高考二輪復(fù)習(xí)物理課件（新高考新教材）第一編核心專題突破專題5振動(dòng)與波光學(xué)第二講光學(xué)

第二講光學(xué)1通覽主干知識(shí)2研學(xué)核心考點(diǎn)目錄索引

3突破熱考命題1通覽主干知識(shí)2研學(xué)核心考點(diǎn)考點(diǎn)一光的折射和全反射分層突破——明要點(diǎn)命題角度1折射定律和折射率命題角度2光的折射與全反射綜合應(yīng)用(1)光從折射率為n的某種介質(zhì)射向空氣(真空)時(shí)發(fā)生全反射的臨界角為C,(2)利用好光路圖中的臨界光線,準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際相符。深化拓展求解光的折射、全反射問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)典例剖析例1

(命題角度2)(2022湖南卷)如圖所示,某種防窺屏由透明介質(zhì)和對光完全吸收的屏障構(gòu)成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可實(shí)現(xiàn)對像素單元可視角度θ的控制(可視角度θ定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍)。透明介質(zhì)的折射率n=2,屏障間隙l=0.8mm。發(fā)光像素單元緊貼屏下,位于相鄰兩屏障的正中間。不考慮光的衍射。(1)若把發(fā)光像素單元視為點(diǎn)光源,要求可視角度θ控制為60°,求屏障的高度d。(2)若屏障高度d'=1.0mm,且發(fā)光像素單元的寬度不能忽略,求像素單元寬度x最小為多少時(shí),其可視角度θ剛好被擴(kuò)為180°(只要看到像素單元的任意一點(diǎn),即視為能看到該像素單元)。規(guī)律總結(jié)求解光的折射、全反射問題的四點(diǎn)注意(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的。同一種介質(zhì),相對于其他不同的介質(zhì),可能是光密介質(zhì),也可能是光疏介質(zhì)。(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),則無論入射角多大,都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。(3)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí),往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射。(4)準(zhǔn)確作出光路圖,充分考慮三角形、圓的特點(diǎn),運(yùn)用幾何圖形中的角關(guān)系、三角函數(shù)、相似三角形、全等三角形等,仔細(xì)分析光傳播過程中的幾何關(guān)系。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度2)(2022山東卷)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O(shè)為圓心,半徑為R的

圓,左側(cè)是直角梯形,AP長為R,AC與CO夾角為45°,AC中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束,垂直AB面入射,器件介質(zhì)對a、b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過程中,能在PM面全反射后,從OM面出射的光是(不考慮三次反射以后的光)(

)A.僅有a光

B.僅有b光C.a、b光都可以 D.a、b光都不可以A解析

畫出臨界光路如圖所示,從A點(diǎn)垂直于AB面入射的光,沿直線傳播到O點(diǎn),經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。從B點(diǎn)垂直于AB面入射的光,經(jīng)CO反射恰好過P點(diǎn)。當(dāng)全反射臨界角為C=45°時(shí),n==1.414,因?yàn)閍光折射率大于1.414,根據(jù)sin

Ca=,可得Ca<45°,能在PM面發(fā)生全反射。同理可得b光的全反射臨界角Cb>45°,不能在PM面發(fā)生全反射,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。當(dāng)a光在PM面發(fā)生全反射時(shí),設(shè)在PM面的入射角為α,在OM面的入射角為θ,根據(jù)幾何關(guān)系可得θ=2α-45°,可得當(dāng)α<45°時(shí),θ<α,故當(dāng)a光在PM面發(fā)生全反射時(shí),存在從OM面出射的光,選項(xiàng)A正確,D錯(cuò)誤。2.(命題角度1)(2023全國乙卷)如圖所示,一折射率為

的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC邊所在底面上鍍有一層反射膜。一細(xì)光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點(diǎn)射入棱鏡,若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點(diǎn)A,求M點(diǎn)到A點(diǎn)的距離。練模擬·提能力(命題角度1)(2023山東菏澤一模)一用透明材料做成的中心是空腔的球,其中空心部分半徑與球的半徑之比為1∶2,當(dāng)由紅光、綠光、紫光組成的細(xì)光束以i=45°的入射角射入球中時(shí),光路圖如圖所示,其中b光線為綠光,其折射光線剛好與內(nèi)壁相切,則下列說法正確的是(

)A.a光線是紅光B.增大入射角i,b光線在空腔外表面可能發(fā)生全反射C.該透明材料對綠光的折射率為D.c光線在該透明材料中傳播速度最小C考點(diǎn)二光的波動(dòng)性與電磁波分層突破——明要點(diǎn)命題角度1光的干涉與衍射(1)光的衍射是無條件的,但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。(2)兩列光波發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象時(shí),光的頻率相等,相位差恒定,振動(dòng)方向相命題角度2光的偏振(1)光的偏振現(xiàn)象證明光是橫波。(2)應(yīng)用:照相機(jī)鏡頭上的偏振片、立體電影等。命題角度3電磁波

