第46讲 光学（复习讲义）（安徽专用）（学生版）

第46讲光学目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 202体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一光的折射和全反射 4知识点1折射定律和折射率4知识点2全反射及其应用 5考向1折射率的计算 5考向2全反射的理解及应用 7考点二光的色散现象 8知识点1平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 8知识点2光的色散 8考向平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)的光路 9考点三光的干涉 10知识点1光的干涉及条件 10知识点2双缝干涉 11知识点3薄膜干涉的理解和应用 11考向干涉的理解 12考点四光的衍射、偏振现象 12知识点1光的衍射 12知识点2光的偏振 13考向光的衍射、偏振 1304真题溯源·考向感知 14

考点要求考频2025年2024年2023年（1）折射定律（2）全反射（3）干涉、衍射理解高频2025•安徽T132023•天津T4考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：高考对光的折射全反射的考查很频繁，大多以选择题中出现近两年也在计算题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础，但也不排除个别年份题目较难，干涉、衍射等偶尔出现3.备考建议：本讲内容备考时候，注意理解和掌握折射定律、全反射及应用，对折射率公式、全反射临界角的理解要求深入到位且能熟练应用。4.命题情境：①生活实践类：水中物体“变浅”/筷子“弯折”，水面反光与水下视野，彩虹的形成，宝石（钻石）的“闪耀；②学习探究类：光纤通信，内窥镜（医疗/工业），折射率测定仪（如阿贝折射仪）。5.常用方法：作图法复习目标：1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律。2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算3.知道不同颜色光的衍射和干涉区别考点一光的折射定律及折射率知识点1折射定律和折射率1．光的反射现象与折射现象一般来说，光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射；另一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射。2．折射定律(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常数。(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。3．折射率(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。(2)物理意义：折射率反映介质的光学特性，折射率大，说明光线以相同入射角从真空斜射入该介质时偏折的角度大，反之偏折的角度小。(3)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，不能说n与sinθ1成正比、与sinθ2成反比，对于确定的某种介质而言，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定。(4)光在不同介质中的传播速度不同；某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。由于c>v，故任何介质的折射率都大于1。4．光密介质与光疏介质(1)光密介质：折射率较大的介质。(2)光疏介质：折射率较小的介质。(3)光密介质与光疏介质是相对的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。知识点2全反射及其应用1.条件：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角等于或大于临界角。2.现象：折射光完全消失，只剩下反射光。3.临界角：折射角等于90°时的入射角。光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sinC＝eq\f(1,n)。4．全反射的有关现象海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不能照亮整个水面等。5．全反射的应用(1)全反射棱镜：用来改变光的方向。(2)光导纤维(简称光纤)①结构：是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反射。考向1折射率的计算例1（2025·安徽阜阳一中&三中·二模）如图所示为某柱状光学元件的横截面，左侧为半圆形，半径为R，圆心为O，右侧为直角三角形，。一束单色光在截面内从圆弧面上的E点平行于方向以入射角射入该光学元件，已知该光学元件的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑元件内的多次反射，则光线在元件内的传播时间为（）A． B． C． D．【变式训练1】（24-25高三下·安徽淮北一中·模拟）如图所示，是一个玻璃砖的截面图，AB是半圆的直径，O是圆心也是AB与ED的交点，ABGF是直角梯形，ED⊥BC，∠F=∠G=90°，∠ABC=30°，半圆的半径为R，AF=2R，有一束细光束从半圆面的E点处入射，入射角是=60°，已知该玻璃砖的折射率，光在真空中的速度为c。（1）光线第一次从玻璃砖射出时与玻璃砖的夹角是多少？（2）光从入射到第一次射出玻璃砖在玻璃砖中传播的时间是多少？【变式训练2】．（24-25高三下·安徽合肥A10联盟·最后一卷模拟预测）如图所示，半径为的球面凹面镜内注有透明液体，将其静置在水平桌面上，液体中心的厚度为。一束单色激光自中心轴上的处以的入射角射向液面处，其折射光经凹面镜反射后恰好沿原路返回。已知A、C两点将半径三等分，光在空气中的传播速度为。求：(1)液体的折射率；(2)激光从点射出至回到点经历的时间。考向2全反射的理解及应用例2．（24-25高三上·安徽多校·大联考）频率不同、强度相同的两束激光分别从空气沿半径方向射入相同的透明半圆形玻璃砖，经玻璃砖反射和折射后光路如图，下列说法正确的是（）A．A光束光子的能量大于B光束光子的能量B．B光束在玻璃砖中的传播速度大于A光束在玻璃砖内的传播速度C．B光束的折射率为D．A光束和B光束分别通过同一双缝干涉装置，A光束产生的干涉条纹间距大【变式训练1】（24-25高三·安徽A10联盟·模拟预测）如图所示，半径为R的四分之一圆AOB为某玻璃砖的截面，一束单色光垂直照射到OA面上某点，光进入玻璃砖经AB面两次全反射刚好垂直OB射出，光在玻璃砖内传播的时间为，c为光在真空中传播的速度。