2023年高考物理二輪復(fù)習(xí)微專(zhuān)題專(zhuān)題5第13講光學(xué)電磁波(教師版)

第13講光學(xué)電磁波命題規(guī)律1.命題角度：(1)光的折射與全反射；(2)光的干涉和衍射；(3)電磁波；(4)幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合分析.2.常用方法：幾何分析法，光路可逆.3.?？碱}型：選擇題、計(jì)算題．考點(diǎn)一光的折射與全反射1．常用的三個(gè)公式eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n，n＝eq\f(c,v)，sinC＝eq\f(1,n).2．折射率的理解(1)折射率與介質(zhì)和光的頻率有關(guān)，與入射角的大小無(wú)關(guān)．(2)光密介質(zhì)指折射率較大的介質(zhì)，而不是指密度大的介質(zhì)．(3)同一種介質(zhì)中，頻率越高的光折射率越大，傳播速度越?。?．求解光的折射和全反射問(wèn)題的思路(1)根據(jù)題意畫(huà)出正確的光路圖，特別注意全反射的臨界光線．(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系．(3)利用折射定律等公式求解．(4)注意折射現(xiàn)象中光路的可逆性．例1(多選)(2022·湖北省八市二模)一種“光開(kāi)關(guān)”的“核心區(qū)”如圖中虛線框區(qū)域所示，其中1、2是兩個(gè)完全相同的、截面為等腰直角三角形的棱鏡，直角邊與虛線框平行，兩斜面平行，略拉開(kāi)一小段距離，在兩棱鏡之間可充入不同介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能．單色光a從1的左側(cè)垂直于棱鏡表面射入，若能通過(guò)2，則為“開(kāi)”，否則為“關(guān)”，已知棱鏡對(duì)a的折射率為2，下列說(shuō)法正確的是()A．若不充入介質(zhì)，則能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能B．若充入的介質(zhì)相對(duì)棱鏡是光疏介質(zhì)，則有可能實(shí)現(xiàn)“開(kāi)”功能C．若充入的介質(zhì)相對(duì)棱鏡是光密介質(zhì)，則有可能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能D．單色光a通過(guò)“光開(kāi)關(guān)”后傳播方向一定改變答案AB解析若不充入介質(zhì)，單色光a從1的左側(cè)垂直于棱鏡表面射入，在斜邊界面入射角為45°，由全反射的條件可知sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,2)<sin45°＝eq\f(\r(2),2)，不充入介質(zhì)，就會(huì)發(fā)生全反射，光不能通過(guò)2，即不充入介質(zhì)，則能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能，A正確；若充入的介質(zhì)相對(duì)棱鏡是光疏介質(zhì)，單色光a將向下偏折，則有可能實(shí)現(xiàn)“開(kāi)”功能，B正確；若充入的介質(zhì)相對(duì)棱鏡是光密介質(zhì)，單色光a將向上偏折，則處于開(kāi)狀態(tài)，不可能實(shí)現(xiàn)“關(guān)”功能，C錯(cuò)誤；單色光a通過(guò)“光開(kāi)關(guān)”后傳播方向不會(huì)改變，D錯(cuò)誤．例2(2022·山東卷·7)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，OP右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的eq\f(1,4)圓，左側(cè)是直角梯形，AP長(zhǎng)為R，AC與CO夾角45°，AC中點(diǎn)為B.a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直AB面入射，器件介質(zhì)對(duì)a、b光的折射率分別為1.42、1.40.保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，能在PM面全反射后，從OM面出射的光是(不考慮三次反射以后的光)()A．僅有a光 B．僅有b光C．a(chǎn)、b光都可以 D．a(chǎn)、b光都不可以答案A解析當(dāng)兩種頻率的細(xì)激光束從A點(diǎn)垂直于AB面入射時(shí)，由幾何知識(shí)可知，激光沿直線傳播到O點(diǎn)，經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去，如圖甲，保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，如圖乙，可知激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射，射向PM面，入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中，光線傳播到PM面的入射角逐漸增大．