摘要：光學專題復習教學設計主要復習了光直線傳播、光的折射、光的色散、全反射及光的本性關鍵字：光學專題復習教學設計光學光學知識重點總結1.光直線傳播知識的應用——月食如何產生？為什么沒有月環食？分析和解：當地球位于太陽和月球之間，且三球基本上在一直線上時，會發生月食如圖1所示。月食分為本影食和半影食，本影食又分為全食和偏食。月全食和月偏食的不同，不決定于觀察地點，而決定于月球是否全部進入地球的本影。在月全食的時候，整個月球位于地球本影之內（如圖1的a），因而失去太陽的直接光輝。在月偏食的時候，月球只是部分位于地球本影之內（如圖1的b），因而局部失去光明。在全食以前和以后，都有一個月偏食階段。有時，由于月球中心距離地球軸心太遠，整個月食的過程，都是月偏食過程。月球進入地球半影的現象，叫半影食（如圖1的c），這時在地球上仍能看到圓亮的月球，只是亮度有所不同，在習慣上，半影食不算月食。如果這時在月球上看太陽，可以看到日偏食。地球本影長度大約是月地平均距離的倍，月球直徑遠小于地球直徑，就不可能有月環食。圖12.正確確定光學中的視場，觀察區域（1）視場與觀察區域：通過光學元件觀察物體，看到的是物體的像，這里涉及到：一是要能看到物體的像，眼睛應處于何范圍內進行觀察——即確定目域；二是透過光學元件。眼睛能看到多大的區域——即確定視場。由于虛像不是由實際光線會聚而成，所以，虛像只能通過光學元件進行觀察，因此視場問題只涉及物體通過光學元件成虛像情況，觀察虛像和實像都存在目域問題，因為只有實際光線進入人眼才能被觀察到，所以物體經光學元件成像后光線繼續傳播的范圍即為觀察像的目域。（2）確定平面鏡成像的觀察范圍的方法要看到物體在平面鏡中的像，需借助邊界光線，邊界光線的公共部分，即為完整的觀察范圍。圖2如圖2所示：AB為發光體，確定人眼在何處可看到AB經平面鏡MN所成的完整的像的方法是：先由對稱特性作出AB的像，再由A點作兩邊界入射光線AM、AN，則其反射光線的反向延長線過點，兩反射光線所夾區域為A點的視場區；同樣可作出B點的視場區，兩區域的公共部分為看完整的像的觀察范圍。根據光路可逆原理，用以上確定A點視場區方法可確定平面鏡可視范圍。3.正確認識光的折射和全反射（1）折射率是反映介質光學性能的物理量，是從實驗的角度上定義的，因而為折射率的測量提供了依據。而是從理論上反映介質的特征；當光垂直射向界面時，顯然已失去測量n的條件，但此時仍有；不同介質，對同種光的折射率一般不同，因而測定介質的折射率又是鑒別物質種類的一種手段。（2）光的色散現象說明同種介質對不同色光的折射率不同，而光的顏色由光的頻率決定，故折射率大小與光的頻率有關，頻率越高，折射率越大。光在傳播過程中，頻率恒定不變。（3）光只有從光密介質射向光疏介質，且入射角時，才發生全反射現象。解決光的折射和全反射的問題關鍵是作出光路圖，結合幾何知識進行求解。（4）用折射定律分析光的色散現象分析、計算時，要掌握好n的應用及有關數學知識，著重理解兩點：(1)光的頻率（顏色）由光源決定，與介質無關；(2)同一介質中，頻率越大的光折射率越大。再應用等知識，就能準確而迅速地判斷有關色光在介質中的傳播速度、波長、入射線與折射線偏折程度等問題。4.光的本性——光的波動性和粒子性光的干涉和衍射，說明光具有波動性。光是電磁波；光電效應說明光具有粒子性。人們平時看到的是大量光子的統計行為，即表現為光的波動性，當涉及到光的發射和吸收等過程時，個別光子的粒子性會明顯地表現出來，因為光子的能量和動量都正比于頻率（反比于波長），所以波長越短的光子粒子性越明顯。高考試題解析例1、（09年上海物理）10．如圖為雙縫干涉的實驗示意圖，若要使干涉條紋的間距變大可改用長更___________（填長、短）的單色光，或是使雙縫與光屏間的距離___________（填增大、減小）。答案：長，增大。解析：依據雙縫干涉條紋間距規律，可知要使干涉條紋的間距變大，需要改用波長更長的單色光，應將增大雙縫與屏之間的距離L。例2、（09年廣東物理）4.硅光電池是利用光電效應原理制成的器件。下列表述正確的是A．硅光電池是把光能轉變為電能的一種裝置B．硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C．逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關D．任意頻率的光照射到硅光電池上都能產生光電效應答案：A解析：硅光電池是把光能轉變為電能的一種裝置，A正確；是利用光電效應原理制成的器件，依據光電效應方程可見只有當入射光子的頻率大于極限頻率時才可能發生光電效應，B錯誤，C錯誤，D錯誤。