高考二轮复习物理课件（新高考新教材）第一编核心专题突破专题5振动与波光学第二讲光学

第二讲光学1通览主干知识2研学核心考点目录索引

3突破热考命题1通览主干知识2研学核心考点考点一光的折射和全反射分层突破——明要点命题角度1折射定律和折射率命题角度2光的折射与全反射综合应用(1)光从折射率为n的某种介质射向空气(真空)时发生全反射的临界角为C,(2)利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时应尽量与实际相符。深化拓展求解光的折射、全反射问题的两个关键点典例剖析例1

(命题角度2)(2022湖南卷)如图所示,某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n=2,屏障间隙l=0.8mm。发光像素单元紧贴屏下,位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。(1)若把发光像素单元视为点光源,要求可视角度θ控制为60°,求屏障的高度d。(2)若屏障高度d'=1.0mm,且发光像素单元的宽度不能忽略,求像素单元宽度x最小为多少时,其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点,即视为能看到该像素单元)。规律总结求解光的折射、全反射问题的四点注意(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。(4)准确作出光路图,充分考虑三角形、圆的特点,运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、全等三角形等,仔细分析光传播过程中的几何关系。分层演练——拿高分练真题·明考向1.(命题角度2)(2022山东卷)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆心,半径为R的

圆,左侧是直角梯形,AP长为R,AC与CO夹角为45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB面入射,器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变,入射点从A向B移动过程中,能在PM面全反射后,从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)(

)A.仅有a光

B.仅有b光C.a、b光都可以 D.a、b光都不可以A解析

画出临界光路如图所示,从A点垂直于AB面入射的光,沿直线传播到O点,经第一次反射沿半径方向直线传播出去。从B点垂直于AB面入射的光,经CO反射恰好过P点。当全反射临界角为C=45°时,n==1.414,因为a光折射率大于1.414,根据sin

Ca=,可得Ca<45°,能在PM面发生全反射。同理可得b光的全反射临界角Cb>45°,不能在PM面发生全反射,选项B、C错误。当a光在PM面发生全反射时,设在PM面的入射角为α,在OM面的入射角为θ,根据几何关系可得θ=2α-45°,可得当α<45°时,θ<α,故当a光在PM面发生全反射时,存在从OM面出射的光,选项A正确,D错误。2.(命题角度1)(2023全国乙卷)如图所示,一折射率为

的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜,若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。练模拟·提能力(命题角度1)(2023山东菏泽一模)一用透明材料做成的中心是空腔的球,其中空心部分半径与球的半径之比为1∶2,当由红光、绿光、紫光组成的细光束以i=45°的入射角射入球中时,光路图如图所示,其中b光线为绿光,其折射光线刚好与内壁相切,则下列说法正确的是(

)A.a光线是红光B.增大入射角i,b光线在空腔外表面可能发生全反射C.该透明材料对绿光的折射率为D.c光线在该透明材料中传播速度最小C考点二光的波动性与电磁波分层突破——明要点命题角度1光的干涉与衍射(1)光的衍射是无条件的,但发生明显的衍射现象是有条件的。(2)两列光波发生稳定干涉现象时,光的频率相等,相位差恒定,振动方向相命题角度2光的偏振(1)光的偏振现象证明光是横波。(2)应用:照相机镜头上的偏振片、立体电影等。命题角度3电磁波

(2)电磁波波长越长越容易产生干涉、衍射现象,波长越短穿透能力越强。(3)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同;不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大折射率越大,速度越小。(4)用途:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线检查金属内部的缺陷等。深化拓展干涉与衍射的比较(1)光的干涉与衍射现象的区别是,光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生;而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。(2)光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉时条纹间隔均匀;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央亮条纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,亮条纹亮度显著减弱。

(3)光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环等)。光的衍射现象:单缝衍射、衍射光栅。体现光的波动性

典例剖析例2

(命题角度1)(多选)(2022山东卷)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为l。同一单色光垂直照射狭缝。实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(

)甲

乙丙A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时,增加l,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹答案

ACD解析

根据干涉和衍射原理可知,选项A、D正确。遮住一条缝后是衍射现象,当缝宽度增大时,亮条纹宽度变小,选项B错误。根据

可知,l增大,Δx增大,选项C正确。分层演练——拿高分练真题·明考向1.(命题角度1)(多选)(2022浙江1月选考)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示,电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s,然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg,普朗克常量取6.6×10-34J·s,下列说法正确的是(

