2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之光学（四）

第68页（共68页）2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之光学（四）一．选择题（共8小题）1．（2021•北京）如图所示的平面内，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。下列说法正确的是（）A．这是光的干涉现象 B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长 C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率 D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度2．（2021•山东）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．3．（2021•浙江）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°，则（）A．光盘材料的折射率n＝2 B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D．光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度4．（2021•辽宁）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示。比较内芯中的a、b两束光，a光的（）A．频率小，发生全反射的临界角小 B．频率大，发生全反射的临界角小 C．频率小，发生全反射的临界角大 D．频率大，发生全反射的临界角大5．（2021•湖北）如图所示，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（）A．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6．（2021•江苏）某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（）A．1.2 B．1.4 C．1.6 D．1.87．（2021•海南）如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为2。一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光（）A．在MQ边的折射角为60° B．在MN边的入射角为45° C．不能从MN边射出 D．不能从NP边射出8．（2021•江苏）铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是（）A． B． C． D．二．多选题（共2小题）（多选）9．（2022•山东）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（）A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹（多选）10．（2021•浙江）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（）A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形 B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹 C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化 D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°三．填空题（共1小题）11．（2021•甲卷）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是s≤t＜s（不考虑反射）。四．解答题（共13小题）12．（2022•乙卷）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示。逐渐减小i，E点向B点移动，当sini=16时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DE＝13．（2022•广东）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。14．（2022•甲卷）如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。15．（2022•重庆）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n红和n蓝。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h红。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？16．（2022•江苏）如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直。求：（1）水的折射率n；（2）两条折射光线之间的距离d。17．（2022•湖北）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为23d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n=（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距离H。18．（2022•湖南）如图，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。（ⅰ）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；（ⅱ）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）。19．（2021•广东）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的，光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。20．（2021•河北）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对位置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ。当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求：（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率；（ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d。21．（2021•湖南）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6m的人站在水平地面上，其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0cm、深度为1.4cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？22．（2021•全国）如图，竖直平面内的一半圆轨道（虚线）固定在一水平放置的玻璃板上，玻璃板的厚度为h（远小于玻璃板长度）、折射率为n。一激光笔以匀角速度ω从A点沿半圆轨道运动到B点。激光笔发出的激光束始终沿轨道半径方向从圆心O处入射到玻璃板上。求在此过程中.（1）折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离；（2）折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度。23．（2021•重庆）如图所示，一直角棱镜ABC，∠A＝90°，AC＝1。从AB边界面垂直入射的甲、乙两种不同频率的单色光，在棱镜中传播速度分别为k1c和k2c（0＜k1＜k2＜1，c为真空中的光速），甲光第一次到达BC边恰好发生全反射。求：（1）该棱镜分别对甲光和乙光的折射率；（2）BC边的长度。24．（2021•山东）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θ。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d＝100.0mm，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=2和n2=314。取sin37°=35，cos37（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求θ的取值范围；（2）若θ＝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ΔL（保留3位有效数字）。

