高中物理光學六類經典題型光學包括幾何光學和光的本性兩部分。幾何光學歷來是高考的重點，但近幾年考試要求有所調整，對該部分的考查，以定性和半定量為主，更注重對物理規律的理解和對物理現象、物理情景分析能力的考查。有兩點應引起重視：一是對實際生活中常見的光反射和折射現象的認識，二是作光路圖問題。光的本性是高考的必考內容，一般難度不大，以

識記、理解為主，常

見的題型是選擇題。“考課本”、“不回避陳題”是本部分高考試題的特點。根據多年對高考命題規律的研究，筆者總結了

6

類經典題型，以供讀者參考。1

光的直線傳播例

1(2004

年廣西卷)

如圖

l

所示，一路燈距地面的高度為

h

，身高為

l的人以速度

v

勻速行走．(1)試證明人頭頂的影子做勻速運動；(2)求人影長度隨時間的變化率。

/

高中物理光學六類經典題型解析(1)設

t

＝0

時刻，人位于路燈的正下方

O

處，在時刻

t

，人走到

S處，根據題意有OS＝vt ①過路燈

P

和人頭頂的直線與地面的交點

M

為

t

時刻人頭頂影子的位置，如圖

l

所示，OM

為頭頂影子到

0

點的距離．由幾何關系，有解式①、②

得

。因

OM

與時間

t

成正比，故

人頭頂的影子做勻速運動。(2)由圖

l

可知，在時刻

t

，人影的長度為

SM，由幾何關系，有SM=OM

－OS ③由式①～③得因此影長

SM

與時間

t

成正比，影長隨時間的變化率 。點評

有關物影運動問題的分析方法：(1)根據光的直線傳播規律和題設條件分別畫出物和影在零時刻和任一時刻的情景圖—光路圖從運動物體(光源或障礙物)的運動狀態入手，根據運動規律，寫出物體的運動方程，即位移的表達式根據幾何關系(

如相似三角形)

求出影子的位移表達式通過分析影子的位移表達式，確定影子的運動性質，求出影子運動的速度等物理量。

/

高中物理光學六類經典題型2

光的反射與平面鏡成像作圖例

2

如圖

2

所示，MN

為厚度不計的平面鏡，放在水平地面上，距離平面鏡

M

端

4m

處有一根標桿

OP，標

桿的零刻度

O

恰在地面，距

平面鏡

N

端

2m

處直立著一個人

SD，人眼離地面的高度

SD=1.8 m

，平面鏡的長度

MN=

lm，標桿足夠長。(1)人眼看到平面鏡中的標桿，但

不能看到標桿的全部，畫

出能被人眼看到像的標桿部分的光路圖，寫出作圖步驟。(2)人眼看到平面鏡中標桿的最小刻度和最大刻度是多少?解析

(1)光路圖如圖

3

所示，作圖步驟：把

S

看做發光點，利用對稱法找出

S

成的像S

′，畫

出

S

發出的光入射到平面鏡上的邊界光線

SM，畫

出其對應的反射光線

MB

和

NA，則

發光點

S

可以通過平行鏡反射照亮

PO

標桿的

AB

部分。根據光路的可逆性，從

AB

發出的光通過平面鏡能進人人眼

S

中。(2)根據光路圖

3

中的幾何關系可知

/

高中物理光學六類經典題型所以,

人從平面鏡看到標桿最小刻度是

2.4

m

，最大刻度是

4.5

m

。點評

眼睛在確定的位置能看到物體或像的哪一部分問題的處理常應用光路的可逆性，即把眼睛看作“發光體”，眼睛所“發出的光”通過平面鏡能“照亮”的區域，也就是眼睛能看到的區域。3

光的折射與折射率例

3

水底同一深度并列著紅、黃

、綠

、紫

4

個彩色球，從

水面正上方垂直俯視，感覺上它們在同一深度嗎?解析

設

S

為水池底部的點光源由

S

發出的光線中選取一條垂直于水面

MN

的光線，由

O

點射出；另一條與

S0

成極小角度從

S

射到水面的

A

點，由

A

點折射到空氣中，因

入射角極小，故

折射角也極小(

由發光點發出的能進入眼睛的發散光束極小)，那么進入眼中的

2

條折射光線的反向延長線交于

/

高中物理光學六類經典題型S

′點，該

點即為我們所看到的水池底部點光源

S

的像點

點到水面的距離h′即為視深度，由圖

4

可見視深度小于實際深度。，視深度為實際深度的

1／n。水對紅、黃、綠、紫

4

種色光的折射率不同，n

<n

<n

<n

，因此

4個彩色球的視深度不同，h

′>h

′>h

′>h

′，可見人的感覺是紫色球最淺，紅色球最深。點評

當θ角很小時θ≈sinθ≈θ(

θ以弧度為單位)

