2024年高考物理題型突破限時(shí)小題精練16 光的折射 全反射 衍射和偏振

小題精練16光的折射全反射衍射和偏振公式、知識(shí)點(diǎn)回顧（時(shí)間：5分鐘）一、折射定律的理解與應(yīng)用1．折射定律(1)內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．(2)表達(dá)式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．2．折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量．(2)定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(3)計(jì)算公式：n＝eq\f(c,v)，因?yàn)関<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí)，入射角小于折射角．3．折射率的理解(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)．(2)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)．(3)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越?。?4)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，θ1總是真空中的光線與法線間的夾角，θ2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角．二、全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1．定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．2．條件：(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．(2)入射角大于或等于臨界角．3．臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n).介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越?。?、光的雙縫干涉現(xiàn)象1．產(chǎn)生條件兩列光的頻率相同，振動(dòng)方向相同，且具有恒定的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣．2．楊氏雙縫干涉(1)原理圖所示(2)亮、暗條紋的條件．①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋．a(chǎn)．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)亮條紋．b．光的路程差Δr＝r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2…)，光屏上出現(xiàn)暗條紋．②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫(xiě)顏色)．③條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ.四、薄膜干涉現(xiàn)象1．薄膜干涉現(xiàn)象如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．2．薄膜干涉原理分析(1)相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個(gè)表面反射的兩列光波．(2)圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)條紋對(duì)應(yīng)的薄膜的厚度相等．單色光照射薄膜時(shí)形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時(shí)形成彩色條紋．3．薄膜干涉的應(yīng)用干涉法檢查平面的平整程度如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發(fā)生彎曲．五、光的干涉和衍射的比較1．衍射與干涉的比較兩種現(xiàn)象比較項(xiàng)目單縫衍射雙縫干涉不同點(diǎn)條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距亮度情況中央條紋最亮，兩邊變暗條紋清晰，亮度基本相等相同點(diǎn)干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象，屬于波的疊加；干涉、衍射都有明暗相間的條紋六、光的偏振現(xiàn)象1．