2021-2025年高考物理真题知识点分类汇编之光学（四）参考答案与试题解析一．选择题（共8小题）题号12345678答案CDDCDACC二．多选题（共2小题）题号910答案ACDAB一．选择题（共8小题）1．（2021•北京）如图所示的平面内，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。下列说法正确的是（）A．这是光的干涉现象 B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长 C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率 D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度【考点】折射率的波长表达式和速度表达式．【专题】定性思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】C【分析】根据光路图，判断出玻璃砖对两束光的折射率大小，从而知道两束光的波长大小，根据v=c【解答】解：A、这是光的折射现象，故A错误；BC、由题图可知，玻璃砖对b光的折射程度大，则nb＞nc，故b光的频率较大，根据λ=vf可知b光波长较小，故B错误，D、由v=cn知，在玻璃砖中，nb＞nc，所以vb＜vc，故故选：C。【点评】解答此类问题的思路是：由光线的偏折程度判断折射率的关系，或由折射定律可得出两光的折射率；再由光的性质可知光的传播速度、波长的关系。2．（2021•山东）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．【考点】薄膜干涉条纹间距的影响因素及相关计算；光的衍射现象．【专题】定性思想；推理法；光的干涉专题；推理论证能力．【答案】D【分析】从透明薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差Δx＝nλ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的透明薄膜的厚度差为λ2【解答】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Δx＝nλ时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度：d=n⋅λ2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，则四个选项中，只有D选项符合题意，故故选：D。【点评】掌握了薄膜干涉的原理和相邻条纹空气层厚度差的关系即可顺利解决此类题目。3．（2021•浙江）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°，则（）A．光盘材料的折射率n＝2 B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D．光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度【考点】折射率的波长表达式和速度表达式．【专题】定量思想；推理法；图析法；光线传播的规律综合专题；分析综合能力．【答案】D【分析】依题意画出光路图，由几何关系求得在O点的入射角和折射角的值，由折射定律求得材料的折射率；由介质中光速与真空中光速的关系式求得光在光盘内的速度为真空中光速的倍数关系；由能量守恒定律分析各光速强度之间的关系，依据无能量损失时，入射光的强度等于反射光和折射光的强度之和进行解析。【解答】解：AB、依题意的光路图如右图所示，由题意可知：∠OO′P＝120°，可得在O点处的折射角：γ＝30°，由题意可知：α+β＝90°，由反射定律得：α＝β，解得：α＝β＝45°，由折射定律得：n=sinα光在光盘内的速度：v=光盘材料的折射率n=2，光在光盘内的速度为真空中光速的22，故C、由能量守恒定律可知：若忽略光在传播过程的能量衰减，则光束a的强度应等于光束b、c、d和e的强度之和，若考虑光在传播过程的能量衰减，则光束a的强度应大于光束b、c、d和e的强度之和，总之光束a的强度应一定大于光束b、c和d的强度之和，故C错误。D、在P点处光束OP为入射光束，而光束c和光束PQ分别为折射和反射光束，由能量守恒定律可知：在P点处光束OP的强度等于光束c和光束PQ的强度之和，因此无论是否考虑传播过程能量衰减，光束c的强度一定小于O点处折射光束OP的强度，故D正确。故选：D。【点评】本题考查了几何光学中折射定律的应用，以及在光传播过程中能量守恒的相关问题，较简单属基础题目。需理解在无能量损失的情况下，入射光的强度等于反射光和折射光的强度之和。4．（2021•辽宁）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示。比较内芯中的a、b两束光，a光的（）A．频率小，发生全反射的临界角小 B．频率大，发生全反射的临界角小 C．频率小，发生全反射的临界角大 D．频率大，发生全反射的临界角大【考点】光的折射与全反射的综合问题；全反射的条件、判断和临界角．【专题】定性思想；推理法；光的折射专题；理解能力．【答案】C【分析】比较两束光对应的折射角的大小，根据光的折射定律和全反射的条件进行分析。【解答】解：一束复色光从空气射入光导纤维后，两束光的入射角相同，b光对应的折射角小，根据折射定律可知，a光的折射率小，则a光的频率小；根据全反射的条件可知：sinC=1n，所以a光对应的临界角大，故C正确、故选：C。【点评】本题主要是考查了光的折射和全发射；解答此类题目的关键是弄清楚光的传播情况，然后根据光的折射定律和全反射的条件列方程求解。5．（2021•湖北）如图所示，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（）A．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【考点】光的干涉现象；光的折射定律．【专题】定性思想；实验分析法；光的干涉专题；理解能力．【答案】D【分析】由双缝干涉的实验结论：x=Ld⋅【解答】解：AB、双缝干涉的实验结论：x=Ld⋅λ，由图可得xOP1＞xCD、由λ＝cT或λ＝c1f知，λ越大f越小（f由光的色散实验知，频率f越大，穿过三棱镜后偏折越大（或频率f越大，折射率n越大）本题中由于λ1＞λ2故f1＜f2.故偏折角小的对应f1，偏折大的对应f2，所以当λ1＞λ2时M是λ2射出点，N是λ1射出点，故C错误，D正确。故选：D。【点评】本题考查了双缝干涉实验和光的色散实验，解题关键是要对教材实验结论的记忆，平时多注意积累。6．（2021•江苏）某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为（）A．1.2 B．1.4 C．1.6 D．1.8【考点】光的折射定律．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】A【分析】根据题意作出光路图，结合全反射公式可解得折射率。【解答】解：在如图所示位置时，出射光束恰好消失，作出光路图如下根据全反射公式可知n=根据几何关系有sinθ联立解得n＝1.2故A正确，BCD错误故选：A。