【高考物理光学】高考物理光学题怎么做？

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第一单元中光传播的几何光学

首先，光的直线传播

1，几个概念

①光源:能发光的物体。

②点光源:忽略发光体的大小和形状，保持其光度。(力学中的质点，理想化)③光能:光是一种能量，可以用其他形式的能量转化(提高被照物体的温度，使负片感光，热水器灯，蜡烛，太阳上的一切都靠太阳和光伏电池生长)。

(4)光:用来表示光束的有向直线称为光，直线的方向表示光束的传播方向。光实际上并不存在，这是对细光束的抽象表述。(类比:磁感应线电场线)

⑤实像和虚像

如果点光源发出的同心光束经反射镜反射或透射镜折射后能会聚于一点，则该会聚点称为实像点；如果光束经反射镜反射或透射镜折射后仍发散，但光束的反向延长线相交于一点，则该点称为虚像点。实像点的集合称为实像，可以用光屏接收，也可以用肉眼直接观察。虚像不能被光幕接收，只能用肉眼观察。

2.光在同一均匀介质中沿直线传播。

注意前提条件:在同一介质中，而且是均匀介质。否则，可能会发生偏转。比如光从空气斜入射到水(不是同一种介质)；“海市蜃楼”现象(不均匀介质

甚至)。

点评:光的直线传播是一个近似定律。当障碍物或孔洞的大小和波长相当或小于波长时，就会发生明显的衍射。

就像，光很可能会偏离原来的传播方向。

例1如图，A点有一个小球，靠近球的左边。

有一个点光源s，现在把球从A点向右对着竖墙扔过去，打中。

在到达垂直墙壁之前，在点光源的照射下，球的影子在墙壁上的运动是

A.匀速直线运动b .自由落体运动

C.变加速直线运动d .匀速减速直线运动

解决方法:球抛出后，水平移动。时间t后，水平位移为vt，垂直位移为h =12gt。根据相似性2。

形状的知识可以从x =gl t ∝t的比例中得到，所以墙上阴影的运动是均匀的。2v

例2一个人身高1.8 m，以2 m/s的速度沿直线移动，前方离地5 m处有一盏路灯，试求该人的影子在水平地面上的移动速度。

解析:如图，假设一个人在时间t从起始位置移动到G位置，人头部的阴影从D点移动到C点。

具有CF FG = FA AB -FG的三角形ABC ∽FGC。

因为三角形ACD ∽AFE，所以有CF CD -EF = FA EF。

可以从上述类别中获得

即CD -EF FG = EF AB -FG S shadow -2t。

2t 1。8= S影=3.125t。5-1.8可见阴影的速度为3.125米/秒..

二、反射平面镜成像

1，反射定律

当光打到两种介质的界面上，回到原来的介质时，其传播规律遵循反射定律。反射定律的基本内容包括以下三点:

(1)反射光、法线、入射光* * *面；

(2)反射光和入射光在法线两侧分开；

③反射角等于入射角，即θ1=θ2。

2.平面镜成像的特点——平面镜形成的像是一个等距虚像。

像和物关于镜面对称。

3.光路图法——根据成像的特点，制作光路图时，可以先画人像，再画光路图。

4.充分利用光路可逆性——在平面镜的计算和绘制中充分利用光路可逆性。(眼睛在某一点A透过平面镜能看到的范围与点光源放置在A点的范围完全相同，点光源发出的光经平面镜反射后被照亮。)

5.用边光画图确定范围。

例3如图，在s处画一个人眼能透过平面镜看到的障碍物。

物体后面的地面范围。/解法:首先根据对称性做出人眼的像点S，然后根据光路的可逆性，假设在S处有一个点光源，它能透过平面镜照射的范围就是人眼能透过平面镜看到的范围。图中画了两条边缘光线。

