高考光學(xué)選擇題特征分析及命題方法
——2014-2018年高考天津理綜卷

(天津市寶坻區(qū)第一中學(xué) 天津 301800)

1 2014-2018年高考天津理綜卷光學(xué)選擇題特征分析

1.1 真題

【例1】(2014年高考天津理綜卷)一束由兩種頻率不同的單色光組成的復(fù)色光從空氣射入玻璃三棱鏡后,出射光分成a，b兩束,如圖1所示,則a，b兩束光( )

A.垂直穿過同一塊平板玻璃,a光所用的時間比b光長

B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時,a光臨界角比b光的小

C.分別通過同一雙縫干涉裝置,b光形成的相鄰亮條紋間距小

D.若照射同一金屬都能發(fā)生光電效應(yīng),b光照射時逸出的光電子最大初動能大

圖1 例1題圖

【例2】(2015年高考天津理綜卷)中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認(rèn)識，唐人張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道：“雨色映日而為虹”，從物理學(xué)的角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的，圖2是彩虹成因的簡化示意圖，其中a,b是兩種不同頻率的單色光，則兩光( )

A.在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定大于b光

B.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側(cè)移量大

C.分別照射同一光電管，若b光能引起光電效應(yīng)，a光一定也能

D.以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光時，一定是a光

圖2 例2題圖

【例3】(2016年高考天津理綜卷)如圖3是a，b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣,則( )

圖3 例3題圖

A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大

B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大

C.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時,a光的飽和電流大

D.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差大

【例4】(2017年高考天津理綜卷)明代學(xué)者方以智在《陽燧倒影》中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有數(shù)棱則必有一面五色”，表明白光通過多棱晶體折射會發(fā)生色散現(xiàn)象.如圖4所示，一束復(fù)色光通過三棱鏡后分解成兩束單色光a，b，下列說法正確的是( )

圖4 例4題圖

A.若增大入射角i，則b光先消失

B.在該三棱鏡中a光波長小于b光

C.a光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，b光不能發(fā)生

D.若a，b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光的遏止電壓低

【例5】(2018年高考天津理綜卷)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有4條譜線Hα，Hβ，Hγ，Hδ,都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光,它們在真空中的波長由長到短,可以判定( )

A.Hα對應(yīng)的前后能級之差最小

B.同一介質(zhì)對Hα的折射率最大

C.同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大

D.用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則Hβ也一定能

1.2 特征分析

1.2.1 試題條件特征

2014-2017年的真題題干都是通過一幅色散圖設(shè)置物理情境，2018年的真題題干通過能級圖(雖未出示能級圖，但難度卻降低了)設(shè)置物理情境.

1.2.2 試題選項特征

2014-2018年的真題選項都是基于兩種單色光(或4種單色光)的物理量差異，從相關(guān)的不同的光學(xué)物理量設(shè)置.

1.2.3 試題題干與選項比較分析

綜觀2014-2018年的真題，不難發(fā)現(xiàn)：從知識的角度看，試題題干與選項并無根本差別；或者說，將這5道題中任何一道題的題干與某個選項異位都是可以的.

以例3為例說明.

【改編題1】將題干與選項A異位.

a，b兩光分別經(jīng)過同一均勻介質(zhì)，傳播時間ta>tb,則( )

A.a,b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距a光大于b光

B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大

C.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時,a光的飽和電流大

D.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差大

【改編題2】將題干與選項B異位.

如圖5為從光源O發(fā)出的a，b兩束光在水面恰好發(fā)生全反射的光路圖,則( )

A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大

B.a，b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距a光大于b光

C.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時,a光的飽和電流大

D.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差大

圖5 改編題2題圖

【改編題3】將題干與選項C異位.

a，b兩光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)，若a光的遏止電壓高,則

A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大

B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大

C.a，b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距a光大于b光

D.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差大

【改編題4】將題干與選項D異位.

a光是氫原子核外電子從n=4躍遷到n=2產(chǎn)生的，b光是氫原子核外電子從n=3躍遷到n=2產(chǎn)生的,則

A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大

B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角大

C.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時,a光的飽和電流大

D.a，b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距b光大于a光

2 高考光學(xué)選擇題命制方法

基于2014-2018年高考天津卷光學(xué)選擇題真題及特征分析，可以按照以下4步命制高考光學(xué)選擇題.

2.1 建構(gòu)知識素材庫

依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書、考試大綱建構(gòu)知識素材庫.

(1)兩種單色光在同種均勻介質(zhì)中傳播速度不同、波長不同、傳播時間不同.