【点评】本题考查光的折射定律，解题关键在于理解题意，根据几何关系解得临界角。7．（2021•海南）如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为2。一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光（）A．在MQ边的折射角为60° B．在MN边的入射角为45° C．不能从MN边射出 D．不能从NP边射出【考点】光的折射定律．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】C【分析】作出光路图，根据折射定律以及全反射的临界角公式求解折射角与临界角；根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°。【解答】解：A.光线从O点入射，设折射角为β，由折射定律有n=解得β＝30°即在MQ边的折射角为30°，故A错误；B.设边长NP＝1，则MN＝21，作出折射后的光路图如图所示由几何关系可知光在MN边的入射角为60°，故B错误；C.光从光密到光疏发生全反射的临界角设为θ，有sinθ=即θ＝45°，而MN边的入射角为60°＞45°，且满足光密到光疏，故光在MN边发生全反射，即不能从MN边射出，故C正确；D.根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°，故D错误；故选：C。【点评】解决该题的关键是正确作出光路图，熟记折射定律的表达式以及全反射的临界角的求解公式，能根据几何知识求解相关的角度。8．（2021•江苏）铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是（）A． B． C． D．【考点】光的干涉现象；光的衍射现象；液体的表面张力．【专题】实验题；定性思想；推理法；光的干涉专题；实验探究能力．【答案】C【分析】一束白光从右侧射入肥皂薄膜，前后表面的反射光在前表面发生叠加，路程差即（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹．【解答】解：因为路程差即（膜的厚度的两倍）是半波长的偶数倍，振动加强，为亮条纹，路程差是半波长的奇数倍，振动减弱，为暗条纹。所以人从同侧看，可看到亮条纹时，同一高度膜的厚度相同，则彩色条纹水平排列，条纹上疏下密，说明上面厚度变化比较缓慢，所以条纹稀疏，下面厚度变化较快，所以条纹比较密集，故C正确，ABD错误。故选：C。【点评】解决本题的关键知道光波干涉的条件，知道什么情况下出现明条纹，什么情况下出现暗条纹．二．多选题（共2小题）（多选）9．（2022•山东）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（）A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹【考点】根据光程差和波长（或频率）判断某点条纹的明暗；改变双缝到光屏的距离判断干涉条纹间距的变化；光的单缝衍射和小孔衍射；光的双缝干涉图样．【专题】定性思想；推理法；光的干涉专题；推理论证能力．【答案】ACD【分析】双缝干涉图样是等间距条纹，狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，根据条纹间距公式Δx=L【解答】解：A、由图可知，图乙中间部分是等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；B、狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；C、根据条纹间距公式Δx=Ldλ可知照射两条狭缝时，增加LD、照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选：ACD。【点评】本题考查光的干涉与衍射现象，解题关键掌握干涉条纹的特点，注意条纹宽度的计算公式。（多选）10．（2021•浙江）肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是（）A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形 B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹 C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化 D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°【考点】薄膜干涉现象．【专题】定性思想；模型法；光的干涉专题；理解能力．【答案】AB【分析】薄膜干涉为等厚干涉，根据肥皂膜的干涉条纹的形状判断；肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹；条纹的宽度和间距与膜的厚度有关。【解答】解：A、由图可知肥皂膜的干涉条纹是弯曲的，由于薄膜干涉为等厚干涉，故过肥皂膜最高和最低点的截面的长边距离不相等，即两长边不平行，一定不是梯形，故A正确；B、肥皂膜上的条纹是薄膜前后两表面反射形成的两列光波叠加形成的干涉条纹，故B正确；C、薄膜是等厚干涉，肥皂膜从形成到破裂，由于液体在向下流动，薄膜上部逐渐变薄，下部逐渐变厚，条纹的宽度和间距会发生变化，故C错误；D、将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹不会跟着转动，仍在水平方向，故D错误。故选：AB。【点评】解答本题应理解薄膜干涉的原理，要知道薄膜干涉条纹位置取决于两层肥皂膜的厚度而形成反射光的光程差，属于等厚干涉。三．填空题（共1小题）11．（2021•甲卷）如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为2.0×108m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是5×10﹣10s≤t＜35×10﹣10s【考点】折射率的波长表达式和速度表达式．【专题】定量思想；几何法；光的折射专题；分析综合能力．【答案】2.0×108，5×10﹣10，35×10﹣10【分析】当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短；当入射角最大时，折射角也最大，光线通过玻璃板的时间最长。根据v=c【解答】解：光线在玻璃板的传播速度为v=cn=3.0×1081.5已知d＝10.0cm＝0.10m，当光线垂直通过玻璃板时所用时间最短，最短时间为tmin=dv=0.102.0×108s＝当入射角为90°时折射角最大，设最大折射角为α，由折射定律得n=解得sinα=单色光玻璃板中传播最长距离为s=dcosα=光线通过玻璃板的最长时间为tmax=sv=35502.0×108故该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是5×10﹣10s≤t＜35×10﹣10s故答案为：2.0×108，5×10﹣10，35×10﹣10【点评】解答本题时，要明确折射角与入射角的关系，知道入射角最大时折射角也最大。能熟练运用折射定律、光速公式和几何关系进行解答。四．解答题（共13小题）12．（2022•乙卷）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示。逐渐减小i，E点向B点移动，当sini=16时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DE＝【考点】光的折射定律；光的折射与全反射的综合问题；测量玻璃的折射率．【专题】计算题；定量思想；推理法；光的折射专题；全反射和临界角专题；分析综合能力．【答案】棱镜的折射率为1.5。【分析】依题意作出光路图，根据几何关系求出入射角和折射角的正弦值，根据折射定律求折射率。【解答】解：当sini=16时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，设在E点发生全反射临界角为C，根据折射定律得sinC=由几何关系得C+∠AED＝90°r+90°＝∠AED+∠EAD又因DE＝DA，则∠AED＝∠EAD可得：r＝90°﹣2C根据折射定律得n=联立解得：n＝1.5。