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1、例析高考题中的光学问题例析高考题中的光学问题重庆西南师范大学附属中学蒋敏光学是物理学的一个重要分支，在实际的生与生活中有广泛应用。光学问题虽然在高考试题的比重不大，但几乎年年都有涉及，不可忽视。其光的反射定律与折射定律、棱镜的色散以及全反出现的几率较高。光的本性部分与近代物理学的展有着紧密的联系，且涉及较多物理学的重要验，比如光的干涉与衍射、光电效应等。近年来，光本性部分在高考命题中有分量加重的趋势。下面对高考题中的光学问题进行一简单的分类例析。1 1 光的反射与折射光的反射与折射例例 1 1（天津卷第 15 题）空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线
2、如图 1 所示。方框内有两个折射率n15 的玻璃全反射棱镜。图2 给出了两棱镜四种放置式的示意图，其中能产生图1 效果的是（）分析与解：分析与解：光线首先直接进入玻璃棱镜，不发生偏转，然后以45入射角到玻璃与空气的交界面，由于 sin45，所以发生全反射。我们可以作出图3 所示的光路图，由此可判断B 为正确答案。例例 2 2（广东卷第 7 题）两束不同频率的单色光a、b 从空气射入水中，发生了图4 所示的折射现象（AB）。下列结论中正确的是（）A光束 b 的频率比光束 a 低B在水中的传播速度，光束a 比光束 b 小C水对光束 a 的折射率比水对光束 b 的折射率小D若光束从水中射向空气，则光
3、束b 的临界角比光束 a 的临界角大分析与解：分析与解：由知 b 的折射率较大，则 b 的频率较大，在同种介质中传播速度较小，应关系，从而得出错误的答案。对同种介质的临界角较小。所以选项C 正确。有些考生弄不清光的折射率、频率、光速、临界角的对例例 3 3（北京卷第 16 题）水的折射率为 n，距水面深 h 处有一个点光源，岸上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的直径为（）A2htan（arcsin）B2htan（arcsinn）C2htan（arccos）D2hcot（arccosn）分析与解：分析与解：光从水中进入空气中，当入射角大于临界角时发生全反射。作出如图5 所示的光路图，其中角C
4、为全反射的临界角，sinC。由几何关系知，d2htanC2htan（arcsin选项 A 正确。）。所以说明说明解决几何光学问题要养成作光路图的习惯。许多问题都是可以根据光学规律作出示意图，再运用数学知识求解。全反射现象在考题出现的几率非常大，要熟悉全反射的产生条件以及临界角的计算。2 2 直接比较各种单色光的频率、折射率、光速直接比较各种单色光的频率、折射率、光速例例 4 4（全国卷 I 第 15 题）红光和紫光相比（）A红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D红光
5、光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小分析与解：分析与解：正确选项为 B。说明作为常识，应该记住各种单色光对应的频率、折射率的大小顺序。单色光按红、橙、黄、绿的顺序，频率依次增大，对同种介质折射律增大，临界角减小，在同种介质中的速度减小，光子能量增大。记住了该顺序及对应关系，对许多问题就迎刃而解，比如今年重庆卷的第 20 题和广东卷第 7 题。3 3 光的本性光的本性例例 5 5（上海卷第 6 题）人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（）A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C麦克
6、斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒两象性分析与解：分析与解：爱因斯坦的光子和牛顿的微粒除了都是粒子之外，并无任何相同之处。光子不是牛顿所描绘的那种遵循经典力学运动定律的微粒。光的双缝干涉实验是证明光具有波动性的最重要的实验之一。正确选项为 BCD。说明说明对它本性的认识过程是近代物理发展的重要事件，近代物理部分中的典型史实以及经典的实验要求大家必须牢记。这也是体现学生情感、态度、价值观的题型。4 4 对光电效应的理解对光电效应的理解例例 6 6（四川卷第 15 题）现有 a、b、c 三束单色光，其波长关系为abc，用 b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a 光束和 c 光束照射
7、该金属，则可以断定（）Aa 光束照射时，不能发生光电效应Bc 光束照射时，不能发生光电效应Ca 光束照射时，释放出的光电子数目最多Dc 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小分析与解：分析与解：由于 b 光束照射该金属时，恰能发生光电效应，则b 光对应的频率为该金属的极限频率。因abc，得abc，所以 c 光可使该金属发生光电效应而a 光不行。正确答案为A。例例 7 7（全国卷 II 第 19 题）已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0，则（）A当用频率为 20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B用频率为 20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C当照射光的频率大于
8、0时，若 M 增大，则逸出功增大D当照射光的频率大于0时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍分析与解：分析与解：由于 20大于极限频率，一定能产生光电子，所以A 正确。逸出功只与该金属本身有关，与照射光的频率无关，所以C 错。由逸出功Wh0以及光电效应方程 mv 2h-W，可得 B2正确 D 错。例例 8 8（上海卷第 3 题）利用光电管产生光电流的电路如图所示。电源的正极应接在_端（填“a”或“b”）；若电流表读数为 8A，则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是_个（已知电子电量为 1610 C）-19分析与解：分析与解：该题主要考查了光电管的应用。要使电子加速，应在A 极接高电势，故 a 端为电源正极。由 Ine/t，得 nIt/e510。说明光电效应在证实光的量子性方面有着重要的地位。20世纪初爱因斯坦提出了光子说，认为光具有粒子粒，从而解释了光电效应。光子说（每个光子能量Eh）、光电效应方程（EKh-W）是经常考查的重点内容。132006-10-27原载物理教学探讨200611分析高考物理中光学部分