例4如图，作为图解法，确定一个人在镜子前经过的平面。

镜子能看到AB完整影像的范围。

//解决方法:先把AB的像A B按对称性做出来，分别做A点和B点。

B点发出的光经过平面镜反射后可以到达的范围，然后找到它们。

的公共区域(交集)。是你能看到整个图像的范围。

第三，折射和全反射

1.折射定律(荷兰斯内尔)

光在到达两种介质之间的界面后从第一介质进入第二介质。

媒体，它的传播规律遵循折射定律。折射定律的基本内容

它包括以下三点:①折射光、法线光和入射光的平面；

②折射光和入射光在法线两侧分离；

③入射角的正弦与折射角的正弦之比等于一个常数，即

折射定律的各种表达式:n = sinθ1 = sinθ2 sinθ1cλ1(θ1为入射角和折射角中较大者，= = sinθ 2vλ "sinc。

c是全反射的临界角。)

④折射光路是可逆的。

⑤n >1

⑥培养基确定，N确定。(空气1.00028水n = 1.33醇n = 1.6)(不以密度为准)⑦光密介质和光疏介质——(1)与密度不同(2)相对论(3)小n角。

2.全反射现象

(1)现象:当光进入有光密度的介质时，随着入射角的增大，折射光的强度越来越弱，而反射光的强度却在远离法线的同时越来越强。当折射角达到90度时，折射光被认为完全消失，只剩下反射光——全反射。

(2)条件:①光由轻密介质向轻疏介质发射；②入射角达到临界角，即θ 1 ≥ C。

(3)临界角:折射角为90°时对应的入射角(发生全发射)，SIN C = 1 N。

例5直角棱镜的顶角α = 15，棱镜材料的折射率n =1.5，单色光的一束细光束如图悬挂。

直向左侧，先试着弄清楚入射光

棱镜发出的光。

解:由n =1.5可知临界角大于30°小于45°。

作图和计算表明，当光线照射到A、B、C、D点时，

入射角分别为75°、60°、45°和30°，所以在A、B、C处发生全反射，在D点入射角首次小于临界角，所以光首次从棱镜出射。

3.光纤、幻影和内窥镜

全反射的一个重要应用是光纤。光纤具有内层和外层，其中内层是光学致密介质，外层是光学疏水介质。光在光纤中传播时，每次打到材料内外层的界面上，都要求入射角大于临界角，这样就会发生全反射。这样，从一个端面入射的光可以在多次全反射后从另一个端面完全射出而没有损失。

示例6如图所示，长度L =5.0m的光纤由折射率n =2的材料制成。一束细激光束以α= 45°的入射角从其左端中心点射入光纤，经过一系列全反射后从右端射出。问:(1)激光在光纤中的速度v是多少？(二)

激光在光纤中传播需要多长时间？

8解法:(1)由n=c/v，可得v = 2.1× 10m/s。

⑵由n=sin α/sinr，可以得到光从左端面入射的折射。

角度为30°，打侧面时入射角为60°，大于临界角。

45，所以发生全反射。同样，光线每次都会在侧面全反射，直到到达右端。根据三角关系可以发现，光通过光纤的总距离为s =2L/，因此激光在光纤中传输。

-8经过的时间为t =s /v =2.7×10s。

第四，棱镜和玻璃砖在光路上的作用

1.棱镜对光的偏转

一般来说，棱镜是由光密介质制成的。入射光被棱镜折射两次。

之后相对于入射方向，出射方向偏向底边，虚像偏向顶角。

如图所示，一束细细的红光和一束细细的蓝光平行于同一三条。

在棱镜上，折射光穿过光屏上的同一点M。如果用n 1和n 2分别表示棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法是正确的。