，是

數學上的近似關系式，在光學部分經常應用這個關系式處理問題，能否應用該關系式是解答該題的關鍵。例

4

(2001

年高考理綜卷)

如圖

5

所示，兩塊同樣的玻璃直角三棱鏡

ABC

，兩者的

AC

面是平行放置的，在它們之間是均勻的未知透明介質。一單色細光束

0

垂直于

AB

面入射，在圖示的出射光線中( )。A

1

、2

、3(彼此平行)

中的任一條都有可能；B

4

、5

、6(彼此平行)

中的任一條都有可能；

/

高中物理光學六類經典題型C

7

、8

、9(彼此平行)

中的任一條都有可能；D

只能是

4、6

中的某一條.解析

光線由左邊三棱鏡

AB

面射人棱鏡，不改變方向；接著將穿過兩三棱鏡間的未知透明介質進入右邊的三棱鏡。透明介質的兩表面是平行的，所以它的光學特性相當于一塊兩面平行的玻璃磚，使光線發生平行側移．透明介質兩邊的介質不是真空，而是折射率未知的玻璃，因此是否發生側移以及側移的方向無法確定，但至少可以確定光線仍然與棱鏡的

AB

面垂直。這

樣光線由右邊三棱鏡

AB

面射出棱鏡時，不改變方向，應為

4

中的任意一條。故選項

B

正確。點評

若未知介質的折射率

n

與玻璃折射率

n

相等，不側移；若

n>n

時，向上側移；若

n<n

時，向下側移。4

全反射與臨界角例

5

(2005

年全國高考理綜試題)

圖

6

—l

為直角棱鏡的橫截面，bac=90°，

abc=60

°。

一平行細光束從()點沿垂直于

bc

面的方向射人棱鏡。已知棱鏡材料的折射率線( )。A

從

ab

面射出；

,

若不考慮原入射光在

bc

面上的反射光，則

有光

/

高中物理光學六類經典題型B

從

ac

面射出；C

從

bc

面射出，且與

bc

面斜交；D

從

bc

面射出，且與

bc

面垂直解析

由

sinC

＝1/n

， 得光從棱鏡射向空氣發生全反射的臨界角C

＝45°。作出光路圖(

圖

6

—2)。在

ab

面上，入射角為

6O°，60°>45°所以該面上會發生全反射不會有光線從

ab

面上射出以選項

A

錯誤。在

ac

面上，入射光線為

ab

面上的反射光線，由幾何知識可知，其入射角為3O°，3O°<45°，在該面上不發生全反射，所以，有光線從

ac

面上射出，所以選項

B

是正確的。在

ac

面上的反射光線會射到

bc

面上，由幾何知識可知，光

線是垂直入射到

bc

面上的，所

以，垂

直射出。所

以，選

項

D

是正確的。點評

在解決光的折射、全反射問題時，應根據題意分析光路，利用幾何知識分析線、角關系，比較入射角和臨界角的大小關系，看是否滿足全反射條件。有時還要靈活運用光路的可逆性來進行分析。例

6

有一折射率為

n

的長方體玻璃磚

ABCD

，其周圍是空氣，如圖

7

—l所示。當入射光線從它的

AB

面以入射角α射人時，試求：(1)要使光線在

BC

面發生全反射，證明入射角應滿足的條件是(BC

面足夠長)

。

/

高中物理光學六類經典題型(2)如果對于任意入射角的光線都能產生全反射玻璃磚的折射率應取何值?解析(1)要使光線在

BC

面發生全反射，如圖

7

—2

，首先應滿足式中β為光線射到

BC

面的入射角，由折射定律有將式①、②聯立得(2)如果對任意入射角的光線都能產生全反射

都能產生全反射，則只有當 才能滿足上述條件，故 。點評

這是一道涉及玻璃磚全反射的光學題射定律和全反射條件的應用是解答這類問題的關鍵。由于不能正確應用任意入射角的光線都能產生全反射的條件，導致無從下手解題。不等式知識的欠缺，也是不能圓滿解答本題的原因。5

