高考物理总复习第十四章光电磁波专题强化十九几何光学与物理光学的综合

专题强化十九几何光学与物理光学的综合【专题解读1.本专题是光的折射定律、全反射等几何光学知识与物理光学相结合，高考主要以选择题形式考查。2.通过作图分析几何光路知识，并结合物理光学的知识综合解决光学中的问题。命题点一光的折射现象和物理光学【真题示例1(2021·湖北卷，5)如图1所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则()图1A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置C．λ1＞λ2，M是波长为λ1的光出射位置D．λ1＞λ2，N是波长为λ1的光出射位置答案D解析由双缝干涉条纹间距的公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2；反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1＜n2，所以N是波长为λ1的光出射位置，D正确，A、B、C错误。【针对训练1(2021·辽宁沈阳市教学质检)如图2所示，一束光由半圆形玻璃砖的右侧面沿半径射入，经AB界面折射后分为a、b两束光，则下列说法正确的是()图2A．b光的光子能量小于a光的光子能量B．现将入射光绕O点逆时针转动，则a光先消失C．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距D．在半圆形玻璃中，b光的传播时间小于a光的传播时间答案C解析因为玻璃对b光的偏折程度大于a光，所以玻璃对b光的折射率大于对a光的折射率，所以b光频率高，光子能量大，故A错误；根据sinC＝eq\f(1,n)可知，b光临界角小，现将入射光绕O点逆时针转动，则b光先消失，故B错误；b光频率高，波长短，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，故C正确；根据v＝eq\f(c,n)，可知在半圆形玻璃中，b光的速度小，路程相同，则b光时间长，故D错误。命题点二全反射现象和物理光学【例2(多选)(2021·天津市等级考模拟)一束含两种频率的单色光，照射到底面有涂层的平行均匀玻璃砖上表面后，经下表面反射从玻璃砖上表面射出后，光线分为a、b两束，如图3所示。下列说法正确的是()图3A．a、b一定是平行光线B．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距C．a光的频率大于b光的频率D．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小答案ACD解析因为a、b两束光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据折射定律可知出射后折射角等于开始时的入射角，所以出射光线一定平行，A正确；根据光路图，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，波长短，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知a光的条纹间距小于b光的条纹间距，B错误，C正确；因为a光的折射率较大，根据sinC＝eq\f(1,n)可知a光的临界角较小，D正确。【针对训练2彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成。彩虹形成的示意图如图4所示，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线(a、b是单色光)。下列关于a光与b光的说法正确的是()图4A．水滴对a光的折射率小于对b光的折射率B．a光在水滴中的传播速度小于b光在水滴中的传播速度C．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光相邻的亮条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距D．a、b光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长答案B解析a、b光第一次进入水滴发生折射时，a光的折射角较小，即ra＜rb，根据折射率公式n＝eq\f(sini,sinr)，可得na＞nb，A错误；根据n＝eq\f(c,v)可得va＜vb，B正确；双缝干涉相邻亮条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，因为na＞nb，则可得λa＜λb，Δxa＜Δxb，即a光相邻的亮条纹间距小于b光的相邻亮条纹间距，C错误；a、b光在水滴中传播的速度减小，光的频率不变，由λ＝eq\f(v,f)，则波长都比各自在真空中传播的波长要短，D错误。命题点三光学与其他知识的综合问题【例3(多选)一束复色光射到平行玻璃砖的上表面，经玻璃砖下表面射出后分为a、b两束光，下列说法正确的是()图5A．在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度B．若从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光的大C．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距Δxa＞ΔxbD．