专题十四 光　学
专题十四　光　学
专题十四 │ 主干知识整合
一、几何光学
1．光的直线传播
(1)光在同一种均匀介质中沿直线传播；
(2)日食和月食是光的直线传播引起的天文现象；
(3)小孔成像证明光的直线传播．
2．光的反射与平面镜成像
(1)一切反射均遵从反射定律；(2)平面镜成像特点：正立、等大、对称、虚像；(3)在光的反射及平面镜成像中光路均可逆．
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2．光的粒子性
(1)光电效应现象证明光具有粒子性；(2)对光电效应的理解：①光子说认为光在空间的传播是一份一份的，每一份叫一个光子，光子能量与光的________成正比，即E＝hν(h＝6.63×10－34J·s)；②发生光电效应时，一个光子的能量被一个电子完全吸收而逸出一个光电子，不需要积累过程，这就是光电效应的瞬时性；③脱离金属的电子克服金属表面原子的引力而做的功称为逸出功W，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可知：光电子最大初动能随入射光频率的增大而增大；
频率
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④光的强度是指单位时间内在垂直于光的传播方向上单位面积上通过的光能量．对相同频率的入射光来说，光的强度由单位时间内照到单位面积上的光子数决定．所以，对一定频率(大于其极限频率)的光子，光强度越大，在同样时间内照到金属上的光子越多，金属表面逸出的光电子数也越多，光电流也就越大．
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3．光的波粒二象性
(1)波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义；波粒二象性中所说的粒子性是指其能量的不连续性，一个光子是一份能量．(2)个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为________．(3)频率高的光子容易表现出粒子性，频率低的光子容易表现出波动性．
波动性
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三、各种色光光学参量的综合比较
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►　探究点一　几何光学问题
几何光学问题主要是围绕光的直线传播规律(日食、月食、小孔成像)、光的反射定律(平面镜成像)、光的折射和全反射等考点来命题，有时和物体的运动相联系，也可能和天文观测、卫星观测、探测器遥控等问题相综合，考查考生的情景迁移能力和综合应用能力．
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A．从该介质射向空气时，a光发生全反射时的临界角一定大于45°
B．该介质对b光的折射率一定小于
C．用a光和b光分别做双缝干涉实验，若实验条件相同，则b光在屏上形成的明条纹的间距较小
D．若用b光照射某金属板能发生电效应，则用a光照射该金属板也一定能发生光电效应
【点拨】　本题重点考查光的全反射条件．
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【点评】　几何光学问题的分析首先要准确掌握光传播的几何规律，准确把握全反射条件，同时注意光路可逆规律及假设方法的应用．平面镜成像问题是近年高考命题热点，对此类问题的分析必须抓住平面镜成像特点：对称、等大、等距、正立、虚像．在此基础上根据题意准确画出光路图，找出对应或隐含的几何关系求解．
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由图可见，I″的光路总长度为32 m，即第三个像离开物的距离为32 m，选项B正确．由光路图不难看出，选项A对应于第2个像(8＋12＋4)，选项D对应于第4个像(8＋12＋12＋12＋4＝48)，选项C不属于任何一个像．
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►　探究点二　光的本性问题
高考对光的本性的考查主要集中在光的干涉、衍射现象分析和光电效应问题上，其中对光电效应的考查主要体现在以下几方面能力要求：①理解好光子说对光电效应的解释；②理解好逸出功和极限频率的概念；③能应用爱因斯坦光电效应方程并结合相关公式进行有关光电效应的定量运算．
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例2　光具有波粒二象性．下列有关光的现象和应用与光的粒子性有关的是(　　)
A．太阳光下物体的阴影轮廓模糊不清是光的衍射现象
B．高级照相机镜头表面涂了一层增透膜是利用光的干涉现象
C．光控电路的关键元件是光电管(光电传感器)，它的原理是利用了光电效应
D．摄影爱好者常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景像更清晰是利用光的偏振现象
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【点拨】　本题考查光具有粒子性的特征．
例2　C　【解析】　以上四个选项均为正确的事实，光的干涉和衍射说明光具有波动性，光的偏振说明光波是横波，但与光的粒子性有关的只有C选项，将光电管接入电路，当有光线照射时，逸出的电子使电路导通，实现自动控制．
【点评】　理解并掌握与光的本性(波动性、粒子性)相关的现象及其原理是迅速而准确分析此类问题的关键．例如下面变式题即考查薄膜干涉现象，对此必须清楚其原理．
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A．牛顿环是凸透镜折射所造成的
B．若改用紫光照射，则观察到的圆环状条纹间距变大
C．若改用白光照射，则能够观察到彩色的圆环状条纹
D．如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，则观察到的圆环状条纹间距变小
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例2　变式题　C　【解析】　牛顿环现象是光的干涉现象，不是折射现象，选项A错误；由干涉规律，条纹间距与入射光波长成正比，改用紫光时波长变短，条纹间距变小，选项B错误；白光含有各种颜色的光，所以若用白光照射，则能够观察到彩色的圆环状条纹，选项C正确；如果换一个表面曲率半径更大的凸透镜，凸透镜与平面玻璃形成的空气膜变薄，则观察到的圆环状条纹间距变大，选项D错误．
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►　探究点三　光学综合问题
为了提高单个选择题对光学知识点的覆盖率，联系不同考点设置综合题是高考光学命题的一大特点．尤其是涉及不同单色光相关参量的比较问题，往往同时考查两种(或多种)单色光多个参量的比较情况，常常令考生顾此失彼、忙中出错，这就需要考生对各种色光相关参量的比较规律进行必要的总结和识记，知识点熟识了，应用起来自然就会灵活．
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【点拨】　本题以几何光学现象(折射)给出a、b两色光的几何光学规律，据此再比较其光的本性规律．
A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
D．a光比b光更容易发生明显衍射现象
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A．光线a的光子能量较小
B．光线b在雨滴中的折射率较大
C．光线b在雨滴中的传播速度较大
D．若光线a照射某金属能发生光电效应，则光线b照射该金属也一定能发生光电效应
专题十四 │ 教师备用习题
【备选理由】　本题可看作两种色光构成的复色光的色散的逆过程来处理，也可以根据折射定律比较，总之，要培养学生多角度分析几何光学问题的习惯，有利于快速找到解决问题的突破口．
【解析】　A　由图可知，a光经过棱镜后向底面偏折程度较大，由光的色散现象可知，棱镜对a光的折射率较大，对b光的折射率较小，故a为紫光，b为蓝光，本题只有选项A正确．