(2)電磁波波長越長越容易產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象,波長越短穿透能力越強(qiáng)。(3)同頻率的電磁波,在不同介質(zhì)中速度不同;不同頻率的電磁波,在同一種介質(zhì)中傳播時(shí),頻率越大折射率越大,速度越小。(4)用途:無線電波用于通信和廣播,紅外線用于加熱和遙感技術(shù),紫外線用于殺菌消毒,X射線應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的X光照片,γ射線檢查金屬內(nèi)部的缺陷等。深化拓展干涉與衍射的比較(1)光的干涉與衍射現(xiàn)象的區(qū)別是,光的干涉現(xiàn)象只有在符合一定條件下才發(fā)生;而光的衍射現(xiàn)象卻總是存在的,只有明顯與不明顯之分。(2)光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象在屏上出現(xiàn)的都是明暗相間的條紋,但雙縫干涉時(shí)條紋間隔均勻;而單縫衍射的條紋間隔不均勻,中央亮條紋又寬又亮,從中央向兩側(cè),條紋寬度減小,亮條紋亮度顯著減弱。

(3)光的干涉現(xiàn)象:薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán)等)。光的衍射現(xiàn)象:單縫衍射、衍射光柵。體現(xiàn)光的波動(dòng)性

典例剖析例2

(命題角度1)(多選)(2022山東卷)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象,狹縫S1、S2的寬度可調(diào),狹縫到屏的距離為l。同一單色光垂直照射狹縫。實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(

)甲

乙丙A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時(shí),也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫,另一狹縫寬度增大,其他條件不變,圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí),增加l,其他條件不變,圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí),若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點(diǎn)處一定是暗條紋答案

ACD解析

根據(jù)干涉和衍射原理可知,選項(xiàng)A、D正確。遮住一條縫后是衍射現(xiàn)象,當(dāng)縫寬度增大時(shí),亮條紋寬度變小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。根據(jù)

可知,l增大,Δx增大,選項(xiàng)C正確。分層演練——拿高分練真題·明考向1.(命題角度1)(多選)(2022浙江1月選考)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是近代證實(shí)物質(zhì)波存在的實(shí)驗(yàn)。如圖所示,電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動(dòng)量為1.2×10-23kg·m/s,然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10-31kg,普朗克常量取6.6×10-34J·s,下列說法正確的是(

)A.發(fā)射電子的動(dòng)能約為8.0×10-15JB.發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5×10-11mC.只有成對電子分別同時(shí)通過雙縫才能發(fā)生干涉D.如果電子是一個(gè)一個(gè)發(fā)射的,仍能得到干涉圖樣BDm=5.5×10-11

m,B正確;物質(zhì)波也具有波粒二象性,故電子的波動(dòng)性是每個(gè)電子本身的性質(zhì),則每個(gè)電子依次通過雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象,只是需要大量電子顯示出干涉圖樣,C錯(cuò)誤,D正確。2.(命題角度1)(2023山東卷)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán),C為待測柱形樣品,C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板,會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度升高時(shí),下列說法正確的是(

)A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動(dòng)B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動(dòng)C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動(dòng)D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動(dòng)A解析

由于C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),因此溫度升高時(shí),劈形空氣層的厚度變大,條紋間水平距離差減小,條紋向左移動(dòng),選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤,A正確。練模擬·提能力1.(命題角度2、3)隱形飛機(jī)運(yùn)用多種隱形技術(shù)降低飛機(jī)的信號(hào)特征,使雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)、識(shí)別、跟蹤。飛機(jī)隱形的途徑主要有兩種:一是改變飛機(jī)的外形和結(jié)構(gòu),減小回波;二是在飛機(jī)表面涂敷特殊材料吸收雷達(dá)波。雷達(dá)是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。雷達(dá)發(fā)射電磁波對目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波,由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、方位、高度等信息。常規(guī)雷達(dá)采用波長為0.01~0.1m的厘米波,隱形飛機(jī)在常規(guī)雷達(dá)上反射的能量幾乎與一只麻雀反射的能量相同,因此在常規(guī)雷達(dá)的屏幕上幾乎看不到隱形飛機(jī)的回波。而米波雷達(dá)采用波長為1~10m的米波,與隱形飛機(jī)的外形尺寸相匹配,從而發(fā)生諧振,大大增強(qiáng)了飛機(jī)回波信號(hào)的能量,從而使飛機(jī)的隱形效果下降。下列說法正確的是(

)A.米波不能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象B.米波的頻率約為厘米波頻率的10倍C.米波的傳播速度小于厘米波的傳播速度D.常規(guī)雷達(dá)比米波雷達(dá)的分辨率更高答案

D解析

米波是電磁波,能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象,A錯(cuò)誤;由c=λf可得米波的頻率約為厘米波頻率的

