2025屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第一遍專題5振動與波光學(xué)第2講光學(xué)課件

第二講光學(xué)通覽知識明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力目錄索引0102突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)03通覽知識明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力考點(diǎn)一光的折射和全反射高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度光的折射和全反射2024山東卷,15;2024廣東卷,6;2024江蘇卷,6;2024福建卷,10;2024全國甲卷,34(2);2024甘肅卷,10;2024海南卷,4;2023江蘇卷,5;2023全國甲卷,34(1);2023湖南卷,7;2023浙江6月選考,13;2023湖北卷,6;2023全國乙卷,34(2);2023山東卷,16;2022山東卷,7;2022廣東卷,16(2);2022湖南卷,16(2);2022河北卷,16(2);2022遼寧卷,5;2022江蘇卷,12;2022浙江6月選考,8;2022浙江1月選考,11全國卷:3年3考地方卷:3年19考命題角度1折射率和折射定律的理解與應(yīng)用

例1(多選)(2023湖南卷)一位潛水愛好者在水下活動時(shí),利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號,設(shè)激光光束與水面的夾角為α,如圖所示。他發(fā)現(xiàn)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(

)C.當(dāng)他以α=60°向水面發(fā)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°向水面發(fā)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°BC當(dāng)α=60°時(shí),入射角i=30°,如圖乙所示,根據(jù)折射定律,光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)(空氣),折射角大于入射角,所以救援人員接收激光光束與水面夾角小于60°,C正確,D錯(cuò)誤。命題角度2光的折射與全反射綜合應(yīng)用1.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。2.求解光的折射、全反射問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

例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光都不可以答案

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,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。例3(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,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)。解題指導(dǎo)【審題】【破題】1.根據(jù)折射率確定臨界角,分析臨界狀態(tài),確定臨界條件;2.根據(jù)折射定律求最大偏角θ的正弦值;3.畫出玻璃絲下端面到被測物體距離b有極值時(shí)的光路圖,由幾何關(guān)系求解極值,確定范圍。甲乙拓展衍生1.(2024廣東卷)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時(shí)從空氣中沿同一路徑以θ角從MN面射入某長方體透明均勻介質(zhì),折射光束在NP面發(fā)生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會先后消失。已知在該介質(zhì)中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說法正確的是(

)A.在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點(diǎn)B.θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失C.θ逐漸增大時(shí),入射光可能在MN面發(fā)生全反射D.θ逐漸減小時(shí),兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大答案

B解析

本題考查幾何光學(xué)。根據(jù)sin

θ=nsin

γ,因n紅<n綠,故γ紅>γ綠,從光路圖可得在PQ面上,綠光比紅光更靠近P點(diǎn),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),θ逐漸增大時(shí),入射光不可能在MN面發(fā)生全反射,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因γ紅>γ綠,故在NP面上紅光入射角小,且紅光的臨界角大,因此θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失,選項(xiàng)B正確;根據(jù)sin

θ=nsin

γ,θ逐漸減小時(shí),兩束光在MN面折射的折射角都逐漸減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.(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?？键c(diǎn)二光的波動性與電磁波高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度光的波動性與電磁波2024山東卷,4;2024湖南卷,9;2024江西卷,9;2024江蘇卷,2;2024黑吉遼卷,4;2023江蘇卷,6;2023山東卷,5;2022山東卷,10;2022浙江6月選考,4;2022浙江1月選考,16地方卷:3年10考命題角度1光的干涉、衍射和光的偏振

項(xiàng)目條件說明光的干涉兩列光的頻率相等,相位差恒定,振動方向相同條紋間隔均勻,亮度均勻,中央為亮條紋,條紋間距Δx=光的衍射明顯條件:障礙物或狹縫的尺寸足夠小條紋寬度和間隔不均勻,亮度不均勻,中央亮條紋最寬最亮光的偏振光波只沿某一特定方向傳播自然光通過偏振片產(chǎn)生偏振光;自然光發(fā)生反射和折射可以成為部分偏振光或完全偏振光。縱波沒有偏振現(xiàn)象,光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波例4(2024北京東城一模)圖甲、乙分別為研究光現(xiàn)象的兩個(gè)實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是(

)A.圖甲正中央的亮點(diǎn)是由光通過小孔沿直線傳播形成的B.圖甲所示現(xiàn)象是光線通過一個(gè)不透光的圓盤得到的衍射圖樣,它與光通過圓孔得到的衍射圖樣是一樣的C.圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉(zhuǎn)動Q,只有P、Q的“透振方向”處于相平行的位置時(shí)光屏才是亮的D.圖乙所示現(xiàn)象可以表明光波是橫波答案