例3（09年廣東物理）14．（1）（4分）在陽光照射下，充滿霧氣的瀑布上方常常會出現美麗的彩虹。彩虹是太陽光射入球形水珠經折射、內反射，再折射后形成的。光的折射發生在兩種不同介質的上，不同的單色光在同種均勻介質中不同。答案：（1）界面，傳播速度解析：（1）略；圖48-1例4、如圖48-1圖48-1圖48-2分析與解：光路圖如圖48圖48-2由折射定律知：[1]由圖知：AB=2htgr[2]光線Ⅱ相對I的側移距離d為：d=ABcosi[3]圖49-1聯立解[1][2][3]式得：d=圖49-1圖49-254、如圖49-1圖49-2分析與解：(1)光線DE射到AC面上發生折射，折射光線射到AB面上被反射到BC面又從BC面折射出去形成光線FG。題目要求畫出棱鏡對入射光線的折射→反射→折射的光路。先延長DE與AC的交點為O1，O1是入射點。再反向延長FG，與BC的交點O2，O2是出射點。只要能找出AB面上的反射點P就可以畫出準確的光路圖。從O1點射到P點的光線，被AB面反射后，反射光線應從P點射到O2。入射光線O1P和反射光線PO2應符合反射定律。根據反射定律，平面鏡成像的對稱性，我們可把O1想象成點光源，它的像點O1’關于AB面對稱，點光源O1射到AB面上的光線，被AB面反射后都好像由O1’射出的一樣，我們連接O1’O2與AB的交點P即為所求。根據上面的分析得到作圖的順序是：先延長DE、FG確定入射點O1和出射點O2，再作出O1點關于AB的對稱點O1’，連接O1’O2與AB交于P點，作O1P是AC折射后射到AB面的入射光線，作PO2是AB面反射光線。光路圖如49-2所示。說明：本題關鍵是確定P點，重要的一步是把O1設想為點光源。將AB作平面鏡處理，十分巧妙。(2)證明：設棱鏡折射率為n，在圖中，對于△PO1M，其外角∠AMO1=r+α即：45°=r+α=r+(90°-i‘)所以i’=45°+r即：sini’=sin(45°+r)=sin45°cosr+cos45°+sinr[1]又：n=sini/sinr=sin45°/sinr所以sinr=[2]cosr==[3]把[2]、[3]式代入[1]式得：sini’=由于n＞1,所以+1＞2即sini’＞1/n，光線射到AB面上一定發生全反射。例5（09年山東卷）37．(4分)（物理——物理3-４）（2）一束單色光由左側時的清水的薄壁圓柱比，圖2為過軸線的截面圖，調整入射角α，光線拾好在不和空氣的界面上發生全反射，已知水的折射角為，α的值。圖2圖2解析：（2）當光線在水面發生全放射時有，當光線從左側射入時，由折射定律有，聯立這兩式代入數據可得。考點：光的折射和全放射專題訓練一、選擇題1、（09年全國卷Ⅰ）15.某物體左右兩側各有一豎直放置的平面鏡，兩平面鏡相互平行，物體距離左鏡4m，右鏡8m，如圖所示，物體在左鏡所成的像中從右向左數的第三個像與物體的距離是A．24mB．32mC．40mD．48m2、（09年全國卷Ⅱ）21.一玻璃磚橫截面如圖所示，其中ABC為直角三角形（AC邊末畫出），AB為直角邊ABC=45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點。此玻璃的折射率為。P為一貼近玻璃磚放置的、與AB垂直的光屏。若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則A.從BC邊折射出束寬度與BC邊長度相等的平行光B.屏上有一亮區，其寬度小于AB邊的長度C.屏上有一亮區，其寬度等于AC邊的長度D.當屏向遠離玻璃磚的方向平行移動時，屏上亮區先逐漸變小然后逐漸變大3、（09年上海物理）6．光電效應的實驗結論是：對于某種金屬A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應 B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產生的光電子的最大初動能就越大4、（09年上海卷）6．英國科學家瑞利于1871年證明：一束光穿過大氣距離后，其強度從下降為的公式為，其中叫做吸收系數，式中為光的頻率，為光速，標準狀況下，個/厘米，。定義，叫做衰減長度，它表示光經過距離后其強度降低到原來的。根據以上信息，結合所學知識可以判斷A．可見光中衰減最厲害的是紅光B．可見光中衰減最厲害的是紫光C．可見光中衰減最厲害的是黃綠光D．不同顏色的光衰減程序基本相同5、（09年寧夏卷）36．［物理——選修3-5］（5分）關于光電效應，下列說法正確的是_______A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產生光電效應C．