2027新高考物理复习53A版3-14-第十四章　光

第十四章光第1节光的折射全反射第1课时光的折射全反射折射定律折射率T2、4全反射T1、3、5五年高考1.★(2025黑吉辽蒙,3,4分)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1.答案D2.★★(2025广东,4,4分)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.sinB.sinC.sinD.sin2.答案A3.★★★(2025广西,5,4分)如图,在扇形玻璃EOG中,OE⊥OF,可见光分别从E点沿EM、EN射向真空。该玻璃对可见光的折射率为2,则()A.沿EM的光发生全反射,沿EN的光不发生全反射B.沿EM的光不发生全反射,沿EN的光发生全反射C.沿EM、EN的两束光都发生全反射D.沿EM、EN的两束光都不发生全反射3.答案C三年模拟4.★★(2026届广东清远一中、茂名一中月考)某同学买了一个透明水晶球,其内部材料折射率相同,如图甲所示。他测出球的直径为d,现有一束单色光从球上P点射向球内,折射光线与水平直径PQ的夹角θ=30°,出射光线恰好与PQ平行,如图乙所示。已知光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是()A.水晶球的折射率为2B.光在水晶球中的传播时间为3C.仅换用波长更长的单色光,光在水晶球中传播的时间变长D.若逐渐增大射向水晶球表面光的入射角,光可能因发生全反射而无法射出水晶球4.答案B5.★★★(2026届湖南多校联考一)为了装点夜景,常在喷水池水下安装彩灯。如图1所示,水面下有一点光源S,能向各个方向同时发出a、b两种不同颜色的光,在水面上形成一个有光射出的圆形区域。圆形区域的俯视图如图2所示,中间小圆为红、蓝复色光,小圆外侧的环形区域只有a光射出。下列说法正确的是()A.a光为蓝光B.a光的折射率比b光的大C.若光源S上移,环形区域面积变大D.若光源S下移,中间小圆面积变大5.答案D第2课时光路分析五年高考1.★(2025河南,2,4分)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°1.答案B2.★★(多选)(2025四川,9,6分)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行(θ<45°)的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。则()A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,θ可以设定为30°C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为70°D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动2.答案CD3.★★★[2024全国甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=3,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。3.答案2+解析设AC边上入射角为α,折射角为β,在BC边上发生全反射,临界角为C',画出光路图如图所示则n=sinαsin由几何关系知α=β+C'则n=sin联立并代入数据得sinα=2sinα-cosα,即sinα=2+可知hR=sinα=2+4.★★★(2025安徽,13,10分)如图,玻璃砖的横截面是半径为R的半圆,圆心为O点,直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光,从横截面上的P点由空气射入玻璃砖,从Q点射出。已知P点到x轴的距离为22R,P、Q间的距离为3R(1)求玻璃砖的折射率;(2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向,使激光能在圆心O点发生全反射,求入射光线与x轴之间夹角的范围。4.答案(1)2(2)0°<θ≤45°或135°≤θ<180°解题导引解答本题应注意以下关键点:(1)激光在P点入射,根据折射定律计算玻璃砖的折射率;(2)画图分析激光能在圆心O点发生全反射的临界条件。解析(1)画光路图如图1所示,由几何关系可得:α=45°,β=30°则n=sinαsinβ=(2)激光能射到圆心O上,说明入射光线一定沿半径方向射入玻璃砖,画光路图如图2所示。由sinC=1n可得C=45°,由图2可知θ1=45°,θ2=135°设入射光线与x轴之间夹角为θ时可以在O点发生全反射,则0°<θ≤θ1或θ2≤θ<180°即0°<θ≤45°或135°≤θ<180°5.★★★(2025湖北,13,9分)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。5.