當(dāng)入射點(diǎn)為B點(diǎn)時(shí)，如圖丙所示，根據(jù)光的反射定律及幾何關(guān)系可知，光線傳播到PM面的P點(diǎn)，此時(shí)光線在PM面上的入射角最大，設(shè)為α，由幾何關(guān)系得α＝45°，根據(jù)全反射臨界角公式得sinCa＝eq\f(1,na)＝eq\f(1,1.42)<eq\f(\r(2),2)sinCb＝eq\f(1,nb)＝eq\f(1,1.40)>eq\f(\r(2),2)兩種頻率的細(xì)激光束的全反射的臨界角關(guān)系為Ca<45°<Cb，故在入射光從A向B移動(dòng)過(guò)程中，a光能在PM面全反射后，從OM面射出，b光不能在PM面發(fā)生全反射，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．例3(2022·河北省模擬)如圖所示，AOB為半徑為R的扇形玻璃磚，一束細(xì)光照射到AO面上的C點(diǎn)，入射角為60°，折射光線平行于BO邊，C點(diǎn)到BO面的距離為eq\f(R,2)，AD⊥BO，∠DAO＝30°，光在空氣中的傳播速度為c，求：(1)玻璃磚的折射率；(2)光在玻璃磚中傳播的時(shí)間．答案(1)eq\r(3)(2)eq\f(2R,c)解析(1)光路如圖所示，由幾何知識(shí)可知，在AO面上光線的折射角為30°，所以玻璃磚的折射率n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3).(2)由于折射光線CE平行于BO，光線在圓弧面上的入射點(diǎn)E到BO的距離也為eq\f(R,2)即eq\x\to(EF)＝eq\f(R,2)所以α滿足sinα＝eq\f(\x\to(EF),\x\to(OE))＝eq\f(1,2)解得α＝30°由幾何關(guān)系可知eq\x\to(CE)＝eq\f(R,cosα)＝eq\f(2\r(3),3)R又知光在玻璃中的傳播速度v＝eq\f(c,n)故t＝eq\f(\x\to(CE),v)＝eq\f(2R,c).考點(diǎn)二光的波動(dòng)性電磁波1．光的干涉現(xiàn)象：雙縫干涉、薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))；光的衍射現(xiàn)象：?jiǎn)慰p衍射、圓孔衍射、光柵衍射、泊松亮斑．2．光的雙縫干涉和單縫衍射的比較雙縫干涉單縫衍射發(fā)生條件兩束光頻率相同、相位差恒定障礙物或狹縫的尺寸足夠小(明顯衍射現(xiàn)象)圖樣不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等，中央最寬條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗與光的偏振的區(qū)別干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波3.電磁振蕩和電磁波(1)電磁振蕩：T＝2πeq\r(LC)，電流為0時(shí)電場(chǎng)能最大，電流最大時(shí)磁場(chǎng)能最大．(2)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論：變化的磁場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)能夠在周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)．(3)電磁波傳播不需要介質(zhì)，在介質(zhì)中傳播時(shí)速度與介質(zhì)材料和電磁波頻率有關(guān)．(4)電磁波譜：按照電磁波的頻率或波長(zhǎng)的大小順序把它們排列成譜叫作電磁波譜．按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為：無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線、γ射線．例4(多選)(2020·江蘇卷·13B(1))電磁波廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療中．下列屬于電磁波應(yīng)用的醫(yī)用器械有()A．殺菌用的紫外燈B．拍胸片的X光機(jī)C．治療咽喉炎的超聲波霧化器D．檢查血流情況的“彩超”機(jī)答案AB解析殺菌用的紫外燈是利用紫外線進(jìn)行滅菌消毒；X光機(jī)是利用X射線的穿透作用；超聲波霧化器和“彩超”機(jī)是利用超聲波工作的，故選A、B.例5(2021·山東卷·7)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋．