2027新高考物理复习53A版1-第十四章 光

专题十四光考点1光的折射全反射考向1光的折射折射率4.(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.sin(α+C.sinαsinβ答案A解析如图,单色光从玻璃内射出时,入射角为α,折射角为α+β,根据折射定律,可得n=sin(α易错警示入射角与折射角是光线与法线之间的夹角。2.(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°答案B解析作出光路如图,在射入点A发生折射,折射角r1满足sin45°sinr1=n=2,得r1=30°,在射出点B的折射角r2=45°,由几何关系知,出射光线与竖直方向的夹角为考向2全反射3.(2025湖南,3,4分)如图,ABC为半圆柱体透明介质的横截面,AC为直径,B为ABC的中点。真空中一束单色光从AC边射入介质,入射点为A点,折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射,下列说法正确的是()A.入射角θ小于45°B.该介质折射率大于2C.增大入射角,该单色光在BC上可能发生全反射D.减小入射角,该单色光在AB上可能发生全反射答案D审题指导全反射发生的两个条件:1.光从光密介质射入光疏介质;2.介质中的入射角大于等于临界角。解析如图所示,由题意知在A点处折射角为45°,则入射角θ大于45°,在B点没有发生全反射,说明发生全反射的临界角C>45°,由sinC=1n,得n<2,A、B错误;增大入射角θ,光在A点的折射角也增大,折射光线与圆弧面的交点将移动到BC之间并向C点靠近,在圆弧面上的入射角越来越小,不可能发生全反射,C错误;减小入射角θ,光在A点处的折射角也减小,在圆弧面上的入射角增大,当大于等于临界角时,会发生全反射,D3.(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答案D解析激光在不同的介质中传播,频率不变,A、B错误。由n=1sinC可得折射率越大,全反射的临界角越小,C错误13.(2025云南,13,10分)用光学显微镜观察样品时,显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O点的样品等效为点光源,为避免O点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射,可将盖玻片与物镜的间隙用一滴油填充,如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5,盖玻片厚度d=2.0mm,盖玻片与物镜的间距h=0.20mm,不考虑光在盖玻片中的多次反射,取真空中光速c=3.0×108m/s,π=3.14。(1)求未滴油时,O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积(结果保留2位有效数字);(2)滴油前后,光从O点传播到物镜的最短时间分别为t1、t2,求t2-t1(结果保留2位有效数字)。答案(1)1.0×10-5m2(2)3.3×10-13s解析(1)如图所示,O点发出的光在盖玻片的上表面的透光面为半径为r的圆,由几何关系可得r=dtanC,其中tanC=sinC1-sin2C,由折射率的定义可得n=1sinC,联立可得透光面积S=πr(2)从O点发出的光垂直盖玻片上表面出射,传播至物镜的时间最短,由n=cv可得光在油层中传播的速度v=cn,可得t2-t1=ℎv-ℎc≈3.3×10考向3光路分析13.(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。答案(1)2(2)0°<θ≤45°或135°≤θ<180°审题指导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°13.(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。答案(1)64(2)60审题指导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γ=45°,由几何关系可得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要判断是否发生全反射,否则光路图会出现错误。15.(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

易错提醒由于平时练习遇到的立体圆柱介质较多,所以容易误认为题图是立体图,其实题图所示的是介质的截面图,是平面图。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∠O'BO=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=22R,可知ME=2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+R=光在介质中传播的速度v=cn=光在介质中传播的时间t=sv=考点2光的波动性3.(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解析根据相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距公式Δx=ldλ,其中λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝的距离,可知在双缝左侧或右侧放置偏振片P1和P2不会影响条纹间距,即条纹间距不变。又根据两偏振片透振方向原来平行,而后P2绕OO'轴转动90°过程中透过P2的光不断减少,因此屏上干涉条纹的亮度也会不断减小,A9.(2025陕晋青宁,9,6分)(多选)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答案BC解析两列光频率相同才能发生干涉,蓝光波长小于红光波长,蓝光频率大于红光频率,所以蓝光与红光之间不能发生干涉,A错误。根据Δx=lλd