高考物理二輪復(fù)習(xí)精講精練專題12 光學(xué)（精講）

專題12光學(xué)（精講）精講考點精講內(nèi)容考點1光的折射、全反射和色散考點2光的干涉、衍射和偏振【知識體系構(gòu)建】【典例方法突破】光的折射、全反射和色散【例1】（2023年浙江卷）如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細黃光束從直角邊SKIPIF1<0以角度SKIPIF1<0入射，依次經(jīng)SKIPIF1<0和SKIPIF1<0兩次反射，從直角邊SKIPIF1<0出射。出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)了SKIPIF1<0角，則SKIPIF1<0（）A．等于SKIPIF1<0 B．大于SKIPIF1<0C．小于SKIPIF1<0 D．與棱鏡的折射率有關(guān)【答案】A【詳解】如圖所示設(shè)光線在AB邊的折射角為SKIPIF1<0，根據(jù)折射定律可得SKIPIF1<0設(shè)光線在BC邊的入射角為SKIPIF1<0，光線在AC邊的入射角為SKIPIF1<0，折射角為SKIPIF1<0；由反射定律和幾何知識可知SKIPIF1<0；SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0根據(jù)折射定律可得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0過D點做出射光的平行線，則該平行線與AB的夾角為SKIPIF1<0，由幾何知識可知，入射光與出射光的夾角為SKIPIF1<0。故選A。【例2】（2022年河北卷）如圖，一個半徑為R的玻璃球，O點為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點光源S發(fā)出的一束光在A點射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ=30°。光在真空中的傳播速度為c。求：（i）玻璃的折射率；（ii）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間?！敬鸢浮浚?）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【詳解】（i）根據(jù)題意將光路圖補充完整，如下圖所示根據(jù)幾何關(guān)系可知i1=θ=30°，i2=60°根據(jù)折射定律有nsini1=sini2解得SKIPIF1<0（ii）設(shè)全反射的臨界角為C，則SKIPIF1<0光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有SKIPIF1<0根據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)θ=45°時，即光路為圓的內(nèi)接正方形，從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的時間最短，則正方形的邊長SKIPIF1<0則最短時間為SKIPIF1<0【例3】（2022年山東卷）柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，SKIPIF1<0右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的SKIPIF1<0圓，左則是直角梯形，SKIPIF1<0長為R，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0夾角SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中點為B。a、b兩種頻率的細激光束，垂直SKIPIF1<0面入射，器件介質(zhì)對a，b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變，入射點從A向B移動過程中，能在SKIPIF1<0面全反射后，從SKIPIF1<0面射出的光是（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【詳解】當(dāng)兩種頻率的細激光束從A點垂直于AB面入射時，激光沿直線傳播到O點，經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。保持光的入射方向不變，入射點從A向B移動過程中，如下圖可知，激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?，根?jù)圖像可知，入射點從A向B移動過程中，光線傳播到PM面的入射角逐漸增大。當(dāng)入射點為B點時，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，此時光線在PM面上的入射角最大，設(shè)為SKIPIF1<0，由幾何關(guān)系得SKIPIF1<0根據(jù)全反射臨界角公式得SKIPIF1<0；SKIPIF1<0兩種頻率的細激光束的全反射的臨界角關(guān)系為SKIPIF1<0故在入射光從A向B移動過程中，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，故僅有a光。A正確，BCD錯誤。故選A?！纠?】（2022年河南三市模擬）如圖所示是一細束太陽光通過玻璃三棱鏡后，在光屏上產(chǎn)生光譜的示意圖—光的色散現(xiàn)象。光譜中紅光在最上端，紫光在最下端，中間從上到下依次是橙、黃、綠、藍、靛等色光。下表是測得的該玻璃棱鏡材料對各種色光的折射率。根據(jù)光的色散現(xiàn)象、表格中的有關(guān)數(shù)據(jù)以及光學(xué)知識，下列說法正確的是（）A．各種色光通過棱鏡后的偏折角度不同，紅光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大B．該棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率小，對紫光的折射率大C．各種色光在三棱鏡中的傳播速度不同，紅光在該玻璃三棱鏡中的傳播速度比紫光大D．同一色光在不同介質(zhì)中傳播時波長相同E．同一色光在不同介質(zhì)中傳播時頻率不同【答案】ABC【詳解】A．根據(jù)圖示光路圖可知紅光相對入射的白光偏折程度最小，紫光相對入射的白光偏折程度最大，所以各種色光通過棱鏡后的偏折角度不同，紅光的偏折角度最小，紫光的偏折角度最大，A正確；B．根據(jù)題中表格可知該棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率小，對紫光的折射率大，B正確；C．光在介質(zhì)中傳播的速率與折射率的關(guān)系為SKIPIF1<0，紅光折射率小于紫光的折射率，所以紅光在三棱鏡中傳播的速度大于紫光的傳播速度，C正確；DE．根據(jù)SKIPIF1<0可知，各色光在介質(zhì)中頻率SKIPIF1<0不變，在介質(zhì)中光速不同，所以波長SKIPIF1<0不同，DE錯誤。故選ABC?！痉椒ㄒ?guī)律歸納】1.折射定律和折射率(1)光的折射的常用公式:n=sinθ1sinθ2、n=(2)兩點注意:①同種介質(zhì)對不同頻率的光的折射率不同,頻率越高,折射率越大;②由n=cv、n=λ2.光的全反射(1)光從折射率為n的某種介質(zhì)射向空氣(真空)時發(fā)生全反射的臨界角為C,則SKIPIF1<0。(2)利用好光路圖中的臨界光線,準確地判斷出恰好發(fā)生全反射的光路圖是解題的關(guān)鍵,且在作光路圖時應(yīng)盡量與實際相符。3.