聚焦光學(xué)高頻考點

姚月恒　劉翠青

光學(xué)知識是高中物理重要組成部分，也是高考必考內(nèi)容之一。由于光學(xué)知識在日常生活中應(yīng)用較廣，且與人們的生活聯(lián)系緊密，所以近幾年高考常與現(xiàn)代科技或日常生活相聯(lián)系，成為高考的一個熱點。光學(xué)這部分知識比較少，知識難度和考試難度不是太大，且高考中所占比例比較穩(wěn)定，約占8％，考生應(yīng)足夠重視，在該處不容失分。本文對近年的頻繁考點作了一些整理，希望對考生的復(fù)習(xí)有一定的幫助。

考點一光的折射、折射定律、折射率

沖刺點金：光的折射部分知識在近幾年高考中頻繁出現(xiàn)，幾乎是每年必考，多以選擇題形式出現(xiàn)。光的折射是課標(biāo)教材中唯一涉及幾何光學(xué)的知識，是對初中所學(xué)知識的提升，因此光的折射是幾何光學(xué)部分復(fù)習(xí)的重點。

樣題1：如圖1所示，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60°。已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)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． 1.5 C． D． 2

答案：C

解析 按照題意規(guī)范畫出入射光線在玻璃球體內(nèi)發(fā)生折射、反射的光路圖（如圖2所示），解題的關(guān)鍵是求出∠OBC，進而解出折射率。由光路圖可得∠OBC=∠OCB=∠OCD=∠ODC，根據(jù)折射率的定義可知光線CD在D處發(fā)生折射時，其折射角為60°，延長ED交BO的延長線于F，則∠ODF=60°，因為AB//EF，則∠OFD=60°，所以∠FOD=60°，由圓的性質(zhì)可得∠BOD=120°=2∠BCD=4∠OBC，從而可知∠OBC=30°，再由折射率的定義式可得折射率為。

點評 本題雖為選擇題，但起點高，相當(dāng)于計算題，既考查折射率的定義，又考查學(xué)生的作圖能力、分析推理能力及運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。考生在分析此問題時離不開光路圖，這一點是幾何光學(xué)的基礎(chǔ)，雖然課標(biāo)卷大綱中不再對作光路圖提出明確要求，但復(fù)習(xí)時對此要足夠的重視。本題對運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力要求高，雖然物理問題中不需要進行幾何證明，但要想得出正確結(jié)論，學(xué)生必須會證明。

樣題2：圖3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(biāo)出出射光線與界面法線夾角的度數(shù)。

解析 如圖4所示，EO//AD，∠EOC=15°，∠=75°，所以光線EO在CD面發(fā)生全反射，所以∠DOF=15°，∠OFD=120°，因此光線OF的入射角為30°，根據(jù)光路可逆可得射出光線FH的折射角為45°。

點評 本題只要求畫出光路圖、標(biāo)明折射角的度數(shù)即可，但要求學(xué)生知道常見玻璃的折射率及與其對應(yīng)的臨界角（常識性要求），本題與測定玻璃磚的折射率實驗很好的組合在一起，突出了對基礎(chǔ)知識和基本技能的考查。

樣題3：一半徑為R的1/4球體放置在水平桌面上，球體由折射率為的透明材料制成?，F(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)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5所示。已知入射光線與桌面的距離為R/2，求出射角θ。

解析 如圖6所示，設(shè)入射光線AC與1/4球體的交點為C，連接OC，OC即為入射點的法線。因此，圖中的α為入射角。過C點作球體水平表面的垂線，垂足為B。依題意，∠COB=α，又由△OBC知

sinα= ①

設(shè)折射光線CD的折射角為β，由折射定律得

=②

由①②式得β=30°

由幾何關(guān)系知，光線在球體的豎直表面上的入射角γ=∠CDF=30°。由折射定律得

=

因此sinθ=

解得θ=60°

點評 本題打破了光學(xué)問題以選擇題形式命題的傳統(tǒng)思想，以計算題的形式對光的折射進行考查，更多體現(xiàn)在數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用上，因此在復(fù)習(xí)光學(xué)問題時，應(yīng)對相關(guān)的數(shù)學(xué)知識足夠重視。與此類問題相似的還有2008年重慶卷第19題，全國卷第21題等。

預(yù)測：考查折射定律的應(yīng)用，全反射的理解以及基本的作圖能力。

（改編題）如圖7所示半圓柱形玻璃磚對某單色光的折射率n=，放置在空氣中。在垂直于半圓柱體軸的平面內(nèi)，該單色光以45°角入射在半圓柱體的平面上。試問該單色光從半圓柱體的什么范圍內(nèi)射出（以角度表示）。

解析 根據(jù)折射定律得

sin45°=nsin，可得∠=30°

∠β=60°，∠COB=∠β=60°

BC弧是沒有光線到達的部分。要使光線能從玻璃磚表面射出，其入射角必須小于臨界角βc，

∠βc=45°，滿足入射角等于45°的φ角有兩個值，即

φc1=75°，φc2=165°

因此滿足75°<φ<165°的折射光線能從圓柱體射出，如圖所示的黑色區(qū)域。

考點二光的波動性、光電效應(yīng)