答：棱镜的折射率为1.5。【点评】本题考查光的折射计算，此类题型通常需要正确作出光路图，根据几何关系求出入射角和折射角，再结合折射定律求解。13．（2022•广东）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。【考点】折射率的波长表达式和速度表达式；光的全反射现象；折射率及其测定．【专题】定性思想；方程法；全反射和临界角专题；推理论证能力；应用数学处理物理问题的能力．【答案】液体的折射率n为2，激光在液体中的传播速度v为22c【分析】先根据全反射的临界角与折射率的关系求出液体的折射率，再根据折射率与光速的关系求出激光在液体中的传播速度。【解答】解：当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束，即恰好发生了全反射，设临界角为C，则C＝45°有全反射的临界角和折射率的关系可得：n=再由公式n=cv得激光在液体中的传播速度v答：液体的折射率n为2，激光在液体中的传播速度v为22c【点评】本题的突破点在于巧妙的从全反射的临界角求出液体的折射率，难度不大。14．（2022•甲卷）如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。【考点】光的折射与全反射的综合问题；光的全反射现象．【专题】定量思想；方程法；几何法；光的折射专题；分析综合能力；应用数学处理物理问题的能力．【答案】棱镜的折射率为72，P、C两点之间的距离为3【分析】根据题目条件，分别用折射定律和全反射的临界角与折射率的关系写出折射率的表达式，再利用几何关系联立求解即可得出折射率的大小；再根据几何关系求出P、C两点之间的距离即可。【解答】解：设该棱镜的临界角为α，折射率为n，由临界角和折射率的关系可知：sinα=设光线从M点射入棱镜后折射角为β，由几何关系可得：β＝90°﹣α由折射定律可知：n=联立可得：sin60°解得：sinα=2即棱镜的折射率为7将上述几何关系表示在下图：由数学知识可求得：tanα且由几何关系可得：BN＝BM•tanαNC＝BC﹣BNPC=M是AB的中点，所以BM=12a，且联立解得：PC=即P、C两点之间的距离为3答：棱镜的折射率为72，P、C两点之间的距离为3【点评】本题考查光的折射定律、全反射等相关知识和计算问题，突破点在于灵活运用折射率的不同表达形式，并联合几何知识快速求解。15．（2022•重庆）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n红和n蓝。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h红。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？【考点】光的折射定律．【专题】计算题；定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】①蓝灯到水面的最大距离为n红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，原因见解析。【分析】①红光的折射率小于蓝光，根据sinC=1②若要使两种色光均可从半球面射出，折射率越大，深度越小。【解答】解：①为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射，以红光为例，当折射角最大达到临界角C时，光线恰好射在水面处，光路如图所示设半球半径为R，根据全反射的临界条件和几何关系可得sinC红=同理可知，对于蓝光sinC蓝=联立解得：h蓝=n②蓝光折射率大于红光折射率，即n蓝＞n红，根据（1）的结果得h蓝＜h红所以蓝光应在红光上方。答：①蓝灯到水面的最大距离为n红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，原因见解析。【点评】解决该题需要熟记红光和蓝光之间的折射率大小关系，掌握全反射的临界角的求解公式，知道若要使两种色光均可从半球面射出，则入射角小于临界角。16．（2022•江苏）如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直。求：（1）水的折射率n；（2）两条折射光线之间的距离d。【考点】光的折射定律．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】（1）水的折射率为tanθ；（2）两条折射光线之间的距离为Dtanθ。【分析】（1）根据折射定律解得折射率；（2）根据几何关系可解得。【解答】解：（1）由图可知折射角r＝90°﹣θ根据折射定律有：n=sinθsinr=（2）如图两个入射点的间距AC=同理d＝CD＝ACsinθ解得：d＝Dtanθ答：（1）水的折射率为tanθ；（2）两条折射光线之间的距离为Dtanθ。【点评】解决本题的关键要抓住入射光线和折射光线之间的关系，根据几何知识求出折射角，注意折射定律的应用。17．（2022•湖北）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为23d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n=（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距离H。【考点】光的折射定律；平抛运动速度的计算．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】（1）tanθ的值为43（2）B位置到水面的距离为4d【分析】（1）根据平抛运动规律解答；（2）根据折射定律结合几何关系解得。【解答】解：（1）由平抛运动的规律可知水平方向：d＝v0t竖直方向：23dtanθ解得tanθ=（2）因tanθ=43可知θ＝53°，从A点射到水面的光线的入射角为α，折射角为i＝90°﹣θ＝n=解得α＝53°由几何关系可知Htan37°+23dtan53解得H=答：（1）tanθ的值为43（2）B位置到水面的距离为4d【点评】本题考查光的折射，解题关键掌握折射定律与平抛运动的综合运用，注意几何关系的寻找。18．（2022•湖南）如图，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。（ⅰ）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；（ⅱ）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）。【考点】光的折射与全反射的综合问题；光的折射定律．【专题】定量思想；推理法；临界法；光的折射专题；分析综合能力．【答案】（ⅰ）屏障的高度d为1.55mm；（ⅱ）像素单元宽度x最小为0.35mm时，其可视角度θ刚好被扩为180°。【分析】（ⅰ）由题意可知最大折射角为θ2，由折射定律求得最大入射角，作出（ⅱ）与（ⅰ）同理求得对应的最大入射角，作出临界的光路图，由几何关系确定像素单元宽度x最小长度并求解。【解答】解：（ⅰ）当可视角度θ＝60°时，由题意可知最大折射角为θ2=30°，光路图如图1所示，设对应的最大入射角为sinθ代入数据解得：sinα=可得：tanα=由题意可知发光像素到屏障的距离为L2L2代入数据解得：d＝0.415mm≈1.55mm。（ⅱ）依题意当可视角度θ＝180°时，可知最大折射角为θ2=90°，设对应的最大入射角为sin90°代入数据解得：sinβ=12，可得：β＝作出光路图如图2所示，像素单元的右端点a恰好掠过左侧屏障的上端之后射出，像素单元的左端点e恰好掠过右侧屏障的上端之后射出，则ae的长度为像素单元宽度x最小值。由图中几何关系得像素单元的右端点a到左侧屏障的距离为：ab＝d•tanβ＝1.0×tan30°mm=3由对称性可知像素单元的左端点e到右侧屏障的距离ef与ab相等，则像素单元宽度x最小值为：xmin＝2ab﹣L＝2×33mm﹣0.8mm≈答：（ⅰ）屏障的高度d为1.55mm；（ⅱ）像素单元宽度x最小为0.35mm时，其可视角度θ刚好被扩为180°。【点评】本题考查了折射定律在实际场景中的应用，理解题意是关键，几何光学作出光路图是解题的前提，应用几何知识结合物理原理解答。19．