已知，，求：(1)玻璃砖对光的折射率；(2)保持光的入射方向不变，将入射点下移，不考虑光在OB面上的反射，则至少下移多少距离，光可以从AB面射出。【变式训练2】（24-25高三下·安徽合肥一中·素养拓展训练4）如图所示，截面为直角三角形ABC，∠B=30°，斜边AB=a。棱镜材料的折射率为，。在此截面所在的平面内，一条光线在距A点为处的M点垂直AC射入棱镜，不考虑光线沿原路返回的情况，光线从玻璃砖的BC边射出。求：(1)光从棱镜射出时的折射角；(2)光从棱镜射出时的射出点距B多远。考点二光的色散现象知识点1平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制类别平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向知识点2光的色散(1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。(2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小；对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。(3)各种色光的比较分析颜色红橙黄绿青蓝紫频率ν低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中的速度大→小同一介质中的波长大→小通过同一棱镜的偏折角小→大同一介质中的临界角大→小同一装置的双缝干涉条纹间距大→小考向平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)的光路例1（24-25高三下·安徽合肥一中·保温卷）实验室中有一横截面为直角三角形的玻璃砖，如图甲所示为该玻璃砖的截面ABC，∠ABC=30°，AB⊥AC，一束单色光从AC面上的某点垂直于AC面射入，在BC边发生全反射后从AB边射出，出射光线与AB边成45°角，光在真空中的传播速度c=3×108m/s。(1)请在甲图中画出入射光线在玻璃砖中传播的大致光路图并求该玻璃砖的折射率（计算结果保留根式）；(2)若取用上述玻璃制成截面如图乙所示的三棱镜△ABC，∠A=60°、∠B=45°。一束平行于BC边的同种单色光从AB边的中点O射入三棱镜，经AB界面折射后从AC边O′点（图中未画出）射出。已知AB边长，求光束在AC界面发生折射后的折射角和光束在三棱镜中从O传播至O′的时间。【变式训练1】如图所示，圆柱形玻璃砖静止放置在水平面上，AB是截面圆的竖直直径，一束单色光从A点以与竖直方向成60°角的方向射入玻璃砖，从C点射出玻璃砖，并射在地面上的D点。已知光线CD与地面垂直，B、D间的距离为d，光在真空中的传播速度为c。则光从A点传播到C点所用时间为（）A． B． C． D．【变式训练2】（24-25高三下·安徽六安一中·学业水平考试）如图所示长方体玻璃砖，长AB为，宽与高均为。AB边上有一单色光源S。该单色光相对于玻璃的折射率为，当右侧面恰好全部都有光线射出时：（1）光源S离B点的距离是多少；（2）左侧面有光线射出的面积是多少。考点三光的干涉知识点1光的干涉及条件1．定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹；某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。2．条件：(1)两束光的频率相同；(2)相位差恒定。知识点2双缝干涉(1)图样特点①单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。(2)条纹间距(Δx)①意义：相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离。②公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。注意各量的意义：λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝间距离。知识点3薄膜干涉的理解和应用(1)形成：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。(2)亮、暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。(3)应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。考向干涉的理解例1（2025·安徽阜阳临泉田家炳实验中学·三模）研究光的干涉现象的原理图如图所示。光源S到双缝S1、S2的距离相等，S1、S2连线平行于光屏，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的单色光，在空气中的波长为λ，经S1、S2传播到光屏上的P点，S1P垂直于光屏，P为某亮条纹中心，O、P之间还有4条亮条纹。现紧贴S1放置一厚度d=10λ的玻璃薄片，光从S1垂直穿过玻璃薄片传播到P点的时间与光从S2直接传播到P点的时间相等。已知光在空气中的速度为c，不考虑光在玻璃薄片内的反射，则（）A．未加玻璃薄片时，光从S1、S2传播到P点的时间差为B．玻璃薄片对该单色光的折射率为1.4C．光在玻璃薄片中的波长为D．光在玻璃薄片中的传播速度为c【变式训练】（2025·安徽蚌埠·二模）如图，波长为的单色光，照射到间距为的双缝上，双缝到屏的距离为，屏上观察到明暗相间的条纹。现将屏向右平移一点到虚线位置，则屏上两相邻亮条纹中心的间距（）A．变大 B．变小 C．不变 D．不能确定考点四光的衍射、偏振现象知识点1光的衍射1．明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。2．三类常见衍射现象3.单缝衍射和圆孔衍射图样的比较单缝衍射圆孔衍射单色光中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小白光中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环特别提醒特别提醒对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。知识点2光的偏振1.偏振：光波只沿某一特定的方向振动。2．自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。3．偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。4.偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。考向光的衍射、偏振例1（24-25高三下·安徽合肥一中·素养拓展