2024届高考物理二轮复习第14讲几何光学与物理光学课件

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第14讲　几何光学与物理光学
3．光的色散．(1)光的色散现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带．(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象．
(2)亮暗条纹的判断方法．①如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)时，光屏上出现亮条纹．
命题点一　光的折射　全反射
解析：由题意可做出光路图如图所示
1.庄子与惠子游于濠梁之上．庄子曰：“鯈鱼出游从容，是鱼之乐也．”人在桥上观鱼(　　)A．人能看到鱼，鱼不能看到人B．人看到的鱼是经反射所成的像C．鱼看到的人的位置比人的实际位置低D．人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高
解析：鱼在水中，鱼作为等效光源，是从光密介质进入光疏介质，能够发生全反射，因此，人可能看不到鱼，而人在空气中，人作为等效光源，是从光疏介质进入光密介质，不能够发生全反射，因此，鱼能看到人，人不能看到鱼，A项错误；人看到的鱼是经光的折射所成的像，B项错误；人在空气中，人作为等效光源，入射角大于折射角，鱼沿折射光线的反向延长线看人，鱼看到的人的位置比人的实际位置高，C项错误，D项正确．故选D.
2.(2023·全国甲卷)(多选)等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示．不考虑多次反射．下列说法正确的是(　　)A．甲光的波长比乙光的长B．甲光的频率比乙光的高C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大
解析：根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示
命题点二　光的波动性一、双缝干涉1．光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同．2．决定条纹明暗的条件．(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的整数倍时，两列光波在这点相互加强，出现明条纹．
三、单缝衍射与双缝干涉的比较
(2022·山东卷)(多选)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1，S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L.同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所示图样．下列描述正确的是(　　)
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
如图甲是蓝色大闪蝶，在阳光下可以看到其翅膀灿烂闪烁．蓝色大闪蝶的翅膀表面有凸起的翅脊，这些翅脊有一串类似台阶的结构．光照射翅脊上“台阶结构”的典型光路如图乙所示，则(　　)A．翅膀灿烂闪烁是光的干涉现象B．翅膀灿烂闪烁是光的全反射现象C．光经翅脊反射后的频率变大D．光在翅脊中的波长大于在空气中波长
解析：蓝色大闪蝶的翅膀凸起的翅脊上的“台阶结构”都隔着空气层，自然光会不断地在空气层和“台阶结构”里发生反射和折射，蓝色大闪蝶无论是它的厚度，材质，还是它树状脊脉上“台阶结构”的位置，都适合蓝光发生相干干涉，鳞片绽放出的绚丽光彩，正是蓝光相干干涉的产物，故A项正确，B、C、D项错误．故选A.
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示，干涉条纹有如下特点：(1)任意一条亮条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；
(2)任意相邻亮条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定．现若在图甲的装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹(　　)A．变疏　　　　　　B．变密C．不变 D．消失
解析：如图所示，若抽去一张纸片，则三角截面空气层的倾角变小，则干涉条纹变疏，A项正确．
1．(2023·重庆第七次联考)(多选)如图所示甲、乙、丙、丁四幅图均来自物理课本，下列说法正确的是(　　)
A．图甲为双缝干涉示意图，若换成频率更高的单色光照射双缝，则实验得到的条纹间距应该更大B．图乙为光照到圆盘上得到的衍射图样C．图丙为劈尖干涉的示意图，两玻璃片间垫有一些纸片，若从两玻璃片之间抽出部分纸片，则从上往下看可以观察到条纹间距变大D．图丁所示为相机拍摄车前挡玻璃的照片，图中能明显减弱汽车玻璃表面反射光是利用了薄膜干涉原理
到的衍射图样，也叫泊松亮斑，故B项正确；抽去纸片后空气层的倾角变小，相当于减小了d，故相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，干涉条纹间距变大，故C项正确；相机拍摄时减弱了玻璃表面的反射光，是在照相机镜头前增加偏振片过滤掉了反射的光，应用了偏振原理，故D项错误；故选BC.
2．(多选)“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力．下列现象的物理原理与之相同的是(　　)A．插入水中的筷子，看起来折断了B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹C．驶近站台的火车，汽笛音调变高D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
解析：该现象属于波的叠加原理；插入水中的筷子看起来折断了是光的折射造成的，与该问题的物理原理不相符；阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，是由于光从薄膜上下表面的反射光叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符；驶近站台的火车汽笛音调变高是多普勒现象造成的，与该问题的物理原理不相符；振动音叉的周围声音忽高忽低，是声音的叠加造成的干涉现象，与该问题的物理原理相符．故选BD.
命题点三　光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒．(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系．(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．
3．定量分析时应抓住三个关系式．(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.
4．光电效应的图像问题．
利用图甲所示的实验装置测量遏止电压U与入射光频率ν的关系．若某次实验中得到如图乙所示的U-ν图像．已知普朗克常量h，则(　　)
A．电源的左端为正极B．K极金属的逸出功为hν1C．增大入射光的强度，遏止电压增大D．滑动变阻器滑片移至最左端，电流表示数为零
解析：测量遏止电压U与入射光频率ν的关系时，A、K之间应加反向电压，使光电子受到的电场力指向阴极，则A应与电源负极相连，所以电源的左端为负极，故A项错误；由题图乙可知K极金属的截止频率为ν1，所以逸出功为W0＝hν1，故B项正确；根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理综合可得eUc＝Ekm＝hν－W0，由上式可知，遏止电压与入射光强度无关，与入射光频率有关，只有增大入射光频率时遏止电压才增大，故C项错误；滑动变阻器滑片移至最左端，反向电压为零，光电子可以到达阳极形成光电流，电流表示数不为零，故D项错误．故选B.
1．某学校科技活动小组设计了一个光电烟雾探测器(如图甲)，当有烟雾进入探测器时(如图乙)，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．已知钠的极限频率为6.0×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(　　)
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于5.0×10－7 mB．光电管发生光电效应，同时光源的光变强时，不能改变光电烟雾探测器的灵敏度C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射现象D．报警器报警时，钠表面每秒释放出的光电子数最少为N＝6.25×1010个
2．光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片．为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体．紫外线进入液体后与其在真空中相比(　　)A．波长变短　　　　　　B．光子能量增加C．频率降低 D．传播速度增大
3．(2023·江苏苏锡常镇四市一模)用如图电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值．若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U－ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是(　　)