2022届新高考物理二轮学案-专题九　第18讲　光学.docx

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1、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

2、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：30C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

3、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6030，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

4、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

5、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v12h 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

6、：(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

7、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045(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)045(或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

8、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

9、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