答案(1)64解题导引本题中三棱镜的横截面为等腰三角形,有助于推导角度,第(2)问中光线在BC边恰好发生全反射,全反射的临界角可以通过角度逆推求解。解析(1)当α=45°时,光路如图1所示,光线在镜面发生反射,由反射定律得θ=α=45°,因为∠C=30°,AC=BC,所以∠A=75°,由几何关系可得∠OO'A=30°,所以光在AB边的入射角γ=60°,由折射定律得n=sinγsinβ,解得折射角的正弦值sin(2)如图2所示,因为光经AB边折射后,到达BC边时恰好发生全反射,则有sinδ=1n=22,解得δ=45°,故∠BDO'=45°,又因为∠B=75°,所以∠BO'D=60°,则β=30°,由折射定律得n=sinγsinβ,解得sinγ=22,则总结归纳解答光路分析问题的关键是寻找角之间的关系,有三角形内角和等于180°,互余、互补,外角和关系,三角函数边求角等。当光从光密介质斜射入光疏介质时必须判断是否发生全反射,否则光路图会出现错误。三年模拟6.★★(2025届河北部分学校模拟)如图甲为水晶透明“平安扣”,由同材质同心环形材料组成,将“平安扣”平放在水平桌面上,过环心的横截面如图乙所示,外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时,经一次折射后,恰好在内环上发生全反射,且从外环上第一次的射出点为Q(图中未画出),并测得圆心角∠POQ=2θ,已知光在真空中的传播速度为c,水晶的折射率为n。细光束在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为()A.2n2RC.2n2R6.答案A7.★★★(2025届河南名校联考三)如图甲,球冠(不含底面)的表面积为S=2πRh(其中h为球冠高度,R为球体半径)。如图乙是半球体过球心O的一个截面,用平行激光束垂直照射整个半球体底面,发现半球体球面发光面积占整个半球面的2-32,折射的同时不考虑反射,则该半球体对激光束的折射率为A.43B.53C.37.答案D8.★★★(2026届安徽合肥八中开学考)如图所示,阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面,AC为一半径为R的14圆弧,D为圆弧的圆心,ABCD构成正方形。在B处有一单色点光源,上述材料对该单色光的折射率为n=2。已知真空中光速为c,若只考虑首次从点光源直接射向AC的光线,求(1)该单色光从B处射出到达D点所用的时间;(2)从点光源射向AC的光中,有一部分不能从AC直接射出,这部分光射在AC上的弧长。8.答案(1)(3-2解析(1)根据折射率与速度的关系n=cv,解得v=光从B处射出到达D点的光路如图所示光在元件中传播的时间t1=(2-光在空气中传播的时间t2=R则t=t1+t2=((2)设从光源发出的光在E点恰好发生全反射,如图所示,则n=1sin∠1,∠根据正弦定理有2Rsin故∠1=45°,∠2=135°,∠3=30°,∠EDB=180°-∠2-∠3=15°不能从AC直接射出的这部光在AC上的弧长b=90°-2创新风向·数理结合巧用几何知识分析非常规透明介质情境中的光学问题(2025山东,15,8分)由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示,器件下表面圆弧以O点为圆心,上表面圆弧以O'点为圆心,两圆弧的半径及O、O'两点间距离均为R,点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与OO'平行,到OO'的距离均为910R(1)B点与OO'的距离为32R,单色光线从B点平行于OO'射入介质,射出后恰好经过O'点,求介质对该单色光的折射率(2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质,并垂直CH射出,出射点在GE的延长线上,E点在OO'上,O'、E两点间的距离为22R,空气中的光速为c,求该光在介质中的传播时间t答案(1)3(2)19解析(1)如图,连接O、B作过B点的法线,从B点向OO'作垂线BN,在△OBN和△O'BN中,根据BN=32R、OB=R∠OBN=30°,∠BON=60°,ON=12OB=OO'=R,则∠OBO'=12∠BON=30射入B点的光线平行于OO',故入射角i=∠BON=60°折射角r=∠OBO'=30°得折射率n=sinisin(2)设G、E的连线与上表面圆弧的交点为M,过M作法线O'M,如图所示光线GM的延长线垂直于OO',O'E=22又O'M=R,可知ME=22光线GM在上表面圆弧上的入射角α=45°从介质中射入空气的全反射临界角的正弦值sinC=1n=13<12=sin故45°>C,光在M点发生全反射,然后在下表面圆弧发生两次全反射,在上表面圆弧再发生一次全反射,最后垂直CH射出介质,在介质中的总路程s=2×910R+光在介质中传播的速度v=cn=光在介质中传播的时间t=sv=第2节光的波动性光的干涉现象T4、5、6、7、8、9、10光的衍射和偏振现象T1、2、3五年高考1.★(2025北京,2,3分)下列现象属于光的衍射的是()A.