,B錯(cuò)誤;米波的傳播速度等于厘米波的傳播速度,C錯(cuò)誤;雷達(dá)的分辨率是與其所使用的頻率有著密切關(guān)系的,頻率越高,分辨率也就越高,所以常規(guī)雷達(dá)比米波雷達(dá)的分辨率更高,D正確。2.(命題角度1)(2023山東泰安一模)利用薄膜干涉可以測量圓柱形金屬絲的直徑。已知待測金屬絲與標(biāo)準(zhǔn)圓柱形金屬絲的直徑相差很小(約為微米量級),實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,T1和T2是具有標(biāo)準(zhǔn)平面的玻璃平晶,A0為標(biāo)準(zhǔn)金屬絲,直徑為D0;A為待測金屬絲,直徑為D;兩者中心間距為L。實(shí)驗(yàn)中用波長為λ的單色光垂直照射平晶表面,觀察到的干涉條紋如圖乙所示,測得相鄰亮條紋的間距為ΔL。則以下說法正確的是(

)D3突破熱考命題新教材、新高考、新情境:光學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情境解讀光學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、軍事以及科技方面應(yīng)用較多,比如小孔成像、影子的形成、彩虹、轉(zhuǎn)彎鏡、哈哈鏡、海市蜃樓、沙漠蜃景、內(nèi)窺鏡、潛望鏡、光導(dǎo)纖維、薄膜干涉、雙縫干涉等。考向分析在高考幾何光學(xué)知識(shí)的命題中,不管以哪種情境為背景切入,都是考查光的直線傳播、光的反射、折射和全反射的理解及有關(guān)計(jì)算,從相應(yīng)情境中抽象出光學(xué)模型是解答這類問題的關(guān)鍵。案例探究

(1)求擋風(fēng)玻璃和光學(xué)元件的折射率n;(2)請通過計(jì)算判斷圖中紅外發(fā)射管應(yīng)該在a還是在b位置?紅外接收管應(yīng)該在c還是在d位置?請畫出當(dāng)擋風(fēng)玻璃外表面處于干燥狀態(tài)時(shí),紅外線在擋風(fēng)玻璃和光學(xué)元件中傳播的光路圖。答案

(1)1.5(2)紅外發(fā)射管在b位置,紅外接收管在c位置,光路圖見解析。解析

(1)光線恰好發(fā)生全反射,光路圖如圖甲所示

甲

(2)紅外發(fā)射管如果是在a位置向MN中點(diǎn)發(fā)射紅外線,如圖乙所示

乙

所以紅外發(fā)射管不能在a位置向MN中點(diǎn)發(fā)射紅外線,則紅外發(fā)射管在b位置向MN中點(diǎn)發(fā)射紅外線,紅外接收管是在c位置,大致光路圖如圖丙所示。丙

角度拓展1(2023山東菏澤高三一模)光刻機(jī)利用光源發(fā)出的紫外線,將精細(xì)圖投影在硅片上,再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片。為提高光刻機(jī)投影精細(xì)圖的能力,可在光刻膠和投影物鏡之間填充液體,提高分辨率,如圖所示。若浸沒液體的折射率為1.65,當(dāng)不加液體時(shí)光刻膠的曝光波長為193nm,則加上液體后(

)A.紫外線進(jìn)入液體后波長變短,光子能量增加B.傳播相等的距離,在液體中所需的時(shí)間變?yōu)樵瓉淼腃.紫外線在液體中比在空氣中更容易發(fā)生衍射,能提高分辨率D.在液體中的曝光波長約為117nmD角度拓展2(2023山東卷)一種反射式光纖位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)微小位移測量,其部分原理簡化如圖所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N,相距為d,直徑均為2a,折射率為n(n<)。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內(nèi)多次全反射后從下端面射向被測物體,經(jīng)被測物體表面鏡面反射至N下端面,N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離有關(guān)。(1)從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為θ,求θ的正弦值。(2)被測物體自上而下微小移動(dòng),使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應(yīng)范圍(只考慮在被測物體表面反射一次的光線)。解析

(1)如圖甲所示,射向下端面的光與水平方向的最大偏角的正弦值

甲

(2)如圖乙所示,光剛好能照到N下端時(shí),玻璃絲下端面到被測物體的距離

乙

大題突破(五):光的折射與全反射的綜合應(yīng)用典例示范(7分)(2021山東卷)超強(qiáng)超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),其中用到的一種脈沖激光展寬器截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個(gè)相同的直角三棱鏡,頂角為θ。一細(xì)束脈沖激光垂直第一個(gè)棱鏡左側(cè)面入射,經(jīng)過前兩個(gè)棱鏡后分為平行的光束,再經(jīng)過后兩個(gè)棱鏡重新合成為一束,此時(shí)不同頻率的光前后分開,完成脈沖展寬。已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d=100.0mm,脈沖激光中包含兩種頻率的光,它們在棱鏡中的折射率(1)為使兩種頻率的光都能從左側(cè)第一個(gè)棱鏡斜面射出,求θ的取值范圍。(2)若θ=37°,求兩種頻率的光通過整個(gè)展寬器的過程中,在空氣中的路程差ΔL。(保留