高考物理系统性复习 第十七章 光 章末总结（附解析）

第十七章光章末总结【要点归纳】一、光的折射和全反射光的折射和全反射分别遵循折射定律和反射定律，这部分知识主要集中在以下几点：折射定律、折射率n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，临界角公式sinC＝eq\f(1,n)、光学元件(如平行玻璃砖、全反射棱镜、半圆形玻璃砖等)的光学性质等，需注意问题：1．入射角θ1和折射角θ2都是光线与法线的夹角，在折射现象中，光路是可逆的。2．介质折射率：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。任何介质的折射率都大于1；折射率决定于介质的光学特性和光的频率。当光由光疏介质进入光密介质时，折射角θ2小于入射角θ1；当光由光密介质进入光疏介质时，折射角θ2大于入射角θ1，此时n＝eq\f(sinθ2,sinθ1)。3．全反射现象在现代科技和生活中有着广泛的应用，解决此类问题时要理解全反射的条件和临界角的定义。4．解题时要根据两个定律作出光路图，再根据几何关系找出各个物理量之间的关系，根据n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(c,v)和λ＝eq\f(c,f)进行分析求解。二、光的干涉、衍射和偏振1．光的干涉(1)频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两个相干光源发出的光相遇，才能产生稳定的干涉现象。(2)产生明暗条纹的条件：若用单色光，在屏上将出现明暗相间的条纹，当两个光源到屏上某点的路程差为波长的整数倍，即Δs＝nλ(n＝0,1,2，…)时，两列光在这点相互加强，这里出现亮条纹；当两个光源到屏上某点的路程差为半波长的奇数倍，即Δs＝(2n＋1)·eq\f(λ,2)(n＝0,1,2，…)时，两列光在这点相互削弱，这里出现暗条纹。(3)薄膜干涉的明暗条纹由薄膜的前后两个表面反射的两列光波叠加而成。劈形薄膜干涉可产生等间距的条纹。(4)波长的测量：明纹之间或暗纹之间的距离总是相等的，根据公式Δx＝eq\f(l,d)λ，在狭缝间距离和狭缝与屏距离都不变的条件下，条纹的间距跟波长成正比。2．光的衍射(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射。(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要小。3．光的偏振(1)光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振。(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是偏振光。(3)光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。4．各种色光的比较颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大通过棱镜的偏折角小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小三、光的折射对光路的控制1．玻璃砖对光路的控制：两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。2．三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折。(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示。①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)。②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙)，入射光线和出射光线互相平行。不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。四、电磁波的产生1．麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场．2．电磁场：变化的电场和变化的磁场总是相互联系成为一个完整的整体，这就是电磁场．3．电磁波：电磁场(电磁能量)由近及远地向周围传播形成电磁波．(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质．(2)v＝λf对电磁波同样适用．(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．4．发射电磁波的条件：(1)要有足够高的振荡频率；(2)电路必须开放，使振荡电路的电场和磁场分散到尽可能大的空间．5．调制：有调幅和调频两种方法．6．电磁波的传播：(1)三种传播方式：天波、地波、空间波．(2)电磁波的波速：真空中电磁波的波速与光速相同，c＝3×108m/s.7．电磁波的接收：(1)当接收电路的固有频率跟接收到的无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象．(2)使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，能够调谐的接收电路叫做调谐电路．(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程叫做检波，检波是调制的逆过程，也叫做解调．五、对狭义相对论的理解1．两个基本假设(1)相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速与光源、观测者间的相对运动没有关系．2．相对论的质速关系(1)物体的质量随物体速度的增加而增大，物体以速度v运动时的质量m与静止时的质量m0之间有如下关系：m＝eq\f(m0,\r(1－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,c)))2)).(2)物体运动时的质量m总要大于静止时的质量m0.3．相对论的质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为：E＝mc2.【考点整合】【考点一】光的折射的应用【典型例题1】(2022•山东日照市高三(下)一模)2021年12月9日，王亚平在太空实验授课中，进行了水球光学实验。