偏振：光波只沿某一特定的方向的振動(dòng)．2．自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動(dòng)的光，而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光．3．偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光．光的偏振證明光是橫波．自然光通過(guò)偏振片后，就得到了偏振光．4．偏振光的理論意義及應(yīng)用(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說(shuō)明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波．光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明了光波是橫波．(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車(chē)燈眩光等．【例題】（2023??？谀M）如圖所示是某款手機(jī)防窺屏的原理圖，在透明介質(zhì)中有相互平行排列的吸光屏障，屏障垂直于屏幕，可實(shí)現(xiàn)對(duì)像素單元可視角度θ的控制（可視角度θ定義為某像素單元發(fā)出的光在圖示平面內(nèi)折射到空氣后最大折射角的2倍）。發(fā)光像素單元緊貼防窺屏的下表面，可視為點(diǎn)光源，位于相鄰兩屏障的正中間。不考慮光的衍射。下列說(shuō)法正確的是（）A．屏障的高度d越大，可視角度θ越小 B．透明介質(zhì)的折射率越小，可視角度θ越大 C．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果主要是因?yàn)楣獍l(fā)生了全反射 D．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果主要是因?yàn)榉栏Q屏使光的波長(zhǎng)發(fā)生了變化【解答】解：A．如果屏障越高，則入射角變小，由折射定律可知折射角變小，所以θ角變小，故A正確；B．由圖可知，可視角度θ是光線進(jìn)入空氣中時(shí)折射角的2倍，透明介質(zhì)的折射率越小，由折射定律可知折射角越小，θ角越小，故B錯(cuò)誤；CD．防窺屏實(shí)現(xiàn)防窺效果主要是因?yàn)槟承┙嵌确秶鷥?nèi)的光被屏障吸收，能射出到空氣中的光其入射角都小于臨界角，沒(méi)有發(fā)生全反射，在同種介質(zhì)中，波長(zhǎng)并沒(méi)有變化，故CD錯(cuò)誤。故選：A難度：★★★建議時(shí)間：30分鐘正確率：/15（2023?奉賢區(qū)二模）一束激光照在很小的圓盤(pán)上，在屏上觀察到如圖所示的圖樣，在陰影中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”。下列說(shuō)法正確的是（）A．圓盤(pán)中心有個(gè)小孔，這是光的衍射現(xiàn)象 B．圓盤(pán)中心有個(gè)小孔，這是光的干涉現(xiàn)象 C．圓盤(pán)中心是不透光的，這是光的衍射現(xiàn)象 D．圓盤(pán)中心是不透光的，這是光的干涉現(xiàn)象【解答】解：當(dāng)用激光照射直徑小于激光束的不透明圓盤(pán)時(shí)，在圓盤(pán)后屏上的陰影中心出現(xiàn)了一個(gè)亮斑，亮斑的周?chē)敲靼迪嚅g的環(huán)狀條紋，這就是泊松亮斑，說(shuō)明光線偏離原來(lái)的直線方向傳播，是激光繞過(guò)不透光的圓盤(pán)發(fā)生衍射形成的，泊松最初做本實(shí)驗(yàn)的目的是推翻光的波動(dòng)性，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻證明了光的波動(dòng)性，故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選：C。（2023?南通模擬）如圖所示，圖中陰影部分ABC為一折射率n＝2的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14圓弧，在圓弧面圓心D處有一點(diǎn)光源，ABCD構(gòu)成正方形。若只考慮首次從AC直接射向AB、BC的光線，光在真空中的光速為cA．從AB、BC面有光射出的區(qū)域總長(zhǎng)度為23B．從AB、BC面有光射出的區(qū)域總長(zhǎng)度為R C．點(diǎn)光源發(fā)出的光射到AB面上的最長(zhǎng)時(shí)間為2RD．