（2021•广东）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的，光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。【考点】光的折射与全反射的综合问题；光的全反射现象．【专题】计算题；定量思想；几何法；光的折射专题；分析综合能力．【答案】光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式为sinαsinβ【分析】光线在M点发生折射，已知入射角和折射角，根据折射定律求出玻璃的折射率，再根据sinC=1n求光从玻璃射向空气时临界角【解答】解：设玻璃的折射率为n。光线在M点发生折射，由于光线从光密介质射入光疏介质折射，则由折射定律得n=由题可知，临界角C＝θ，则sinθ=答：光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式为sinαsinβ【点评】解答本题的关键要掌握折射定律，知道光从光密介质射入光疏介质折射时，入射角正弦与折射角正弦之比等于折射率的倒数。20．（2021•河北）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对位置，圆心上下错开一定距离，如图所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ。当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求：（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率；（ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d。【考点】光的折射定律；光的折射与全反射的综合问题．【专题】计算题；定量思想；图析法；全反射和临界角专题；分析综合能力．【答案】（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率为23（ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d为2h-2【分析】（ⅰ）由全反射定律求折射率；（ⅱ）根据折射定律求出入射光在两个半圆柱体中的折射角和入射角，根据几何关系求出两个半圆柱体之间的距离d。【解答】解：（ⅰ）当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出，即光线发生全反射，根据全反射条件可知：n=半圆柱体对该单色光的折射率n=（ⅱ）做出光路图如图所示：入射光在半圆柱体A上发生折射时，由折射定律可知：n=其中θ＝30°，解得：sinα=入射光在半圆柱体B上发生折射时，由折射定律可知：n=解得：sinβ=则PM＝Rsinβ=则由几何关系可知tanα=联立解得：d=2h答：（ⅰ）半圆柱体对该单色光的折射率为23（ⅱ）两个半圆柱体之间的距离d为2h-2【点评】本题考查光的全反射定律，主要是根据全反射定律求出折射率，然后根据折射定律求出入射角和折射角，由几何关系求出距离。21．（2021•湖南）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身高1.6m的人站在水平地面上，其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为1.0cm、深度为1.4cm，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？【考点】光的折射定律；光沿直线传播及其产生的光现象．【专题】定量思想；方程法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为1.37；（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为1.72。【分析】（i）只要头部能够在后面成像，则脚也一定能够成像，画出光路图，根据几何关系求解入射角正弦值和折射角的正弦值，根据折射定律求解折射率；（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，入射角等于90°时光线能够射出，折射率最小，画出光路图，求出折射角的正弦值，根据折射定律求解。【解答】解：（i）若该人通过小孔能成完整的像，作出的光路图如图1所示（根据对称性可知，只要头部能够在后面成像，则脚也一定能够成像），根据几何关系可得：sinα=AC其中AC=12×1.6m=0.8m，DE＝1.0cm＝sinβ=DEDE2+O根据折射定律可得：n=代入数据解得：n＝1.37；（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，折射率最小时光的传播情况如图2所示；根据几何关系可得α′＝90°，sinβ′＝sinβ根据折射定律可得：n′=解得：n′＝1.72。答：（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为1.37；（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为1.72。【点评】本题考查了折射定律，解答此类题目的关键是弄清楚光的传播情况，画出光路图，根据图中的几何关系求出折射角或入射角，然后根据光的折射定律或全反射的条件列方程求解。22．（2021•全国）如图，竖直平面内的一半圆轨道（虚线）固定在一水平放置的玻璃板上，玻璃板的厚度为h（远小于玻璃板长度）、折射率为n。一激光笔以匀角速度ω从A点沿半圆轨道运动到B点。激光笔发出的激光束始终沿轨道半径方向从圆心O处入射到玻璃板上。求在此过程中.（1）折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离；（2）折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度。【考点】光的折射定律．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】（1）折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离为2h（2）折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度为2h【分析】（1）根据几何关系结合折射定律可解得；（2）根据角速度与时间的关系结合平均速度的计算公式解得。【解答】解：（1）根据题意可知，当入射角为90°时，折射光线在玻璃板下表面的出射点a最远，设此时折射角为θ，则根据折射定律有n=可得sinθ=根据几何关系有Oa=折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离x＝2Oasinθ联立解得：x=（2）根据题意可知，激光笔以匀角速度ω从A点沿半圆轨道运动到B点的时间为t=则折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度v=答：（1）折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离为2h（2）折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度为2h【点评】本题考查光的折射定律，解题关键掌握几何关系与折射定律的应用。23．（2021•重庆）如图所示，一直角棱镜ABC，∠A＝90°，AC＝1。从AB边界面垂直入射的甲、乙两种不同频率的单色光，在棱镜中传播速度分别为k1c和k2c（0＜k1＜k2＜1，c为真空中的光速），甲光第一次到达BC边恰好发生全反射。求：（1）该棱镜分别对甲光和乙光的折射率；（2）BC边的长度。【考点】光的折射与全反射的综合问题；折射率的波长表达式和速度表达式；光的全反射现象．【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；推理论证能力．【答案】（1）该棱镜分别对甲光为1k1，乙光的折射率为（2）BC边的长度为1k【分析】（1）根据光在介质中的传播速度与折射率关系解得；（2）根据全反射临界角公式结合几何关系解得。