2022届新高考物理二轮学案-专题九　第18讲　光学.docx

第18讲光学核心考点1光的折射和全反射【高考真题·引领】1(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，O和O分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h15.0 mm，A到过O点的法线OM的距离AM10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO20.0 mm，O到OM的距离为s5.0 mm。(1)求玻璃砖的折射率；(2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。思维分析考查角度光的折射和全反射解题关键根据折射率计算折射角；根据全反射和几何关系求得玻璃砖上下表面的夹角解析：(1)从O点射入时，设入射角为，折射角为。根据题中所给数据可得：sin sin 再由折射定律可得玻璃砖的折射率：n(2)当入射角为45°时，设折射角为，由折射定律：n可求得：30°再设此玻璃砖上下表面的夹角为，光路图如下：而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：sin C解得：C45°由几何关系可知：30°C即玻璃砖上下表面的夹角：15°答案：(1)(2)15°【知识方法·深化】解决光的折射和全反射的方法【精选典题·练透】考向1光的折射及折射率的计算2(2021·山东济南二模)如图所示，一半径为R的透明玻璃球放置在水平面上，一束复合光(由两种单色光组成)从玻璃球的最高点A沿与竖直方向成60°角射入玻璃球，单色光a经过两次反射回到A点，单色光b经过三次反射回到A点，已知真空中光速为c，求：(1)该玻璃对单色光a的折射率和单色光a第一次射出玻璃球相对于入射方向的偏向角；(2)两种单色光从A点进入到第一次从A点射出的过程中在透明玻璃球中传播的时间差。(计算结果可用根式表示)解析：(1)由几何知识可得30°，由折射定律得该玻璃对单色光a的折射率na，由折射定律得na，60°，单色光a第一次折射到玻璃中偏向角为60°30°，第二次从玻璃到空气中折射偏向角也为30°，所以，单色光a第一次射出玻璃球相对于入射方向的偏向角为60°(2)该玻璃对单色光b的折射率nb，由n得，单色光a在玻璃中速度va，单色光b在玻璃中速度vb，由几何知识，单色光a在玻璃球中的光程sa3R，单色光b在玻璃球中的光程sb4R，在玻璃球中第一次回到A点时间差t答案：(1)60°(2)(94) 考向2全反射现象的理解和应用3.(2021·山东淄博二模)如图所示，折射率为n的液面上有一光源S，发出一条光线，垂直射到水平放置于液体中且距液面高度为h1 m的平面镜M的O点上，当平面镜绕垂直于纸面的轴O以角速度 rad/s逆时针方向匀速转动时，液面上的观察者跟踪观察，发现液面上有一光斑掠过，且光斑到P点后立即消失，求：(1)光斑在这一过程中平均速度的大小；(2)光斑在P点即将消失时瞬时速度的大小。解析：当平面镜绕轴O逆时针方向匀速转动时，光线经平面镜反射，到达液面的光斑从S点开始水平向左运动，反射光线到P点恰好发生全反射，临界角满足sin C，解得C45°，光路如图所示由几何关系可知OPAPOA45°，即PAOAh，法线转过，即镜面转过，需要的时间为t，光斑在这一过程中平均速度的大小为0.4 m/s(2)光斑在液面上移动的速度v是光线的伸长速度v2与光线转动速度v1的合速度，其中OPh，注意到光线的转动角速度是平面镜转动角速度的2倍，即光斑在P点的线速度(转动速度)为v12·h· m/s，所以在P点光斑沿液面向左移动的速度为v m/s答案：(1)0.4 m/s(2) m/s 考向3光在三棱镜中的传播4.(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。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d100.0 mm，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为n1和n2。取sin 37°，cos 37°，1.890。(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求的取值范围；(2)若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L(保留3位有效数字)。解析：(1)设C是全反射的临界角，光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时，根据折射定律得sin C代入较大的折射率得C45°所以顶角的范围为0<<45°(或<45°)(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为1和2，由折射定律得n1n2设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则L1，L2，L2联立式，代入数据得L14.4 mm答案：(1)0<<45°(或<45°)(2)L14.4 mm核心考点2光的波动性和电磁波【高考真题·引领】1.(2020·山东卷)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为的光，经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点，经S2出射后直接传播到O点，由S1到O点与由S2到O点，光传播的时间差为t。玻璃片厚度为10，玻璃对该波长光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是()At BtCt Dt思维分析考查角度双缝干涉中光的传播解题关键光在该玻璃中传播速度v；光源S到S1、S2的距离相等，则光从S到S1和到S2的时间相等，光传播的时间差即为两缝到光屏的时间差。尝试解答_解析：由于玻璃对该波长光的折射率为n1.5，则光在该玻璃中传播速度为：v，光从S到S1和到S2的时间相等，设光从S1到O点的时间为t1，从S2到O点的时间为t2，O点到S2的距离为L，则有：t1，t2，光传播的时间差为：tt1-t2代入v可得：t，故A正确，BCD错误。答案：A【精选典题·练透】2(2021·江苏苏州二模)某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填充到特制容器中，放置在双缝与荧光屏之间(之前为空气)，如图所示，特制容器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距x2和填充前的干涉条纹间距x1就可以计算出该矿泉水的折射率。单缝S0、双缝中点O、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，屏上P点处是P0上方的第3条亮条纹(不包括P0点处的亮条纹)的中心。已知入射光在真空中的波长为，真空中的光速为c，双缝S1与S2之间距离为d，双缝到屏的距离为L，则下列说法正确的是()A来自双缝S1和S2的光传播到P点处的时间差为Bx2>x1C该矿泉水的折射率为D仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹解析：由第三条亮条纹对应路程差s3，但光在介质中的传播速度小于c，故A错误；由公式x，n可知，光在水中的波长小于空气中的波长，所以在水中的干涉条纹间距x2小于填充前的干涉条纹间距x1，故B错误；由公式x，n可知，x10，x2·，得n，故C正确；由公式x可知，移动S0对观察结果没有影响，故D错误。答案：C3(2021·山东日照二模)随着社会生活节奏的日益加快，通信网络的速度也在不断提升，第五代移动通信技术(简称“5G”)将开启数字经济的新篇章，推动经济社会全方位变革。第四代移动通信技术4G，采用1 8802 635MHz频段的无线电波；“5G”采用3 3005 000MHz频段的无线电波。“5G”意味着更快的网速和更大的网络容载能力，与4G相比，5G使用的电磁波()A光子能量更大 B衍射现象更明显C传播速度更快 D波长更长解析：因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据Ehv可知，5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相差不多，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G不容易发生明显的衍射现象，故B错误；光在真空中的传播速度都是相同的，光在介质中的传播速度为v，5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大，光在介质中的传播速度越小，故C错误；因5 G使用的电磁波频率更高，根据可知，波长更短，故D错误。答案：A4.(2021·山东卷)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是( )解析：从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为x2d，即光程差为薄膜厚度的2倍，当光程差xn时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为，在图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大，则薄膜层的厚度之间变小，因条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小。答案：D