點(diǎn)光源發(fā)出的光射到AB面上的最長(zhǎng)時(shí)間為2(【解答】解：AB.如圖所示沿DE方向射到AB面上的光線剛好發(fā)生全反射，因?yàn)榕R界角滿足sinC=解得：C＝30°則∠ADF＝30°，同理沿DG方向射到BC面上的光線剛好發(fā)生全反射，則∠CDH＝30°，根據(jù)幾何關(guān)系可得AE＝CG＝Rtan30°從AB、BC面有光射出的區(qū)域總長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝AE+CG解得：L=故A正確；B錯(cuò)誤；CD.由題意可知，沿DB方向到達(dá)AB面上的光在材料中的傳播距離最大，時(shí)間最長(zhǎng)，由幾何關(guān)系可知光從光源到AC面的傳播距離為R，材料中的傳播距離為s＝（2-1）在材料中的傳播時(shí)間為t1=又n=光在空氣中傳播的時(shí)間為t2=則最長(zhǎng)時(shí)間t＝t1+t2解得t=故CD錯(cuò)誤；故選：A。（2023?淮南二模）彩虹是太陽(yáng)光射入球形水珠經(jīng)過(guò)折射、全反射、折射形成的，在雨后立即出太陽(yáng)的情況下最容易出現(xiàn)，如圖為一束復(fù)色光進(jìn)入水珠后傳播路徑的示意圖，下列關(guān)于a光和b光的說(shuō)法正確的是（）A．在真空中，b光傳播速率比a光大 B．在水中，b光波長(zhǎng)比a光大 C．在水中，b光頻率比a光大 D．b光全反射的臨界角大于a光全反射的臨界角【解答】解：A．在真空中，所有光傳播速率相等，均為光速c，故A錯(cuò)誤；BC．由圖可知，b光的偏折程度比a光大，則b光折射率比a光大，根據(jù)折射率與頻率的光子可知b光頻率比a光大，根據(jù)λ=cν可知a光波長(zhǎng)比b光大，故B錯(cuò)誤，D．根據(jù)sinC=1n可知b光全反射的臨界角小于a光全反射的臨界角，故故選：C。（2023?沛縣校級(jí)模擬）如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光束從直角邊AB以角度θ入射，依次經(jīng)AC和BC兩次反射，從直角邊AC出射。則出射光線折射角α（）A．等于θ B．大于θ C．小于θ D．與棱鏡的折射率有關(guān)【解答】解：如圖所示，設(shè)光線在AB邊折射角為β，在BC邊反射角為ρ，在AC邊入射角為γ，由角度關(guān)系得90°﹣γ＝β+2ρ180°﹣（45°+γ）＝90°+ρρ＝90°﹣45°﹣γ解得：γ＝β根據(jù)光路可逆性原理可得在AC的折射角α＝β而且與折射率無(wú)關(guān)，故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選：A。（2023?坪山區(qū)校級(jí)三模）如圖所示，CD為透明圓柱體的水平直徑，a、b兩束單色光分別從A、B兩點(diǎn)平行于CD射入圓柱體，A、B兩點(diǎn)到CD的距離相等。兩束光線經(jīng)圓柱體折射后相交于E點(diǎn)，E點(diǎn)在CD上方。下列說(shuō)法正確的是（）A．圓柱體對(duì)a光的折射率大于圓柱體對(duì)b光的折射率 B．在圓柱體中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度 C．b光在圓柱體中發(fā)生全反射的臨界角大于a光在圓柱體中發(fā)生全反射的臨界角 D．進(jìn)入圓柱體中，a光和b光的頻率小于在真空中的頻率【解答】解：A.作出光的傳播路徑，如圖：A、B兩點(diǎn)到CD的距離相等，所以兩束單色光射入透明圓柱體的入射角相等，由圖可知，單色光b的折射角小于單色光a的折射角，由折射定律n=sinisinr可知，圓柱體對(duì)a光的折射率小于圓柱體對(duì)b光的折射率，故B.由n=cv可知，a在圓柱體中的傳播速度大于b光的傳播速度，故C.由n=1sinC可知，b光在圓柱體中發(fā)生全反射的臨界角小于a光在圓柱體中發(fā)生全反射的臨界角，故D.由真空進(jìn)入圓柱體中，a光和b光的頻率不變，故D錯(cuò)誤。故選：B。（2023?邵陽(yáng)模擬）如圖所示，有一個(gè)長(zhǎng)為12cm的線光源AB，其表面可以朝各個(gè)方向發(fā)光，現(xiàn)將AB封裝在一個(gè)半球形透明介質(zhì)的底部，AB中點(diǎn)與球心O重合。半球形介質(zhì)的折射率為1.5，為使AB發(fā)出的所有光都能射出球面，不考慮二次反射，則球半徑R至少為（）A．35cm B．65cm C．