【關(guān)鍵能力】了解光本質(zhì)的認(rèn)知過程，高中物理光學(xué)內(nèi)容主要包括三部分:第一部分是幾何光學(xué)，把光的傳播抽象成光線模型并遵循直線傳播原理、反射定律、折射定律;第二部分是波動(dòng)光學(xué)，是在光的干涉、光的衍射、光的偏振等現(xiàn)象分析基礎(chǔ)上把光傳播本質(zhì)理解為電磁波模型;第三部分在光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等現(xiàn)象基礎(chǔ)上理解光的波粒二象性.
[技法點(diǎn)撥]本題為玻璃磚全反射類試題,解題關(guān)鍵在于根據(jù)折射率找到全反射的臨界光線.
A.該光線在甲溶液中的折射率較大B.甲溶液濃度較小C.該光線在甲溶液中的傳播速度較大D.該光線在甲溶液中的臨界角較大
2.[2023·福建卷] 如圖所示，一教師用側(cè)面開孔的透明塑料瓶和綠光激光器演示“液流導(dǎo)光”實(shí)驗(yàn).瓶?jī)?nèi)裝有適量清水，水從小孔中流出后形成了彎曲的液流.讓激光水平射向小孔，使光束與液流保持在同一豎直平面內(nèi)，觀察到光束沿著彎曲的液流傳播.下列操作中，有助于光束更好地沿液流傳播的是( )
A.減弱激光強(qiáng)度B.提升瓶?jī)?nèi)液面高度C.改用折射率更小的液體D.增大激光器與小孔之間的水平距離
1.光的干涉(1)雙縫干涉中確定明暗條紋的方法是看單色光從該處到雙縫的路程差，滿足路程差是半波長(zhǎng)奇數(shù)倍的對(duì)應(yīng)暗條紋，滿足路程差是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍的對(duì)應(yīng)亮條紋.(2)薄膜干涉的兩個(gè)考查點(diǎn)：①利用薄膜干涉條紋間距來檢驗(yàn)“薄膜”的厚度變化，厚度變化越快，則干涉條紋間距越小，條紋越窄；②利用薄膜厚度是單色光的波長(zhǎng)的四分之一來制作干涉相消的增透膜.
2.光的衍射(1)判斷衍射現(xiàn)象是否明顯的方法是比較障礙物或小孔(縫)的尺寸與光的波長(zhǎng)的大小關(guān)系，尺寸比波長(zhǎng)小得越多，衍射現(xiàn)象越明顯.(2)衍射條紋和干涉條紋的區(qū)分：條紋間距相等的是干涉條紋，條紋間距從中央往兩側(cè)變小的是衍射條紋.(3)衍射條紋和干涉條紋的共性：縫越小，光的波長(zhǎng)越小，則條紋間距越大.
例4 [2024·遼寧卷] 某同學(xué)自制雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置:在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示.用綠色激光照射雙縫,能夠在墻面上觀察到干涉條紋.下列做法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是( )
A.換用更粗的頭發(fā)絲B.換用紅色激光照雙縫C.增大紙板與墻面的距離D.減小光源與紙板的距離
1.[2024·河北保定模擬] 把酒精燈火焰放在鐵絲圈上的豎立的肥皂膜前.發(fā)現(xiàn)在肥皂膜上觀察到火焰的反射像上有彩色條紋，且
A. B. C. D.
上疏下密分布，如圖.由此推測(cè)肥皂膜豎直方向側(cè)向截面圖可能是( )
[解析] 因?yàn)槁烦滩?即膜的厚度的兩倍)是半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，振動(dòng)加強(qiáng)，為亮條紋，路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，振動(dòng)減弱，為暗條紋.所以條紋分布越密，肥皂膜厚度變化越快，A、B、D錯(cuò)誤，C正確.
2.[2023·江蘇卷] 用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置.則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼?( )
3.[2024·湖北武漢模擬] 太陽(yáng)光照射一塊遮光板，遮光板上有一個(gè)大的三角形孔，太陽(yáng)光透過這個(gè)孔，在光屏上形成一個(gè)三角形光斑.當(dāng)遮光板上三角形孔的尺寸不斷減小時(shí)，光屏上會(huì)呈現(xiàn)：①圓形光斑；②三角形光斑；③明暗相間的衍射條紋.則( )
A.光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①②③B.光屏上先后呈現(xiàn)的圖樣順序是①③②C.由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有①②D.由于光的直線傳播產(chǎn)生的圖樣有②③
[解析] 當(dāng)孔足夠大時(shí)，由于光的直線傳播，所以屏首先出現(xiàn)的是三角形光斑，之后隨著小孔的繼續(xù)縮小，出現(xiàn)小孔成像，成的是太陽(yáng)的像，故為小圓形光斑，隨著小孔的進(jìn)一步縮小，當(dāng)尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確.
