第16講.光學(xué)（原卷版）-2024高考二輪復(fù)習(xí)

2024高考二輪復(fù)習(xí)二十五講第16講、光學(xué)第一部分織網(wǎng)點(diǎn)睛，綱舉目張1．折射率(1)光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)的折射率，公式為n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(2)試驗(yàn)和爭(zhēng)辯證明，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。2．臨界角折射角等于90°時(shí)的入射角，稱為臨界角。當(dāng)光從折射率為n的某種介質(zhì)射向真空(空氣)時(shí)發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)。3．全反射的條件(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。(2)入射角大于或等于臨界角。4、光的波動(dòng)性【溫馨提示】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，條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ。.5光的色散①在同一介質(zhì)中，不同頻率的光的折射率不同，頻率越高，折射率越大。②由n＝eq\f(c,v)，n＝eq\f(λ0,λ)可知，光的頻率越高，在介質(zhì)中的波速越小，波長(zhǎng)越小。其次部分實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，高考真題演練1.（2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）地球表面四周空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽(yáng)光斜射向地面的過程中會(huì)發(fā)生彎曲。下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是（）A. B.C. D.2.（2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）用某種單色光進(jìn)行雙縫干涉試驗(yàn)，在屏上觀看到的干涉條紋如圖甲所示，轉(zhuǎn)變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢.倍 B.倍 C.2倍 D.3倍3.（2023高考全國(guó)甲卷）（5分）等腰直角三角形△abc為一棱鏡的橫截面，ab=ac。一平行于bc邊的細(xì)光束從ab邊射入棱鏡，在bc邊反射后從ac邊射出，出射光分成了不同顏色的兩束。甲光的出射點(diǎn)在乙光的下方，如圖所示。不考慮多次反射，下列說法正確的是。A.甲光的波長(zhǎng)比乙光的長(zhǎng)B.甲光的頻率比乙光的高C.在棱鏡中的傳播速度，甲光比乙光大D.該棱鏡對(duì)甲光的折射率大于對(duì)乙光的折射率E.在棱鏡內(nèi)bc邊反射時(shí)的入射角，甲光比乙光大4.（2023高考湖南卷）一位潛水愛好者在水下活動(dòng)時(shí)，利用激光器向岸上救援人員放射激光信號(hào)，設(shè)激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發(fā)覺只有當(dāng)α大于41°時(shí)，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，下列說法正確的是（）A.水的折射率為B.水的折射率為C.當(dāng)他以α=60°向水面放射激光時(shí)，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當(dāng)他以α=60°向水面放射激光時(shí)，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°5.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水公平級(jí)考試）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(cè)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)溫度上升時(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)6．（2023年6月高考浙江選考科目）在水池底部水平放置三條細(xì)燈帶構(gòu)成的等腰直角三角形發(fā)光體，直角邊的長(zhǎng)度為0.9m，水的折射率，細(xì)燈帶到水面的距離，則有光射出的水面外形（用陰影表示）為（）A．B．C．D．7.（2023高考湖北卷）如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為，OP邊上的點(diǎn)光源S到頂點(diǎn)O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長(zhǎng)度為（）A. B. C. D.8.（2023學(xué)業(yè)水公平級(jí)考試上海卷）我國(guó)科學(xué)家獲得單色性很好的兩種光A，B，且頻率νA小于νB，若它們?cè)谡婵罩型ㄟ^相同距離的時(shí)間分別是tA和tB，則tAtB，（選填“＞”“＜”“=”）。若它們通過相同的雙縫達(dá)到同一光屏，則頻率為的光產(chǎn)生的干涉條紋間隔更寬。2.（2023高考福建卷）如圖，一老師用側(cè)面開孔透亮?????塑料瓶和綠光激光器演示“液流導(dǎo)光”試驗(yàn)。瓶?jī)?nèi)裝有適量清水．水從小孔中流出后形成了彎曲的液流。讓激光水平射向小孔，使光束與液流保持在同一豎直平面內(nèi)，觀看到光束沿著彎曲的液流傳播。下列操作中，有助于光束更好地沿液流傳播的是（）A.減弱激光強(qiáng)度B.提升瓶?jī)?nèi)液面高度C.改用折射率更小液體D.增大激光器與小孔之間的水平距離2.（2023高考河北卷）制造某型芯片所使用的銀灰色硅片覆上一層厚度均勻的無色透亮?????薄膜后，在自然光照射下硅片呈現(xiàn)深紫色。關(guān)于此現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A.