2024年高二物理寒假提升（人教版）第7天 《光》的问题（解析版）

【淘宝店铺：向阳百分百】【淘宝店铺：向阳百分百】第7天《光》的问题（复习篇）目录考点聚焦：核心考点+高考考点，有的放矢重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升学以致用：真题经典题+提升专练，全面突破核心考点聚焦1、光的反射2、光的折射、折射率的测定3、全反射4、光的干涉、薄膜干涉5、光的衍射6、实验测定光的波长7、光的偏振高考考点聚焦常考考点真题举例光的反射和折射问题2023·全国乙卷·高考真题光路图、光的反射与折射问题2023·全国甲卷·高考真题光的偏振2023·天津·高考真题薄膜干涉2023·山东·高考真题测定玻璃的折射率2023·海南·高考真题一、光的折射现象和折射定律1．光的折射(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．(2)入射角与折射角的大小关系：当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角．从空气进入介质，也近似看成从真空进入介质2．对折射定律的理解(1)在球形界面发生折射，半径就在法线上．(2)法线两旁：折射光线与入射光线分别位于法线两侧．(3)成正比：当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n。3．解决光的折射问题的基本思路：画出正确的光路图,利用几何关系确定光路图中的边、角关系，利用折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，结合三角函数的关系进行运算．二、全反射1．光疏介质和光密介质(1)抓住光疏介质和光密介质的含义(2)相对性．(3)光疏和光密与密度无关．2．全反射(1)发生全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(2)当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大．同时折射光线强度减弱，即折射光线的能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光的能量．三、光的双缝干涉1．单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况．2.双缝的作用:平行光照射到单缝S上，又照到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光．2．屏上某处出现亮、暗条纹的条件：频率相同、振动步调相同的两列光波产生亮暗条纹的条件如下：(1)亮条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)说明：k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于光屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹，k为亮条纹的级次．(2)暗条纹的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)说明：k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．注意：当频率相同、振动步调总是相反的两列光波叠加时，产生亮、暗条纹的条件与上面的情况恰好相反．3．干涉图样(1)单色光的干涉图样：如图所示，干涉条纹是等间距的明暗相间的条纹．(2)白光的干涉图样：中央条纹是白色的，两侧干涉条纹是彩色条纹．四、双缝干涉条纹间距与波长的关系1．条纹间距是指相邻亮条纹中心或相邻暗条纹中心间的距离．由数学知识可得条纹间距公式为Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l为双缝到屏的距离，d为双缝间的距离，λ为入射光的波长．2．两相邻亮条纹(或暗条纹)间距离与光的波长有关，波长越长，条纹间距越大．(1)对于同一单色光，条纹之间的距离相等，由该单色光的亮条纹和暗条纹组成．(2)白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为：①白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短．②各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．③两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．例题1．如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为，（1）求蓝灯到水面的最大距离；（2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？【答案】（1）；（2）上方，理由见解析【详解】（1）为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从折射出去，以红光为例，当折射角最大达到临界角时，光线垂直水面折射出去，光路图如图所示假设半球半径为，根据全反射定律和几何关系可知同理可知蓝光两式联立解得（2）蓝光的折射率大于红光的折射率，根据（1）问结果结合可知所以蓝灯应该在红灯的上方。【答案】C【详解】A．光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；C．由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知nc<nbC正确；B．由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则b光在真空中的波长较短，B错误；D．根据v=知，c光束的折射率小，则c光在棱镜中的传播速度大，D错误。故选C。例题2．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和分别是入射点和出射点，如图（a）所示。测得玻璃砖厚度为，A到过O点的法线的距离，M到玻璃砖的距离，到的距离为。（ⅰ）求玻璃砖的折射率；（ⅱ）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。【答案】（i）

（ii）15°【详解】（i）从O点射入时，设入射角为α，折射角为β。根据题中所给数据可得：再由折射定律可得玻璃砖的折射率：（ii）当入射角为45°时，设折射角为γ，由折射定律：可求得：再设此玻璃砖上下表面的夹角为θ，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：解得：由几何关系可知：即玻璃砖上下表面的夹角：一、单选题1．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（）A． B．C．D．【答案】D【详解】用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差△x=nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小。故选D。2．“香炉初上日，瀑水喷成虹”是孟浩然在《彭蠡湖中望庐山》的描述彩虹的诗句，彩虹的形成原理可简化为如图，阳光由空气射入球形水滴后，可分成颜色不同的单色光，其中、是射出的两束单色光，则下列说法正确的是（

