第一篇 大單元設(shè)計(jì)五 專題13 光學(xué)-2025版高考物理二輪復(fù)習(xí)

12專題13光學(xué)考向一光的折射、全反射【角度1】折射定律的應(yīng)用兩個(gè)公式n12=sinθ1sinθ三個(gè)注意點(diǎn)折射率與介質(zhì)和光的頻率有關(guān),與入射角的大小無關(guān)。同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小一般指光從光疏介質(zhì)折射到光密介質(zhì)。在光的折射中,光路可逆【典題例析】[典例1](2024·福建選擇考)一束光以入射角i(i>0)射入透鏡,遇反射膜反射,垂直射到反射膜則原路返回成為激光。已知透鏡對藍(lán)光折射率大于綠光[1],則透鏡中藍(lán)光折射角(選填“大于”“等于”或“小于”)綠光,若此時(shí)激光為藍(lán)光,要變?yōu)榫G光,則應(yīng)(選填“順時(shí)針”或“逆時(shí)針”)改變?nèi)肷浣荹2]。

【題眼破譯】[1]折射定律的公式n=sini[2]綠光的折射率小,應(yīng)減小入射角?！窘馕觥扛鶕?jù)折射定律可得n=sinisinr,由于透鏡對藍(lán)光折射率大于綠光,則透鏡中藍(lán)光折射角小于綠光折射角;若此時(shí)激光為藍(lán)光,要變?yōu)榫G光,根據(jù)n=sin答案:小于順時(shí)針[預(yù)測1](2024·濰坊三模)“水晶球”是用天然水晶加工而成的一種透明的球形物品。如圖甲所示為一個(gè)質(zhì)量分布均勻的透明“水晶球”,半徑為a,過球心的截面如圖乙所示,PQ為直徑,一單色細(xì)光束從P點(diǎn)射入球內(nèi),折射光線與PQ夾角為37℃,出射光線與PQ平行。已知光在真空中的傳播速度為c,sin37°=0.6,cos37°=0.8,則()A.光束在P點(diǎn)的入射角為53°B.“水晶球”的折射率為1.6C.光在“水晶球”中的傳播速度為34D.光在“水晶球”中的傳播時(shí)間為8【解析】選B。根據(jù)題意作出光路圖如圖由幾何關(guān)系可知,光線射出時(shí)的折射角r為2θ,折射率n=sin2θsinθ=2cosθ=1.6,故B正確;由圖可知β=r=2θ=74°,故A錯(cuò)誤;光在“水晶球”中的傳播速度為v=cn=58c,故C錯(cuò)誤;光在“水晶球”中傳播的距離l=2acosθ,時(shí)間t=lv=nlc【加固訓(xùn)練】(2024·石家莊三模)如圖所示,長方形水池內(nèi)存有清水(水池底面水平),一束單色光以α=53°的入射角照射到水面上的O點(diǎn),單色光進(jìn)入水池后照到水池底部的A點(diǎn),在其他條件不變的情況下,取走一些水,使得水面下降,當(dāng)水面平靜后發(fā)現(xiàn)光束照射到了A點(diǎn)右側(cè)的B點(diǎn),經(jīng)測量A、B兩點(diǎn)間距離是水面下降距離的712,已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,則清水對這種單色光的折射率為(A.127 B.8 7 C.43 【解析】選C。水的折射率不變,兩次光線以相同的入射角進(jìn)入,可得折射角相同,故兩次的折射光線平行,光路圖如圖所示,設(shè)折射角為β,水面下降的高度為Δh,根據(jù)幾何知識得AB=CD,Δhtan53°-Δhtanβ=CD=712Δh,解得tanβ=34,β=37°,故折射率為n=sin53°【模型圖解】分類情境圖示情境解讀液體進(jìn)入液體內(nèi)部的光線,經(jīng)折射后靠近法線,n=sin三棱鏡通過三棱鏡的光線經(jīng)過兩次折射后,出射光線向棱鏡底面偏折,n=sin圓柱體(球)圓界面的法線是過圓心的直線,經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折,n=sin【角度2】全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用主要問題n=sinθ1sinθ2,sinC=1核心關(guān)鍵畫出光路圖方法步驟【典題例析】[典例2](2024·全國甲卷,10分)一玻璃柱的折射率n=3,其橫截面為四分之一圓,圓的半徑為R,如圖所示。截面所在平面內(nèi),一束與AB邊平行的光線從圓弧入射。入射光線與AB邊的距離由小變大,距離為h時(shí),光線進(jìn)入柱體后射到BC邊恰好發(fā)生全反射。求此時(shí)h與R的比值。【思路導(dǎo)引】【規(guī)范解答】畫出光路圖,如圖所示根據(jù)α=β+C可得sin(β+解得tanβ=13故可得sinβ=112?R=sinα答案:2+【模型圖解】情境圖示情境解讀若光束與豎直方向成45°角時(shí),恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束(1)光束剛好發(fā)生全反射,臨界角C=45°液體的折射率為n=1(2)激光在液體中的傳播速度為v=c玻璃的折射率n=2,一束平行光垂直于ac入射,只有一部分光從ab穿出sinC=1n=12,C=45°,在α≥45°時(shí),均發(fā)生全反射,只有bd部分有光射出,對應(yīng)弧長為s=R·π考向二光的波動(dòng)性項(xiàng)目雙縫干涉單縫衍射產(chǎn)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或狹縫的尺寸與波長差不多或小于波長(明顯衍射現(xiàn)象)圖樣圖樣不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等,中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋,亮度基本相同中央條紋最亮,兩邊變暗與光的偏振的區(qū)別干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象;光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波【典題例析】[典例3](2024·山東等級考)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示,將標(biāo)準(zhǔn)滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間,用單色平行光垂直照射平板玻璃,形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標(biāo)準(zhǔn)滾珠的直徑相等為合格,下列說法正確的是()A.