聚焦光学高频考点

姚月恒　刘翠青

光学知识是高中物理重要组成部分，也是高考必考内容之一。由于光学知识在日常生活中应用较广，且与人们的生活联系紧密，所以近几年高考常与现代科技或日常生活相联系，成为高考的一个热点。光学这部分知识比较少，知识难度和考试难度不是太大，且高考中所占比例比较稳定，约占8％，考生应足够重视，在该处不容失分。本文对近年的频繁考点作了一些整理，希望对考生的复习有一定的帮助。

考点一光的折射、折射定律、折射率

冲刺点金：光的折射部分知识在近几年高考中频繁出现，几乎是每年必考，多以选择题形式出现。光的折射是课标教材中唯一涉及几何光学的知识，是对初中所学知识的提升，因此光的折射是几何光学部分复习的重点。

样题1：如图1所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°。已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为（）

A． B． 1.5 C． D． 2

答案：C

解析 按照题意规范画出入射光线在玻璃球体内发生折射、反射的光路图（如图2所示），解题的关键是求出∠OBC，进而解出折射率。由光路图可得∠OBC=∠OCB=∠OCD=∠ODC，根据折射率的定义可知光线CD在D处发生折射时，其折射角为60°，延长ED交BO的延长线于F，则∠ODF=60°，因为AB//EF，则∠OFD=60°，所以∠FOD=60°，由圆的性质可得∠BOD=120°=2∠BCD=4∠OBC，从而可知∠OBC=30°，再由折射率的定义式可得折射率为。

点评 本题虽为选择题，但起点高，相当于计算题，既考查折射率的定义，又考查学生的作图能力、分析推理能力及运用数学知识解决物理问题的能力。考生在分析此问题时离不开光路图，这一点是几何光学的基础，虽然课标卷大纲中不再对作光路图提出明确要求，但复习时对此要足够的重视。本题对运用数学知识解决物理问题的能力要求高，虽然物理问题中不需要进行几何证明，但要想得出正确结论，学生必须会证明。

样题2：图3表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线，光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数。

解析 如图4所示，EO//AD，∠EOC=15°，∠=75°，所以光线EO在CD面发生全反射，所以∠DOF=15°，∠OFD=120°，因此光线OF的入射角为30°，根据光路可逆可得射出光线FH的折射角为45°。

点评 本题只要求画出光路图、标明折射角的度数即可，但要求学生知道常见玻璃的折射率及与其对应的临界角（常识性要求），本题与测定玻璃砖的折射率实验很好的组合在一起，突出了对基础知识和基本技能的考查。

样题3：一半径为R的1/4球体放置在水平桌面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图5所示。已知入射光线与桌面的距离为R/2，求出射角θ。

解析 如图6所示，设入射光线AC与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。依题意，∠COB=α，又由△OBC知

sinα= ①

设折射光线CD的折射角为β，由折射定律得

=②

由①②式得β=30°

由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ=∠CDF=30°。由折射定律得

=

因此sinθ=

解得θ=60°

点评 本题打破了光学问题以选择题形式命题的传统思想，以计算题的形式对光的折射进行考查，更多体现在数学知识的应用上，因此在复习光学问题时，应对相关的数学知识足够重视。与此类问题相似的还有2008年重庆卷第19题，全国卷第21题等。

预测：考查折射定律的应用，全反射的理解以及基本的作图能力。

（改编题）如图7所示半圆柱形玻璃砖对某单色光的折射率n=，放置在空气中。在垂直于半圆柱体轴的平面内，该单色光以45°角入射在半圆柱体的平面上。试问该单色光从半圆柱体的什么范围内射出（以角度表示）。