下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖像，可能正確的是()答案D解析從薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，其光程差為Δx＝2d，即光程差為薄膜厚度的2倍，當(dāng)光程差Δx＝nλ時(shí)此處表現(xiàn)為亮條紋，故相鄰亮條紋之間的薄膜的厚度差為eq\f(1,2)λ，在題圖中相鄰亮條紋(或暗條紋)之間的距離變大，則薄膜的厚度逐漸變小，因條紋寬度逐漸變寬，則厚度不是均勻變小，故選D.例6(2022·山東泰安市期末)如圖實(shí)驗(yàn)裝置，單色線光源S垂直紙面水平放置，平面鏡水平放置在桌面上．單色線光源S發(fā)出的光有一部分直接入射到豎直放置的光屏上，一部分通過(guò)平面鏡反射后再入射到光屏上，光屏上會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋，下列說(shuō)法正確的是()A．光屏上的條紋與水平面垂直，是光的干涉現(xiàn)象B．光屏上的條紋與水平面平行，是光的衍射現(xiàn)象C．將光屏沿水平方向遠(yuǎn)離線光源S，相鄰亮條紋間距增大D．將線光源S沿豎直方向靠近平面鏡，相鄰亮條紋間距減小答案C解析平面鏡的反射光相當(dāng)于從S的像發(fā)出的光，所以該裝置類(lèi)似于雙縫干涉裝置，所以能在光屏上觀察到與鏡面平行的干涉條紋，不是光的衍射現(xiàn)象，A、B錯(cuò)誤；將光屏沿水平方向遠(yuǎn)離線光源S，即l增大，根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可知屏上的兩個(gè)相鄰亮條紋間的距離增大，C正確；若將線光源S沿豎直方向靠近平面鏡，相當(dāng)于減小了兩束干涉光的間距d，根據(jù)雙縫干涉條紋的間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ，可知屏上的兩個(gè)相鄰亮條紋間的距離增大，D錯(cuò)誤．考點(diǎn)三幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用1．含有多種顏色的光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，由于介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同．2．各種色光的比較顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率f低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中速度大→小波長(zhǎng)大→小臨界角大→小通過(guò)棱鏡的偏折角小→大例7(多選)(2022·山西晉中市榆次區(qū)一模)《夢(mèng)溪筆談》是中國(guó)科學(xué)技術(shù)史上的重要文獻(xiàn)，書(shū)中對(duì)彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨則有之”．如圖是彩虹成因的簡(jiǎn)化示意圖，設(shè)水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過(guò)球心的截面，入射光線在過(guò)此截面的平面內(nèi)，a、b是兩種不同頻率的單色光．下列說(shuō)法正確的是()A．雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹B．水滴對(duì)a光的臨界角小于對(duì)b光的臨界角C．在水滴中，a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)D．a(chǎn)、b光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距較小答案ABD解析雨后太陽(yáng)光入射到水滴中發(fā)生折射時(shí)，不同顏色光折射率不同，偏折程度不同而形成彩虹，即發(fā)生色散而形成彩虹，故A正確；第一次折射時(shí)，入射角相同，a光的折射角較小，根據(jù)n＝eq\f(sini,sinr)可知，a光的折射率較大，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)可知，水滴對(duì)a光的臨界角小于對(duì)b光的臨界角，故B正確；因?yàn)閍光的折射率較大，所以a光頻率較大，波長(zhǎng)較短，故C錯(cuò)誤；雙縫條紋間距與波長(zhǎng)成正比，a光波長(zhǎng)較短，條紋間距較小，故D正確.1．(多選)(2022·甘肅省第一次診斷)用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別做甲、乙兩種光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，獲得的雙縫干涉條紋如圖甲、乙所示．下列說(shuō)法正確的是()A．甲光在水中的傳播速度大于乙光在水中的傳播速度B．在同一種介質(zhì)中，甲光的折射率小于乙光的折射率C．從同種介質(zhì)射向空氣，且發(fā)生全反射時(shí)，甲光的臨界角小于乙光的臨界角D．