滾珠b、c均合格B.滾珠b、c均不合格C.滾珠b合格,滾珠c不合格D.滾珠b不合格,滾珠c合格【解析】選C。單色平行光垂直照射平板玻璃,上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面發(fā)生干涉,形成干涉條紋,光程差為兩塊玻璃距離的兩倍,根據(jù)光的干涉知識可知,同一條干涉條紋位置處光的光程差相等,即滾珠a的直徑與滾珠b的直徑相等,即滾珠b合格,不同的干涉條紋位置處光的光程差不同,則滾珠a的直徑與滾珠c的直徑不相等,即滾珠c不合格。故選C。[預(yù)測2](2024·濟(jì)南模擬)鐵絲圈上附有肥皂膜,豎直放置時(shí),肥皂膜上的彩色條紋上疏下密,由此推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是()【解析】選C。薄膜干涉為前后兩個(gè)面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋,當(dāng)入射光為復(fù)色光時(shí),出現(xiàn)彩色條紋。由于重力作用,肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大,從而使干涉條紋上疏下密,由于表面張力的作用,使得肥皂膜向內(nèi)凹陷,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤?！灸Ｐ蛨D解】分類情境圖示情境解讀雙縫干涉兩列波振動(dòng)情況相同時(shí):亮條紋,光程差Δx=nλ(n=0,1,2,…)暗條紋,光程差Δx=(2n+1)λ2(n薄膜干涉如果被檢測平面是光滑的,得到的干涉圖樣必是等間距的。如果某處凹下,則對應(yīng)亮條紋(或暗條紋)提前出現(xiàn),如圖中P所示;如果某處凸起來,則對應(yīng)條紋延后出現(xiàn),如圖中Q所示。(注:“提前”與“延后”不是指在時(shí)間上,而是指由左向右的順序位置上)光的衍射泊松亮斑:圓形陰影中心有一亮斑,圓形陰影的邊緣是模糊的,在陰影外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán)。圓孔衍射:(1)單色光的圓孔衍射圖樣中央亮圓的亮度大,外面是明暗相間的不等距的圓環(huán)。越向外,圓環(huán)亮度越低。(2)白光的圓孔衍射圖樣中央亮圓為白色,周圍是彩色圓環(huán)考向三幾何光學(xué)和物理光學(xué)的綜合應(yīng)用多種光的比較顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率f低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中速度大→小波長大→小臨界角大→小通過棱鏡的偏折角小→大【典題例析】[典例4](多選)(2023·全國甲卷改編)等腰三角形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[1],如圖所示。不考慮多次反射,下列說法正確的是()A.甲光的波長比乙光的長B.甲光的頻率比乙光的高C.在棱鏡中的傳播速度[2],甲光比乙光的大D.該棱鏡對甲光的折射率大于對乙光的折射率【題眼破譯】[1]乙光的折射角小,折射率大,頻率高,波長短。[2]n=cv【解析】選A、C。根據(jù)折射定律和反射定律作出光路圖如圖所示,由圖可知,乙光的折射角較小,根據(jù)折射定律可知乙光的折射率大,則乙光的頻率大,根據(jù)c=fλ可知,乙光的波長短,A正確,B、D錯(cuò)誤;根據(jù)v=cn[變式](1)若在真空中讓兩光通過同一雙縫干涉裝置,則兩光的條紋間距如何?(2)若某單縫能使甲光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象,則乙光是否也一定能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象?【解析】(1)乙光波長小于甲光波長,在真空中讓兩光通過同一雙縫干涉裝置,根據(jù)Δx=ldλ(2)縫能使甲光產(chǎn)生明顯衍射,說明縫寬度小于或接近甲光波長,但由于乙光波長小于甲光波長,所以縫寬度不一定小于或接近乙光波長,乙光不一定發(fā)生明顯衍射。答案:見解析【加固訓(xùn)練】(多選)(2024·天津?qū)幒訁^(qū)一模)“不經(jīng)歷風(fēng)雨怎么見彩虹”,彩虹的產(chǎn)生原因是光的色散,如圖所示為太陽光射到空氣中的小水珠發(fā)生色散形成彩虹的光路示意圖,a、b為兩種折射出的單色光。以下說法正確的是()A.在水珠中a光的傳播速度大于b光的傳播速度B.如果b光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),則a光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)C.以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,b光側(cè)移量大D.b光比a光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象【解析】選A、C。根據(jù)光路圖可知:太陽光進(jìn)入水珠時(shí)b光的折射角小,b光的折射率大,根據(jù)v=cn可知折射率大的傳播速度小,所以b光在水珠中的傳播速度小于a光在水珠中的傳播速度,故A正確;b光的折射率大,b光頻率大,所以b光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng),b光頻率大于截止頻率,但a光的頻率不一定大于截止頻率,故B錯(cuò)誤;因?yàn)閎光的折射率大,b光的折射角小,所以以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后,b光側(cè)移量大,故C正確;根據(jù)c=fλ結(jié)合上述分析可知a光波長大,則a光比b【模型圖解】分類情境圖示情境解讀光的折射現(xiàn)象和物理光學(xué)(1)a光的偏折程度較大