【解答】解：（1）由光速与折射率的关系n=c该棱镜对乙光的折射率n（2）设BC边的长度为L，根据题述甲光第一次到达BC边恰好发生全反射，可画出光路图根据全反射临界条件有：sinθ根据几何关系有：cosC＝sinθcosC=联立解得：L答：（1）该棱镜分别对甲光为1k1，乙光的折射率为（2）BC边的长度为1k【点评】解决该题的关键是正确作出光路图，能根据几何知识求解光在介质中传播的长度和相关的角度，熟记折射定律的表达式以及光速的求解公式。24．（2021•山东）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θ。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d＝100.0mm，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=2和n2=314。取sin37°=35，cos37（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求θ的取值范围；（2）若θ＝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ΔL（保留3位有效数字）。【考点】光的折射定律．【专题】信息给予题；定性思想；模型法；光的折射专题；分析综合能力．【答案】见试题解答内容【分析】本题要求熟练掌握折射定律，会计算全反射的临界角，寻找两束光满足的临界条件，光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时，sinC=1n，解出顶角θ的范围；根据折射定律n1=sinα1sinθ，n2=sinα2sinθ【解答】解：（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：sinC=代入较大的折射率得：C＝45°所以顶角θ的范围为0＜θ＜45°（或θ＜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α1和α2，由折射定律得：n1=sin设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则满足：L1=dcosα1，L2=dcosα联立并代入数据得：ΔL＝14.4mm答：（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，θ的取值范围为0＜θ＜45°；（2）若θ＝37°，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差为14.4mm。【点评】本题借助“超强超短光脉冲产生方法”这一材料来考查光的折射定律和临界角的相关知识，结合几何关系。联立解题。

考点卡片1．平抛运动速度的计算【知识点的认识】1.平抛运动的性质：平抛运动可以看成水平方向上的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动。2.设物体在平抛运动ts后，水平方向上的速度vx＝v0竖直方向上的速度vy＝gt从而可以得到物体的速度为v=3.同理如果知道物体的末速度和运动时间也可以求出平抛运动的初速度。【命题方向】如图所示，小球以6m/s的初速度水平抛出，不计空气阻力，0.8s时到达P点，取g＝10m/s2，则（）A、0.8s内小球下落的高度为4.8mB、0.8s内小球下落的高度为3.2mC、小球到达P点的水平速度为4.8m/sD、小球到达P点的竖直速度为8.0m/s分析：平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据时间求出下降的高度以及竖直方向上的分速度。解答：AB、小球下落的高度h=12gt2C、小球在水平方向上的速度不变，为6m/s。故C错误。D、小球到达P点的竖直速度vy＝gt＝8m/s。故D正确。故选：BD。点评：解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解。【解题思路点拨】做平抛运动的物体，水平方向的速度是恒定的，竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动，满足vy＝gt。2．光沿直线传播及其产生的光现象【知识点的认识】1.光沿直线传播是光学中的一个基本原理，意味着光在均匀介质中传播时，会沿着一条直线前进，不会改变方向。2.这一原理在日常生活中有许多应用和体现，其中最为典型的现象包括：小孔成像、手影游戏、日食和月食等。（1）小孔成像：当光线通过一个小孔时，会在屏幕上形成倒立的实像。这是因为光沿直线传播，通过小孔的光线在屏幕上形成了与物体相反的像。这一现象不仅在科学实验中用来探索光的性质，也在生活中有着广泛的应用，比如摄影和针孔相机。（2）手影游戏：通过手或其他物体挡住光源，会在屏幕上形成各种形状的影子。这是因为手或其他物体挡住了光线，使得光线无法到达屏幕的某些部分，从而形成了影子。手影游戏是一种简单而有趣的活动，通过不同的手势可以创造出各种有趣的影子图案。（3）日食和月食：当地球、月球和太阳大致排成一条直线时，月球挡住了太阳照射到地球上的光线，就会发生日食。相反，当地球位于太阳和月球之间，挡住了射向月球的光线时，就会发生月食。这两种现象都是由于光沿直线传播的原理造成的，是天空中壮观的天文现象。这些现象不仅展示了光沿直线传播的原理，也让我们对光的性质有了更深入的理解。通过观察和分析这些现象，我们可以更好地掌握光学的基本规律，进一步探索光学在其他领域的应用和发展‌。【命题方向】关于光的传播，下列说法正确的是（）A、光只有在空气中才沿直线传播B、光在任何情况下都沿直线传播C、光在玻璃中不是沿直线传播的D、光在同种均匀介质里是沿直线传播的分析：光在同种均匀介质中沿直线传播，介质不同或同种介质但介质不均匀，光不会沿直线传播；解答：光的传播不需要介质，它可以在真空中传播，A选项说法不正确；光在不同的介质中传播速度不同，在真空中传播速度最大，所以光在同种均匀介质中沿直线传播，故D正确BC错误。故选：D。点评：本题考查了光的直线传播的条件，属于基础题．【解题思路点拨】光沿直线传播是光学中的一个基本原理，意味着光在均匀介质中传播时，会沿着一条直线前进，不会改变方向，生活中的小孔成像、影子以及日食和月食都是光沿直线传播的例子。3．光的折射定律【知识点的认识】一、光的折射1．光的折射现象：光射到两种介质的分界面上时，一部分光进入到另一种介质中去，光的传播方向发生改变的现象叫做光的折射。2．光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。3．在折射现象中，光路是可逆的。4．折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫做介质的绝对折射率，简称折射率。表示为n=sin实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比，即n=c大于1，．两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质。5．相对折射率光从介质Ⅰ（折射率为n1、光在此介质中速率为v1）斜射入介质Ⅱ（折射率为n2、光在此介质中的速率为v2）发生折射时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做Ⅱ介质相对Ⅰ介质的相对折射率。用n21表示。n21=Ⅱ介质相对Ⅰ介质的相对折射率又等于Ⅱ介质的折射率n2跟Ⅰ介质的折射率n1之比，即n21=n由以上两式，可得到光的折射定律的一般表达式是：n1sin∠1＝n2sin∠2或n1v1＝n2v2。【命题方向】如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC＝β．从点光源S发出的细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与镜面发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则此棱镜的折射率为（）分析：由题意可知从AC面出射的光线与入射光线SO恰好重合，因此根据光路可逆可知SO的折射光线是垂直于BC的，然后根据折射定律即可求解折射率。