從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D．入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內逸出的光電子數就越多6、（09年天津卷）7.已知某玻璃對藍光的折射率比對紅光的折射率大，則兩種光A.在該玻璃中傳播時，藍光的速度較大B.以相同的入射角從空氣斜射入該玻璃中，藍光折射角較大C.從該玻璃中射入空氣發生反射時，紅光臨界角較大D.用同一裝置進行雙縫干涉實驗，藍光的相鄰條紋間距較大7、（09年四川卷）21.如圖所示，空氣中有一橫截面為半圓環的均勻透明柱體，其內圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝r。現有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經過兩次全反射就垂直于水平端面B射出。設透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則n可能為n可能為2t可能為t可能為8、（09年重慶卷）21.用a、b、c、d表示四種單色光，若①a、b從同種玻璃射向空氣，a的臨界角小于b的臨界角；②用b、c和d在相同條件下分別做雙縫干涉實驗，c的條紋間距最大③用b、d照射某金屬表面，只有b能使其發射電子。則可推斷a、b、c、d可能分別是A．紫光、藍光、紅光、橙光B．藍光、紫光、紅光、橙光C．紫光、藍光、橙光、紅光D．紫光、橙光、紅光、藍光9、（09年福建卷）13.光在科學技術、生產和生活中有著廣泛的應用，下列說法正確的是A.用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的偏振現象B.用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的衍射現象C.在光導纖維束內傳送圖像是利用光的色散現象D.光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現象10、（09年浙江卷）18．如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面的單色光從空氣射向點，并偏折到F點，已知入射方向與邊的夾角為，、分別為邊、的中點，則A．該棱鏡的折射率為B．光在點發生全反射C．光從空氣進入棱鏡，波長變小D．從點出射的光束與入射到點的光束平行11.08年高考全國I理綜一束由紅、藍兩單色光組成的光線從一平板玻璃磚的上表面以入射角θ射入，穿過玻璃磚自下表射出.已知該玻璃對紅光的折射率為.設紅光與藍光穿過玻璃磚所用的時間分別為t1和t2，則在θ從0°逐漸增大至90°的過程中始終大于t2始終小于t2先大于后小于t2先小于后大于t2年高考全國II理綜一束單色光斜射到厚平板玻璃的一個表面上，經兩次折射后從玻璃板另一個表面射出，出射光線相對于入射光線側移了一段距離。在下列情況下，出射光線側移距離最大的是A.紅光以的入射角入射 B.紅光以的入射角入射C.紫光以的入射角入射 D.紫光以的入射角入射年高考北京卷理綜下列說法正確的是用分光鏡觀測光譜是利用光折射時的色散現象用X光機透視人體是利用光電效應光導纖維輿信號是利用光的干涉現象門鏡可以擴大視野是利用光的衍射現象14．08年高考上海卷物理在楊氏雙縫干涉實驗中，如果[ ]（A）用白光作為光源，屏上將呈現黑白相間的條紋（B）用紅光作為光源，屏上將呈現紅黑相間的條紋（C）用紅光照射一條狹縫，用紫光照射另一條狹縫，屏上將呈現彩色條紋（D）用紫光作為光源，遮住其中一條狹縫，屏上將呈現間距不等的條紋15．08年高考上海卷物理（4分，單選題）用如圖所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現象。圖（a）是點燃酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖（b）是豎立的附著一層肥皂液薄膜的金屬絲圈。將金屬絲圈在其所在的豎直平面內緩慢旋轉，觀察到的現象是（A）當金屬絲圈旋轉30°時干涉條紋同方向旋轉30°（B）當金屬絲圈旋轉45°時干涉條紋同方向旋轉90°（C）當金屬絲圈旋轉60°時干涉條紋同方向旋轉30°（D）干涉條紋保持原來狀態不變年高考天津卷理綜下列有關光現象的說法正確的是