上述現(xiàn)象與彩虹的形成原理相同 B.光在薄膜的下表面發(fā)生了全反射C.薄膜上下表面的反射光發(fā)生了干涉 D.薄膜厚度發(fā)生變化，硅片總呈現(xiàn)深紫色9.（2023高考海南卷）用激光測(cè)玻璃磚折射率的試驗(yàn)中，玻璃磚與屏P平行放置，從另一側(cè)用激光筆以肯定角度照射，此時(shí)在屏上的S1處有激光點(diǎn)，移走玻璃磚，光點(diǎn)移到S2處，回答下列問題：（1）請(qǐng)畫出激光束經(jīng)玻璃折射后完整的光路圖_________；（2）已經(jīng)測(cè)出AB=l1，OA=l2，S1S2=l3，則折射率n=_________（用l1、l2、l3表示）；（3）若改用寬ab更小的玻璃磚做試驗(yàn)，則S1S2間的距離會(huì)_________（填“變大”，“變小”或“不變”）。10.（2023高考全國(guó)乙卷）（10分）如圖，一折射率為的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形，，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。11.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水公平級(jí)考試）一種反射式光纖位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)微小位移測(cè)量，其部分原理簡(jiǎn)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，折射率為n（）。M、N下端橫截面平齊且與被測(cè)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(cè)物體，經(jīng)被測(cè)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(cè)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，求的正弦值；（2）被測(cè)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(cè)物體距離b的相應(yīng)范圍（只考慮在被測(cè)物體表面反射一次的光線）。12．（2023高考北京卷）陽(yáng)光下的肥皂膜呈現(xiàn)彩色條紋，這種現(xiàn)象屬于光的（）A．偏振現(xiàn)象B．衍射現(xiàn)象C．干涉現(xiàn)象D．全反射現(xiàn)象11．（7分）（2023廣東卷）11．（7分）某同學(xué)用激光筆和透亮?????長(zhǎng)方體玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率，試驗(yàn)過程如下：（1）將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界．（2）①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的點(diǎn)水平入射，到達(dá)面上的點(diǎn)后反射到點(diǎn)射出．用大頭針在白紙上標(biāo)記點(diǎn)、點(diǎn)和激光筆出光孔的位置．②移走玻璃磚．在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作連線的延長(zhǎng)線與面的邊界交于點(diǎn)，如圖（a）所示．（3）用刻度尺測(cè)量和的長(zhǎng)度和．的示數(shù)如圖（b）所示，為________．測(cè)得為．（4）利用所測(cè)量的物理量，寫出玻璃磚折射率的表達(dá)式________．由測(cè)得的數(shù)據(jù)可得折射率為________（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．（5）相對(duì)誤差的計(jì)算式為．為了減小測(cè)量的相對(duì)誤差，試驗(yàn)中激光在點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角________．第三部分思路歸納，內(nèi)化方法1.幾何光學(xué)計(jì)算題往往是光的反射、折射、全反射(臨界點(diǎn))及幾何圖形關(guān)系的綜合問題。解決此類問題應(yīng)留意以下四個(gè)方面：(1)依據(jù)題目條件，正確分析可能的全反射及臨界角。(2)通過分析、計(jì)算確定光傳播過程中可能的折射、反射，把握光的“多過程”現(xiàn)象。(3)精確?????作出光路圖。(4)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)、相像三角形、全等三角形等，認(rèn)真分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關(guān)系。2.機(jī)械波和光波、電磁波(1)機(jī)械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，是波特有的現(xiàn)象。偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象。要觀看到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要肯定的條件。(2)光的干涉現(xiàn)象：薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))。(3)光的衍射現(xiàn)象：圓孔衍射、泊松亮斑。(4)電磁波是橫波，其傳播不需要介質(zhì)，不同頻率的電磁波具有不同的特性，有不同的用途。(5)“尺縮”效應(yīng)、“鐘慢”效應(yīng)和“同時(shí)”的相對(duì)性，只有在高速運(yùn)動(dòng)的情形下才會(huì)明顯顯現(xiàn)。3.試驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)計(jì)算法：用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時(shí)的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。