11、光学试题的归类分析-2020年5月刊高考物理《中学生数理化》

中学生数理代寓用经魏率破方法 光学为高考选考模块之图,如图2所示。根据折 主要以计算题的形式出现。 射定律得n 解得 考查知识点集中在光的反射定 SIn a 律、折射定律、全反射等。下面 光学试题的归类 SIn a 由数学知识 归类剖析,希望对同学们的复 习备考有所帮助 知cosB=4 图2 ■河北 光的折射 1.折射的条件:光由一种.E点到MN的距离x= a tan z=/3a, 安介质射入另一种介质 国 中 (1)若光疏介质→光密介EB=2a。光线在BC和AD面上发生反 学质,则入射角大于折射角。高射,根据反射定律知y=B,由数学知识知 考通常考查的是光从空气射向 杜折射率为n的介质,入射角为BF=B·tanB=2a,GH=2a·tany 占 英,折射角为r,有n sinr° a,G点到AB边的距离L=BF+GH (2)若光密介质→光疏介 质,则入射角小于折射角。高 考通常考查的是光从折射率为 (2)折射到CD边上的光的入射角等于 n的介质射入空气,人射角为a,根据折射定律得n=,解得sin0 a,折射角为B,有n 即0 2.折射问题的计算:先根据折射定律及 点评:当光由透明介质射向空气或从空 相应规律,作出光路图;再运用有关公式或几 射向透明介质发生折射,应用折射定律求 何关系进行相应计算 解时,需要注意对称性和数学知识的应用。 3.用折射定律解释光现象:先画出光路 拓展1:如图3所示,玻 图,正确找出入射角和折射角的大小关系,再 根据实际情况分析讨论 璃球冠的折射率为/3,底面 侧!如图1所示 的半径是球半径的;在过 折射率n=2的正方形 p球心O且垂直于底面的平 透明板ABCD的四周是 面(纸面)内,有一与底面垂 空气,在BC和AD外表 的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的 面涂一层反射物质。正 延长线恰好过底面边缘上的A点,不考虑反 方形边长为33a,点光 源S位于透明板的中分线MN上,与AB边 (1)光射入玻璃球冠时的折射角r 相距a。点光源S朝着AB边对称地射出两 (2)光从球面射出时的折射角 条光线,人射角i=60(图中未画出),只考虑 答案:(1)r=30°;(2)y=60°。 次反射。求 提示:(1)作出光路图,由数学知识找到 (1)两入射光在透明板中的交点到AB入射角i,应用折射定律解得折射角。(2)由 边的距离。 数学知识找到入射角β,应用折射定律解得 (2)两入射光穿出透明板时的折射角。 折射角 解析:(1)两入射光关于MN对称,则折 拓展2:如图4所示为一置于空气中用透 射光必相交于MN上,根据对称性作出光路明材料做成的圆柱体元件的横截面,AB为 煌方片中学生表理化 通过截面圆心O的轴线,截4,y 全反射的临界角θ,则OE 面圆的半径为R;一平行于 AB的细光東MN从 万区域内的入射光线经上表 面折射后都能从玻璃砖射 E 射人该元件,恰好从P点射 出,如图6所示。由全反射 图4 出,P点为AB与圆柱界面 条件得sin=12 图6 即0 的交点,测得MN与AB间的距离d=R, 45°。由几何关系得OE=Rsin0==R 已知光在真空中传播的速度为c,求: (1)该元件材料的折射率n 由对称性可知,能从玻璃砖的上表面射出的 (2)光线在该元件中传播的速度v。 光束的最大宽度l=2·OE=2R 答案:(1)m=/3;(2)v=c。 (2)设光线在距O点。R的C点射人 提示:(1)作出光路图,根据数学知识找后,在上表面的入射角为a,由几何关系得 到人射角i和折射角r,应用折射定律解得折 射率。(2)根据折射率公式解得光线在该元 SIn c 即a=60°>0。光线在玻璃砖内 件中传播的速度。 会发生三次全反射,最后由G点射出,且有 二、全反射 部分光被反射,沿原路返 1.临界角:当光从折射率为n的某种介回到C点射出,光路如图7 质射向真空(空气)时发生全反射的临界角为所示。由反射定律和对称 SIn OC=R。 图7 2.全反射的条件:(1)光从光密介质射向 点讦:当光由折射率为 光疏介质;(2)入射角大于或等于临界角 n(n>1)的介质射向空气时,除需要注意判 3.在解释全反射现象或运用全反射原理断是否满足全反射的条件外,还需要注意光 求解有关实际冋题时,需要先确定临界角·判路的可逆性 断是否满足全反射条件,再根据相关规律及 拓展1:如图8所示,置进 几何关系进行判断或计算 于空气中的一不透明容器 例2如图5所示 中盛满某种透明液体。容 个半圆柱体玻璃砖的横截 器底部靠近器壁处有一竖 面是半径为R的半圆,AB 直放置的某一长度的线光 为半圆的直径,O为圆心。 源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光 玻璃的折射率n=12。 板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望 远镜,用来观察线光源。开始时通过望远镜 (1)