高考物理专题复习 第13讲　光学

6/6第13讲光学1.（2024·江苏高考6题）现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图所示（β1＜β2），已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则（）A.甲溶液折射率较大B.甲溶液的NaCl浓度较小C.光在甲溶液中的传播速度较大D.光在甲中发生全反射的临界角较大2.（2024·吉林高考4题）某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是（）A.换用更粗的头发丝B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离3.（2024·海南高考4题）如图为一截面为正三角形OPQ的玻璃砖，某束光线垂直侧面OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率为（）A.2 B.3C.233 D4.（2024·广东高考6题）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（）A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大5.（2024·福建高考10题）一束光以入射角i（i＞0）射入透镜，遇反射膜反射，垂直射到反射膜则原路返回成为激光，如图所示。将蓝绿两条光束以相同入射角射入透镜，已知透镜对蓝光折射率大于绿光，则透镜中蓝光折射角（填“大于”“等于”或“小于”）绿光，若此时激光为蓝光，要变为绿光，则（填“顺时针”或“逆时针”）改变入射角。考点一光的折射和全反射1.求解折射率的三个公式（1）n12＝sin（2）n＝cv（3）n＝1sin2.折射率的理解（1）折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。（2）光密介质指两种介质相对而言折射率大的介质，而不是指密度大的介质。（3）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。3.求解光的折射和全反射问题的思路（1）根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。（2）利用几何关系确定光路中的边、角关系。（3）利用折射定律等公式求解。（4）注意折射现象中光路的可逆性。【例1】（2024·山西太原模拟）高压汞灯，UV光刻机的紫外光源，它可以产生的波长分别为365nm、404nm、436nm、546nm和579nm五条尖锐的光谱线，但这些光中只有h线（404nm）是光刻机所需要的。高压汞灯辐射的光通过图中的三棱镜分离后形成a、b、c、d、e五束，其中适合UV光刻机的是（）A.a B.bC.d D.e尝试解答【例2】（2024·山东济宁三模）五一假期济宁太白湖公园的湖水里安装了一批圆形线状光源，将该光源水平放置于湖水下方710m处，该光源发出红光时，可在水面上观察到红色亮环，如图所示。已知水对红光的折射率为43，则亮环的宽度d为（A.0.3m B.0.4mC.0.5m D.0.6m尝试解答【例3】（多选）（2024·甘肃高考10题）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（）A.该材料对红光的折射率为3B.若θ＝45°，光线c消失C.若入射光a变为白光，光线b为白光D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直尝试解答【例4】（2024·山东高考15题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。（1）求sinθ；（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。尝试解答考点二光的干涉、衍射和偏振1.光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉（油膜、空气膜、增透膜、牛顿环）。2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较双缝干涉单缝衍射发生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小（明显衍射现象）图样不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗与光的偏振的区别干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波【例5】（2024·山东高考4题）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是（）A.滚珠b、c均合格B.滚珠b、c均不合格C.滚珠b合格，滚珠c不合格D.滚珠b不合格，滚珠c合格尝试解答【例6】（多选）（2024·湖南高考9题）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是（）A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动尝试解答薄膜干涉中条纹间距公式的应用光线在空气膜的上、下表面处反射，并发生干涉，从而形成干涉条纹。设空气膜顶角为θ，Δl为两相邻亮条纹的间距，如图所示。两处光的路程差分别为δ1＝2d1，δ2＝2d2。因为δ2－δ1＝λ，所以d2－d1＝λ2。由几何关系可得d2－d1Δl＝tanθ，即Δl＝λ2tanθ。