物理 光学在实际生活中的应用

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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