2025届高考物理二轮总复习第一遍专题5振动与波光学第2讲光学课件

第二讲光学通览知识明要点研学考点提能力目录索引0102突破热点聚素养03通览知识明要点研学考点提能力考点一光的折射和全反射高考风向标考点考题明细考查频度光的折射和全反射2024山东卷,15;2024广东卷,6;2024江苏卷,6;2024福建卷,10;2024全国甲卷,34(2);2024甘肃卷,10;2024海南卷,4;2023江苏卷,5;2023全国甲卷,34(1);2023湖南卷,7;2023浙江6月选考,13;2023湖北卷,6;2023全国乙卷,34(2);2023山东卷,16;2022山东卷,7;2022广东卷,16(2);2022湖南卷,16(2);2022河北卷,16(2);2022辽宁卷,5;2022江苏卷,12;2022浙江6月选考,8;2022浙江1月选考,11全国卷:3年3考地方卷:3年19考命题角度1折射率和折射定律的理解与应用

例1(多选)(2023湖南卷)一位潜水爱好者在水下活动时,利用激光器向岸上救援人员发射激光信号,设激光光束与水面的夹角为α,如图所示。他发现只有当α大于41°时,岸上救援人员才能收到他发出的激光光束,下列说法正确的是(

)C.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°D.当他以α=60°向水面发射激光时,岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°BC当α=60°时,入射角i=30°,如图乙所示,根据折射定律,光从光密介质到光疏介质(空气),折射角大于入射角,所以救援人员接收激光光束与水面夹角小于60°,C正确,D错误。命题角度2光的折射与全反射综合应用1.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。2.求解光的折射、全反射问题的两个关键点

例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光都不可以答案

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,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。例3(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)。解题指导【审题】【破题】1.根据折射率确定临界角,分析临界状态,确定临界条件;2.根据折射定律求最大偏角θ的正弦值;3.画出玻璃丝下端面到被测物体距离b有极值时的光路图,由几何关系求解极值,确定范围。甲乙拓展衍生1.(2024广东卷)如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质,折射光束在NP面发生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐渐增大,两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(

)A.在PQ面上,红光比绿光更靠近P点B.θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失C.θ逐渐增大时,入射光可能在MN面发生全反射D.θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐增大答案

B解析

本题考查几何光学。根据sin

θ=nsin

γ,因n红<n绿,故γ红>γ绿,从光路图可得在PQ面上,绿光比红光更靠近P点,选项A错误;光从光疏介质射入光密介质,θ逐渐增大时,入射光不可能在MN面发生全反射,选项C错误;因γ红>γ绿,故在NP面上红光入射角小,且红光的临界角大,因此θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失,选项B正确;根据sin

θ=nsin

γ,θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角都逐渐减小,选项D错误。2.(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。考点二光的波动性与电磁波高考风向标考点考题明细考查频度光的波动性与电磁波2024山东卷,4;2024湖南卷,9;2024江西卷,9;2024江苏卷,2;2024黑吉辽卷,4;2023江苏卷,6;2023山东卷,5;2022山东卷,10;2022浙江6月选考,4;2022浙江1月选考,16地方卷:3年10考命题角度1光的干涉、衍射和光的偏振

项目条件说明光的干涉两列光的频率相等,相位差恒定,振动方向相同条纹间隔均匀,亮度均匀,中央为亮条纹,条纹间距Δx=光的衍射明显条件:障碍物或狭缝的尺寸足够小条纹宽度和间隔不均匀,亮度不均匀,中央亮条纹最宽最亮光的偏振光波只沿某一特定方向传播自然光通过偏振片产生偏振光;自然光发生反射和折射可以成为部分偏振光或完全偏振光。纵波没有偏振现象,光的偏振现象说明光是一种横波例4(2024北京东城一模)图甲、乙分别为研究光现象的两个实验,下列说法正确的是(

)A.图甲正中央的亮点是由光通过小孔沿直线传播形成的B.图甲所示现象是光线通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样,它与光通过圆孔得到的衍射图样是一样的C.图乙中的P、Q是偏振片,P固定不动,缓慢转动Q,只有P、Q的“透振方向”处于相平行的位置时光屏才是亮的D.图乙所示现象可以表明光波是横波答案

D解析

图甲正中央的亮点是由光通过小圆板发生光的衍射得到的,A错误。圆孔衍射是光的衍射现象的一种;光通过细小圆孔后产生的衍射,屏上中央亮区多,暗区少,与光通过一个不透光的圆盘得到的衍射图样不一样,B错误;图乙中的P、Q是偏振片,P固定不动,缓慢转动Q,P、Q的“透振方向”处于相平行的位置时光屏是最亮的,P、Q的“透振方向”处于相垂直的位置时光屏是最暗的,其他的位置,亮度介于两者之间,C错误;只有横波才能产生偏振现象,故光的偏振现象表明光是一种横波,D正确。例5(多选)(2024湖南卷)1834年,洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(

)A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动答案

BC解析

本题考查双缝干涉的理解。当θ=0°时,画出光路图,如图甲所示,S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的,满足相干光条件,且该干涉可看成双缝干涉,设S与S'的距离为d,S到光屏的距离为l,代入双缝干涉条纹间距公式可得Δx=,则沿OA向右略微平移平面镜,对l和d均没有影响,干涉条纹间距不变,故C正确;若沿AO向左略微平移平面镜,由图甲可以看出,干涉条纹向远离A处移动,故D错误。当θ≠0°时,作出光路图如图乙所示,沿OA向右略微平移平面镜,即图乙中从①位置到②位置,由图乙可看出双缝的间距增大,则干涉条纹间距减小,故B正确;沿AO向左略微平移平面镜,即图乙中从②位置到①位置,由图乙可看出干涉条纹向上移动,故A错误。乙命题角度2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。例6(2024江苏徐州三模)我国科学家利用脑机接口技术帮助截瘫患者实现意念控制体外仪器。植入患者颅骨内的微处理器,将意念对应的低频神经信号,通过高频载波无线传输给体外仪器。则(