雨后天空出现彩虹B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色D.水中的气泡看上去特别明亮1.答案B2.★(2024江苏,2,4分)用观看立体电影的特制眼镜观察手机液晶屏幕上的图片,透过左镜片的图片明亮、右镜片的灰暗。旋转手机屏幕90°后,透过两镜片的图片()A.均变明亮B.均变灰暗C.亮度均无变化D.左镜片的变暗,右镜片的变亮2.答案D3.★(2024黑吉辽,4,4分)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.答案A4.★★(2024山东,4,3分)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4.答案C5.★★★(多选)(2024广西,9,6分)如图,S为单色光源,S发出的光一部分直接照在光屏上,一部分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的,由此形成了两个相干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l,a≪l,镜面与光屏垂直,单色光波长为λ。下列说法正确的是()A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为l2B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为laC.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中,此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中,光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx,则该液体的折射率为l25.答案AD6.★★★(多选)(2025陕晋青宁,9,6分)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6.答案BC三年模拟7.★★(2026届湖南多校联考)如图所示,把一个上表面为平面、下表面为球面的凸透镜放在水平玻璃板上。现用单色光垂直于透镜的上表面向下照射,从上向下观察,可以看到一系列明暗相间的同心圆环状条纹,这些同心圆环状条纹叫作牛顿环。下列说法正确的是()A.这属于光的干涉,增大玻璃板和透镜的距离,发现条纹向外移动B.条纹是由凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的C.条纹是由凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的D.单色光的波长增大,相应条纹间距保持不变7.答案B8.★★(多选)(2026届福建泉州十校期末)附有肥皂液膜的铁丝圈竖直放置,从上到下液膜厚度增加得越来越快,如图所示为液膜侧视图,用某单色光从左侧照射液膜,在左侧观察到明暗相间的干涉条纹,已知该单色光在液膜中的波长为λ,则下面说法正确的是()A.干涉条纹的分布上下均匀B.干涉条纹的分布上疏下密C.相邻两亮条纹处对应的液膜厚度之差是12D.相邻两亮条纹处对应的液膜厚度之差是λ8.答案BC9.★★★(2025届湖南长沙名校联盟联考三)如图所示,通过光学仪器可以测量金属的热膨胀系数,将待测圆柱形金属样品置于水平的实验平台上,样品的上底面水平放置一平整的玻璃板A,将另一平整的薄玻璃板B固定于样品正上方,且与水平方向成一非常小的夹角。用平行单色光沿竖直方向照射薄玻璃板B,在薄玻璃板B上出现了水平方向的明暗相间的条纹。下列说法正确的是()A.产生明暗相间的条纹是因为光的折射现象B.条纹出现在玻璃板B的上表面C.温度略微升高,条纹将向左侧移动D.介质对单色光的折射率越大,单色光产生的条纹间距越小9.答案D10.★★★(2025届山东大教育联盟模拟)一束在真空中波长为660nm的红光垂直照射在竖直放置的肥皂膜上,肥皂膜对该光的折射率为1.5。由于重力作用,肥皂膜形成上薄下厚的楔形结构。已知光由空气射向肥皂膜时,反射光会存在半波损失,致使在肥皂膜表面两束相干光传播路程之差为kλ膜(λ膜为光在肥皂膜中的波长,k=0,1,2,…)处为暗条纹。若观察到肥皂膜上某处出现了亮条纹,则该处的膜厚度可能为()A.165nmB.220nmC.495nmD.550nm10.答案D创新风向·模块融合双缝干涉与偏振现象的综合应用(2025山东,3,3分)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,亮度增大答案A实验15测量玻璃的折射率1.(2025上海,3)物理兴趣小组在用插针法做“测量玻璃的折射率”实验时,某同学先在平行玻璃砖的一侧将两个大头针竖直插入a、b两处,然后从c处一侧观察,将第三个大头针插入c处时,遮住a、b两处的大头针;再将第四个大头针插入d处时,应遮住处的大头针,依据图中所标数据,可得出该玻璃的折射率为。