a、b两束光分别照射到同种金属上，相应的遏止电压分别为Ua和Ub，则Ua＞Ub答案AD解析由公式n＝eq\f(sini,sinr)可知，a光的折射率大于b光的折射率，由公式v＝eq\f(c,n)可知，在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；由公式sinC＝eq\f(1,n)可知，折射率越大，临界角越小，则从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光的小，故B错误；由于a光的折射率大于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，由公式c＝λν可知，a光的波长小于b光的波长，由公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距Δxa＜Δxb，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可得eUc＝hν－W0，则Ua＞Ub，故D正确。【针对训练3(2021·北京海淀区一模)由a和b两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图6所示。a光是氢原子由n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是()图6A．该三棱镜对a光的折射率较大B．在该三棱镜中，a光的传播速度小于b光的传播速度C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距D．b光可能是氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时发出的答案C解析由题图可知，三棱镜对b光的折射程度较大，则该三棱镜对b光的折射率较大，选项A错误；根据v＝eq\f(c,n)可知，在该三棱镜中，a光的传播速度大于b光的传播速度，选项B错误；a光折射率小，则频率小，波长大，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，选项C正确；b光频率大，则所对应的跃迁的能级差较大，因为a光是氢原子由n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时发出的，则b光不可能是氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时发出的，选项D错误。1．(多选)如图1所示，一束复色光由某介质射入真空后分解为a、b两束单色光。以下说法正确的是()图1A．真空中a光的波长比b光的大B．在同一介质中，a光的传播速度比b光的小C．光由同一介质射入空气时，a光的临界角比b光的小D．a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较宽答案BCD解析由题图看出，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，则a光的折射率大于b光的折射率，所以a光的频率大于b光的频率，由λ＝eq\f(c,f)知真空中a光的波长比b光的小，故A错误；由公式v＝eq\f(c,n)可知，a光在该介质中的传播速度比b光的小，故B正确；根据sinC＝eq\f(1,n)知，a光的临界角比b光的小，故C正确；b光的波长长，波动性比a光强，则a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的衍射条纹中央亮条纹较宽，故D正确。2．一复色光a沿如图2所示方向从空气射向玻璃球，在球内分为b、c两束，O为球心。下列判断正确的是()图2A．c光在球中的传播时间长B．b光在球中传播速度小C．b光的频率小于c光D．增大a光入射角，b光可能在玻璃球内发生全反射答案B解析因b光的偏折程度比c大，可知玻璃对b的折射率较大，则b的频率较大，根据v＝eq\f(c,n)，可知b光在球中传播速度小，而b光在球中传播的距离较大，由t＝eq\f(s,v)＝eq\f(sn,c)可知b光在球中的传播时间长，故A、C错误，B正确；因为光从空气进入玻璃的折射角等于从玻璃球射向空气的入射角，则增大a光入射角，两种光都不能在玻璃球内发生全反射，故D错误。3．(多选)下列说法中正确的是()A．电子表的液晶显示用到了偏振光B．光纤利用的是光的全反射C．红光由空气进入水中，波长变短，颜色不变D．分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到的条纹间距更窄答案ABC解析电子表的液晶显示用到了偏振光，A正确；光纤利用的是光的全反射，B正确；红光由空气进入水中，频率不变，所以颜色不变，根据v＝λf，可知速度变小，波长变短，C正确；分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，因为λ蓝＜λ黄，根据干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知用黄光时得到的条纹间距更宽，D错误。4．一束由A、B两种单色光组成的复色光，在真空中以一定的角度从三棱镜的一侧射入，从另一侧射出，光路如图3所示，下列说法正确的是()图3A．在同种介质中，b光的波长比a光的波长短B．A、B两种光在该棱镜中的传播速度一样大C．A、B两种光从水射向空气时，若B光能发生全反射，A光也能发生全反射D．用同一双缝干涉装置实验时，A光的条纹间距比B光的窄答案A解析由题图可知，B光的折射率比A光的折射率大，则B光的频率比A光的频率大，根据λ＝eq\f(v,f)＝eq\f(c,nf)可知，在同种介质中，B光的波长比A光的波长短，所以A正确；根据v＝eq\f(c,n)可知，A、B两种光在该棱镜中的传播速度不一样大，所以B错误；由sinC＝eq\f(1,n)知，CA＞CB，由水射向空气时，B光能发生全反射，则A光不一定能生全反射，所以C错误；根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知用同一双缝干涉装置实验时，A光的条纹间距比B光的宽，所以D错误。5．(多选)如图4所示为一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水射向空气中，并分成a、b两束，则下列说法正确的是()图4A．a光为红光，b光为蓝光B．b光在水中的传播速度较a光大C．