第4級(jí)亮條紋，則該激光的波長(zhǎng)為 ( )
3.對(duì)光電效應(yīng)的特別提醒(1)能否發(fā)生光電效應(yīng),不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率.(2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見光,也包括不可見光.(3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無關(guān).(4)光電子不是光子,而是電子.
4.對(duì)波粒二象性的理解(1)光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的,光的波動(dòng)性不同于宏觀概念的波.(2)德布羅意提出物質(zhì)波的觀點(diǎn)被實(shí)驗(yàn)證實(shí),表明電子、質(zhì)子、原子等粒子不但具有粒子的性質(zhì),而且具有波的性質(zhì).
例5 (多選)[2024·湖南長(zhǎng)沙模擬] 波粒二象性是微觀世界的基本特征.下列對(duì)波粒二象性的實(shí)驗(yàn)及說法正確的是( )
A.光的衍射(圖甲)揭示了光具有粒子性B.光電效應(yīng)(圖乙)揭示了光的波動(dòng)性，同時(shí)表明光子具有能量C.康普頓效應(yīng)(圖丙)揭示了光的粒子性，同時(shí)表明光子除了有能量還有動(dòng)量D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣(圖丁)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性，質(zhì)子、中子及原子、分子均具有波動(dòng)性
[解析] 光的衍射(圖甲)揭示了光具有波動(dòng)性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)(圖乙)揭示了光的粒子性，同時(shí)表明光子具有能量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)(圖丙)揭示了光的粒子性，同時(shí)表明光子除了有能量還有動(dòng)量，選項(xiàng)C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣(圖丁)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性，質(zhì)子、中子及原子、分子均具有波動(dòng)性，選項(xiàng)D正確.
[技法點(diǎn)撥]本題考查波粒二象性，記住典型的粒子性現(xiàn)象和波動(dòng)性現(xiàn)象：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)揭示了粒子性，干涉、衍射、偏振揭示了波動(dòng)性.
例6 (多選)[2024·云南昆明模擬] 我們用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)時(shí)，當(dāng)開關(guān)閉合后，微安表有一定示數(shù)，以下說法正確的是( )
A.如圖所示的電路連接可用于測(cè)量遏止電壓B.更換電源的正負(fù)極，可以使微安表示數(shù)減小C.把滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)，微安表示數(shù)一定減小D.僅增大入射光強(qiáng)度時(shí)，微安表示數(shù)一定增大
[解析] 測(cè)量遏止電壓時(shí)，應(yīng)使光電子逸出后減速運(yùn)動(dòng)，圖中電路不能測(cè)量遏止電壓，故A錯(cuò)誤；將電源的正、負(fù)極對(duì)調(diào)，若電壓超過遏止電壓，則微安表示數(shù)為零，若電壓小于遏止電壓，則微安表示數(shù)減小，故B正確；滑動(dòng)變阻器滑片左移，正向電壓減小，若沒有達(dá)到飽和電流，則微安表示數(shù)減小，若已經(jīng)達(dá)到飽和電流，則微安表示數(shù)不變，故C錯(cuò)誤；僅增大入射光強(qiáng)度，則單位時(shí)間里產(chǎn)生的光電子數(shù)目增多，所以微安表示數(shù)一定增大，故D正確.
[技法點(diǎn)撥]本題關(guān)鍵是會(huì)分析光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、探究電路，開關(guān)閉合后，電壓為正向電壓，光電子會(huì)加速，加反向電壓光電子減速，由此判斷出微安表示數(shù)的變化；光電流的大小與光子數(shù)量相關(guān)，光強(qiáng)越大光子數(shù)量越多，光電流越大.
1. [2023·江蘇卷] 地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大,太陽(yáng)光斜射向地面的過程中會(huì)發(fā)生彎曲.下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是(　　)
[解析]根據(jù)折射定律n上sin θ上=n下sin θ下,由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大,則n下>n上,則sin θ上>sin θ下,即θ上>θ下,畫出光路圖如圖所示,則從高到低θ下逐漸減小,故A正確.
2.如圖所示,王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn),在失重環(huán)境下,往大水球中央注入空氣,形成了一個(gè)空氣泡,氣泡看起來很明亮,其主要原因是(　　)A.氣泡表面有折射沒有全反射B.光射入氣泡衍射形成“亮斑”C.氣泡表面有折射和全反射D.光射入氣泡干涉形成“亮紋”
[解析]當(dāng)光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí),如果入射角等于或大于臨界角,就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,光從水射向空氣時(shí),會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象.水中的氣泡看起來特別明亮,是因?yàn)楣鈴乃猩淙霘馀輹r(shí),一部分光在界面上發(fā)生了全反射,折射光消失,入射光幾乎全變?yōu)榉瓷涔?A、B、D錯(cuò)誤,C正確.
