2025高考物理二轮专题复习-第13讲 光学【课件】

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题型1 光的折射和全反射
题型2 光的干涉与衍射
题型3 光的波粒二象性、物质波
题型4 光学模块的组合问题
【关键能力】了解光本质的认知过程,高中物理光学内容主要包括三部分:第一部分是几何光学,把光的传播抽象成光线模型并遵循直线传播原理、反射定律、折射定律;第二部分是波动光学,是在光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象分析基础上把光传播本质理解为电磁波模型;第三部分是在光电效应、康普顿效应等现象基础上理解光的波粒二象性.
A. B. C. D.
技法点拨本题先考虑点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状，再考虑线光源发出的光在水面上有光射出的水面形状，最后分析三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状.根据全反射临界角满足的条件，画出示意图，根据几何关系解答.
时，则水对该光的折射率发生变化，由上述分析可知，当折射率发生改变时，则暗圆的半径发生变化，所以中间暗圆的面积发生变化，故B错误；
例2 [2024·台州模拟] 某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是( )
A.甲图属于圆孔衍射B.乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现影的中心的确有这个亮斑C.不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D.发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
[解析] 根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，乙图是光线照射到圆板后的衍射图样，即乙图为著名的“泊松亮斑”，故A正确；乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来阿拉果发现影的中心有这个亮斑，故B错误；不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确.
技法点拨小孔衍射图样与圆板衍射图样是不一样的，要掌握它们的特点来记忆.圆孔形成明暗相间的、不等亮、不等间距的圆环；不透明圆板背后阴影中心有一个亮斑.
例3 [2024·湖州模拟] 某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图所示.材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖.单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹.下列说法正确的是( )
A.表面3可以与表面2平行B.该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的C.仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大D.仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
[解析] 该条纹是由上层玻璃下表面2与材料乙上表面3的反射光发生干涉形成的，由空气劈尖原理可知，若表面3与表面2平行，则两表面的反射光之间的路程差始终恒定，则不会形成明暗相间的条纹，故A、B错误；若温度升高，干涉条纹向左移动，则上层玻璃下表面2与材料乙上表面3之间的空气膜厚度增加，即材料甲膨胀程度大，故C正确；
技法点拨干涉类问题最容易进行拓展变形
A.向上移动B.向下移动C.不动D.无法确定
1.对光电效应的特别提醒(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.对波粒二象性的理解(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的,光的波动性不同于宏观概念的波.(2)德布罗意提出物质波的观点被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质,而且具有波的性质.
例4 (不定项)[2024·嘉兴模拟] 波粒二象性是微观世界的基本特征.下列对波粒二象性的实验及说法正确的是( )
A.光的衍射(图甲)揭示了光具有粒子性B.光电效应(图乙)揭示了光的波动性，同时表明光子具有能量C.康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量D.电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性
[解析] 光的衍射(图甲)揭示了光具有波动性，选项A错误；光电效应(图乙)揭示了光的粒子性，同时表明光子具有能量，选项B错误；康普顿效应(图丙)揭示了光的粒子性，同时表明光子除了有能量还有动量，选项C正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样(图丁)，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，选项D正确.
技法点拨根据电子的动量公式结合双缝干涉实验的条纹间距公式联立得出电子的动量表达式；根据动能和动量的关系得出电子的动能；结合光电效应方程列式得出光子的能量，熟悉公式间的推导即可完成解答.
1. 用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示.入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d.已知光束a和b间的夹角为90°,则(　　)A.光盘材料的折射率n=2B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度
2.　(多选) 肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹间距上面宽、下面窄.下列说法正确的是(　　)A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,条纹也会跟着转动90°
[解析] 肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚,因表面张力的作用其截面一定不是梯形,A正确;薄膜干涉是等厚干涉,肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹,B正确;形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点,形成到破裂的过程上面越来越薄,下面越来越厚,因此加强点和减弱点的位置会发生变化,条纹宽度和间距发生变化,C错误;将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°,由于重力,表面张力和黏滞力等的作用,肥皂膜的形状和厚度会重新分布,并不会跟着旋转90°,D错误.
3.　(多选) 我们用如图所示的电路研究光电效应时,当开关闭合后,微安表有一定示数,以下说法正确的是(　　)A.如图所示的电路连接可用于测量遏止电压B.更换电源的正负极,可以使微安表示数减小C.把滑动变阻器滑片向左滑动,微安表示数一定减小D.仅增大入射光强度时,微安表示数一定增大
[解析] 测量遏止电压时,应使光电子逸出后减速运动,图中电路不能测量遏止电压,故A错误;将电源的正、负极对调,若电压超过遏止电压,则微安表示数为零,若电压小于遏止电压,则微安表示数减小,故B正确;滑动变阻器滑片左移,正向电压减小,若没有达到饱和电流,则微安表示数减小,若已经达到饱和电流,则微安表示数不变,故C错误;仅增大入射光强度,则单位时间里产生的光电子数目增多,所以微安表示数一定增大,故D正确.
4. (多选) 如图所示,波长为λa和λb的两种单色光射入三棱镜,经折射后射出两束单色光a和b,则这两束光(　　)A.照射同一种金属均有光电子逸出,光电子最大初动能Eka>EkbB.射向同一双缝干涉装置,其干涉条纹间距Δxa>ΔxbC.在水中的传播速度va