A.n 1n 2，A红光，B蓝光d . n 1 & gt；n 2、A蓝光和B红光的解法:从图中可以看出，B光通过棱镜后的偏转角较小，因此发生折射。

率小，是红灯。

2.全反射棱镜

横截面为等腰直角三角形的棱镜称为全反射棱镜。选择性适合度

当入射点时，入射光可以通过全反射棱镜的作用射出。

偏转90 °(右侧1)或180 °(右侧2)后O o。特别注意两个用途。

光的全反射发生在哪个表面？

例8如图所示，自行车的尾灯采用全反射棱镜原理。虽然它不发光，但在夜间骑行时，从后面驶来的汽车强光打在尾灯上后会反射回来，会让驾驶员注意到前面有一辆自行车。尾灯的原理如图，下列说法中正确的是(C)

A.车灯应来自左侧，并在尾灯的左侧表面全反射。

b .车灯应来自左侧，并在尾灯的右侧表面全反射。

C.车灯应该来自右边，在尾灯的左边。

红色表面被完全反射。

D.车灯应该来自右边，在尾灯的右边。

全反射发生在表面上。

紫色

3.光的折射和散射

一束白光被棱镜折射，形成红色、橙色、黄色和绿色。

靛蓝紫色的七个色带形成一个光谱。光谱的产生说明白光是由各种单色光组成的，各种单色光的偏转角不同。

4.玻璃砖——所谓玻璃砖，一般是指横截面为矩形的棱柱体。当光从上表面入射，从下表面出射时，其特点是:(1)出射光与入射光平行；⑵各种颜色的光在第一次入射后会被分散；⑶出射光的横向位移与折射率、入射角和玻璃砖的厚度有关；⑷玻璃砖可以用来测量玻璃的折射率。

实例9将透明材料制成矩形光学器件。要求从上表面入射的光可以从右侧出射，所以所选材料的折射率要满足b。

A.折射率必须大于b。折射率必须小于2°c。折射率可以是大于1的任何值。折射率再大也无法求解:从图中可以看出，为了使入射到上表面的光从右侧折射两次，

对于平面出射，θ1和θ2都必须小于临界角C，即θ1。

因此，C > 45，n =1/sinC

第二单元光的自然物理光学

知识网络:粒子理论(牛顿)

波动理论(惠更斯)

电磁理论(麦克斯韦)

光子理论(爱因斯坦)

光的波粒二象性理论

物理光的干涉和光波的衍射

粒子光电效应

一、粒子理论和波动理论

1，粒子论——(牛顿)认为光是粒子流，从光源出发，在均匀介质中遵循力学规律。

匀速直线运动。

反射(经典粒子撞击界面)

难点——干涉、衍射(波动特征)、折射(粒子被界面吸引和排斥:折射角，

不能一视同仁)，光线穿越

2、波动理论——(荷兰)惠更斯，(法国)菲涅耳，光在“以太”中以某种振动向外传播。

成功——反射、折射、干涉、衍射

难点-光电效应，康普顿效应，极化

在19世纪之前，粒子理论总是占上风。

(1)人们习惯用经典的机械波理论来理解光的本质。

②牛顿的威望

(3)波动理论本身并不完善(以太和惠更斯无法科学地给出周期和波长的概念)。

三

光的电磁理论麦克斯韦，光是电磁波。

4、光电效应——证明光是粒子。

二、光的双缝干涉——证明光是波。

1

，实验

1801年，托马斯·杨(英国)

2(1)在接收屏幕上，我看到等宽、等距离的明暗相间的条纹。中央亮条纹

(2)波长越大，条纹越宽。

(3)

如果使用多色光(白色)，就会出现彩色条纹。中央多色(白色)原因:相干光源在屏幕上

叠加(加强或削弱)

3.针孔的功能:产生相同频率的光。

双孔的作用:产生相干光源(同样的频率，同样的步速，两个孔出的光完全一样。)

4.条纹的明暗

L2-L1 = (2k+1) λ/2弱

L2-L1 = 2k * λ/2 = kλ strong

5、条纹间距∝波长

△X = λ L / d

9 10 6、1米= 10纳米1米= 10

例1用绿光做双缝干涉实验，屏幕上有绿色和深色条纹，相邻两条绿色条纹之间的距离为δ X，下列说法正确的是(C)