)A.发射电子的动能约为8.0×10-15JB.发射电子的物质波波长约为5.5×10-11mC.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D.如果电子是一个一个发射的,仍能得到干涉图样BDm=5.5×10-11

m,B正确;物质波也具有波粒二象性,故电子的波动性是每个电子本身的性质,则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象,只是需要大量电子显示出干涉图样,C错误,D正确。2.(命题角度1)(2023山东卷)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是(

)A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动A解析

由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数,因此温度升高时,劈形空气层的厚度变大,条纹间水平距离差减小,条纹向左移动,选项B、C、D错误,A正确。练模拟·提能力1.(命题角度2、3)隐形飞机运用多种隐形技术降低飞机的信号特征,使雷达难以发现、识别、跟踪。飞机隐形的途径主要有两种:一是改变飞机的外形和结构,减小回波;二是在飞机表面涂敷特殊材料吸收雷达波。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。常规雷达采用波长为0.01~0.1m的厘米波,隐形飞机在常规雷达上反射的能量几乎与一只麻雀反射的能量相同,因此在常规雷达的屏幕上几乎看不到隐形飞机的回波。而米波雷达采用波长为1~10m的米波,与隐形飞机的外形尺寸相匹配,从而发生谐振,大大增强了飞机回波信号的能量,从而使飞机的隐形效果下降。下列说法正确的是(

)A.米波不能产生偏振现象B.米波的频率约为厘米波频率的10倍C.米波的传播速度小于厘米波的传播速度D.常规雷达比米波雷达的分辨率更高答案

D解析

米波是电磁波,能产生偏振现象,A错误;由c=λf可得米波的频率约为厘米波频率的

,B错误;米波的传播速度等于厘米波的传播速度,C错误;雷达的分辨率是与其所使用的频率有着密切关系的,频率越高,分辨率也就越高,所以常规雷达比米波雷达的分辨率更高,D正确。2.(命题角度1)(2023山东泰安一模)利用薄膜干涉可以测量圆柱形金属丝的直径。已知待测金属丝与标准圆柱形金属丝的直径相差很小(约为微米量级),实验装置如图甲所示,T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶,A0为标准金属丝,直径为D0;A为待测金属丝,直径为D;两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面,观察到的干涉条纹如图乙所示,测得相邻亮条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是(

)D3突破热考命题新教材、新高考、新情境:光学知识在生产生活中的应用情境解读光学知识在生产、生活、医疗、军事以及科技方面应用较多,比如小孔成像、影子的形成、彩虹、转弯镜、哈哈镜、海市蜃楼、沙漠蜃景、内窥镜、潜望镜、光导纤维、薄膜干涉、双缝干涉等。考向分析在高考几何光学知识的命题中,不管以哪种情境为背景切入,都是考查光的直线传播、光的反射、折射和全反射的理解及有关计算,从相应情境中抽象出光学模型是解答这类问题的关键。案例探究

(1)求挡风玻璃和光学元件的折射率n;(2)请通过计算判断图中红外发射管应该在a还是在b位置?红外接收管应该在c还是在d位置?请画出当挡风玻璃外表面处于干燥状态时,红外线在挡风玻璃和光学元件中传播的光路图。答案

(1)1.5(2)红外发射管在b位置,红外接收管在c位置,光路图见解析。解析

(1)光线恰好发生全反射,光路图如图甲所示

甲

(2)红外发射管如果是在a位置向MN中点发射红外线,如图乙所示

乙

所以红外发射管不能在a位置向MN中点发射红外线,则红外发射管在b位置向MN中点发射红外线,红外接收管是在c位置,大致光路图如图丙所示。丙

角度拓展1(2023山东菏泽高三一模)光刻机利用光源发出的紫外线,将精细图投影在硅片上,再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力,可在光刻胶和投影物镜之间填充液体,提高分辨率,如图所示。若浸没液体的折射率为1.65,当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm,则加上液体后(

)A.紫外线进入液体后波长变短,光子能量增加B.传播相等的距离,在液体中所需的时间变为原来的C.紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射,能提高分辨率D.在液体中的曝光波长约为117nmD角度拓展2(2023山东卷)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量,其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N,相距为d,直径均为2a,折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体,经被测物体表面镜面反射至N下端面,N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ,求θ的正弦值。(2)被测物体自上而下微小移动,使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮,求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。解析

(1)如图甲所示,射向下端面的光与水平方向的最大偏角的正弦值

甲

(2)如图乙所示,光刚好能照到N下端时,玻璃丝下端面到被测物体的距离

乙

大题突破(五):光的折射与全反射的综合应用典例示范(7分)(2021山东卷)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围。(2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL。(保留