遇到同一障礙物，甲光比乙光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象答案ABD解析根據(jù)雙縫條紋間距公式可知Δx＝eq\f(L,d)λ，由題目可知甲、乙的L和d相同，甲的條紋間距大，所以甲的波長(zhǎng)大于乙的波長(zhǎng)，在同一種介質(zhì)中，甲的折射率較小，傳播速度較大，A、B正確；由全反射的臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，折射率越小，全反射的臨界角越大，故甲發(fā)生全反射的臨界角大于乙的，C錯(cuò)誤；在障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相當(dāng)，或者更小的時(shí)候，衍射現(xiàn)象更明顯，故遇到同一障礙物，甲光比乙光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，D正確．2．(2022·浙江精誠(chéng)聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示，圖中陰影部分ABC為一透明材料做成的柱形光學(xué)元件的橫截面，AC為一半徑為R的eq\f(1,4)圓弧，D為圓弧面圓心，ABCD構(gòu)成正方形，在B處有一點(diǎn)光源，該材料對(duì)該光的折射率n＝eq\r(2)，只考慮首次從圓弧AC全反射與折射的光線．則下列說(shuō)法中正確的是()A．從D點(diǎn)觀察，圓弧AC被照亮的弧長(zhǎng)有eq\f(πR,6)B．AD邊和CD邊有一部分接收不到點(diǎn)光源經(jīng)圓弧AC折射的光線C．點(diǎn)光源經(jīng)圓弧AC全反射射到AB邊，這部分長(zhǎng)度為eq\f(R,2)D．從D點(diǎn)觀察，看到B處點(diǎn)光源的像比實(shí)際位置更遠(yuǎn)離AC面答案A解析根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，得臨界角C＝45°，設(shè)在E點(diǎn)剛好發(fā)生全反射，由幾何關(guān)系可知∠ADE＝30°在△DBE中根據(jù)正弦定理有eq\f(DE,sin∠EBD)＝eq\f(DB,sin180°－C)，可得∠EBD＝30°，則∠EDB＝15°同理，可知在DB連線另一側(cè)的F點(diǎn)發(fā)生全反射時(shí)∠FDC＝30°，故從D點(diǎn)觀察，圓弧AC被照亮的弧長(zhǎng)l＝eq\f(πR,6)，故A正確；根據(jù)光的折射，AD邊和CD邊都會(huì)有經(jīng)圓弧AC折射的光線照到，故B錯(cuò)誤；點(diǎn)光源經(jīng)圓弧AC全反射射到AB邊，這部分長(zhǎng)度為s＝R(1－2tan15°)，故C錯(cuò)誤；從D點(diǎn)觀察，看到B處點(diǎn)光源的像比實(shí)際位置更靠近AC面，故D錯(cuò)誤．3．(2022·安徽省二模)如圖(a)所示電視機(jī)遙控器中有一個(gè)用透明介質(zhì)封裝的發(fā)光二極管，它發(fā)出紅外光來(lái)控制電視機(jī)的各種功能．一興趣小組找來(lái)一個(gè)用此種材料制成的半圓柱體，利用插針?lè)y(cè)定該透明介質(zhì)的折射率．實(shí)驗(yàn)中用A、B兩個(gè)大頭針確定入射光路，C、D兩個(gè)大頭針確定出射光路．P和Q分別是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，且AB⊥MN，如圖(b)所示．測(cè)得半圓柱體的半徑R＝5cm，OP＝1cm，DQ＝4cm，D到法線OQ的距離DG＝2cm.已知光速c＝3.0×108m/s.(1)求該透明介質(zhì)的折射率和光在該介質(zhì)中傳播的速度大??；(2)實(shí)際測(cè)得封裝二極管的半球直徑d＝5mm，發(fā)光二極管的發(fā)光面是以EF為直徑的發(fā)光圓盤(pán)，其圓心位于半球的球心點(diǎn)O，如圖(c)所示．為確保發(fā)光面發(fā)出的紅外光第一次到達(dá)半球面時(shí)都不發(fā)生全反射，發(fā)光二極管的發(fā)光面半徑r最大應(yīng)為多大？答案(1)2.51.2×108m/s(2)1mm解析(1)設(shè)∠DQG為i，∠OQP為r，由幾何關(guān)系得sini＝eq\f(DG,DQ)，sinr＝eq\f(OP,OQ)由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)代入數(shù)據(jù)解得n＝2.5由n＝eq\f(c,v)可得v＝eq\f(c,n)＝1.2×108m/s(2)設(shè)E點(diǎn)發(fā)出的光線ES、ET與法線的夾角分別為θ和α，ES⊥EF，光線ET為任一光線，過(guò)O點(diǎn)向TE作垂線OZ，設(shè)OZ為h，則sinα＝eq\f(h,\f(d,2))，sinθ＝eq\f(r,\f(d,2))又h<r，所以sinα<sinθ可得α<θ即光線在ES的入射角最大，分析可知，θ達(dá)到臨界角時(shí)r最大，則sinθ＝eq\f(r,\f(d,2))＝eq\f(1,n)解得r＝1mm.專(zhuān)題強(qiáng)化練[保分基礎(chǔ)練]1．