A.如果增加单缝和双缝之间的距离，δx就会增加。

B.如果双接缝之间的距离增加，δx将增加。

C.如果双缝和光屏之间的距离增加，δx也会增加。

d .如果在不改变双接缝之间的距离的情况下，减少每个双接缝的宽度，δx将增加。

三、薄膜干涉——光是一种波

1，钠盐洒在实验酒精中，火焰发出单色黄光。

2.现象

在(1)薄膜的反射光中，可以看到明暗相间的条纹。

谷物。等条纹宽度

(2)波长越大，条纹越宽。

(3)如果使用多色光，就会出现彩色条纹。

3.原因——正反面反射的两列频率相同。

光波、强峰、强谷、弱峰和谷的叠加(阳光

水里的肥皂泡，水面上的油膜，两个压着的玻璃杯)

4、科技的应用

(1)检查平面的平整度。

单色光入射时，A下表面和B上表面的反射光叠加，出现明暗相间的条纹。如果被检平面是平的，那么空气厚度相同的所有点都位于同一条直线上，干涉后得到直条纹，否则条纹是弯曲的。

(2)抗反射膜

当薄膜的厚度为薄膜中入射光波长的1/4倍时，来自薄膜两侧的光

反射波相遇，波峰波谷重叠，反射减少，黄绿光抵消，透镜光。

紫色。

运动员在爬雪山时要注意防止紫外线的过度照射。

辐射，尤其是眼睛，不宜长时间接触紫外线，否则会严重损害视力。有人想利用薄膜干涉原理设计一种眼镜，可以大大减少紫外线对眼睛的伤害。他选择的薄膜材料折射率为n =1.5，要消除的紫外线频率为8.1×1014Hz，那么他设计的这个“减反射膜”的厚度是多少呢？

解决方法:为了减少进入眼睛的紫外线，薄膜的正反两面反射的入射光要叠加加强，所以光程差应该是波长的整数倍，所以薄膜的厚度至少应该是薄膜中紫外线的波长。

-7/-71/2。紫外线在真空中的波长为λ=c/ν=3.7×10m，在薄膜中的波长为λ=λ/n =2.47×10m。

-7因此，薄膜的厚度至少为1.2×10m。

4.光的衍射——光是一种波。

1，实验

单缝衍射

b

孔径衍射

光绕过直线路径进入障碍物阴影的现象称为光衍射，其条纹称为衍射条纹。

2.条纹的特点:条纹的宽度不同，中间是亮色条纹，最宽最亮。

如果多色光(白色)，彩色条纹，中央多色(白色)

三

菲涅耳理论的泊松数学推导

4.光的直线传播是一个近似定律。

5.光的电磁理论——麦克斯韦基于电磁波和光在真空中的传播速度。

同度，提出光本质上是电磁波，这是光的电磁理论，Hz。

通过实验证明了光的电磁理论的正确性。

1，电磁波谱:波长从大到小的顺序是:无线电波，红外线(一切都发出红外线，1800，英国赫歇尔。

)、可见光、紫外线(所有高温物体，如太阳、弧光灯等，都会发出紫外线，1801年，德国。

Ritter)、X射线(高速电子流照射任何固体都会产生X射线，1895，德国伦琴)、γ射线。在各种电磁波中，除了可见光，相邻的两个波段之间是有重叠的。

各种电磁波的产生机理如下:无线电波是由振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；原子外层电子被激发后产生红外光、可见光和紫外光；原子内部电子被激发后产生伦琴射线；伽马射线是原子核被激发后产生的。

3.实验证明，物体辐射的电磁波中辐射最强的波长λm满足λ与物体温度t的关系。

。可见高温物体辐射的电磁波频率高。在宇宙学中，根据收到的m T = b (b是常数)