使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b光得到的条纹间距宽D．增大水中复色光的入射角，则a光先发生全反射答案AC解析由题图可知，b光的偏折程度大，则b光的折射率大，所以a光为红光，b光为蓝光，选项A正确；根据n＝eq\f(c,v)可知b光在水中传播的速度较a光小，选项B错误；a光的折射率小，波长大，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知使用同种装置，用a光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b光得到的条纹间距宽，选项C正确；a光的折射率小，根据sinC＝eq\f(1,n)可知a光的临界角大，增大水中复色光的入射角，则a光后发生全反射，选项D错误。6．如图5所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分为a、b两束单色光。则()图5A．玻璃对b光的折射率较大B．在真空中a光的速度大于b光的速度C．a光光子能量大于b光光子能量D．如果b光是绿光，那么a光可能是红光答案C解析由题图可知a光射入玻璃砖后的折射角小于b光射入玻璃砖后的折射角，根据折射定律可知玻璃对a光的折射率较大，故A错误；在真空中a光与b光的速度相等，故B错误；由于a光的频率大于b光的频率，由ε＝hν知a光光子能量大于b光光子能量，故C正确；红光的频率小于绿光的频率，所以如果b光是绿光，a光不可能是红光，故D错误。7．(2021·辽宁葫芦岛市模拟)水中点光源S沿SO方向射出a、b两种单色光，其中a单色光射出水面，光路如图6所示。则下列说法正确的是()图6A．水中的反射光是b单色光B．a光的频率大于b光的频率C．a、b在水中的传播速度关系为va＜vbD．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹间距比b光的宽答案D解析水中的反射光是a、b两种单色光的复合光，选项A错误；因b光发生了全反射，则b光的临界角小于a光，根据sinC＝eq\f(1,n)可得，b光的折射率较大，则b光的频率大于a光的频率，选项B错误；根据n＝eq\f(c,v)可知，因na＜nb，a、b在水中的传播速度关系为va>vb，选项C错误；因a的频率小，波长较大，则根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹间距比b光的宽，选项D正确。8．如图7所示，一束复色光从空气中射入水中，分成两束单色光a和b，则下列说法中正确的是()图7A．在水中，a光的频率大于b光的频率B．在水中，a光的光速大于b光的光速C．在水中，a光的波长大于b光的波长D．若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射该金属上也一定能发生光电效应答案A解析由题图可知，a光的偏折程度大，则a光的折射率大，a光的频率大于b光的频率，选项A正确；由n＝eq\f(c,v)可知a光在水中的光速小，选项B错误；由λ＝eq\f(v,f)可知在水中a光的波长小于b光的波长，选项C错误；由于a光的频率大于b光的频率，若a光照射到某金属上能发生光电效应，则b光照射该金属上不一定能发生光电效应，选项D错误。9．(多选)如图8所示，某一复合光线对准一半圆形玻璃砖的圆心O入射，当在O点的入射角为30°时，出射光线分成a、b两束，光束a与下边界的夹角为37°，光束b与下边界的夹角为53°，则下列说法正确的是()图8A．a光的频率比b光的频率大B．a光在玻璃砖中的传播速率比b光的大C．a、b两束光在该玻璃砖中的折射率之比为3∶4D．若用a、b两束光分别照射同一双缝干涉装置时，a的干涉条纹间距比b的小答案AD解析由光路图可知，a光的偏折程度比b光大，则玻璃对a光的折射率较大，则a光的频率比b光的频率大，选项A正确；根据v＝eq\f(c,n)可知，a光在玻璃砖中的传播速率比b光的小，选项B错误；根据n＝eq\f(sini,sinr)，a、b两束光在该玻璃砖中的折射率分别为na＝eq\f(sin53°,sin30°)＝1.6，nb＝eq\f(sin37°,sin30°)＝1.2，则折射率之比为4∶3，选项C错误；因a光的波长小，根据Δx＝eq\f(l,d)λ可知，若用a、b两束光分别照射同一双缝干涉装置时，a的干涉条纹间距比b的小，选项D正确。10．(2021·山东省教科所模拟)如图9，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由半圆形玻璃砖射入空气，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为45°和30°，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ，下列说法正确的是()图9A．在玻璃砖中的折射率之比为nⅠ∶nⅡ＝eq\r(2)∶1B．在玻璃砖中的传播时间之比为tⅠ∶tⅡ＝1∶eq\r(2)C．在玻璃砖中的波长之比为λⅠ∶λⅡ＝eq\r(2)∶1D．由该玻璃砖射向真空时临界角正弦之比为sinCⅠ∶sinCⅡ＝1∶eq\r(2)答案B解析假设两单色光Ⅰ、Ⅱ折射角为θ，则Ⅰ光折射率为nⅠ＝eq\f(sinθ,sin45°)，Ⅱ光折射率为nⅡ＝eq\f(sinθ,sin30°)，解得nⅠ∶nⅡ＝sin30°∶sin45°＝1∶eq\r(2)，选项A错误；根据v＝eq\f(c,n)，t＝eq\f(R,v)得t＝eq\f(Rn,c)，由于路程和光速一样，可得tⅠ∶tⅡ＝1∶eq\r(2)，选项B正确；根据v＝eq\f(c,n)，λ＝eq\f(v,f)得λ＝eq\f(c,fn)，由于Ⅰ、Ⅱ光的频率关系未知，所以无法比较波长的大小，选项C错误；临界角公式sinC＝eq\f(1,n)可得sinCⅠ∶sinCⅡ＝nⅡ∶nⅠ＝eq\r(2)∶1，选项D错误。11．(多选)(2021·湖北省部分重点中学联考)真空中a、b两种单色光的波长比λa∶λb＝k∶1，则a、b两种光()A．光子能量之比Ea∶Eb