(2022·山東日照市期末)物理光學(xué)主要研究光的本性以及光與物質(zhì)相互作用的規(guī)律．下列關(guān)于物理光學(xué)知識(shí)的理解正確的是()A．泊松亮斑是光通過(guò)圓孔衍射時(shí)形成的B．光學(xué)鏡頭上的增透膜利用了光的干涉原理C．白光通過(guò)三棱鏡后出現(xiàn)的彩色圖樣是光的衍射現(xiàn)象D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加一個(gè)偏振片以增加透射光的強(qiáng)度答案B解析泊松亮斑是光通過(guò)不透明的小圓盤(pán)發(fā)生衍射時(shí)形成的，A錯(cuò)誤；光學(xué)鏡頭上的增透膜利用了光的干涉原理，B正確；白光通過(guò)三棱鏡呈現(xiàn)彩色圖樣是光的色散現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；在鏡頭前加一個(gè)偏振片，阻礙玻璃反射光的透射，D錯(cuò)誤．2．(多選)2021年7月4日，中國(guó)航天員順利完成中國(guó)空間站首次出艙任務(wù)．為了保障艙內(nèi)航天員之間、艙內(nèi)航天員與地面人員以及艙外航天員之間的通信，由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院研制的出艙通信子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了航天員艙外活動(dòng)范圍內(nèi)無(wú)線通信全覆蓋．下列說(shuō)法正確的是()A．艙內(nèi)有空氣，艙內(nèi)航天員之間可以直接用語(yǔ)言交流B．艙外航天員之間也可以通過(guò)語(yǔ)言直接交流，只是噪聲會(huì)對(duì)交流產(chǎn)生影響C．艙內(nèi)航天員與地面之間通過(guò)電磁波通信D．不同頻率的電磁波在太空中傳播速率不同答案AC解析聲波的傳播需要介質(zhì)，艙內(nèi)有空氣可以直接用語(yǔ)言交流，艙外沒(méi)有空氣，不能用語(yǔ)言直接交流，艙內(nèi)航天員與地面之間可通過(guò)電磁波進(jìn)行交流，A、C項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在太空中，電磁波的傳播速率與頻率無(wú)關(guān)，不同頻率的電磁波的傳播速率相同，D項(xiàng)錯(cuò)誤．3．(多選)(2022·山東卷·10)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫S1、S2的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L(zhǎng).同一單色光垂直照射狹縫，實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣．下列描述正確的是()A．圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，也發(fā)生了衍射B．遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大C．照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D．照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋答案ACD解析題圖乙中間部分為等間距條紋，所以題圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過(guò)狹縫時(shí)，同時(shí)也發(fā)生衍射，故A正確；狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，則衍射現(xiàn)象減弱，題圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯(cuò)誤；根據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ可知照射兩條狹縫時(shí)，增加L，其他條件不變，題圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；照射兩條狹縫時(shí)，若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，P點(diǎn)處一定是暗條紋，故D正確．4．(多選)(2022·遼寧省模擬)如圖所示，O1O2是半圓形玻璃磚過(guò)圓心的中心軸線，關(guān)于O1O2對(duì)稱的兩束平行單色光束a、b，垂直左側(cè)平面射入玻璃磚，光路如圖所示，則下列判斷正確的是()A．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率高B．a(chǎn)光在玻璃磚中的傳播速度比b光的大C．通過(guò)相同的狹縫，a光比b光衍射現(xiàn)象明顯D．