(2)作sinθ1-sinθ2圖像：轉(zhuǎn)變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2的圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，如圖所示，其斜率為折射率。(3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n。以入射點(diǎn)O為圓心，以肯定的長(zhǎng)度R為半徑畫圓，交入射光線AO于E點(diǎn)，交折射光線OO′于E′點(diǎn)，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′，如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n。4.試驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)（1）．如圖所示，光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全全都的單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長(zhǎng)λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要測(cè)出Δx、d、l即可測(cè)出波長(zhǎng)λ。（2）．兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成。第四部分最新模擬集萃，提升應(yīng)試力量1.（2024年1月安徽皖豫名校其次次考試）如圖所示，一束復(fù)色光從空氣射到一塊長(zhǎng)方體玻璃磚上表面后分成兩束單色光a、b，光束a、b與法線的夾角分別為、，則光束a、b通過玻璃磚的時(shí)間之比為（）A. B. C. D.2.（2024南京六校聯(lián)合體調(diào)研）以下四幅圖都源自教材插圖，下列說法正確的是（）A.圖甲為肯定波長(zhǎng)光照射到不透亮?????圓盤上，在圓盤后得到的衍射圖樣B.圖乙為雙縫干涉示意圖，雙縫間距越大，則相鄰亮條紋間距越大C.圖丙為光導(dǎo)纖維工作原理示意圖，內(nèi)芯的折射率比外套的折射率小D.圖丁為自然光照射兩個(gè)豎直放置的偏振片，若只旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片，光屏上的亮度不變3.（2024黑龍江大慶第一次質(zhì)檢）如圖所示，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，∠A=30°，該棱鏡對(duì)紅光的折射率，對(duì)紫光的折射率。AC邊的右側(cè)、到AC邊的距離m處有一與AC邊平行的光屏MN，在截面所在的早面內(nèi)，有由紅光.紫光兩種單色光組成的很細(xì)的光束垂直AB邊射入按鏡，從AC邊上的D點(diǎn)射出棱鏡并在光屏上留下E、F兩個(gè)光點(diǎn)。求：（1）紅光和紫光在校鏡中的傳播速度大小之比；（2）E、F兩光點(diǎn)間的距離。4．（2023吉林長(zhǎng)春六中期末）每年夏季，我國(guó)多地會(huì)消滅如圖甲所示日暈現(xiàn)象。日暈是當(dāng)日光通過卷層云時(shí)，受到冰晶的折射或反射形成的。如圖乙所示一束太陽(yáng)光射到六角形冰晶時(shí)的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光。下列說法正確的是A．在冰晶中，b光的傳播速度比a光小B．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，b光的相鄰亮條紋間距大C．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角小D．a(chǎn)光的頻率較大5．（10分）(2024廣東七校第一次聯(lián)考)如圖所示，半圓形玻璃磚的半徑為R，光屏PQ置于直徑的右端并與直徑垂直，一單色光與豎直方向成α＝30°角射入玻璃磚的圓心O，在光屏上消滅了一個(gè)光斑，玻璃對(duì)該種單色光的折射率為n=，光在真空中的傳播速度為c，求：(1)光屏上的光斑與O點(diǎn)之間的距離；(2)光進(jìn)入玻璃磚后經(jīng)過多少時(shí)間到達(dá)光屏；(3)使入射光線繞O點(diǎn)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，為使光屏上的光斑消逝，至少要轉(zhuǎn)過多少角度？6..（2024江西紅色十校9月聯(lián)考）如圖所示，兩束頻率不同的單色光a、b平行斜射到足夠長(zhǎng)的平行玻璃磚的上表面，兩入射點(diǎn)間的距離為L(zhǎng)，兩光束在玻璃磚下表面的出射點(diǎn)間的距離也為L(zhǎng)，不考慮光在玻璃磚下表面的反射，玻璃磚對(duì)兩種單色光的折射率均大于，則下列說法正確的是（）A.玻璃磚對(duì)兩種單色光折射率相同B.單色光b在玻璃磚中傳播速度大C.單色光b在玻璃磚中傳播時(shí)間長(zhǎng)D.增大光在上表面的入射角，在下表面，單色光b會(huì)先發(fā)生全反射7.(2023重慶七校期末聯(lián)考)如圖所示，一種光學(xué)傳感器是通過接收器Q接收到光的強(qiáng)度變化而觸發(fā)工作的，光從擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)P點(diǎn)射向外側(cè)M點(diǎn)再折射到空氣中，測(cè)得入射角為，折射角為；光從P點(diǎn)射向外側(cè)N點(diǎn)，剛好發(fā)生全反射并被Q接收，已知擋風(fēng)玻璃的厚度為d，光在真空中的傳播速度為c，求：（1）該擋風(fēng)玻璃的折射率；（2）光從接光源P經(jīng)過N點(diǎn)到收器Q的時(shí)間t。8.(2023重慶四區(qū)期末)在公園水池m深處有一盞燈，可視為點(diǎn)光源，燈正上方漂移著一個(gè)不透亮?????的球體，剛好有一半沒入水中，球體半徑為m，水面足夠?qū)?，如圖。已知水的折射率為，π取3.0。求：（1）若撤去球體，該燈能照亮的水面面積；（2）若不撤去球體，該燈能照亮的水面面積。9（9分）(2024廣西南寧重點(diǎn)高中1月質(zhì)檢)如圖所示，陰影部分ABC為一均勻透亮?????材料做成的柱形光學(xué)元件的橫截面，是一半徑為R的圓弧，