解析 根据折射定律得

sin45°=nsin，可得∠=30°

∠β=60°，∠COB=∠β=60°

BC弧是没有光线到达的部分。要使光线能从玻璃砖表面射出，其入射角必须小于临界角βc，

∠βc=45°，满足入射角等于45°的φ角有两个值，即

φc1=75°，φc2=165°

因此满足75°<φ<165°的折射光线能从圆柱体射出，如图所示的黑色区域。

考点二光的波动性、光电效应

冲刺点金：该考点包括光的干涉、衍射、偏振、光电效应，以干涉、光电效应为主，2009年考纲对该考点的要求多是Ⅰ类要求，只有光电效应是Ⅱ类要求。除此之外，还应了解这部分知识在当今科技中的应用，比如教材所涉及的双缝干涉、薄膜干涉及利用双缝干涉测波长等。2008年多个省市对该部分知识进行了考查。

样题1：下列有关光现象的说法正确的是（）

A. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大

B. 以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射

C. 紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射

D. 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度

答案：A

解析 该题考查范围较广，涉及到光的干涉、偏振、全反射、光电效应。

选项A：考查双缝干涉条纹宽度与波长的关系，即Δx=λ；

选项B：考查全反射、临界角、频率之间的关系，频率越大，折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射；

选项C：考查光电效应发生的条件，即照射光的频率大于极限频率；

选项D：考查对偏振概念的理解，加偏振片的目的是消除偏振现象，并不会增加投射光的强度。

样题2：用如图8所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图甲是点燃的酒精灯（在灯芯上洒些盐），图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是（）

A. 当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°

B. 当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°

C. 当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°

D. 干涉条纹保持原来状态不变

答案：D

解析 该题是对薄膜干涉单一知识点的考查，但并不留于形式和表面，而是对薄膜干涉形成的基本原理进行考查，在薄膜干涉中相干光源的获得是通过薄膜的两个表面对入射光两次反射；而两次反射光的光程差，由薄膜的厚度决定，同一高度薄膜厚度又相同，所以干涉条纹永远是水平条纹。

样题3：在杨氏双缝干涉实验中，如果（）

A. 用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹

B. 用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹

C. 用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹

D. 用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹

答案：BD

解析 该题是对双缝干涉、单缝衍射等知识点的考查，要求考生对双缝干涉的实验现象及形成原理有所了解。

选项A：由于白光包含了各种频率的光波，所以各种频率的光波发生干涉时条纹宽度不同，所以会出现彩色条纹；

选项B：单色光干涉时将产生单色光的干涉条纹；

选项C：由于两个光源的频率不同，所以不能发生干涉；

选项D：遮住其中一条狭缝，会发生单缝衍射现象，所以屏上将呈现间距不等的条纹。

样题4：如图9所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，摸锌板使验电器指示归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带＿＿＿电（选填“正”或“负”）；若改用红外线重复上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率＿＿＿＿红外线（选填“大于”或“小于”）。

解析 该题是教材的实验改编的一道题，该题并没有问有没有光电子逸出，而是问锌板带什么电，可见考查的灵活性，所以不能死记实验结论，同时该题还涉及光电效应规律的考查。

综合2008年高考题，发现对光的本性这部分的考查面较广，内容会涉及几何光学、光的折射、衍射、偏振、光电效应，甚至其他部分的知识，注重考查实验现象以及由现象反映出的光的本性。预计2009年对这部分的考查仍将沿用这种思想，并且有可能与当今热门科技应用相结合。

预测1：全面考查光学基本知识，内容涉及光的干涉、几何光学等。

（原创题）如图10所示，一细束白光斜射入某种液体中，折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，并同时做如下实验：①让这三种单色光分别通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹（双缝间距和缝屏间距均不变）；②让这三种单色光分别照射锌板；③让这三种单色光分别垂直投射到一条直光导纤维的端面上，下列说法中正确的是（）

A． c种色光的波动性最显著

B． c种色光穿过光纤的时间最长

C． a种色光形成的干涉条纹间距最小

D． 如果b种色光能产生光电效应，则a种色光一定能产生光电效应

答案：B

预测2：考查光电效应和光电效应方程。

（改编题）如图11所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表的读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（）

A. 1.9 eV B. 0.6 eV

C. 2.5 eV D. 3.1 eV

答案：A

本文只是对一些出现频率较高的知识点作了些整理，不同地区的侧重点应有所不同，总的原则要回归教材，重视基础知识和基本实验，既要熟知结果又要明确由来。