D解析

圖甲正中央的亮點(diǎn)是由光通過小圓板發(fā)生光的衍射得到的,A錯(cuò)誤。圓孔衍射是光的衍射現(xiàn)象的一種;光通過細(xì)小圓孔后產(chǎn)生的衍射,屏上中央亮區(qū)多,暗區(qū)少,與光通過一個(gè)不透光的圓盤得到的衍射圖樣不一樣,B錯(cuò)誤;圖乙中的P、Q是偏振片,P固定不動,緩慢轉(zhuǎn)動Q,P、Q的“透振方向”處于相平行的位置時(shí)光屏是最亮的,P、Q的“透振方向”處于相垂直的位置時(shí)光屏是最暗的,其他的位置,亮度介于兩者之間,C錯(cuò)誤;只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象,故光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波,D正確。例5(多選)(2024湖南卷)1834年,洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結(jié)果(稱洛埃鏡實(shí)驗(yàn)),平面鏡沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同學(xué)重復(fù)此實(shí)驗(yàn)時(shí),平面鏡意外傾斜了某微小角度θ,如圖所示。S為單色點(diǎn)光源。下列說法正確的是(

)A.沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋不移動B.沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距減小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面鏡,干涉條紋間距不變D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面鏡,干涉條紋向A處移動答案

BC解析

本題考查雙縫干涉的理解。當(dāng)θ=0°時(shí),畫出光路圖,如圖甲所示,S發(fā)出的光與通過平面鏡反射的光(可以等效成虛像S'發(fā)出的光)是同一列光分成的,滿足相干光條件,且該干涉可看成雙縫干涉,設(shè)S與S'的距離為d,S到光屏的距離為l,代入雙縫干涉條紋間距公式可得Δx=,則沿OA向右略微平移平面鏡,對l和d均沒有影響,干涉條紋間距不變,故C正確;若沿AO向左略微平移平面鏡,由圖甲可以看出,干涉條紋向遠(yuǎn)離A處移動,故D錯(cuò)誤。當(dāng)θ≠0°時(shí),作出光路圖如圖乙所示,沿OA向右略微平移平面鏡,即圖乙中從①位置到②位置,由圖乙可看出雙縫的間距增大,則干涉條紋間距減小,故B正確;沿AO向左略微平移平面鏡,即圖乙中從②位置到①位置,由圖乙可看出干涉條紋向上移動,故A錯(cuò)誤。乙命題角度2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。例6(2024江蘇徐州三模)我國科學(xué)家利用腦機(jī)接口技術(shù)幫助截癱患者實(shí)現(xiàn)意念控制體外儀器。植入患者顱骨內(nèi)的微處理器,將意念對應(yīng)的低頻神經(jīng)信號,通過高頻載波無線傳輸給體外儀器。則(

)A.高頻載波屬于縱波B.使高頻載波隨低頻神經(jīng)信號改變的過程屬于調(diào)制C.體外接收電路的固有頻率與低頻神經(jīng)信號的頻率相等D.體外接收電路中的信號經(jīng)過調(diào)諧還原出低頻神經(jīng)信號答案

B解析

高頻載波是電磁波,屬于橫波,A錯(cuò)誤;使高頻載波隨低頻神經(jīng)信號改變的過程屬于調(diào)制,B正確;體外接收電路的固有頻率與高頻載波的頻率相等,C錯(cuò)誤;體外接收電路中的信號經(jīng)過檢波還原出低頻神經(jīng)信號,D錯(cuò)誤。拓展衍生3.(2024黑吉遼卷)某同學(xué)自制雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置:在紙板上割出一條窄縫,于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發(fā)絲形成雙縫,將該紙板與墻面平行放置,如圖所示。用綠色激光照射雙縫,能夠在墻面上觀察到干涉條紋。下列說法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是(

)A.換用更粗的頭發(fā)絲B.換用紅色激光照射雙縫C.增大紙板與墻面的距離D.減小光源與紙板的距離答案

A解析

考查雙縫干涉中干涉條紋間距。根據(jù)Δx=知,換用更粗的頭發(fā)絲,雙縫間距d變大,則相鄰兩條亮條紋中心間距Δx變小,故A符合題意;換用紅色激光照射雙縫,波長變長,則相鄰兩條亮條紋中心間距變大,故B不符合題意;增大紙板與墻面間的距離,則相鄰兩條亮條紋中心間距變大,故C不符合題意;減小光源與紙板的距離,不會影響相鄰兩條亮條紋中心間距,故D不符合題意。4.(多選)(2024福建莆田三模)豎直鐵絲環(huán)中的肥皂液膜由于受重力作用,呈上薄下厚的楔形,如圖甲所示。當(dāng)白光照射肥皂液膜時(shí),會出現(xiàn)水平彩色條紋,如圖乙所示。以下說法正確的是(

)A.觀察者是透過肥皂液膜對著光源觀察B.若將鐵絲環(huán)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過90°,會出現(xiàn)豎直彩色條紋C.不同顏色的光在液膜的不同位置產(chǎn)生亮條紋,這些亮條紋相互交錯(cuò),出現(xiàn)彩色條紋D.若分別用黃光和紫光照射同一液膜,黃光相鄰亮條紋的間距更大答案