）A．彩虹的形成是光的干涉现象 B．光对水滴的折射率大于光C．在真空中，光的波长大于光 D．在水中，光的传播速度大于光【答案】B【详解】A．彩虹的形成是光的折射现象，A错误；BC．由图可知当从空气射入水滴中时，入射角相同，a光的折射角大于b光，根据光的折射定律，故a光的折射率大于b光，a光的频率大于b光，a光的波长小于b光，B正确、C错误；D．由波速公式a光的波速小于b光，选项D错误。故选B。3．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度。从AB面反射回来的光强随入射角θ变化的情况如图乙所示，则下列说法正确的是（）A．该新材料的折射率n<1B．该新材料的折射率n=1.25C．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角将减小D．图甲中若减小入射角θ到0°，则光线将全部从AB界面透射出去【答案】B【详解】AB．根据图甲乙可知，当θ大于53°时，反射强度没有发生变化，可知，临界角为53°，根据解得n=1.25故A错误，B正确；C．根据折射率的定义式可知，图甲中若减小入射角θ，则折射角也减小，而反射角等于入射角，可知，图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角将增大，故C错误；D．根据图乙可知，当入射角θ到0°时，反射强度不为0，可知，图甲中若减小入射角θ到0°，则光线并没有全部从AB界面透射出去，仍然有一部分发生了反射，故D错误。故选B。4．柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，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，能在面全反射后，从面射出的光是（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【详解】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得根据全反射临界角公式得两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。故选A。5．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108m/s，sin53°=0.8，cos53°=0.6。则（）A．光在该有机玻璃中的折射率为1.6B．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°C．光在该有机玻璃中传播速度为3×108m/sD．将该材料做成长300km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3s【答案】A【详解】A．由图中几何关系可知，入射角为53°，折射角为30°，即可求出A正确B．可知，C不等于53°，B错误；C．由光在空气中传播的速度可知，光在该介质中传播速度不为，C错误；D．当速度为时，传播300km用时1×10-3s，但光在该介质中传播速度不为，D错误；故选A。6．对如图所示的图样、示意图或实验装置图，下列判断正确的是（）A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑”B．乙图是利用薄膜干涉来检测玻璃板的平整程度，它是光在被检测厚玻璃板的上下表面反射后叠加的结果C．丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的奇数倍，则处是暗纹D．图丁中的、是偏振片，是光屏，当固定不动，绕水平转轴在竖直面内转动顺时针90°后，上的光亮度不变【答案】C【详解】A．甲图是小孔衍射的图样，“泊松亮斑”是圆板衍射，故A错误；B．入射光经空气膜上表面反射后得到第一束光，折射光经空气膜下表面反射，又经上表面折射后得到第二束光，并不是被检测玻璃板的上下表面反射后的光，故B错误；C．丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的奇数倍，则处是暗纹，故C正确；D．当M固定不动，缓慢转动N时，从图示位置开始转动的过程时，则M、N的振动方向垂直，此时光屏P上的光亮度最暗，故D错误。故选C。7．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用平面镜同样在光屏上得到了明暗相间的条纹，该实验的基本装置如图所示。水平放置的平面镜MN左上方有一点光源S，仅发出单一频率的光，平面镜右侧固定有竖直放置的足够长的光屏，平面镜所在水平线与光屏的交点为P，下列说法正确的是（）A．光屏上，P点上下均有条纹B．只将光屏右移，相邻亮条纹间距变宽C．只将光源上移，相邻亮条纹间距变宽D．只将光源的频率变大，相邻亮条纹间距变宽【答案】B【详解】A．光源S直接照射到光屏上的光和通过平面镜反射的光在光屏上相遇，发生干涉，呈现干涉条纹，因反射光不能照射到P点和P点下方，故在P点和P点下方没有干涉条纹，故A错误；BCD．光源到屏的距离可以看作双缝到屏的距离L，光源S到S在平面镜中虚像的间距看作d，根据双缝干涉的相邻条纹间距公式可知只将光屏右移，L增大，相邻亮条纹间距变宽；只将光源上移，d增大，相邻亮条纹间距变窄，只将光源的频率变大，波长减小，相邻亮条纹间距变窄，故B正确，CD错误。故选B。二、实验题8．某同学用直角三角形玻璃砖做“测量玻璃砖折射率”实验。四枚大头针插入位置如图1所示，把大头针移掉后得到如图2所示的部分光路图。（1）为了取得更好的实验效果，下列操作正确的是；A．选择的入射角应尽量小些B．大头针应垂直插在纸面上C．大头针和及和之间的距离尽量小些D．画三角形玻璃砖的轮廓线时，用笔紧贴玻璃砖表面画线（2）请在答题纸中用黑笔完成光在玻璃砖中的光路图，要求保留作图过程的痕迹；并在入射点E处标出入射角i和折射角r。【答案】B【详解】（1）[1]A．为了减小测量的相对误差，入射角尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，但要注意并不是入射角越大越好，应适度；故A不符合题意；B．为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直插在纸面上，故B符合题意；C．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离尽量大些，相同的距离误差引起的角度误差会减小，角度的测量误差会小，故C不符合题意；D．为了防止弄脏玻璃砖，不能铅笔贴着光学面画出界面，故D不符合题意。故选B。（2）[2]做E关于底边的像点E′，连接E′F，和底边的交点为光的在底边的反射点，光路图如图所示：9．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。（1）现用如图甲所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。①在组装仪器时单缝和双缝应该相互放置。（选填“垂直”或“平行”）②某次测量时，手轮上的示数如图乙，其示数为mm。③为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离Δx，而是先测量n个条纹的问距再求出Δx。下列实验采用了类似方法的有A．《探究两个互成角度的力的合成规律》的实验中合力的测量B．《用单摆测重力加速度》实验中单摆周期的测量C．《探究弹簧弹力与形变量的关系》实验中弹簧形变量的测量④若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，如图丙所示，测得第1条暗条纹中心到第5条亮条纹中心之间的距离为x，则单色光的波长。【答案】平行0.820B【详解】①[1]只有保证单缝和双缝互相平行，才能在屏上出现明暗相间的条纹。②[2]螺旋测微器的精确值为，由图乙可知示数为③[3]为减小误差，该实验并未直接测量相邻亮条纹间的距离，而是先测量n个条纹的问距再求出，属于