將a、b兩單色光光源分別放在水中同一點(diǎn)，水面上a光照亮的區(qū)域較大答案BCD解析由題圖可知，b光發(fā)生了全反射，說(shuō)明b光全反射的臨界角小，由sinC＝eq\f(1,n)可知，玻璃磚對(duì)b光的折射率大，b光的頻率高，A錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)可知a光在玻璃磚中的傳播速度比b光的大，B正確；由c＝λf，a光的頻率低，所以a光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，因此通過(guò)相同的狹縫，a光比b光衍射現(xiàn)象明顯，C正確；設(shè)兩光源距離水面的高度為h，照亮水面邊緣的光剛好發(fā)生全反射，照亮的區(qū)域圓的半徑r與臨界角C滿足tanC＝eq\f(r,h)，又a光的折射率小，臨界角C大，照亮的區(qū)域圓的半徑r大，水面上a光照亮的區(qū)域較大，D正確．5.如圖所示，光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，某種頻率的光在其中的折射率為n，若有各種入射方向的該頻率的光照射到此光導(dǎo)纖維一端的橫截面上，可認(rèn)為自另一端射出的光在此光導(dǎo)纖維傳播的過(guò)程中都發(fā)生全反射，已知光在真空中的傳播速度為c，自另一端射出的光在此光導(dǎo)纖維中的最長(zhǎng)傳播時(shí)間為()A.eq\f(n2L,c) B.eq\f(nL,c)C.eq\f(L,nc) D.eq\f(L,n2c)答案A解析當(dāng)光在介質(zhì)的界面處恰好發(fā)生全反射時(shí)，光在介質(zhì)中的傳播路程最長(zhǎng)，由幾何關(guān)系可知，最長(zhǎng)路程為x＝eq\f(L,sinC)＝nL，傳播速度為v＝eq\f(c,n)，故最長(zhǎng)時(shí)間t＝eq\f(x,v)＝eq\f(n2L,c)，故選A.6．(2022·江蘇連云港市期末)將一透明體平放于平整坐標(biāo)紙上，并在一端放上光屏，如圖(俯視圖)所示，用激光平行于坐標(biāo)紙照射該透明體右側(cè)表面上的P點(diǎn)，調(diào)整入射光角度，在光屏上僅出現(xiàn)了M、N兩個(gè)亮斑，則該透明體對(duì)該激光的折射率約為()A．1.25 B．1.33C．1.50 D．1.67答案B解析由題意可知，光斑N是由射到P點(diǎn)的光線直接反射后射到N點(diǎn)；而光斑M(jìn)是由射到P點(diǎn)的光折射后射到左側(cè)表面，然后發(fā)生反射射到M點(diǎn)；則在P點(diǎn)，由光的折射定律結(jié)合幾何關(guān)系可知n＝eq\f(sini,sinr)≈1.33，故選B.[爭(zhēng)分提能練]7．(2022·遼寧省縣級(jí)重點(diǎn)高中協(xié)作體一模)玻璃三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，O點(diǎn)和D點(diǎn)分別為AB和AC邊的中點(diǎn)，如圖所示，現(xiàn)有兩束相互垂直的同種單色光從O點(diǎn)入射，兩束光線正好分別從C點(diǎn)和D點(diǎn)射出，則下列說(shuō)法正確的是()A．兩束折射光線的折射角之和等于90°B．從C點(diǎn)射出的光線在O點(diǎn)的入射角大于從D點(diǎn)射出的光線在O點(diǎn)的入射角C．玻璃三棱鏡對(duì)該種單色光的折射率等于eq\r(2)D．該種單色光在玻璃三棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角等于60°答案C解析作出如圖所示光路圖，兩束同種單色光分別為1和2，折射光線分別為1′和2′.由題意知，∠A＝30°，∠B＝60°，光線1從O點(diǎn)入射，正好從C點(diǎn)射出，由幾何關(guān)系可知△BOC為正三角形，可得折射角為α＝30°，光線2與光線1方向垂直，從O點(diǎn)入射，正好從D點(diǎn)射出，由幾何關(guān)系可知折射角β＝30°，可見(jiàn)α＋β＝60°，A錯(cuò)誤；兩束相互垂直的同種單色光從O點(diǎn)入射，由于折射角α＝β，所以入射角θ1＝θ2，θ1＋θ2＝90°，解得θ1＝θ2＝45°，B錯(cuò)誤；根據(jù)折射率關(guān)系可知n＝eq\f(sinθ1,sinα)，解得n＝eq\r(2)，C正確；根據(jù)全反射臨界角的關(guān)系有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，可得C＝45°，D錯(cuò)誤．8．(2022·山東青島市期末)分光器是光纖通信設(shè)備中的重要元件．如圖，為某一型號(hào)分光器的原理示意圖，一束由兩種不同頻率單色光組成的復(fù)色光，從空氣射向平行玻璃磚的上表面，玻璃磚下表面鍍有反射層，光束經(jīng)兩次折射和一次反射后，從玻璃磚上表面射出a、b兩束單色光．已知兩種單色光由玻璃射向空氣發(fā)生全發(fā)射的臨界角均小于42°，下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)光在玻璃磚中的傳播時(shí)間大于b光在玻璃磚中的傳播時(shí)間B．