)A.高频载波属于纵波B.使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制C.体外接收电路的固有频率与低频神经信号的频率相等D.体外接收电路中的信号经过调谐还原出低频神经信号答案

B解析

高频载波是电磁波,属于横波,A错误;使高频载波随低频神经信号改变的过程属于调制,B正确;体外接收电路的固有频率与高频载波的频率相等,C错误;体外接收电路中的信号经过检波还原出低频神经信号,D错误。拓展衍生3.(2024黑吉辽卷)某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示。用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹。下列说法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(

)A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离答案

A解析

考查双缝干涉中干涉条纹间距。根据Δx=知,换用更粗的头发丝,双缝间距d变大,则相邻两条亮条纹中心间距Δx变小,故A符合题意;换用红色激光照射双缝,波长变长,则相邻两条亮条纹中心间距变大,故B不符合题意;增大纸板与墙面间的距离,则相邻两条亮条纹中心间距变大,故C不符合题意;减小光源与纸板的距离,不会影响相邻两条亮条纹中心间距,故D不符合题意。4.(多选)(2024福建莆田三模)竖直铁丝环中的肥皂液膜由于受重力作用,呈上薄下厚的楔形,如图甲所示。当白光照射肥皂液膜时,会出现水平彩色条纹,如图乙所示。以下说法正确的是(

)A.观察者是透过肥皂液膜对着光源观察B.若将铁丝环在竖直面内缓慢转过90°,会出现竖直彩色条纹C.不同颜色的光在液膜的不同位置产生亮条纹,这些亮条纹相互交错,出现彩色条纹D.若分别用黄光和紫光照射同一液膜,黄光相邻亮条纹的间距更大答案

CD解析

薄膜干涉是薄膜前后两个面的反射光叠加产生的,肥皂液膜上形成相互平行的横条纹,应该从入射光的同侧观察,即从肥皂液膜左侧观察干涉图样,A错误;肥皂液膜干涉是等厚干涉,同一干涉条纹对应的肥皂液膜厚度相同,若将铁丝环在竖直面内缓慢转过90°,仍会出现水平彩色条纹,B错误;任意两相邻亮条纹处对应的薄膜厚度之差是

,不同颜色的光在液膜的不同位置产生亮条纹,这些亮条纹相互交错,出现彩色条纹,C正确;若分别用黄光和紫光照射同一液膜,黄光波长较长,则黄光相邻亮条纹的间距更大,D正确。5.(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,条纹向右移动答案

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。突破热点聚素养情境解读新教材、新高考、新情境:光学知识在生产生活中的应用光学知识在生产、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。案例探究典例(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)。角度拓展1.(2024广东二模)2023年我国光缆线路建设取得显著成果,新建光缆线路长度达4.738×106km,全国光缆线路总长度达6.432×107km。光缆线路主要用于光信息传输,在铺设的过程中,尽量不要弯曲。如图所示,一段折射率为n、横截面是圆面的光导纤维,截面半径为r,在铺设的过程中弯曲成了一段圆弧,圆弧的圆心到光导纤维的中心轴线的距离为R,光导纤维外部可认为是真空区域。现有一束光垂直于光导纤维左端截面射入,为了保证这束光经反射后均能从右端面射出,则光导纤维的折射率n至少为(

)B解析

如图所示,最下端入射的光在界面的入射角最小,故临界状态为最下端入射的光恰好不发生全反射,2.汽车的前挡风玻璃设计成双层玻璃,会使驾驶员在视觉上有“缩短”距离的作用。如图甲所示,在水平路面上行驶的某型号重卡的双层玻璃中夹的是空气,双层玻璃的倾斜角为30°(与竖直方向的夹角),将重卡驾驶员前方的小轿车尾灯简化为一个点光源A,若其发出与水平方向成30°角的光线在B点到达重卡外层玻璃外表面,该光线在外层玻璃内部的折射光线恰好沿水平方向,光线射出外层玻璃经过中间的空气层进入内层玻璃,折射后进入重卡驾驶员的眼睛,部分光路图如图乙所示。已知双层玻璃的厚度均为d。则双层玻璃使驾驶员的视觉上“缩短”的安全行驶距离AA'的长度为(

)B解析

光路图如图所示,由几何关系知光线AB进入外玻璃层的入射角i=60°,折射角r=30°,由题意知该光线在外层玻璃内部的折射光线恰好沿水平方向,3.(多选)(2024山东青岛一模)光刻机是现代半导体工业的皇冠,其最核心的两大部件为光源与光学镜头。我国研制的某型号光刻机的光源射出某一频率的紫外光,光刻机光学镜头投影原理简化图如图所示,等腰直角三角形ABC为三棱镜的横截面,半球形玻璃砖的半径为R,O为球心,OO'为玻璃砖的对称轴。间距为

R的a、b两束平行紫外光从棱镜左侧垂直AB边射入,经AC边反射后进入半球形玻璃砖,最后会聚于硅片上表面的M点,M点位于O'O的延长线上。半球形玻璃砖的折射率为,来自棱镜的反射光关于轴线OO'对称,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(

)A.紫外光在棱镜中的传播速度大于在玻璃砖中的传播速度答案

BC大题突破(五):光的折射与全反射的综合应用典例示范(8分)(2024山东卷)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射