9cm【解答】解：如圖所示在半球面上任選一點(diǎn)P，根據(jù)幾何關(guān)系可知，若此時(shí)線狀光源B點(diǎn)發(fā)出的光能夠射出P點(diǎn)，則線狀光源其他點(diǎn)發(fā)出的光也一定能夠射出P點(diǎn)，所以只要B點(diǎn)發(fā)出的所有光線能夠射出球面，則光源發(fā)出的所有光均能射出球面，在△OPB中，根據(jù)正弦定理有OB解得sinα=當(dāng)θ＝90°時(shí)，sinα有最大值sinα=為使光線一定能從P點(diǎn)射出，根據(jù)全反射應(yīng)有sinα所以R≥9cm故ABD錯(cuò)誤，C正確；故選：C。（2023?山東模擬）如圖所示，一束平行光垂直照射到有兩條狹縫S1和S2的擋板上，狹縫S1和S2的間距和寬度都很小。下列說(shuō)法正確的是（）A．光通過(guò)狹縫S1和S2時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象 B．無(wú)論用哪種頻率的光照射雙縫，光屏上都會(huì)呈現(xiàn)中間寬、兩端窄的條紋 C．用藍(lán)光照射時(shí)產(chǎn)生的條紋間距比用紅光照射時(shí)產(chǎn)生的條紋間距大 D．若用白光照射雙縫，光屏上會(huì)呈現(xiàn)一片白色【解答】解：A．由衍射現(xiàn)象可知，光通過(guò)狹縫S1和S2時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，故A正確；B．用單一頻率的光照射雙縫，會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，屏上呈現(xiàn)的干涉條紋是等寬等間距的，故B錯(cuò)誤；C．根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=ldλD．若用白光照射，則光屏上會(huì)呈現(xiàn)彩色的干涉條紋，故D錯(cuò)誤。故選：A。（2023?石家莊模擬）如圖甲所示為雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的原理圖，屏上的P0點(diǎn)位于雙縫S1和S2的中垂線上，在雙縫與屏之間充滿折射率為n的均勻介質(zhì)。用一單色光垂直照射雙縫，在屏上會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，屏上P1點(diǎn)是一條暗條紋的中心，P1點(diǎn)到P0點(diǎn)的距離為x。已知該單色光在真空中的波長(zhǎng)為λ，雙縫與屏之間的距離為L(zhǎng)，則雙縫S1和S2間的距離為（）A．3Lλ2nx B．4Lλnx C．Lλx 【解答】解：P1點(diǎn)到P0點(diǎn)的距離為x，根據(jù)圖乙有：x=雙縫與屏之間充滿折射率為n的均勻介質(zhì)，則有：n=根據(jù)相鄰明條紋間距公式有：Δx=聯(lián)立解得：d=3Lλ2nx，故A正確，故選：A。（2023?河北模擬）如圖所示，O為一玻璃球的球心，AB、CD為過(guò)球心截面內(nèi)互相垂直的直徑。甲、乙兩束單色光，分別從M、N兩點(diǎn)沿平行AB方向射入玻璃球，M點(diǎn)到CD的距離等于球半徑的一半。經(jīng)一次折射后，兩單色光均從B點(diǎn)射出，兩出射光線的夾角為134°。（sin74°＝0.96）下列說(shuō)法正確的是（）A．玻璃球?qū)紊饧椎恼凵渎蕿? B．單色光乙由N點(diǎn)射入玻璃球時(shí)的入射角為75° C．單色光甲的頻率小于單色光乙的頻率 D．單色光甲從M點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的時(shí)間大于單色光乙從N點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的時(shí)間【解答】解：A、畫(huà)出光路圖如圖所示。由幾何關(guān)系有∠2＝30°，∠1＝∠2+∠3＝30°+30°＝60°由折射定律得玻璃球?qū)坠獾恼凵渎蕁1=sin∠1sin∠2=B、甲光在B折射時(shí)，有n1=sin∠4sin∠3，∠3＝∠2＝可得∠4＝60°由幾何關(guān)系有∠8＝134°﹣∠4＝134°﹣60°＝74°結(jié)合光路可逆原理知∠5＝∠8＝74°，∠所以單色光乙由N點(diǎn)射入玻璃球時(shí)的入射角為∠5＝74°，故B錯(cuò)誤；C、由折射定律得，玻璃球?qū)σ夜獾恼凵渎蕁2=sin∠5玻璃球?qū)坠獾恼凵渎蚀笥诓Ａ驅(qū)σ夜獾恼凵渎?，所以單色光甲的頻率大于單色光乙的頻率，故C錯(cuò)誤；D、甲光在玻璃球中的傳播速度v由幾何關(guān)系有MB甲光在玻璃球中的傳播時(shí)間t乙光在玻璃球中的傳播速度v由幾何關(guān)系有NB乙光在玻璃球中的傳播時(shí)間t解得：t所以單色光甲從M點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的時(shí)間大于單色光乙從N點(diǎn)傳播到B點(diǎn)的時(shí)間，故D正確。故選：D。（2023?