第12讲　光学-高考物理二轮复习（含答案）

第第页第12讲光学-高考物理二轮复习1．如图，利用液导激光技术加工器件时，激光在液束流与气体界面发生全反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流，甲的折射率比乙的大，则（）A．激光在甲中的频率大 B．激光在乙中的频率大C．用甲时全反射临界角大 D．用乙时全反射临界角大2．如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为α的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为β，该折射率为（）A．sin（α＋β）sinα B．C．sinαsinβ D．3．用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO'轴对称，光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧，单色平行光沿OO'轴方向入射在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片P2置于双缝右侧，P1、P2透振方向平行。保持P1不动，将P2绕OO'轴转动90°的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法正确的是（）A．条纹间距不变，亮度减小 B．条纹间距增大，亮度不变C．条纹间距减小，亮度减小 D．条纹间距不变，亮度增大考情分析：本讲内容在高考中多以选择题形式呈现，有的也以计算题形式呈现，中低难度，重点考查光的折射定律和全反射规律、光的干涉、衍射及偏振等规律的应用问题。考点一光的折射和全反射1.求解光的折射、全反射问题的四点注意（1）光密介质和光疏介质是相对而言的。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。（2）如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。（3）当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。（4）准确作出光路图，充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、全等三角形等，仔细分析光传播过程中的几何关系。2.求解光的折射、全反射问题的两个关键点【例1】4．折射率为2的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为45°，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆柱内的反射）（）A．0° B．15° C．30° D．45°【例2】5．如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，AC＝BC，∠C＝30°，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为α，O点离A点足够近，已知三棱镜的折射率为2。（1）若α＝45°，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。（2）若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的α值。【例3】6．如图所示，一半径R＝0.5m的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO'是过球心O、与半球截面垂直的直线。有一束单色光平行于OO'从A点射入玻璃，从B点射出玻璃后交OO'于C点，已知OA＝R2，BO＝BC①，光在真空中的传播速度为c（1）玻璃的折射率；（2）若不改变光的入射方向，仅将入射点A向左平移，移到A'点（图中未画出）时，在圆弧面上刚好没有光线射出②，求OA'的长度是多少m？当移到A'时，在圆弧面恰好发生全反射，有sinC＝1又由几何关系可知sinC＝OA联立解得OA'＝33R＝3审题指导：信息提取信息加工简化情景，建构模型，画出光路图有一束单色光平行于OO'从A点射入玻璃，从B点射出玻璃后交OO'于C点，已知OA＝R2，BO＝BC计算入射角和折射角，得出折射率在圆弧面上刚好没有光线射出②发生全反射，根据几何知识sinC＝OA'R，求出OA'方法技巧解答光的折射和全反射问题的“三个技巧”（1）解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件：①光必须从光密介质射入光疏介质；②入射角必须大于或等于临界角。（2）利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。（3）利用好光的反射、折射和全反射现象中光路可逆的性质。考点二光的干涉、衍射和偏振光的双缝干涉、单缝衍射和光的偏振的比较项目条件说明光的干涉两列光的频率相等，相位差恒定，振动方向相同条纹间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹，条纹间距Δx＝ld光的衍射明显条件：障碍物或狭缝的尺寸足够小条纹宽度和间隔不均匀，亮度不均匀，中央亮条纹最宽最亮光的偏振光波只沿某一特定方向传播自然光通过偏振片产生偏振光；自然光发生反射和折射可以成为部分偏振光或完全偏振光。纵波没有偏振现象，光的偏振现象说明光是一种横波【例4】7．关于生活中的光现象，下列说法正确的是（）A．立体电影能够为观众提供三维立体的视觉体验，利用了光的衍射B．如图所示，利用薄膜干涉检查平面的平整度，被检查平面有凹坑C．激光测距仪能够提供毫米级的精确测量，是利用了激光相干性好的特点D．阳光下的肥皂泡呈现彩色花纹，是光的折射引起的【例5】8．在双缝干涉实验中，某实验小组用波长为440nm的蓝色激光和波长为660nm的红色激光组成的复合光垂直照射双缝，双缝间距为0.5mm，双缝到屏的距离为500mm，则屏上（）A．蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹B．蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小C．距中央亮条纹中心1.32mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠D．距中央亮条纹中心1.98mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠【例6】9．柔软的耳机线中有粗细均匀的细铜丝，这种细铜丝的加工要求非常高。工厂中利用图示装置，用激光器照射细铜丝，对抽丝过程实施自动控制，则光屏上的图像可能是（）A． B．C． D．考点三几何光学与物理光学的综合1.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大2.对光的色散的理解（1）在同一介质中，不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。（2）由n＝cv、n＝λ0λ【例7】10．《阳燧倒影》中记载的“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光射向截面为半圆形玻璃砖的中心O，有a、b两束单色光分别沿半径方向射出。下列说法正确的是（）A．真空中a光光子能量小于b光光子能量B．真空中a光光子动量大于b光光子动量C．a光在玻璃砖中传播时间大于b光在玻璃砖中传播时间D．a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距11．牛顿在剑桥大学读书时，对光的颜色问题颇感兴趣，于是在1664年初做了一个三角形玻璃棱镜，对太阳光进行了实验研究。牛顿的实验如图甲所示，太阳光通过三角形玻璃棱镜后，在光屏上形成一条彩色的光带。图乙为其中一种单色光在三角形玻璃棱镜中传播的情况，角A为棱镜顶角，θ称为偏向角。下列说法正确的是（）A．根据牛顿的实验可知，同种介质对不同波长的光的折射率不同B．折射率越大，偏向角θ越小C．偏向角θ与棱镜顶角A无关D．入射角i3越大，折射角i4越大，所以光一定能够在图乙中棱镜右侧表面发生全反射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。如图所示，设空气膜顶角为θ，Δl为两相邻亮条纹的间距，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【典例1】12．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．【典例2】13．G1、G2为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行，检测员用一块标准的平行透明平板T压在G1、G2的上方，T与G1、G2之间分别形成尖劈形空气层，如图所示。G1、G2的上表面与平板T之间的夹角分别为α和β，P为平板T上表面上的一点。用单色光从上方照射平板T，G1、G2的上方都能观察到明显的干涉条纹，下列说法正确的是（）A．若α＝β，则G1上方的干涉条纹间距大于G2上方的干涉条纹间距B．若α＞β，则G1上方的干涉条纹间距小于G2上方的干涉条纹间距C．若将G1、G2的间距缩短些，则G1上方的干涉条纹分布变得更稀疏D．若在P处用较小的力下压平板T，则G1上方的干涉条纹分布变密

答案解析部分1．【答案】D2．【答案】A3．【答案】A4．【答案】B5．【答案】（1）作出光路图如图所示由三角形内角和为180°和等腰三角形特点可知∠BAC＝75°，由几何关系可知光线从AB边射入棱镜时的入射角i＝90°－[75°－（90°－α）]＝105°－α当α＝45°时，i＝60°根据折射定律n＝sinisinrsinr＝6（2）由（1）问图可知光线在BC边的入射角为β＝90°－[180°－75°－（90°－r）]＝75°－r，由于光线在BC边恰好发生全反射，由发生全反射的临界角公式有sinC0＝1n＝22，即C则当光线在BC边恰好发生全反射时，β＝C0，即r＝30°根据折射定律，该情况下光线从AB边射入棱镜时入射角的正弦值为sini＝22，即i结