶1D.由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 ∶1
1.干涉与衍射的比较(1)光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现,也是光具有波动性的证据。两者的区别是,光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生;而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。(2)光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉时条纹间隔均匀,从中央到两侧的明纹亮度不变化;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央明纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,明纹亮度显著减弱。(3)光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环等);光的衍射现象:单缝衍射、衍射光栅。
2.光的偏振横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时,偏于某个特定方向的现象叫偏振。纵波只能沿着波的传播方向振动,所以不可能有偏振,光的偏振现象证明光是横波。光的偏振现象在科技、生活中的应用有照相机镜头上的偏振片、立体电影等。
3.电磁波(2)麦克斯韦电磁理论的要点
(3)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长越容易产生干涉、衍射现象,波长越短穿透能力越强。(4)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。(5)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线检查金属部件的缺陷等。
【典例2】(多选)(2020山东滨州高三模拟)如图所示,在观察薄膜干涉现象时,把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜,在酒精灯火焰上撒食盐,用肥皂液膜观察灯焰S的像,下列说法正确的是( )A.在酒精灯上撒一些食盐,目的是为了灯焰能发出的光更亮B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光,使我们看到灯焰的像C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰,来观察薄膜干涉现象D.用不同波长的光做这个实验,条纹的间距是不一样的
答案 BD解析 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出黄光,所以目的是为了灯焰能发出黄光,故A错误;在酒精灯的火焰上撒上一些食盐,用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜,液膜反射的光使我们看到灯焰的像,故B正确;当黄色的光线照射到肥皂膜上时,从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光,这两列光的频率相同,产生干涉现象,所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象,故C错误;发生薄膜干涉时,相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关,所以用不同波长的光做这个实验,条纹的间距是不一样的,故D正确。
3.(多选)红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )A.红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理B.红外测温枪能接收到的是身体的热量通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温C.红外测温枪利用了一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大D.红外线也属于电磁波,其波长大于紫外线的波长
答案 AC解析 光纤通信是利用全反射来传递光信号的,A正确;雨后天空中出现的彩虹,是天空中的小水滴对阳光的色散形成的,B错误;单色光通过双缝后,在屏上形成等间距的明暗相间条纹是光的干涉现象,C正确;单色光照射不透明的小圆板,在板后方的屏上出现亮斑,这是光的衍射现象,D错误。
4.(2020北京顺义二模)红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )A.红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理B.红外测温枪能接收到的是身体的热量通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温C.红外测温枪利用了一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大D.红外线也属于电磁波,其波长小于紫外线的波长
答案 C解析 红外测温枪工作原理是一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大,所以测量红外线的强度就可以知道物体的表面温度;而水银体温计测量原理是利用液体的热胀冷缩原理,温度升高,液体的体积膨胀,温度降低时,液体的体积减小,A错误,C正确;红外测温枪能接收到的是身体的热量,通过辐射的方式到达红外测温枪进而显示出体温的,而不是通过热传导,空气是热的不良导体,B错误;红外线也属于电磁波,它的波长比红光还要长,而红光的波长比紫光还长,故红外线的波长要大于紫外线的波长,D错误。
1.(2020全国Ⅲ卷)如图所示,一折射率为 的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC ,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。
解析 本题以三棱镜为背景,意在考查光的折射定律、全反射等知识。如图甲所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有sin θ1=nsin θ2①设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',由几何关系θ'=30°+θ2②由①②式并代入题给数据得θ2=30°③nsin θ'>1④
所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图乙所示。由几何关系
θ″=90°-θ2⑤由③⑤式和已知条件可知nsin θ″>1⑥即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得lCF=lACsin 30°⑦
情境剖析 本题以三棱镜为素材创设学习探索类问题情境。素养能力 本题考查光的折射和全反射知识,尤其注重利用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中科学论证能力,有利于培养考生的应用与创新价值观。
2.(2019全国Ⅰ卷)如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率为 。
(1)求桅杆到P点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。
答案 (1)7 m (2)5.5 m解析 (1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。
由折射定律有sin 53°=nsin θ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2④联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m⑤
(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射定律有sin i'=nsin 45°⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x⑦
情境剖析 本题以激光束从水面出射后照射到桅杆顶端为素材创设学习实践类问题情境。素养能力 本题突出了应用数学知识解决物理问题的能力,体现了核心素养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的应用与创新价值观。