A.在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光由紫光改為紅光，則條紋間距一定變大B.以相同入射角從水中射向空氣，紫光能發生全反射，紅光也一定能發生全反射C.紫光照射某金屬時有電子向外發射，紅光照射該金屬時也一定有電子向外發射D.拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以增加透射光的強度年高考重慶卷理綜圖是一個圓柱體棱鏡的截面圖，圖中E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON,ON邊可吸收到達其上的所有光線.已知該棱鏡的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆蓋OM,則光線不能從圓孤射出只能從圓孤射出能從圓孤射出能從圓孤射出18．08年高考四川卷理綜如圖，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60°。己知光線在玻璃球內經一次反射后，再次折射回到空氣中時與入射光線平行。此玻璃的折射率為A．B．1.5C．D．2二、填空題19、（09年江蘇物理）12選做題B．（選修模塊3—4）（8分）（1）如圖甲所示，強強乘電梯速度為（為光速）的宇宙飛船追趕正前方的壯壯，壯壯的飛行速度為，強強向壯壯發出一束光進行聯絡，則壯壯觀測到該光束的傳播速度為。（填寫選項前的字母）（A）0.4c（B）0.5c（C）0.9c（D）1.0c（3）圖丙是北京奧運會期間安置在游泳池底部的照相機拍攝的一張照片，照相機的鏡頭豎直向上。照片中，水利方運動館的景象呈現在半徑的圓型范圍內，水面上的運動員手到腳的長度，若已知水的折射率為，請根據運動員的實際身高估算該游泳池的水深，（結果保留兩位有效數字）20、（09年江蘇物理）12選做題C．（選修模塊3—5）（4分）（3）試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大小。21、（09年海南物理）18．模塊3-4試題（I）（5分）如圖，一透明半圓柱體折射率為，半徑為R、長為L。一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入，從部分柱面有光線射出。球該部分柱面的面積S。22、（09年海南物理）19．模塊3-5試題（I）（5分）已知：功率為100W燈泡消耗的電能的5%轉化為所發出的可見光的能量，光速，普朗克常量，假定所發出的可見光的波長都是560nm，計算燈泡每秒內發出的光子數。23、（09年寧夏卷）35．［物理——選修3-4］（2）（10分）一棱鏡的截面為直角三角形ABC，∠A=30o，斜邊AB＝a。棱鏡材料的折射率為n=。在此截面所在的平面內，一條光線以45o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡射出的點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。24、08年高考寧夏卷理綜（9分）一半徑為R的1/4球體放置在水平面上，球體由折射率為的透明材料制成。現有一束位于過球心O的豎直平面內的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示。已知入射光線與桌面的距離為。求出射角。25．(8分）【08物理一物理3一4】交克斯韋在1865年發表的（電磁場的動力學理論）一文中揭示了電、磁現象與光的內在聯系及統一性，即光是電磁波。(l）一單色光波在折射率為的介質中傳播，某時刻電場橫波圖象如圖1所示．求該光波的頻率。(2）圖2表示兩面平行玻璃磚的截面圖，一束平行于CD邊的單色光入射到AC界面上，a、b是其中的兩條平行光線。光線a在玻璃磚中的光路已給出。畫出光線b從玻璃磚中首次出射的光路圖．并標出出射光線與界面法線夾角的度數。參考答案1、解析：本題考查平面鏡成像.從右向左在左鏡中的第一個像是物體的像距離物體8cm,第二個像是物體在右鏡所成像的像,第3個像是第一個像在右鏡中的像在左鏡中的像距離物體為32cm.答案：B。2、解析：本題考查光的折射和全反射.寬為AB的平行光進入到玻璃中直接射到BC面,入射角為45o>臨界角,所以在BC面上發生全反射仍然以寬度大小為AB長度的豎直向下的平行光射到AC圓弧面上.根據幾何關系可得到在屏上的亮區寬度小于AB的長度,B對.D正確。