解答：作出光路图，依题意可知光垂直BC反射才能从AC面射出后恰好与SO重合，则光在AC面的入射角为90°﹣α，由几何关系可知折射角为：r＝90°﹣β。根据折射定律：n=sin(90°-α)故选：A。点评：解决几何光学问题的关键是根据题意正确画出光路图，然后根据几何关系以及相关物理知识求解。【解题方法点拨】光的折射问题，解题的关键在于正确画出光路图、找出几何关系。解题的一般步骤如下：（1）根据题意正确画出光路图；（2）根据几何知识正确找出角度关系；（3）依光的折射定律列式求解。4．折射率及其测定【知识点的认识】一、光的折射1．折射率：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比，叫做介质的绝对折射率，简称折射率．表示为n=sin实验证明，介质的折射率等于光在真空中与在该介质中的传播速度之比，即n=c大于1，．两种介质相比较，折射率较大的介质叫做光密介质，折射率较小的介质叫做光疏介质．2．相对折射率光从介质Ⅰ（折射率为n1、光在此介质中速率为v1）斜射入介质Ⅱ（折射率为n2、光在此介质中的速率为v2）发生折射时，入射角的正弦跟折射角的正弦之比，叫做Ⅱ介质相对Ⅰ介质的相对折射率．用n21表示．n21=Ⅱ介质相对Ⅰ介质的相对折射率又等于Ⅱ介质的折射率n2跟Ⅰ介质的折射率n1之比，即n21=n由以上两式，可得到光的折射定律的一般表达式是：n1sin∠1＝n2sin∠2或n1v1＝n2v2．【命题方向】一个圆柱形筒，如图所示，直径d＝12cm，高H＝16cm，人眼在筒侧上方某处观察，所见筒左侧的深度为h＝9cm，当筒中装满液体时，则恰能看到筒左侧的最低点。光在真空中传播速度c＝3.0×108m/s。求：（1）此液体的折射率n．（2）光在此液体中的传播速度v。分析：（1）画出光路图，根据几何知识求出入射角正弦和折射角正弦，运用折射定律求出液体的折射率n。（2）根据v=cn求出光在液体中的传播速度解答：（1）光路图如图所示根据几何知识有sinθ1根据折射定律有n（2）光在此液体中的传播速度为v答：（1）此液体的折射率n为43（2）光在此液体中的传播速度v为2.25×108m/s。点评：解决本题的关键是画出光路图，运用几何知识求出入射角正弦和折射角正弦，要掌握折射率的定义式和光速与折射率关系公式。【解题思路点拨】折射率的定义式n=sinθ1sinθ25．折射率的波长表达式和速度表达式【知识点的认识】1.折射率的两种计算方法（1）光的折射定律：n=（2）用光速进行计算：n=c2.对折射率计算公式的理解（l）折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身及入射光的频率决定，与入射角、折射角的大小无关。（2）从公式n=cv看，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率都大于（3）由于n＞1，从公式n=sin【命题方向】如图所示，真空中有一下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率n=2．一束单色光与界面成θ＝45°角斜射到玻璃砖表面上，最后在玻璃砖的右侧面竖直光屏上出现了两个光点A和B，A和B相距h＝2.0cm。已知光在真空中的传播速度c＝3.0×108m/s①该单色光在玻璃砖中的传播速度。②玻璃砖的厚度d。一束光斜射在表面镀反射膜的平行玻璃砖，则反射光线在竖直光屏上出现光点A，而折射光线经反射后再折射在竖直光屏上出现光点B，根据光学的几何关系可由AB两点间距确定CE间距，再由折射定律，得出折射角，最终算出玻璃砖的厚度。解：①由折射率公式n解得v②由折射率公式n解得sinθ2=12，θ2＝作出如图所示的光路，△CDE为等边三角形，四边形ABEC为梯形，CE＝AB＝h．玻璃的厚度d就是边长h的等边三角形的高。故d=答：①该单色光在玻璃砖中的传播速度32②玻璃砖的厚度1.732cm。根据光路可逆及光的反射可得出AC与BE平行，从而确定CE的长度。【知识点的认识】折射率的定义式中n=sinθ1sinθ2的6．全反射的条件、判断和临界角【知识点的认识】1．光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象．2．发生全反射的条件：①光线从光密介质斜射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角．3．临界角：折射角等于90°时的入射角．设光线从某种介质射向真空或空气时的临界角为C，则sinC=1光线从折射率为n1的介质斜射入折射率为n2的介质，（n1＞n2）发生全反射时的临界角为C′，sinC′=n4．光导纤维：主要应用：a．内窥镜；b．光纤通信．【命题方向】题型一：光的全反射及临界角的应用如图所示，用折射率n=2的玻璃做成内径为R、外径为R'（1）球壳内部有光线射出的区域；（2）要使球壳内部没有光线射出，至少用多大的遮光板，如何放置才行？分析：（1）光线射到内球面时，若入射角大于或等于临界角时，会发生全反射，光线将不能射入球壳内部．根据折射定律求出临界角．作出光路图，由几何知识求出光线射到内球面刚好发生全反射时，在外球面的折射角，由数学知识求出球壳内部有光线射出的区域．（2）根据光路图，由几何知识求出遮光板的大小，确定如何放置．解答：（1）设光线a′a射入外球面，沿ab方向射向内球面，刚好发生全反射，则sinC=∴C＝45°在△Oab中，Oa=2R，根据数学知识得sin(180°得到sinr即r＝30°，则∠θ＝C﹣r＝45°﹣30°＝15°又∠O′Oa＝i，由sinisinr=n∴i＝45°即∠O′Ob＝i+θ＝45°+15°＝60°当射向外球面的入射光线的入射角小于i＝45°时，这些光线都会射出内球面．因此，以OO'为中心线，上、下（左、右）各60°的圆锥球壳内有光线射出．（2）由图中可知，h=所以，至少用一个半径为R的遮光板，圆心过OO′轴并垂直该轴放置，才可以挡住射出球壳的全部光线，这时球壳内部将没有光线射出．答：（1）球壳内部有光线射出的区域为以OO′为中心线，上、下（左、右）各60°的圆锥球壳内有光线射出．（2）要使球壳内部没有光线射出，至少用一个半径为R的遮光板，圆心过OO'轴并垂直该轴放置．点评：本题是折射定律、临界角和几何知识的综合应用，作出光路图是基础．【解题思路点拨】解决全反射回题的思路（1）确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。（2）若由光密介质进入光疏介质时，则根据sinC=1（3）根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。（4）运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理，进行动态分析或定量计算。7．光的全反射现象【知识点的认识】1.当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射（totalreflection），这时的入射角叫作临界角（criticalangle）。2.全反射现象再生活中的应用有光导纤维和全反射棱镜等。【命题方向】下列现象中属于光的全反射现象的是（）A、阳光照射存肥皂泡上，常看到肥皂泡上有彩色花纹B、玻璃中的气泡，有时看上去特别明亮C、在阳光下用白纸对着凸镜前后移动时，在一定距离处纸上会出现耀眼的光斑D、飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机突然变得非常明亮分析：当光从光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角时，光线全部反射回原介质的现象叫全反射现象．对照全反射的定义依次分析说明．解答：A、在阳光照射下，常看到肥皂泡上有彩色花纹是由于薄膜干涉现象产生的，故A错误。B、玻璃中的气泡有时看上去特别明亮，是由于光从玻璃射入气泡时发生全反射形成的。故B正确。C、在阳光下用白纸对着凸镜前后移动时，在一定距离处纸上会出现耀眼的光斑，这是光的折射现象。故C错误。D、飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机变得非常明亮，是由于光的反射形成的。故D错误。故选：B。点评：本题关键要掌握各种光现象形成的原因，知道全反射的定义和产生条件．【解题思路点拨】对全反射现象的理解（1）全反射的条件①光由光密介质射向光疏介质②入射角大于或等于临界角。