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时间:2018-05-22
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1、光学在实际生活中的应用王忠安郾城县第二高级中学 河南漯河 462300从近年高考及各地调研考试的来看,对光学一章的考查已有纯知识型向实际应用型转向,主要表现在光的反射、光的折射、光的干涉的应用上,本文列举几例近年高考中光学在实际应用中的试题进行分析,以供同学们参考。一、光的反射知识在实际中应用图1例1.(2000年全国高考)一辆实验小车可沿水平地面(图中纸面)上的长直轨道匀速向右运动。有一台发出细光束的激光器装在小转台M上,到轨道的距离MN为m,如图1所示,转台匀速转动,使激光束在水平面内扫描,扫描一周的时间为T=60s,光束转动方向如图1中箭头所示,当光束与M
2、N的夹角为45°时,光束正好射到小车上,如果再经过s光束又射到小车上,则小车的速度为多少?(结果保留二位有效数字)解析:在内光束转过角度为图2 ①如图2所示,有两种可能(1)光束照射小车时,小车正在接近N点,内光束与MN的夹角从45°变为,小车走过,速度应为 ②由图可知 ③由②③两式并代入数值,得m/s ④(2)光束照射小车时,小车正在远离N点,内光束与MN的夹角从45°变为,小车走过,速度应为 ⑤由图可知 ⑥由⑤⑥两式并代入数值,得m/s。所以(1)当光束照射小车时,小车正在接近N点,这时小车的速度应为1.7
3、m/s。(2)当光束照射小车时,小车正远离N点,这时小车的速度应为2.9m/s。二、光学的折射知识在实际中的应用图3例2.(2002全国高考)为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直,如图3所示,从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角,已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为,底面半径为r,则视场角是()A.B.C.D.图4解析:光路如图4:根据题干中的说明,该玻璃圆柱体是嵌在门上的,圆柱体的轴垂直门面,门内的人通过玻璃圆柱底面中心点观察门外的景物,显然人眼能观察到的是一个圆形区域,视场角就
4、是从圆形区域的边缘发出的且能通过玻璃圆柱由底面中心O点射出进入人眼的入射光线sb,与玻璃圆柱的轴线,亦即圆柱底面的法线的夹角θ,如图4与入射光线sb对应的折射光线是bo,折射角就等于∠abO。由折射定律得:sin=nsin。由于圆柱长ab=l,半径oa=,由三角公式得:,联立解得视场角为:。所以选项B正确。点评:本题利用常规问题设置新的分析点,是高中物理测量平行玻璃砖的折射率实验的翻版。考察考生对折射定律和光路可逆思想的理解。考查考生应用光的折射的有关知识来分析和解决实际问题的能力.同时还考查了运用数学知识解决物理问题的能力.三、光的薄膜干涉在实际中的应用例3.
5、(2003年上海高考试题)劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图5甲所示,将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹()A.变疏B.变密图5C.不变D.消失解析:因为相邻两个明纹的位置的高度差和夹角的关系为:△h=tanα(α为劈的倾角,△h为相
6、邻明纹的高度差,为相邻明纹的距离),∴变疏,选项A正确。点评:抓住本题所给的条件是任意相邻明纹对应的薄膜高度差不变。弄清条纹间距的决定因素。四、光电效应在实际中的应用例4.光电效应把光信号转变为电信号,动作非常迅速灵敏,因此,在科学中得到了广泛的应用,光电管就是适应这种需要而制成的。如图6是一个用光电管自动控制路灯的电路图。图6光电管光b。。M~220V放大器电源NABa×××××(1)请在光电管的控制电路中标出电源的正负极。(2)已知铯、钠、锌、银、铂等金属的极限频率分别为4.545×1014Hz、6.000×1014Hz、8.065×1014Hz、1.153
7、×1015Hz、1.529×1015Hz,而可见光的频率范围是:3.9×1014Hz~7.5×1014Hz,则选用上述哪种金属作光电管阴极材料最好?解析:(1)电源的端应为+极,端应为-极.(2)可见光的频率范围是:3.9×1014Hz~7.5×1014Hz,作为用光电管自动控制路灯,目的是只要有可见光照射就应该使电路中有电流,从而产生磁性吸引端离开达到断开电路的目的,可见光的最小频率为HZ,所以做光电管阴极材料的金属的极限频率至少要大于HZ,而且越接近这个值,可以有更多的可见光使之发生光电效应,效果越好.可见应选金属铯最好.点评:本题作为光电管在实际生活中的应
8、用题目,让人耳目一新.对
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