應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系,作出比較完整的光路圖。(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系,確定各角之間的聯(lián)系,根據(jù)折射定律求解相關(guān)的物理量,如折射角、折射率等。(3)注意在折射現(xiàn)象中,光路是可逆的。4.求解光的折射、全反射問題的兩個關(guān)鍵點5.光的色散(1)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶。(2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。6．各種色光的比較分析顏色紅橙黃綠青藍紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小同一介質(zhì)中的波長大→小通過同一棱鏡的偏折角小→大同一介質(zhì)中的臨界角大→小同一裝置的雙縫干涉條紋間距大→小光的干涉、衍射和偏振【例5】（2022年山東卷）某同學(xué)采用圖甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象，狹縫SKIPIF1<0，SKIPIF1<0的寬度可調(diào)，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗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)光通過狹縫時，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，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，若光從狹縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋【答案】ACD【詳解】A．由圖可知，圖乙中間部分等間距條紋，所以圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當(dāng)光通過狹縫時，同時也發(fā)生衍射，故A正確；B．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，圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯誤；C．根據(jù)條紋間距公式SKIPIF1<0可知照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；D．照射兩條狹縫時，若光從狹縫SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到屏上P點的路程差為半波長的奇數(shù)倍，P點處一定是暗條紋，故D正確。故選ACD?！纠?】（2022年山東青島二模）光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有重要應(yīng)用。一頂角極大的圓錐形玻璃體，倒立在表面平整的標準板上，其截面如圖甲。單色光從上方垂直玻璃的上表面射向玻璃體，沿光的入射方向看到明暗相間的干涉條紋。下列說法正確的是（）A．條紋是以頂點為圓心的同心圓，且疏密均勻B．條紋是以頂點為圓心的同心圓，且中間疏，邊緣密C．產(chǎn)生干涉的兩束光是來自玻璃體上表面和側(cè)面的反射光D．若出現(xiàn)乙圖所示條紋，則說明玻璃體側(cè)面上有凸起【答案】AD【詳解】AB．空氣膜的上下兩個表面反射的兩列光波發(fā)生干涉，依據(jù)光程差是光的半個波長的偶數(shù)倍即為明條紋，而其是光的半個波長的奇數(shù)倍即為暗條紋，因圓錐形玻璃體壓在平面標準板上，以頂點為圓心的各點空氣薄膜間距相等且隨半徑的方向均勻變化，因此可以看到條紋是以頂點為圓心的同心圓，且疏密均勻，故A正確，B錯誤；C．產(chǎn)生干涉的兩束光是來自玻璃體的下表面和平面標準板上表面的反射光，選項C錯誤；D．空氣薄層干涉是等厚干涉，即明條紋處空氣膜的厚度相同，若出現(xiàn)乙圖所示條紋，說明該處光的路程差與內(nèi)側(cè)的路程差相等，即該處出現(xiàn)凸起，選項D正確。故選AD。【例7】（2023年江蘇模擬預(yù)測）如圖1是用光傳感器研究激光通過單縫或雙縫后光強分布的裝置圖，鐵架臺上從上到下依次為激光光源、偏振片、縫、光傳感器。實驗中所用的單縫縫距為SKIPIF1<0，雙縫間距為SKIPIF1<0。光源到縫的距離為SKIPIF1<0，縫到傳感器的距離為SKIPIF1<0，實驗得到的圖像如圖2、圖3所示，則（）A．題圖2所用的縫為雙縫，題圖3所用的縫為單縫B．旋轉(zhuǎn)偏振片，題2、題3兩幅圖像不會發(fā)生明顯變化C．僅減小縫到傳感器的距離，題2、題3兩幅圖像不會發(fā)生明顯變化D．實驗中所用的激光波長約為SKIPIF1<0【答案】D【詳解】A．由干涉、衍射圖樣特點可知題圖2所用的縫為單縫，題圖3所用的縫為雙縫，A錯誤；B．激光是偏振光，故旋轉(zhuǎn)偏振片，題2、題3兩幅圖像會發(fā)生明顯變化，B錯誤；C．由SKIPIF1<0可知，僅減小縫到傳感器的距離，題2、題3兩幅圖像會發(fā)生明顯變化，C錯誤；D．由SKIPIF1<0可知，實驗中所用的激光波長約為SKIPIF1<0，D正確；故選D?！纠?】（2023年全國模擬預(yù)測）如圖所示是一種利用溫度敏感光纖測量物體溫度的裝置，檢偏器的透振方向與起偏器的相同。一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率發(fā)生變化，從而使偏振光的偏振方向發(fā)生變化，光接收器接收的光強度就會變化。關(guān)于這種溫度計的工作原理，正確的說法是（）A．到達檢偏器的光的偏振方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越大B．到達檢偏器的光的偏振方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越小，表示溫度變化越小C．到達檢偏器的光的偏振方向變化越小，光接收器所接收的光強度就會越大，表示溫度變化越小D．到達檢偏器的光的偏振方向變化越大，光接收器所接收的光強度就會越大，表示溫度變化越大【答案】AC【詳解】溫度變化越大，光纖的各個物理參量變化越大，光的偏振方向變化越大，光接收器接收的光強度會越小，故AC正確，BD錯誤。故選AC?！痉椒ㄒ?guī)律歸納】（一）光的干涉1．產(chǎn)生干涉的條件兩列光的頻率相同，振動方向相同，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)原理如圖所示。(2)形成亮、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。光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出現(xiàn)亮條紋。光的路程差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(填寫顏色)。③條紋間距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ。3．薄膜干涉的理解和應(yīng)用(1)形成：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。光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。(2)亮、暗條紋的判斷①在P1、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Δr等于波長的整數(shù)倍，即Δr＝nλ(