CD解析

薄膜干涉是薄膜前后兩個(gè)面的反射光疊加產(chǎn)生的,肥皂液膜上形成相互平行的橫條紋,應(yīng)該從入射光的同側(cè)觀察,即從肥皂液膜左側(cè)觀察干涉圖樣,A錯(cuò)誤;肥皂液膜干涉是等厚干涉,同一干涉條紋對應(yīng)的肥皂液膜厚度相同,若將鐵絲環(huán)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過90°,仍會出現(xiàn)水平彩色條紋,B錯(cuò)誤;任意兩相鄰亮條紋處對應(yīng)的薄膜厚度之差是

,不同顏色的光在液膜的不同位置產(chǎn)生亮條紋,這些亮條紋相互交錯(cuò),出現(xiàn)彩色條紋,C正確;若分別用黃光和紫光照射同一液膜,黃光波長較長,則黃光相鄰亮條紋的間距更大,D正確。5.(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B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動答案

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,選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤,A正確。突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)情境解讀新教材、新高考、新情境:光學(xué)知識在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用光學(xué)知識在生產(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?？枷蚍治鲈诟呖紟缀喂鈱W(xué)知識的命題中,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。案例探究典例(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)。角度拓展1.(2024廣東二模)2023年我國光纜線路建設(shè)取得顯著成果,新建光纜線路長度達(dá)4.738×106km,全國光纜線路總長度達(dá)6.432×107km。光纜線路主要用于光信息傳輸,在鋪設(shè)的過程中,盡量不要彎曲。如圖所示,一段折射率為n、橫截面是圓面的光導(dǎo)纖維,截面半徑為r,在鋪設(shè)的過程中彎曲成了一段圓弧,圓弧的圓心到光導(dǎo)纖維的中心軸線的距離為R,光導(dǎo)纖維外部可認(rèn)為是真空區(qū)域?，F(xiàn)有一束光垂直于光導(dǎo)纖維左端截面射入,為了保證這束光經(jīng)反射后均能從右端面射出,則光導(dǎo)纖維的折射率n至少為(

)B解析

如圖所示,最下端入射的光在界面的入射角最小,故臨界狀態(tài)為最下端入射的光恰好不發(fā)生全反射,2.汽車的前擋風(fēng)玻璃設(shè)計(jì)成雙層玻璃,會使駕駛員在視覺上有“縮短”距離的作用。如圖甲所示,在水平路面上行駛的某型號重卡的雙層玻璃中夾的是空氣,雙層玻璃的傾斜角為30°(與豎直方向的夾角),將重卡駕駛員前方的小轎車尾燈簡化為一個(gè)點(diǎn)光源A,若其發(fā)出與水平方向成30°角的光線在B點(diǎn)到達(dá)重卡外層玻璃外表面,該光線在外層玻璃內(nèi)部的折射光線恰好沿水平方向,光線射出外層玻璃經(jīng)過中間的空氣層進(jìn)入內(nèi)層玻璃,折射后進(jìn)入重卡駕駛員的眼睛,部分光路圖如圖乙所示。已知雙層玻璃的厚度均為d。則雙層玻璃使駕駛員的視覺上“縮短”的安全行駛距離AA'的長度為(

)B解析

光路圖如圖所示,由幾何關(guān)系知光線AB進(jìn)入外玻璃層的入射角i=60°,折射角r=30°,由題意知該光線在外層玻璃內(nèi)部的折射光線恰好沿水平方向,3.(多選)(2024山東青島一模)光刻機(jī)是現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)的皇冠,其最核心的兩大部件為光源與光學(xué)鏡頭。我國研制的某型號光刻機(jī)的光源射出某一頻率的紫外光,光刻機(jī)光學(xué)鏡頭投影原理簡化圖如圖所示,等腰直角三角形ABC為三棱鏡的橫截面,半球形玻璃磚的半徑為R,O為球心,OO'為玻璃磚的對稱軸。間距為

R的a、b兩束平行紫外光從棱鏡左側(cè)垂直AB邊射入,經(jīng)AC邊反射后進(jìn)入半球形玻璃磚,最后會聚于硅片上表面的M點(diǎn),M點(diǎn)位于O'O的延長線上。半球形玻璃磚的折射率為,來自棱鏡的反射光關(guān)于軸線OO'對稱,光在真空中的傳播速度為c,下列說法正確的是(

)A.紫外光在棱鏡中的傳播速度大于在玻璃磚中的傳播速度答案

BC大題突破(五):光的折射與全反射的綜合應(yīng)用典例示范(8分)(2024山東卷)某光學(xué)組件橫截面如圖所示,半圓形玻璃磚圓心為O點(diǎn),半徑為R;直角三棱鏡FG邊的延長線過O點(diǎn),EG邊平行于AB邊且長度等于R,∠FEG=30°。橫截面所在平面內(nèi),單色光線以θ角入射到EF邊發(fā)生折射