BD3、解析：每種金屬都有它的極限頻率，只有入射光子的頻率大于極限頻率時，才會發生光電效應，且入射光的強度越大則產生的光子數越多，光電流越強；由光電效應方程，可知入射光子的頻率越大，產生的光電子的最大初動能也越大，與入射光的強度無關，所以AD正確。答案：AD4、答案：B5、答案：A6、解析：由可知，藍光在玻璃中的折射率大，藍光的速度較小，A錯；以相同的入射角從空氣中斜射入玻璃中，藍光的折射率大，向法線靠攏偏折得多，折射角應較小，B錯。從玻璃射入空氣發生全反射時的臨界角由公式可知，紅光的折射率小，臨界角大，C正確；用同一裝置進行雙縫干涉實驗，由公式可知藍光的波長短，相鄰條紋間距小，D錯。答案：C7、解析：只經過兩次全反射可知第一次入射角為45°，反射光路圖如右圖所示。根據全反射可知臨界角C≤45°，再根據n＝可知n≥；光在透明柱體中運動路程為L＝4r，運動時間為t＝L/V＝4nr/c，則t≥4r/c，CD均錯。7、答案：AB8、答案：A9、答案：D解析：用透明的標準平面樣板檢查光學平面的平整程度是利用光的薄膜干涉現象，A錯；用三棱鏡觀察白光看到的彩色圖樣是利用光的折射形成的色散現象，B錯；在光導纖維束內傳送圖像是利用光的全反射現象，C錯；光學鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現象，D對。10、答案：AC解析：在E點作出法結線可知入射角為60o

，折射角為30o，折射率為；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會發生全反射，B錯；由公式，可知C對；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會與入射到點的光束平行，故D錯。11、解析：設折射角為α，玻璃磚的厚度為h，由折射定律n=EQ\F(sinθ,sinα)，且n=EQ\F(c,v)，在玻璃磚中的時間為t=EQ\F(h,vcosα)，聯立解得t2∝EQ\F(n4,n2-sin2θ)，紅光頻率較小，θ為零時，t1＜t2，θ為90°時，趨近漸近線，初步判定該函數為單調函數，通過帶入θ為其它特殊值，仍然有t1＜t2，故B對。12、解析：因為同種介質對紫光的折射率較大，故入射角相同時，紫光側移距離較大，A、B項錯；設入射角為i,折射角為r,則側移距離,可見對于同一種色光,入射角越大,側移距離越大,D項正確。13、解析：用X光機透視人體是利用X光的穿透性；光導纖維傳輸信號是利用光的全反射現象；門鏡可以擴大視野是利用光的折射現象14、解析：白光作楊氏雙縫干涉實驗，屏上將呈現彩色條紋，A錯；用紅光作光源，屏上將呈現紅色兩條紋與暗條紋（即黑條紋）相間，B對；紅光和紫光頻率不同，不能產生干涉條紋，C錯；紫光作光源，遮住一條狹縫，屏上出現單縫衍射條紋，即間距不等的條紋。BD對。15、解析：金屬絲圈的轉動，改變不了肥皂液膜的上薄下厚的形狀，由干涉原理可知干涉條紋與金屬絲圈在該豎直平面內的轉動無關，仍然是水平的干涉條紋，D對。16、解析：根據干涉條紋的間距的公式△x=EQ\F(l,d)λ可知，由于紫光的波長比紅光的波長短，所以改為紅光后條紋間距一定增大，A正確；紫光的臨界角比紅光的臨界角小，所以紫光發生全反射后紅光不一定發生全反射，B錯誤；由于紫光的頻率大于紅光的頻率，所以紫光的能量比紅光的能量大，紫光發生光電效應紅光不一定發生光電效應，C錯誤，拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振鏡是為了防止玻璃的反光，所以D錯誤。A17、解析：本題考查光的折射有關的知識，本題為中等難度題目。由該棱鏡的折射率為可知其臨界角C滿足：,可求出GG1右邊的入射光線沒有發生全反射，其左邊的光線全部發生全反射。所以光線只能從圓弧NG1射出。B。18、解析：如圖，為光線在玻璃球內的光路圖．A、C為折射點，B為反射點，作OD平行于入射光線，故，所以，玻璃的折射率．C。19、解析：（1）根據愛因斯坦相對論，在任何參考系中，光速不變。D項正確。(3)根據題意能畫出光路圖，正確使用物象比解決本題的關鍵。設照片圓形區域的實際半徑為,運動員的實際長為，光路如圖：折射定律幾何關系得取，解得（本題為估算題，在取運動員實際長度時可以有一個范圍，但要符合實際，故求得h值可以不同均可）20、答案：（3）粒子的動量，物質波的波長，由，知，則。解析：（3）物質波的的波長為，要比較波長需要將中子和電子的動量用動能表示出來即，因為，所以，故。21、解析：半圓柱體的橫截面如圖所示，為半徑。設從A點入射的光線在B點處恰好滿足全反射條件，由折射定律有式中，為全反射臨界角。由幾何關系得②③代入題所給條件得