1.答案a、b、csin解析由题图玻璃砖折射光路图可得将第四个大头针插入d处时,应把前三个大头针都遮住,根据光的折射定律,可知该玻璃的折射率为sinθ2.(2024浙江6月,16-Ⅲ,3分)如图所示,用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。①在白纸上画一条直线ab,并画出其垂线cd,交于O点;②将侧面A沿ab放置,并确定侧面B的位置ef;③在cd上竖直插上大头针P1和P2,从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2,插上大头针P3,要求P3能挡住(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像;

④确定出射光线的位置(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针;

⑤撤去玻璃砖和大头针,测得出射光线与直线ef的夹角为α,则玻璃砖折射率n=。

2.答案③P1和P2④不需要⑤cos解析③P3如果挡住P1和P2的像,说明经过P1和P2的光线也经过P3,只有这样才能通过P3确定出射光线。④如图所示,光线垂直ab射入玻璃砖时不改变传播方向,P1和P2的连线与ef的交点O'为此光线在玻璃砖与空气界面发生折射时的出射点,连接P3与O'可得出射光线,所以不需要第四枚大头针确定出射光线的位置。⑤由几何关系可得玻璃砖的折射率n=sinπ2-3.(2024安徽,11,6分)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。(1)为测量玻璃的折射率,按图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是。(填正确答案标号)

A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射点O2C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿光,如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关,频率大,折射率(填“大”或“小”)。

(3)为探究折射率与介质材料的关系,用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质,如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1,测得折射角分别为α2、α3(α2<α3),则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明:对于一定频率的光,折射率与介质材料有关。

3.答案(1)B(2)大(3)>解析(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个长边与a对齐,用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a',A错误;B选项表述正确;为了减小实验误差,实验时应使入射角θ1尽量大一些,C错误。(2)由题图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n=sinαsinβ,可知绿光的折射率大于红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,(3)根据折射定律可知,玻璃的折射率为n玻璃=sinα1sinα2,该介质的折射率为n介质=sinα1sinα3,其中α2实验16用双缝干涉测量光的波长1.(多选)(2024江西,9,6分)某同学用普通光源进行双缝干涉测光的波长实验。下列说法正确的是()A.光具座上依次摆放光源、透镜、滤光片、双缝、单缝、遮光筒、测量头等元件B.透镜的作用是使光更集中C.单缝的作用是获得线光源D.双缝间距越小,测量头中观察到的条纹数目越多1.答案BC2.[2025北京,15(2)]用双缝干涉实验测量光的波长的实验装置如图1所示。①双缝应该放置在图1中处(填“A”或“B”)。

②分划板中心刻线与某亮纹中心对齐时,手轮上的示数如图2所示,读数为mm。

2.答案①B②3.185(3.184、3.186也正确)解析①双缝应置于单缝之后,故双缝应放在B处;②手轮上的读数为3mm+18.5×0.01mm=3.185mm。3.[2022海南,14(1),4分]用双缝干涉实