沖刺點金：該考點包括光的干涉、衍射、偏振、光電效應(yīng)，以干涉、光電效應(yīng)為主，2009年考綱對該考點的要求多是Ⅰ類要求，只有光電效應(yīng)是Ⅱ類要求。除此之外，還應(yīng)了解這部分知識在當(dāng)今科技中的應(yīng)用，比如教材所涉及的雙縫干涉、薄膜干涉及利用雙縫干涉測波長等。2008年多個省市對該部分知識進行了考查。

樣題1：下列有關(guān)光現(xiàn)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(fā)生全反射，紅光也一定能發(fā)生全反射

C. 紫光照射某金屬時有電子向外發(fā)射，紅光照射該金屬時也一定有電子向外發(fā)射

D. 拍攝玻璃櫥窗內(nèi)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

答案：A

解析 該題考查范圍較廣，涉及到光的干涉、偏振、全反射、光電效應(yīng)。

選項A：考查雙縫干涉條紋寬度與波長的關(guān)系，即Δx=λ；

選項B：考查全反射、臨界角、頻率之間的關(guān)系，頻率越大，折射率越大，臨界角越小，越容易發(fā)生全反射；

選項C：考查光電效應(yīng)發(fā)生的條件，即照射光的頻率大于極限頻率；

選項D：考查對偏振概念的理解，加偏振片的目的是消除偏振現(xiàn)象，并不會增加投射光的強度。

樣題2：用如圖8所示的實驗裝置觀察光的薄膜干涉現(xiàn)象。圖甲是點燃的酒精燈（在燈芯上灑些鹽），圖乙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(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，觀察到的現(xiàn)象是（）

A. 當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)30°時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°

B. 當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)45°時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)90°

C. 當(dāng)金屬絲圈旋轉(zhuǎn)60°時干涉條紋同方向旋轉(zhuǎn)30°

D. 干涉條紋保持原來狀態(tài)不變

答案：D

解析 該題是對薄膜干涉單一知識點的考查，但并不留于形式和表面，而是對薄膜干涉形成的基本原理進行考查，在薄膜干涉中相干光源的獲得是通過薄膜的兩個表面對入射光兩次反射；而兩次反射光的光程差，由薄膜的厚度決定，同一高度薄膜厚度又相同，所以干涉條紋永遠是水平條紋。

樣題3：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(xiàn)黑白相間的條紋

B. 用紅光作為光源，屏上將呈現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)間距不等的條紋

答案：BD

解析 該題是對雙縫干涉、單縫衍射等知識點的考查，要求考生對雙縫干涉的實驗現(xiàn)象及形成原理有所了解。

選項A：由于白光包含了各種頻率的光波，所以各種頻率的光波發(fā)生干涉時條紋寬度不同，所以會出現(xiàn)彩色條紋；

選項B：單色光干涉時將產(chǎn)生單色光的干涉條紋；

選項C：由于兩個光源的頻率不同，所以不能發(fā)生干涉；

選項D：遮住其中一條狹縫，會發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象，所以屏上將呈現(xiàn)間距不等的條紋。

樣題4：如圖9所示，用導(dǎo)線將驗電器與潔凈鋅板連接，摸鋅板使驗電器指示歸零。用紫外線照射鋅板，驗電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，接著用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針張角減小，此現(xiàn)象說明鋅板帶＿＿＿電（選填“正”或“負”）；若改用紅外線重復(fù)上實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗電器指針根本不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明金屬鋅的極限頻率＿＿＿＿紅外線（選填“大于”或“小于”）。

解析 該題是教材的實驗改編的一道題，該題并沒有問有沒有光電子逸出，而是問鋅板帶什么電，可見考查的靈活性，所以不能死記實驗結(jié)論，同時該題還涉及光電效應(yīng)規(guī)律的考查。

綜合2008年高考題，發(fā)現(xiàn)對光的本性這部分的考查面較廣，內(nèi)容會涉及幾何光學(xué)、光的折射、衍射、偏振、光電效應(yīng)，甚至其他部分的知識，注重考查實驗現(xiàn)象以及由現(xiàn)象反映出的光的本性。預(yù)計2009年對這部分的考查仍將沿用這種思想，并且有可能與當(dāng)今熱門科技應(yīng)用相結(jié)合。

預(yù)測1：全面考查光學(xué)基本知識，內(nèi)容涉及光的干涉、幾何光學(xué)等。

（原創(chuàng)題）如圖10所示，一細束白光斜射入某種液體中，折射后分為各種單色光，取其中a、b、c三種色光，并同時做如下實驗：①讓這三種單色光分別通過同一雙縫干涉實驗裝置在光屏上產(chǎn)生干涉條紋（雙縫間距和縫屏間距均不變）；②讓這三種單色光分別照射鋅板；③讓這三種單色光分別垂直投射到一條直光導(dǎo)纖維的端面上，下列說法中正確的是（）

A． c種色光的波動性最顯著

B． c種色光穿過光纖的時間最長

C． a種色光形成的干涉條紋間距最小

D． 如果b種色光能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則a種色光一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)

答案：B

預(yù)測2：考查光電效應(yīng)和光電效應(yīng)方程。

（改編題）如圖11所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表的讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為（）

A. 1.9 eV B. 0.6 eV

C. 2.5 eV D. 3.1 eV

答案：A

本文只是對一些出現(xiàn)頻率較高的知識點作了些整理，不同地區(qū)的側(cè)重點應(yīng)有所不同，總的原則要回歸教材，重視基礎(chǔ)知識和基本實驗，既要熟知結(jié)果又要明確由來。