（2）全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光线与反射光线遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用。（3）从能量角度来理解全反射：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，反射光的能量等于入射光的能量。8．光的折射与全反射的综合问题【知识点的认识】1.对全反射的理解光投射到两种介质的界面上会发生反射和折射，入射角和反射角、入射角和折射角的关系分别遵守反射定律和折射定律，当光从光密介质射向光疏介质中时，若入射角等于或者大于临界角会发生全反射现象。2.对临界角的理解光线从介质进入真空或空气，折射角θ2＝90°时，发生全反射，此时的入射角θ1叫临界角C。由1n=sinθ1(介3.综合类问题的解题思路（1）确定光是由光密介质进入光疏介质，还是由光疏介质进入光密介质，并根据sinC=1（2）画出光线发生折射、反射的光路图（全反射问题中关键要画出入射角等于临界角的“临界光路图”）。（3）结合光的反射定律、折射定律及临界角C、几何关系进行分析与计算。【命题方向】用折射率n＝3/2的光学材料制成如图棱镜，用于某种光学仪器中，现有束光线沿MN方向从空气射到棱镜的AB面上，入射角的大小满足关系sini=34，该束光经AB面折射后射到BC面的①求光在棱镜中传播的速率（光在空气中的速度近似为在真空中的速度）②通过计算判断该光束射到P点后能否发生全反射并画出光束在棱镜中的光路图。①根据v=c②根据折射定律求出光线进入棱镜后的折射角，由几何知识求出光线射到BC面上P点的入射角，与临界角大小进行比较，分析能否发生全反射，再作出光路图。解：①光在棱镜中传播的速率为：v=cn=3×10②由折射定律得：n=解得光线在AB面上的折射角为：r＝30°由几何知识得光线在BC面的入射角为：θ＝45°由sinC=1n=23则θ＞C，故光线在BC面上发生全反射，之后垂直AC面射出棱镜画出光路图如图所示。答：①光在棱镜中传播的速率v是2×108m/s。②该光束射到P点后能发生全反射，光束在棱镜中的光路图如图所示。本题要根据折射定律和几何知识，通过计算来研究光路，要注意当光从光密进入光疏介质时要考虑能否发生全反射。【解题思路点拨】（1）解决几何光学问题应先准确画好光路图。（2）用光的全反射条件来判断在某界面是否发生全反射；用折射定律找入射角和折射角的关系。（3）在处理几何光学问题时应充分利用光的可逆性、对称性、相似性等几何关系。9．光的干涉现象【知识点的认识】1.光的干涉现象的发现：光的干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象。1801年，英国物理学家托马斯•杨（1773—1829）在实验室里成功地观察到了光的干涉。2.光的干涉现象的定义：两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象，证实了光具有波动性。3.光的干涉现象的意义：光能发生干涉现象说明光是一种波。【命题方向】下列几种应用或技术中，用到光的干涉原理的是（）A、照相机镜头上的增透膜B、透过羽毛看到白炽灯呈现彩色C、在磨制平面时，检查加工表面的平整度D、在医疗中用X射线进行透视分析：波的干涉则是两列频率完全相同的波相互叠加时，会出现稳定的干涉现象．而波的衍射则是能绕过阻碍物继续向前传播的现象．解答：A、照相机镜头上的增透膜，利用薄膜得到频率相同的两列光波，进行相互叠加，出现干涉现象，故A正确；B、透过羽毛看到白炽灯呈现彩色，这是单缝衍射现象，故B错误；C、在磨制平面时，检查加工表面的平整度，这是利用磨制平面与标准平面形成频率相同的两列光波，相互叠加进行干涉，从而由明暗条纹的平行性，来确定加工表面的平整度，故C正确；D、在医疗中用X射线进行透视，则是利用X射线的穿透性。故D错误；故选：AC。点评：干涉与衍射均是波的特性，稳定的干涉现象必须是频率完全相同，而明显的衍射现象必须是波长比阻碍物尺寸大得多或相差不大．而在干涉图样中，振动加强区位移时大时小．【解题思路点拨】高中阶段主要介绍光的双缝干涉和薄膜干涉，光的干涉现象再生产和生活中都有广泛的应用。10．光的双缝干涉图样【知识点的认识】1.通过双缝干涉实验可以得到一组明暗相间的条纹，这就是光的双缝干涉图样，如下图：2.条纹的特点：除边缘条纹外，单色光的双缝干涉条纹是相互平行、宽度相等、明暗相间的直条纹。【命题方向】如图所示，a、b、c、d四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是（）A、a、b是光的干涉图样B、c、d是光的干涉图样C、形成a图样光的波长比形成b图样光的波长短D、形成c图样光的波长比形成d图样光的波长短分析：干涉条纹的间距是相等的，条纹间距大的光波波长长。解答：干涉图样的条纹等间距，故A正确，B错误；无论是干涉还是衍射，形成的条纹间距大的波长长，故C、D均错误。故选：A。点评：本题考查了干涉图样的特点，条纹间距与光波的波长成正比。【解题思路点拨】区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法（l）根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的，而单缝衍射条纹，中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。（2）根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹的中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。11．根据光程差和波长（或频率）判断某点条纹的明暗【知识点的认识】1.实验装置如下图所示2.单缝屏的作用获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况。如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏（托马斯•杨所处年代没有激光）。3.双缝屏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。4.相邻亮条纹（或暗条纹）间的距离△x与入射光波长λ之间的定量关系推导如下图所示，双缝间距为d，双缝到屏的距离为l。双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0。对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2。在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝r2﹣r1，因d≪l，三角形S1S2M可看作直角三角形。有r2﹣r1＝dsinθ（令∠S2S1M＝θ）又x＝ltanθ≈lsinθ联立可得r2﹣r1＝dx若P处为亮条纹，则dxl=±kλ（k＝0，1，解得x＝±kldλ（k＝0，1，2所以相邻两亮条纹或暗条纹的中心间距Δx=ld5.屏上某处出现亮、暗条纹的条件（1）出现亮条纹的条件：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•λ2（k＝0，1，2，3k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的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）出现暗条纹的条件：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|＝kλ＝（2k﹣1）•λ2（k＝1，2，3k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开。【命题方向】在双缝干涉实验中，用氦氖激光器作光源，其发出的红光频率为4.74×1014Hz，从双缝射出的光的振动情况完全相同，它们到达光屏上某点的路程差为2531.6nm．那么该点将出现怎样的干涉图样？分析：先根据公式c＝λf求出红光的波长，然后判断路程差是半波长的奇数倍还是偶数倍，若是偶数倍即波长的整数倍则出现亮条纹．解答：本题考查双缝干涉实验中出现明暗条纹的