(2)兩種單色光從相同位置以相同入射角射入三棱鏡，折射角不同.

(3)兩種單色光均從介質(zhì)Ⅰ入射到介質(zhì)Ⅱ，折射率不同、臨界角不同.

(4)兩種單色光以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，側(cè)移量不同.

(5)兩種單色光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距不同.

(6)兩種單色光分別經(jīng)過同一衍射裝置后在屏上形成干涉圖樣，相鄰亮條紋間距不同.

(7)兩種單色光照射同一金屬不一定都能發(fā)生光電效應(yīng)(或者說不同金屬截止頻率不同).

(8)兩種單色光照射同一金屬均能發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能不同、遏止電壓不同.

(9)兩種單色光對應(yīng)的原子能級能量差不同.

(10)在真空中傳播速度與頻率無關(guān).

(11)能否發(fā)生偏振與頻率無關(guān)(光波是橫波，均能發(fā)生偏振).

……

2.2 確定考查能力

光學(xué)高考選擇題可以考查的能力是：理解能力、推理能力、綜合分析能力、實驗?zāi)芰?

2.3 設(shè)置試題情境

2.3.1 應(yīng)用物理學(xué)史設(shè)置試題物理情境

(1)戰(zhàn)國時期屈原在《楚辭》中關(guān)于虹的描述：“建雄虹之采旄兮，五色雜而炫耀.”

(2)東漢蔡邕曾對彩虹的產(chǎn)生條件作過探討，他指出:“虹見有青赤之色，常依陰云而晝見于日沖.無云不見，太陽亦不見，見輒與日相互，率以目西，見于東方.”

(3)開普勒通過圓柱玻璃實驗發(fā)現(xiàn)全反射.

(4)笛卡爾通過棱鏡實驗研究色散.

……

2.3.2 應(yīng)用光學(xué)新科技進(jìn)展信息設(shè)置試題物理情境

(1)南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院陳永勝教授主持完成的項目“光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)12.7%的有機太陽能電池”入選基礎(chǔ)研究類2017中國光學(xué)十大進(jìn)展.

(2)我國已經(jīng)遴選入“十三五”規(guī)劃的12 m光學(xué)紅外望遠(yuǎn)鏡，建成后是一架科學(xué)上可占領(lǐng)國際天文研究前沿高地，技術(shù)方案上有中國創(chuàng)新和特色并代表未來發(fā)展方向的大型天文望遠(yuǎn)鏡.

……

2.3.3 應(yīng)用光路圖或光學(xué)實驗圖設(shè)置試題物理情境

(1)三棱鏡色散圖.

(2)光的全反射圖.

(3)光的干涉圖樣.

(4)光的衍射圖樣.

(5)光電效應(yīng)實驗圖、光電效應(yīng)直角坐標(biāo)圖.

(6)氫原子能級圖.

……

2.3.4 應(yīng)用文字?jǐn)⑹鲈O(shè)置試題物理情境

應(yīng)用簡潔的文字復(fù)現(xiàn)教科書中出現(xiàn)的、考生熟知的物理圖景設(shè)置試題物理情境.

2.4 樣題示例

【樣題】如圖6(a)所示，用高于截止頻率的單色光照射光電管的陽極K，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P使微安表的電流逐漸減小為零，此時電壓表示數(shù)即為遏止電壓.如圖6(b)為依據(jù)實驗獲得的數(shù)據(jù)繪制的ν-Uc圖像.則

圖6 樣題題圖

A.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光臨界角小

B.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差小

C.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光側(cè)移量小

D.若將圖6(a)中的電源正負(fù)極對調(diào)，a光獲得的電流一定比b光獲得的電流小

點評：本題題干利用光電效應(yīng)實驗電路圖和實驗數(shù)據(jù)處理的ν-Uc圖設(shè)置物理情境，選項從全反射、氫原子躍遷、光線經(jīng)平行玻璃板發(fā)生側(cè)移、光電流的相關(guān)因素4個不同角度設(shè)置，本題考查能力以推理能力為主.

3 高考光學(xué)選擇題備考建議

(1)學(xué)生應(yīng)深刻理解光的折射、全發(fā)射、光的雙縫干涉、光的衍射、光電效應(yīng)、氫原子能級圖等核心知識.

(2)注重基于一個光學(xué)現(xiàn)象，盡可能發(fā)散理解不同光學(xué)物理量的差異.

(3)例題和習(xí)題，可以嘗試?yán)米约好频念}目.