從玻璃磚上表面射出的a、b兩束單色光不平行C．若用a、b光分別照射某金屬均能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光照射產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能小于b光照射產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能D．用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，a光干涉條紋間距大于b光干涉條紋間距答案A解析作出光路圖如圖所示，由圖可知光從空氣射入玻璃磚時(shí)a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，頻率較大；設(shè)a光和b光的折射角分別為α、β，入射角為θ，玻璃磚厚度為d，可得na＝eq\f(sinθ,sinα)>eq\f(sinθ,sinβ)＝nb，結(jié)合n＝eq\f(c,v)，a光在玻璃磚中的傳播時(shí)間ta＝eq\f(2d,vacosα)，聯(lián)立可得ta＝eq\f(2dsinθ,csinαcosα)＝eq\f(4dsinθ,csin2α)，同理可得tb＝eq\f(4dsinθ,csin2β)，因?yàn)棣?lt;β，可得a光在玻璃磚中的傳播時(shí)間大于b光在玻璃磚中的傳播時(shí)間，故A正確；因?yàn)閍、b兩光在上表面的折射角與反射后在上表面的入射角分別相等，根據(jù)幾何知識(shí)可知，出射光束一定相互平行，故B錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知若用a、b光分別照射某金屬均能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光照射產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能大于b光照射產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能，故C錯(cuò)誤；根據(jù)c＝fλ可知，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)，結(jié)合Δx＝eq\f(L,d)λ，可知用同一雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)，a光干涉條紋間距小于b光干涉條紋間距，故D錯(cuò)誤．9．(2022·全國(guó)甲卷·34(2))如圖，邊長(zhǎng)為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點(diǎn)．在截面所在的平面，一光線自M點(diǎn)射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離．答案eq\f(\r(7),2)eq\f(\r(3)－1,2)a解析設(shè)光線在AB面的折射角為θ，則有sin60°＝nsinθ由題知，光線經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，則有sinC＝eq\f(1,n)，C＝90°－θ聯(lián)立解得tanθ＝eq\f(\r(3),2)，n＝eq\f(\r(7),2)根據(jù)幾何關(guān)系有tanθ＝eq\f(MB,BN)＝eq\f(a,2BN)解得NC＝a－BN＝a－eq\f(a,\r(3))再由tanθ＝eq\f(PC,NC)，解得PC＝eq\f(\r(3)－1,2)a.10．(2022·湖南省模擬)如圖所示是一個(gè)水平橫截面為圓形的平底玻璃缸，玻璃缸深度為2h，缸底面圓心處有一單色點(diǎn)光源S，缸中裝有某種液體，深度為h，O點(diǎn)為液面的圓心，OS垂直于水平面．用面積為πh2的黑紙片覆蓋在液面上，則液面上方恰好無(wú)光線射出．若在上述黑紙片上，以O(shè)為圓心剪出一個(gè)面積為eq\f(1,3)πh2的圓孔，把余下的黑紙環(huán)仍放置在液面上原來(lái)的位置，使所有出射光線都從缸口射出，則缸口的最小面積為多少？答案eq\f(4＋2\r(3),3)πh2解析用面積為S1＝πh2的黑紙片覆蓋在液面上，液面上方恰好無(wú)光線射出，則從點(diǎn)光源S發(fā)出的光線射到黑紙片的邊緣處恰好發(fā)生全反射，臨界角為C，光路圖如圖甲所示．S1＝πr12＝πh2由幾何關(guān)系得tanC＝eq\f(r1,h)由全反射知識(shí)有sinC＝eq\f(1,n)解得n＝eq\r(2)剪出一個(gè)面積為S2＝eq\f(1,3)πh2圓孔后，設(shè)透光部分的半徑為r2，射出光線的最大入射角為i，對(duì)應(yīng)的折射角為θ，光路圖如圖乙所示．S2＝πr22＝eq\f(1,3)πh2解得r2＝eq\f(\r(3),3)h由幾何關(guān)系得tani＝eq\f(r2,h)根據(jù)折射定律有n＝eq\f(sinθ,sini)缸口的最小半徑為r3＝r2＋htanθ缸口的最小面積為S3＝πr32解得S3＝eq\f(4＋2\r(3)