2015年高考物理光學(xué)試題真題賞析

◇山東孫方盡

光學(xué)是歷年高考必考的考點,即便是放在選做題中,每年的各地試卷中也都會出現(xiàn)光學(xué)題的身影．光學(xué)部分的內(nèi)容相對簡單,但很多同學(xué)都無法拿到滿分,究其原因是對基礎(chǔ)知識掌握不牢固,理解不深入．翻閱近年來高考中出現(xiàn)的光學(xué)題,不難發(fā)現(xiàn),其考查內(nèi)容相對固定,考查方式變化不大,考查難度并不太大,只要在學(xué)習(xí)中抓住基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),做題時耐心、細心,就能夠確保不失分．下面結(jié)合2015年各地高考真題,讓我們熟悉一下光學(xué)考查的內(nèi)容和形式．

1考查光的折射和全反射

這是最常見的考查內(nèi)容,只需掌握最基本的折射定律和全反射定律,分析清楚光路,即可輕松解題．當然,每年的考查如果只是固定模式的簡單考查,就不是高考了,所以在穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中,命題專家一直在添加很多新的元素,綜合性和新穎性并重,比如2015年新課標Ⅱ卷．

圖1

例1(2015年全國新課標Ⅱ卷) 如圖1所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b2束光線,則________(填正確答案標號,選對1個給2分,選對2個得4分,選對3個得5分,每選錯1個扣3分,最低得分0分).

A在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度;

B在真空中,a光的波長小于b光的波長;

C玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率;

D若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a首先消失;

E分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距

由圖可知，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率,故選項C錯誤;在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度,故選項A正確;a光的頻率大于b光的頻率,在真空中,a光的波長小于b光的波長,故選項B正確;若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,因為a光的折射率大,則折射光線a首先消失,故選項D正確;a光的波長小于b光的波長,分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距小于b光的干涉條紋間距,故選項E錯誤．

2對光學(xué)實驗的考查

實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ),現(xiàn)階段高考對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目疾橹荒芡ㄟ^卷面試題的形式進行.在設(shè)計題目時,命題專家的意圖很明顯,就是要通過考生解答的情況考查考生是否真正動手做過實驗,所以如果條件允許,考生一定要親手將教材中涉及的實驗操作一遍．在光學(xué)中最常見的實驗是“用雙縫干涉測光的波長”和“測量玻璃的折射率”．

圖2

例2(2015年北京卷) “測定玻璃的折射率”的實驗中,在白紙上放好玻璃磚,aa′和bb′分別是玻璃磚與空氣的2個界面,如圖2所示,在玻璃磚的一側(cè)插上2枚大頭針P1和P2,用“+”表示大頭針的位置,然后在另一側(cè)透過玻璃磚觀察并依次插上P3和P4．在插P3和P4時,應(yīng)使().

AP3只擋住P1的像;

BP4只擋住P2的像;

CP3同時擋住P1、P2的像

“測定玻璃的折射率”實驗相對較簡單,只要親手操作過實驗,了解實驗的具體步驟即可解題,正確選項為C．

3對臨界角的考查

臨界角問題也是經(jīng)常出現(xiàn)的考點,一般會以不同頻率的光在同一介質(zhì)中發(fā)生折射和全反射為情境來考查,思路比較清晰,只要牢固掌握知識點,類似考題即可迎刃而解．

圖3

例3(2015年四川卷) 直線P1P2過均勻玻璃球球心O,細光束a、b平行且關(guān)于P1P2對稱,由空氣射入玻璃球的光路如圖3所示．a(chǎn)、b光相比().

A玻璃對a光的折射率較大;

B玻璃對a光的臨界角較小;

Cb光在玻璃中的傳播速度較小;

Db光在玻璃中的傳播時間較短

這里主要用到臨界角公式sinC=1/n和光在介質(zhì)中的傳播速度公式v=c/n．由圖3可直接看出b光的偏折角大,則玻璃對b光的折射率大,所以選項A錯誤;根據(jù)臨界角公式sinC=1/n可知,a光的折射率小,所以a光的臨界角大,所以選項B錯誤;知道折射率大小,根據(jù)光在介質(zhì)中的傳播速度公式v=c/n可知，b光在玻璃中傳播速度較小,選項C正確;在玻璃中傳播時間t=s/v,b光的傳播路程較大，速度較小,可知b光傳播時間較長,選項D錯誤．

4對透光長度的考查

本類考查更側(cè)重與生活實際的聯(lián)系,通常需要使用光的直線傳播、反射定律、折射定律、全反射定律以及其他光學(xué)知識,綜合性強,難度大,也是命題的熱點題型．

圖4

例4(2015年海南卷) 一半徑為R的半圓形玻璃磚,橫截面如圖4所示．已知玻璃的全反射臨界角r(r<π/3)．與玻璃磚的底平面成(π/2-r)角度，且與玻璃磚橫截面平行的平行光射到玻璃磚的半圓柱面上．經(jīng)柱面折射后,有部分光(包括與柱面相切的入射光)能直接從玻璃磚底面射出．若忽略經(jīng)半圓柱內(nèi)表面反射后射出的光,求底面透光部分的寬度．

圖5

光路圖如圖5所示,沿半徑方向射入玻璃磚的光線,即光線①射到MN上時,根據(jù)幾何知識入射角恰好等于臨界角,即恰好在圓心O處發(fā)生全反射.光線①左側(cè)的光線,經(jīng)球面折射后,射到MN上的角一定大于臨界角,即在MN上發(fā)生全反射,不能射出.光線①右側(cè)的光線射到MN上的角小于臨界角,可以射出,如圖光線③與球面相切,入射角θ1=90°,從MN上垂直射出.根據(jù)折射定律可得sinθ2=sinθ1/n,根據(jù)全反射定律n=1/sinr,兩式聯(lián)立解得θ2=r,根據(jù)幾何知識,底面透光部分的寬度OE=Rsinr．

以上,只是對2015年出現(xiàn)的部分具有代表性試題的分析,并不能囊括所有光學(xué)試題的類型和考點,但是從中應(yīng)該得到的啟發(fā)是:解決光學(xué)試題的最終要義是夯實基礎(chǔ)、靈活運用,這也是高中物理各類考試中一直在倡導(dǎo)的．

(作者單位：山東省濟寧市鄒城市第一中學(xué))