薄膜干涉

/

高中物理光學六類經典題型例

7(2003

年上海卷)

劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖

8

—1

所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖

8—2

所示。干涉條紋有如下特點：任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度差恒定。現

若在圖

8

—l

裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋( )。A

變疏；

B

變密；

C

不變；

D

消失解析

該題主要考查獲取和處理信息的能力。當

抽去一張紙片后，兩

玻璃表面之問的夾角減小，由數學知識可知，要保持兩相鄰條紋所對應的薄膜厚度差恒定，則兩相鄰條紋間距一定增大，即觀察到的干涉條紋變疏，選項

A正確。點評

該題來源于課本中薄膜干涉的內容實際上是一道信息材料閱讀題，關鍵是可以直接從題中獲取的信息：任意相鄰明條紋(或暗條紋)所在位置下面對應的薄膜厚度差恒定，從而推斷結果。6

光電效應與光子說

/

高中物理光學六類經典題型例

8(2003

年上海卷)

在圖

9

所示的光電管的實驗中，發現用一定頻率的a

單色光照射光電管時，電流表指針會發生偏轉，而用另一頻率的

b

單色光照射時，不發生光電效應，那么( )。A

a

光的頻率大于

b

光的頻率；B

b

光的頻率大于

a

光的頻率；C

用

a

光照射光電管時流過電流表

G

的電流方向是

e

流向

f；D

用

a

光照射光電管時流過電流表

G

的電流方向是

f

流向

e解析

當入射光的頻率大于金屬的極限頻率時才能發生電效應此可知a

單色光的頻率大于金屬的極限頻率，而

b

單色光的頻率小于金屬的極限頻率，故選項

A

正確。光電效應產生的光電子在光電管內由右向左定向移動，所以電流的方向由

e

經

G

流向

f，故選項

C

正確。例

9

(2003

年江蘇卷)

用某種單色光照射某種金屬表面，發生光電效應。現將該單色光的光強減弱，則( )。A

光電子的最大初動能不變；B

光電子的最大初動能減少；C

單位時間內產生的光電子數減少；

/

高中物理光學六類經典題型D

可能不發生光電效應解析

由于光電子的最大初動能只與光的頻率有關，可知

A

正確，B

和

D錯誤。光的強弱包含兩方面的內容：光子的能量大小和光子的數目，減小光強并沒有改變光的頻率，故光子的能量不變而光子數目減少，所以光電子的數目也隨之減少，選項

C

正確。例

10

(2004

年天津卷)

人眼對綠光最為敏感。正常人的眼睛接收到波長為

530nm

的綠光時，只要每秒有

6

個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為

6.63

×10

J·s

，光速為

3.O×10

m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是( )。解析

依題意人眼能覺察到綠光時所接收到的最小功率是至少每秒有

6個綠光的光子射入瞳孔。先計算一個綠光光子的能量

E=hν=hc／λ＝3.8×lO

19

J

，可算出

6

個綠光光子的能量為

2.3×10

J

，故選項

A

正確。例

11

(2004

年全國卷)

下表給出了一些金屬材料的逸出功現用波長為

400nm

的單色光照射上述材料，能產生光電效應的材料最多有( )

。(

普朗克常量

h

＝6.63

×10

J·s

，光

c

＝3.O×10

m/s)A

2

種；

B

3

種；

C

4

種；

D

5

種解析

題中所給單色光的光子能量

E=h／λ=5×lO

J

，金屬的逸出功小于該值才能發生光電效應，故選項

A

正確。

/

高中物理光學六類經典題型例

12

(2003

年全國卷)

如圖

1O，當電鍵

S

斷開時，用光子能量為

2.5

eV的一束光照射陰極

P

，發現電流表讀數不為零。合

上電鍵，調節滑線變阻器，發現當電壓表讀數小于

0

V

時，電

流表讀數仍不為零；當電壓表讀數大于或等于

0.60

V

時，