西城區(qū)校級(jí)三模）用a、b兩種不同的單色光分別經(jīng)同一單縫衍射裝置得到的衍射圖樣如圖甲、乙所示。對(duì)于這兩種單色光，下列說(shuō)法正確的是（）A．在真空中a光的波長(zhǎng)較短 B．在水中a光的傳播速度較大 C．經(jīng)同一雙縫干涉裝置后a光的條紋間距較小 D．a(chǎn)光從水中射向空氣發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較小【解答】解：A．在狹縫寬度與波長(zhǎng)相差不多或者狹縫寬度比波長(zhǎng)更小的情況下，會(huì)發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，由題圖可知甲圖衍射現(xiàn)象更明顯，故在真空中a光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，即λa＞λb，故A錯(cuò)誤；B．因?yàn)棣薬＞λb，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)則頻率越小、折射率越小，故折射率na＜nb，由n=cv可知，在水中a光的傳播速度較大，故C．由λa＞λb，Δx=ldλ可知經(jīng)同一雙縫干涉裝置后aD．由na＜nb，sinC=1n可知，a光從水中射向空氣發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較大，故故選：B。（2023?龍華區(qū)校級(jí)一模）一半徑為R的14球體放置在水平桌面上，球體由透明材料制成。現(xiàn)有一束位于過(guò)球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再?gòu)呢Q直表面射出，如圖所示。已知入射光線與桌面的距離為3R2，出射光線與水平方向的夾角θA．1.2 B．1.5 C．2 D．3【解答】解：設(shè)入射光線與球體的交點(diǎn)為C，連接OC，OC即為入射點(diǎn)的法線，如圖所示：可得，圖中的α角為入射角、β角為折射角，過(guò)C點(diǎn)作球體水平表面的垂線，垂足為B。由題意得：CB=3由幾何關(guān)系得：∠COB＝α，sin∠解得：sin∠COB=32即α由折射定律得：n=n=解得：β＝γ由幾何知識(shí)得：β+γ＝60°故β＝30°由折射定律得：n=sinα代入數(shù)據(jù)得：n=3，故ABC錯(cuò)誤，D故選：D。（2023?市中區(qū)校級(jí)二模）在一塊平板玻璃上放置一如圖所示的薄透鏡，在兩者之間形成空氣膜，現(xiàn)讓單色光豎直射向薄透鏡，在薄透鏡上方向下觀察，觀察到的現(xiàn)象是（）A．只能看到同顏色的平行反射光 B．平行、等間距的明暗相間的直干涉條紋 C．同心、內(nèi)密外疏的明暗相間的圓環(huán)狀干涉條紋 D．若薄透鏡的高度h不變僅增大半徑R，則相鄰條紋的間距變大【解答】解：AB、設(shè)形成空氣膜的傾角為θ，相鄰亮條紋的間距為d，根據(jù)形成亮條紋的條件及幾何關(guān)系可知：d=λ2sinθ=λC、從以上公式來(lái)看，只要空氣層的傾角θ一定，無(wú)論內(nèi)外，條紋間距就一定，故C錯(cuò)誤；D、若薄透鏡的高度h不變，僅增大半徑R，則形成空氣膜的傾角θ要減小，根據(jù)：d=λ2sinθ，可知相鄰條紋的間距變大，故故選：D。（2023?海安市校級(jí)模擬）虹和霓是太陽(yáng)光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過(guò)一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來(lái)演示說(shuō)明。兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會(huì)形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路圖如圖所示。關(guān)于照到M、N、P、Q點(diǎn)的單色光的說(shuō)法正確的是（）A．M、N、P、Q點(diǎn)的光的顏色分別為紅、紫、紅、紫 B．M點(diǎn)的光的波長(zhǎng)較N點(diǎn)的大 C．P點(diǎn)的光的波長(zhǎng)較Q點(diǎn)的大 D．水對(duì)P點(diǎn)的光比對(duì)Q點(diǎn)的光的折射率大【解答】解：A．在白光的七色光中紅光的頻率最小，折射率最小，紫光的頻率最大，折射率最大，根據(jù)折射定律可知折射角的正弦sinr=sinin，因此紅光的折射角較大，紫光的折射角較小，所以M、Q兩點(diǎn)為紫光，N、P兩點(diǎn)為紅光，即M、N、P、Q點(diǎn)的光的顏色分別為紫、紅、紅、紫，故B．M點(diǎn)的光是