探测恒星发出的光的频率，并分析其表面温度。

为了转播火箭发射场的现场直播，发射场设置了发射台，传送广播电视信号。其中，广播电台使用的电磁波波长为550m，电视台使用的电磁波波长为0.566m，为了防止发射场附近的山头阻挡信号，需要在山头建一个中继站来中继_ _ _ _ _信号，因为信号的波长太_ _ _ _ _ _，不容易造成明显的衍射。

解:波长越长越容易衍射明显，波长越短衍射越不明显，呈线性传播。这时候就需要在山顶建一个转运站。所以这个题目中的中继站一定是在中继电视信号，因为它的波长太短了。

在伦琴射线管的结构中，电源E加热灯丝K，从而发射出热电子，热电子在K和A之间的强电场作用下高速飞向反阴极A，电子流撞击A极。

表面激发出高频电磁波，就是X射线。正确的是

(交流)A、P、Q应接高压直流电，Q接正极。

高压交流电应连接在B. P. Q .之间，高速电子流应连接在C. K. A .之间。

射线是一种高频电磁波。

D.从a发出的x射线的频率与p和q之间的交流电的频率相同。

6.光电效应——物体在光的照射下发出电子的现象称为光电效应。(右边的装置中，用弧光灯照射锌板，电子从锌板表面飞出，制成了原来不带电的验电器。

带正电。)光效中发出的电子叫做光电子。

(1)光电效应定律。①各种金属都有极限频率ν0，

只有ν≥ν0才能发生光电效应；②光电子的最大初始动能及其输入

入射光的强度与之无关，只随入射光频率的增加而增加；③当入射光

当频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

-9比例；④瞬时性(光电子的产生不超过10s)。

(2)光子理论

(1)、普朗克的量子论~电磁波的发射和接收是不连续的，每一个都叫能量。

-量子或量子，各部分能量为E = H γ，H = 6.63× 1034 J s，称为普朗克常数。

爱因斯坦说，光的发射、传播和接收都是不连续的，每一个都叫做一个光子。它的能量e = h γ。

说明:一对一，非累加，能量守恒，

③爱因斯坦光电效应方程1mv2 = hγ-W E = hν hν-W。

（

E

k

是光电子的最大辐角(4):e k = 2。

初始动能；w是功函数，即光电子直接从金属表面飞出克服正电荷引力所做的功。)

(3)光电管

K

例7对于爱因斯坦的光电效应方程E K = H V-W，下列理解正确的是(c)

A.只要用相同频率的光照射同一种金属，所有从金属中逸出的光电子将具有相同的初始动能E K。

公式中的B w表示每个光电子飞出金属时，为克服金属中正电荷引力所做的功。

功函数w和极限频率ν0之间应满足关系w = h ν0。

光电子的最大初始动能与入射光的频率成正比。

(4)康普顿效应

在研究电子对X射线的散射时，发现有些散射波的波长略大于入射波的波长。康普顿认为这是因为光子不仅有能量，还有动量。实验结果证明这一想法是正确的。所以康普顿效应也证明了光是粒子。

七康普顿效应

八、光的波粒二象性

1.光的波粒二象性

人们无法用其中一种观点解释清楚光的所有现象。他们只能认为光具有波粒二象性，而不能认为是宏观的经典波和粒子。减小窄缝的宽度，减弱光的强度，使光子一个个穿过，到达接收屏的底片。如果曝光时间短，底片上有不规则的亮点；如果曝光时间长，底片上有条纹。

干涉、衍射、偏振用无可辩驳的事实说明光是波；光电效应和康普顿效应用无可辩驳的事实说明了光是粒子；所以现代物理学认为光具有波粒二象性。

2.正确理解波粒二象性

波粒二象性中提到的波是一种概率波，对于大量光子是有意义的。波粒二象性中提到的粒子是指它的不连续性，是一种能量。

(1)单个光子的效应往往是粒子性的；大量光子的作用往往表现为波动。⑵高光子易显粒子；具有低v的光子倾向于显示波动。

⑶光在传播过程中往往表现出波动性；当它与物质相互作用时，往往以粒子的形式出现。(4)从光子能量E=hν和光子动量p =h的表达式也可以看出，光的涨落和粒子性不是λ。

