2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五第16讲几何光学与物理光学课件

这是一份2023高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五第16讲几何光学与物理光学课件，共55页。PPT课件主要包含了知识归纳素养奠基，细研命题点提升素养，答案C，答案B，命题点二光的波动性，答案A，答案衍射a，答案衍射波动说，续上表等内容，欢迎下载使用。
第16讲　几何光学与物理光学
专题五 热学、光学、原子物理
1．光的折射定律、折射率．(1)折射定律．①内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．
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．
命题点一　光的折射　全反射折射率．
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小．(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．
(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示．一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点．当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束．已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
(2022·深圳二模)如图1，宽度足够大的水槽内水深h，一束激光垂直水面射向水底s处，发现水槽底部有一半径为r的圆形区域比其他区域暗，产生该现象的原因是光线经水槽底部漫反射后射向水面，射到b处的光线恰好发生全反射，光路见图2，求：
(1)水的折射率；(2)通过作图分析，当水深增大时暗斑半径如何变化．
1.(2022·浙江卷)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　　)A．气泡表面有折射没有全反射B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射D．光射入气泡干涉形成“亮斑”
解析：当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮．故选C.
2．工业上我国对产品的质量检测其中一种是采用光学检测玻璃装置的合格性．如下图甲所示是货物的运输轨道，图乙是某次对某玻璃装置的质量检测．当光束以垂直玻璃砖底面的方向射入，当光束以与O点连线夹角θ射入时，光线恰好在玻璃砖内发生全反射，若玻璃的折射率为2，则tan θ＝(　　)
解析：绘出光路图，如图
3．一束激光垂直照射在光屏上，形成一圆形光斑如图甲所示．现在光屏前放置一透明的玻璃圆柱体，让激光垂直圆柱体轴线入射，光束经过圆柱体后照射在光屏上，如图乙所示．则在光屏上观察到的光斑形状可能为(　　)
解析：激光束照在圆柱上，沿圆柱体轴上的光线即水平方向上的光线，经相同的入射角折射，两次折射后，同一水平方向上的光线折射偏转角度相同，光线平行，故在光屏上水平方向上的光斑宽度不变．
如图，竖直方向上光线通过圆柱体光线有会聚作用，根据光屏与圆柱玻璃柱的位置关系，光斑的长度可能变大，可能变小，也可能不变．由于图中的入射光束在圆心上方，故光路往下偏，光斑的中心不可能呈现在光屏的上部．综上所述，B有可能，A、C、D均不可能．故选B.
4．如图所示，直角三棱镜ABC置于空气中，一细束单色光从直角三棱镜的AC面的中点垂直射入，进入三棱镜后在AB面恰好发生全反射，已知∠ABC＝30°，AC边长等于L.MN为一光屏，且与BC边垂直．请求出：(1)该三棱镜的折射率n；(2)最终打在光屏上的光斑到B点的距离s.
二、薄膜干涉1．不同位置的液膜，厚度不同，因此在膜上不同的位置，一束自前后两个面的反射光的路程差不同．在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了亮条纹；在另一位置，叠加后相互削弱，出现了暗条纹．2．亮、暗条纹的判断．①前后表面，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹．
三、单缝衍射与双缝干涉的比较
(多选)(2022·山东卷)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正确，BCD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正确．
1．利用图甲装置(示意图)，观察单色激光经过单缝障板后产生的图样．因激光经过单缝发生了________现象，故在光屏上得图样应是图乙中的______(选填“a”或“b”)．
解析：因激光经过单缝发生了衍射现象；由于挡板的缝是水平的，衍射条纹应与缝平行，且中央宽，两边窄，不等间距，故在光屏上得图样应是图乙中的a.
2．如图，当用激光照射直径小于激光束的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑．这是光的________ (填“干涉”“衍射”或“直线传播”)现象，这一实验支持了光的__________ (选填“波动说”“微粒说”或“光子说”)
解析：光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象叫做光的衍射，这是典型的圆孔衍射．光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性．
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．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.
3．光电效应的图像问题．
(2022·肇庆三模)如图甲所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子．阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整，电源的正负极也可以对调．闭合开关后，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流．现分别用蓝光、弱黄光、强黄光照射阴极K，形成的光电流与电压的关系图像如图乙示，图中a、b、c光依次为(　　)
A．蓝光、弱黄光、强黄光B．弱黄光、蓝光、强黄光C．强黄光、蓝光、弱黄光D．蓝光、强黄光、弱黄光
解析：设遏止电压为Uc，由动能定理eUc＝Ek＝hν－W0可知，对于同一种金属W0不变，遏止电压与入射光的频率有关．对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的，故a、c是同种颜色的光，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，a为强黄光，c为弱黄光．b的遏止电压最大，故b光的频率最大，为蓝光．故选C.
(2022·华南师大附中三模)如图是工业生产中大部分光电控制设备(如夜亮昼熄的路灯)用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成．则对该装备，下列说法正确的是(　　)
A．a端为电源负极B．流过电磁铁的电流是交流电C．电磁铁的原理是利用电流的磁效应D．只要有光照射光电管，回路中就有电流
解析：电路中要产生明显的电流，则a端接电源的正极，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁被磁化，将衔铁吸住；故A错误；流过电磁铁的电流方向不变，不是交流电，选项B错误；电磁铁的原理是利用电流的磁效应，选项C正确；根据光电效应的规律可知，只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，产生光电流，故D错误．故选C.
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错误．故选B.
1．(2022·北京东城三模)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．(多选)美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应理论的质疑者之一，他通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性．已知电子电量为1.6×10－19 C，普朗克常量为6.63×10－34 J·s.若某次实验中得到如图所示的Uc-ν图像，则下列说法正确的是(　　)
A．该金属的截止频率与入射光的频率无关B．遏止电压Uc与入射光的频率和强弱都有关C．由图像可知普朗克常量约为6.67×10－34 J·sD．实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的
4.如图所示是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作．(ⅰ)用频率为ν1的光照射光电管，此时电流表中有电流．调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1. (ⅱ)用频率为ν2的光照射光电管，重复(ⅰ)中的步骤，记下电压表的示数U2.已知电子的电荷量为e.(1)滑动头P向b滑动过程中电流表中的电流如何变化？(2)请根据实验结果推导普朗克常量的计算式．
解析：(1)由于刚开始，K电势高，光电管的电压对电子减速，使微安表示数恰好变为0；当滑片P向b端移动时，使得光电管的A端电势逐渐变高，光电管的电压对电子慢慢由减速变到使其加速，所以电流会逐渐变大；当电压高到一定时，能将单位时间内逸出的所有光电子加速运动到A端，此时微安表示数保持不变．