【典例1】（2024·山东泰安一模）利用薄膜干涉可以测量圆柱形金属丝的直径。已知待测金属丝与标准圆柱形金属丝的直径相差很小（约为微米量级），实验装置如图甲所示，T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻明条纹的间距为ΔL，则以下说法正确的是（）A.｜D－D0｜＝λΔLL B.｜D－DC.｜D－D0｜＝2LλΔL D.｜D－尝试解答【典例2】（2024·山东烟台二模）如图所示，将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上，从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜，玻璃板的一边沿x方向，用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板，观察到的干涉条纹形状可能正确的是（）尝试解答

第13讲光学【试做·高考真题】1.A2.A相邻亮条纹中心间距公式Δx＝Ld换用更粗的头发丝，则双缝间距d增大Δx变小A正确换用红色激光照射双缝，即光的波长λ增大Δx变大B错误增大纸板与墙面的距离，即L增大Δx变大C错误减小光源与纸板的距离Δx不变D错误3.C全反射临界角公式：sin60°＝1n⇒n＝2334.B红光的频率比绿光的频率小，则在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率，在MN面，入射角相同，根据折射定律n＝sinθsinα，可知绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误；根据全反射临界角公式sinC＝1n可知红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移过程中，在NP面的入射角首先达到红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；在MN面，光是从光疏介质到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；根据折射定律n＝sinθsinα可知θ逐渐减小时，5.小于顺时针解析：由光的折射定律可知，光的频率越大，透镜对该光的折射率越大，则蓝绿两条光束以相同入射角射入透镜，蓝光折射角小于绿光折射角；如图所示，若要让绿光的折射光线垂直于反射膜，需要减小绿光的折射角，因此应顺时针改变入射角。【洞悉·高频考点】考点一【例1】C根据折射率的定义式有n＝sinθ空气sinθ介质，由图可知，五束光在空气中的入射角相等，a、b、c、d、e五束光在介质中的折射角依次减小，可知na＜nb＜nc＜nd＜ne，折射率越大，波长越小，则有λa＞λb＞λc＞λd＞λe，由于只有h线（404nm）是光刻机所需要的，根据题中给出的五条尖锐的光谱线的波长大小关系，可知，【例2】D发生全反射的光路如图所示，光线照射到水面时临界角满足sinC＝1n＝34，由三角函数关系可知tanC＝37，亮环的宽度d＝2htanC＝0.6m，【例3】ABC根据几何关系可知，当入射角θ＝30°时，折射角β＝90°－θ＝60°，如图所示，根据折射定律可得n＝sinβsinθ＝3，A正确；根据全反射临界角公式可知sinC＝1n＝33，由于sin45°＝22＞33，则45°＞C，因此θ＝45°时，光在O点发生全反射，光线c消失，B正确；光在界面处发生反射时，不改变光的颜色，则入射光的颜色与反射光的颜色相同，C正确；若入射光a变为紫光，则折射角增大，反射角不变，光线b【例4】（1）0.75（2）0解析：（1）设光在三棱镜中的折射角为α，则根据折射定律有n＝sin根据几何关系可得α＝30°代入数据解得sinθ＝0.75。（2）作出单色光线第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图，则由几何关系可知FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有sinC＝1设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有l＝RsinC又xPE＝R联立解得xPE＝23故光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为0，考点二【例5】C单色平行光垂直照射平板玻璃，上、下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块平板玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格，C正确。【例6】BC作出S关于平面镜对称的点S'，如图1所示，则S和S'相当于双缝干涉实验中的双缝，若沿AO向左略微平移平面镜，则双缝间距减小，双缝到屏的距离增大，结合双缝干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知条纹间距增大，干涉条纹移动，A错误；若沿OA向右略微平移平面镜，则双缝间距d增大，双缝到屏的距离l减小，结合双缝干涉条纹间距公式Δx＝ldλ可知条纹间距减小，B正确；若θ＝0°，作出S关于平面镜对称的点S″，如图2所示，可知无论是沿OA向右略微平移平面镜，还是沿AO向左略微平移平面镜，S和S″的位置均不变，则干涉条纹不移动，条纹间距不变，C正确，【培优·提能加餐】【典例1】D设两个具有标准平面的玻璃平晶之间的夹角为θ，薄膜干涉原理如图所示，由题设条件，则有tanθ＝｜D－D0｜L，由空气薄膜干涉的条件，有2