并不矛盾:代表粒子性质的粒子能量和动量的计算公式都包含了代表波的特性的物理量——频率ν和波长λ。

从上面两个表达式和波速公式c=λν也可以得出e = p c。

示例8已知由激光器发射的具有P =0.15kW的细光束功率的激光束垂直向上照射在激光束上。

实心铝球的下部使它只是悬浮在空中。已知铝的密度ρ=2.7×10kg/m，用的是激光束。

所有的光子都被铝球吸收。铝球的直径是多少？(计算中可取π=3，g =10m/s)

解:若每个激光光子的能量为E，动量为P，时间t内入射到铝球上的光子数为N，激光束对铝球的作用力为F，铝球直径为D，则有:P =n E，F =n p光子能量与动量的关系为e t

= p c，铝球的重力与F平衡，所以F=ρg πd，由上述解得d =0.33mm。

八、物质波(德布罗意波)

将光的波粒二象性思想推广到微观粒子和任何运动物体，得到物质波(德布罗意波)的概念:任何运动物体都有一个波与之对应，其波长λ = H。

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例10为了观察纳米尺度的微结构，需要比光学显微镜分辨率更高的电子显微镜。下面的陈述是正确的。

A

A.电子显微镜使用的电子物质波的波长可以比可见光的波长短，所以不容易出现明显的衍射。

b电子显微镜使用的电子物质波的波长可以比可见光的波长长，所以不容易出现明显的衍射。

C.电子显微镜使用的电子物质波的波长可以比可见光的波长短，所以更容易出现明显的衍射。

D.电子显微镜使用的电子物质波波长可以比可见光长，所以更容易出现明显的衍射解:为了观察纳米尺度的微结构，无法使用光学显微镜。因为可见光的-7波长阶是10m，远大于纳米，会出现明显的衍射现象，所以无法精确聚焦。如果用很高的电压加速电子，使其具有很大的动量，其物质波的波长会很短，衍射的影响会小很多。所以，这个问题应该选a。

九。光的偏振

(1)光的偏振也证明了光是一种波，是横波。电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向相互垂直。

⑵光波的光敏和生理效应主要是由电场强度E引起的，E的振动称为光振动。(3)自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光包括垂直于传播方向的各个方向振动的光，各个方向振动的光波的强度是相同的。这种光叫自然光。

(4)偏振光。自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上只沿一个特定方向振动，称为偏振光。自然光照射在两种介质的界面上。如果光的入射方向合适，反射光和折射光的夹角正好是90°。此时，反射光和折射光都是偏振光，它们的偏振方向相互垂直。我们平时看到的光大部分是偏振光。

X.激光

(1)方向性好。激光束的光束平行度非常好。从地面发射出的极细激光束到达月球表面时，只发散成直径大于lm的光斑，所以激光束在地面传播时可以视为不发散。

(2)单色性强。激光器发射的激光集中在非常窄的频率范围内。因为光的颜色是由频率决定的，所以激光是最理想的单色光源。

激光因其平行度高、单色性强，是最好的相干光。用激光作为光源来观察光的干涉和衍射现象，可以取得很好的效果。

(3)亮度高。所谓亮度，是指垂直于光线平面的单位面积的发光功率。自然光源亮度最高，而目前的大功率激光亮度是太阳的1000倍。

例6下列关于偏振和偏振光的说法，BD是正确的。

a只有电磁波可以极化，机械波不能极化。

b只有横波可以极化，纵波不能极化。

c自然界没有偏振光，自然光只有通过偏光镜才能变成偏振光。

d我们平时看到的光，除了光源直接发出的光，大部分都是偏振光。