在空间站中的微重力环境下有一个水球，如果在水球中心注入空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在O点，如图所示。一束单色光从外球面上的A点以与AO连线成i角度射入球中。已知水的折射率为，内球面半径为3R，外球面半径为5R，光速为c，sin37°=0.6。求：(1)光在水中的传播速度v；(2)能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的取值范围。【解析】(1)根据公式可得(2)光在内球面上恰好发生全反射时的光路如图所示有则对由正弦定理可得则有光在外球面折射为故有，解得光在内球面上发生全反射时，光与外球面的折射角最大为，光路如图所示由几何关系得，又，解得故能使光在内球表面上发生全反射的入射角的取值范围为。【答案】(1)；(2)【考点二】光的综合应用【典型例题2】以下说法中正确的是()A．图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb′面射出C．图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间距离Δx将减小D．图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的E．图戊中的M、N是偏振片，P是光屏，当M固定不动缓慢转动N时，光屏P上的光亮度将发生明、暗交替变化，此现象表明光波是横波【解析】根据折射率和光的传播速度之间的关系n＝eq\f(c,v)，可知，折射率越大，传播速度越小，从图中可以看出，b光线在水珠中偏折得厉害，即b的折射率大于a的折射率，则a在水中的传播速度大于b的传播速度，故A正确；当入射角i逐渐增大折射角逐渐增大，由于折射角小于入射角，不论入射角如何增大，玻璃砖中的光线不会消失，故肯定有光线从bb′面射出，故B错误；根据Δx＝eq\f(L,d)λ，可知只减小屏到挡板间距离L，两相邻亮条纹间距离Δx将减小，故C正确；由于不知道被测样表面的放置方向，故不能判断此处是凸起的，故D错误；只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故E正确。故选ACE。【答案】ACE【考点三】折射率的测量【典型例题3】做测量玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：(1)甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini－sinr图像如图甲所示，则下列判定正确的是________。A．光线是从空气射入玻璃的B．该玻璃的折射率约为0.67C．该玻璃的折射率约为1.5D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°(2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质(以x轴为界面)，并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A(8，3)、B(1，－4)、C(7，－4)，则：①入射点O′(图中未标出)的坐标为___________；②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝___________。【解析】(1)由图可知，入射角大于折射角，故可知，光线是从空气射入玻璃的，A正确；由n＝eq\f(sini,sinr)可知，玻璃的折射率n＝eq\f(1,0.67)＝1.5，B错误，C正确；由sinC＝eq\f(1,n)可知，临界角的正弦值为0.67，D错误。(2)①画出三条光线如图所示。根据折射光线与入射光线的对称性，可知，入射点O′的横坐标为x＝eq\f(1＋7,2)cm＝4cm，故入射点O′的坐标为(4，0)。②设入射角为i，折射角为r。根据数学知识得：sini＝eq\f(3,\r(32＋42))＝0.6，sinr＝eq\f(4,\r(42＋32))＝0.8所以该介质的折射率：n＝eq\f(sinr,sini)＝eq\f(0.8,0.6)＝eq\f(4,3)。【答案】(1)AC(2)①(4，0)②eq\f(4,3)【考点四】双缝干涉实验【典型例题4】(2022•北京市石东城区高三(下)一模)用如图所示的实验装置观察双缝干涉图样，用绿色滤光片时从目镜中可以看到绿色的干涉条纹。在其他条件不变的情况下，下列操作可以使条纹间距变大的是()A．换成红色滤光片B．换成缝宽更大的单缝C．换成双缝间距更大的双缝D．换成更短的遮光筒【解析】ACD．根据双缝干涉条纹间，将滤光片由蓝色的换成红色的，波长变大，干涉条纹间距变宽；换一个两缝间距较大的双缝片，干涉条纹间距变窄；换成更短的遮光筒，减小了双缝到屏的距离L，干涉条纹间距变窄，A正确，CD错误；B．换一个缝宽较大的单缝片，干涉条纹间距不变，B错误。故选A。【答案】A【考点五】光中的极值问题【典型例题5】(2022•河南洛阳市高三(下)二模)2022年2月4日举办的北京冬奥会开幕式令世界沸腾。在这场感觉、听觉、视觉交织融合的饕盛宴背后，最大的“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管(LED)可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体的球心O重合，过球心的横截面如图所示。图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。(1)求半球体介质对光的折射率及光从该介质射入空气中的临界角；(2)为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不会发生全反射，管芯发光区域面积最大值为多少？【解析】(1)根据折射定律得解得根据解得临界角(2)如图，由正弦定理可知，从P或Q点垂直于圆面发出的光射到球面时的入射角最大，设为，由几何关系有设光发生全反射的临界角为C，则有为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不发生全反射，应满足解得管芯发光区域面积应满足所以管芯发光区域面积最大值为。【答案】(1)，；(2)【考点六】光的折射在多过程中的应用【典型例题6】(2022•山东潍坊市高三(下)一模)如图所示，是半圆柱体透明型材横截面，圆心在O