3.(2020全国Ⅱ卷)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上。(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由。(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
解析 (1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有θ=90°-(30°-r)>60°①
(2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射定律及折射定律,有i=30°③i'=90°-θ④sin i=nsin r⑤nsin i'=sin r'⑥由几何关系,r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
情境剖析 本题以光在直角棱镜中的传播为素材创设学习实践类问题情境。素养能力 本题突出了应用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的科学思维和科学态度与责任。
归纳总结 求解光的折射和全反射的思路
【典例1】(2020湖南联考)如图所示,平静湖面岸边的垂钓者,眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9 m的高度处,水面与P点等高,浮标Q离P点1.2 m远,鱼饵灯M在浮标正前方1.8 m 处的水下,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,已知水的折射率n= ,求:(1)鱼饵灯离水面的深度;(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮,当它离水面多深时,鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出。
答案 (1)2.4 m (2)1.6 m解析 (1)设入射角、折射角分别为i、r,设鱼饵灯离水面的深度为h2。则有:
破题1.画出光路图是解题的关键,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,说明鱼饵灯射到浮标Q处的入射光经折射后如果没有浮标挡的话正好射入人眼,因为射到Q点左边的光,入射角变大,折射角变大,射到人眼的下方,射到Q点右边的光,入射角变小,折射角变小,射到人眼的上方,因此人看不到鱼饵灯,先根据几何关系求出折射角,再由折射定律求出入射角,解三角形求出鱼饵灯离水面的深度。2.分析临界光线是解题的关键,要使鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出,说明射到Q点的光线恰好发生全反射,Q点左侧的入射光线,入射角将大于临界角,故射到PQ间的入射光都发生全反射,根据临界角公式求出临界角,由几何关系求出离水面的深度。
1.(多选)(2020山东潍坊二模)如图所示,两单色光a、b分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖,出射光合成一束复色光P,已知单色光a、b与法线间的夹角分别为45°和30°,则a光与b光( )A.在玻璃砖中的折射率之比为 ∶1B.在玻璃砖中的传播时间之比为1∶C.在玻璃砖中的波长之比为 ∶1D.由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 ∶1
1.干涉与衍射的比较(1)光的干涉与衍射现象是光的波动性的表现,也是光具有波动性的证据。两者的区别是,光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生;而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。(2)光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉时条纹间隔均匀,从中央到两侧的明纹亮度不变化;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央明纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,明纹亮度显著减弱。(3)光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环等);光的衍射现象:单缝衍射、衍射光栅。
2.光的偏振横波的振动矢量垂直于波的传播方向振动时,偏于某个特定方向的现象叫偏振。纵波只能沿着波的传播方向振动,所以不可能有偏振,光的偏振现象证明光是横波。光的偏振现象在科技、生活中的应用有照相机镜头上的偏振片、立体电影等。
3.电磁波(2)麦克斯韦电磁理论的要点
(3)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长越容易产生干涉、衍射现象,波长越短穿透能力越强。(4)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。(5)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线检查金属部件的缺陷等。
【典例2】(多选)(2020山东滨州高三模拟)如图所示,在观察薄膜干涉现象时,把铁丝圈P在肥皂水中蘸一下,让它挂上一层薄薄的液膜,在酒精灯火焰上撒食盐,用肥皂液膜观察灯焰S的像,下列说法正确的是( )A.在酒精灯上撒一些食盐,目的是为了灯焰能发出的光更亮B.实验时应观察液膜反射酒精灯的光,使我们看到灯焰的像C.实验时应在另一侧透过液膜观察火焰,来观察薄膜干涉现象D.用不同波长的光做这个实验,条纹的间距是不一样的
答案 BD解析 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐,灯焰就能发出黄光,所以目的是为了灯焰能发出黄光,故A错误;在酒精灯的火焰上撒上一些食盐,用酒精灯的黄光照射竖直放置的液膜,液膜反射的光使我们看到灯焰的像,故B正确;当黄色的光线照射到肥皂膜上时,从肥皂膜的前后两个表面分别反射两列光,这两列光的频率相同,产生干涉现象,所以实验时应在酒精灯一侧来观察薄膜干涉现象,故C错误;发生薄膜干涉时,相邻两条亮条纹(或暗条纹)的间距与入射光在膜中的波长有关,所以用不同波长的光做这个实验,条纹的间距是不一样的,故D正确。
3.(多选)红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )A.红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理B.红外测温枪能接收到的是身体的热量通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温C.红外测温枪利用了一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大D.红外线也属于电磁波,其波长大于紫外线的波长
答案 AC解析 光纤通信是利用全反射来传递光信号的,A正确;雨后天空中出现的彩虹,是天空中的小水滴对阳光的色散形成的,B错误;单色光通过双缝后,在屏上形成等间距的明暗相间条纹是光的干涉现象,C正确;单色光照射不透明的小圆板,在板后方的屏上出现亮斑,这是光的衍射现象,D错误。
4.(2020北京顺义二模)红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便、防交叉感染(不用接触被测物体)的特点。下列关于红外测温枪的说法中正确的是( )A.红外测温枪工作原理和水银体温计测量原理一样都是利用热胀冷缩原理B.红外测温枪能接收到的是身体的热量通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温C.红外测温枪利用了一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大D.红外线也属于电磁波,其波长小于紫外线的波长
答案 C解析 红外测温枪工作原理是一切物体都在不停地发射红外线,而且发射红外线强度与温度有关,温度越高发射红外线强度就越大,所以测量红外线的强度就可以知道物体的表面温度;而水银体温计测量原理是利用液体的热胀冷缩原理,温度升高,液体的体积膨胀,温度降低时,液体的体积减小,A错误,C正确;红外测温枪能接收到的是身体的热量,通过辐射的方式到达红外测温枪进而显示出体温的,而不是通过热传导,空气是热的不良导体,B错误;红外线也属于电磁波,它的波长比红光还要长,而红光的波长比紫光还长,故红外线的波长要大于紫外线的波长,D错误。
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