1. (多選)關(guān)于如圖所示的甲、乙、丙、丁四幅圖,下列說法正確的是(　)A.圖甲為雙縫干涉示意圖,若換成頻率更高的單色光照射雙縫,則實(shí)驗(yàn)得到的條紋間距應(yīng)該更大B.圖乙為光照到圓盤上得到的衍射圖樣C.圖丙為劈尖干涉的示意圖,兩玻璃片間墊有一些紙片,若從兩玻璃片之間抽出部分紙片,則從上往下看可以觀察到條紋間距變大D.圖丁所示為相機(jī)拍攝車前擋玻璃的照片,能明顯減弱汽車玻璃表面反射光是利用了薄膜干涉原理
2. (多選)某同學(xué)利用圖甲所示的裝置研究光的干涉和衍射,光電傳感器可用來測(cè)量光屏上光強(qiáng)的分布.某次實(shí)驗(yàn)時(shí),在電腦屏幕上得到圖乙所示的光強(qiáng)分布.下列說法正確的是(　　)A.這位同學(xué)在縫屏上安裝的是雙縫B.這位同學(xué)在縫屏上安裝的是單縫C.當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時(shí),若要使干涉條紋的間距變大,應(yīng)選用雙縫間距較小的雙縫D.當(dāng)作干涉現(xiàn)象研究時(shí),若要使干涉條紋的間距變小,應(yīng)增大縫屏與光屏間的距離
3. [2023·山東卷] 如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖.G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)、C為待測(cè)柱形樣品、C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層.用單色平行光垂直照射上方石英板,會(huì)形成干涉條紋.已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度升高時(shí),下列說法正確的是(　　)A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動(dòng)B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動(dòng)C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動(dòng)D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動(dòng)
[解析]由題意可知,C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度升高時(shí),G增長(zhǎng)的高度大于C增長(zhǎng)的高度,則劈形空氣層的厚度變大,且同一厚度的空氣膜向劈尖移動(dòng),則條紋向左移動(dòng),故選A.
1.圖甲是研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置圖,用綠光照射陰極K,實(shí)驗(yàn)測(cè)得電流I與電勢(shì)差UAK滿足圖乙所示規(guī)律,電子的電荷量約為1.6×10-19 C,關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(　　)A.如果用紅光照射該光電管,一定會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)B.達(dá)到飽和電流時(shí),每秒鐘從陰極逸出的光電子數(shù)約為4×1012個(gè)C.光電子的最大初動(dòng)能為0.64 eVD.增大綠光的光照強(qiáng)度,飽和電流不會(huì)改變
2.光電管是一種利用光照產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí),可以形成光電流.下表中記錄了某同學(xué)進(jìn)行光電管實(shí)驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù).由表中數(shù)據(jù)得出的以下論斷中正確的是(　　)A.三次實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B.三次實(shí)驗(yàn)光電管中的金屬板材質(zhì)不同C.若入射光子的能量為5.0 eV,不論光強(qiáng)多大,飽和電流一定大于60 mAD.若入射光子的能量為5.0 eV,逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.8 eV
[解析]表格中入射光子的能量相同,根據(jù)光子的能量E=hν,可知三次實(shí)驗(yàn)采用的入射光的頻率相同,故A錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,代入數(shù)據(jù)可解得三次實(shí)驗(yàn)中金屬的逸出功都是W0=3.2 eV,所以三次實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同,故B錯(cuò)誤;當(dāng)入射光子的能量為5.0 eV時(shí),相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)飛出的光電子越多,光電流越大,故C錯(cuò)誤.若入射光子的能量為5.0 eV,則Ek=hν-W0=5.0 eV-3.2 eV=1.8 eV,即逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.8 eV,故D正確.
3.能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為10-18 J,已知可見光的平均波長(zhǎng)約為60 μm,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為(　)A.1個(gè)　　B.3個(gè)　　C.30個(gè)　 D.300個(gè)
5.重慶南開中學(xué)某物理興趣小組同學(xué)想研究a、b兩種單色光照射同種金屬時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置,得到光電流I與電壓表示數(shù)U的關(guān)系如圖乙所示.下列說法正確的是(　　)A.a光的頻率比b光大B.a、b光單獨(dú)照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能一定比b光大C.用a、b光在同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn)時(shí),b光的衍射現(xiàn)象更明顯D.若a光能使處于基態(tài)的氫原子電離,則b光一定能使基態(tài)氫原子電離

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