新高考物理二輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)專(zhuān)練熱點(diǎn)14 光學(xué)中的常見(jiàn)模型（原卷版）

熱點(diǎn)14光學(xué)中的常見(jiàn)模型熱點(diǎn)14光學(xué)中的常見(jiàn)模型高考光學(xué)命題選擇生產(chǎn)生活和現(xiàn)代科學(xué)研究和先進(jìn)技術(shù)中與光學(xué)相關(guān)的問(wèn)題情境，主要考查光的折射定律、光的全反射，光的干涉、衍射現(xiàn)象。光路圖作圖要求嚴(yán)謹(jǐn)，能正確利用光學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。會(huì)測(cè)量材料的折射率:知道光的全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件,初步了解光纖的工作原理,光纖技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。一.光的色散模型【模型如圖】θiθiABC紅紫光線射向棱鏡在AB面折射角小于入射角，AC面折射角大于入射角，兩次折射后，光線向棱鏡底邊偏折折射率越大偏折的越厲害。實(shí)驗(yàn)表明：白光色散后紅光的偏折角最小，紫光的偏折角最大說(shuō)明玻璃棱鏡對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紫光的折射率最大，紅光最小。SKIPIF1<0。折射率越大的光其頻率也越大SKIPIF1<0所以將不同色光照射某一金屬表面紫光更容易發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。根據(jù)SKIPIF1<0可知頻率越大的色光其波長(zhǎng)越短則SKIPIF1<0由此可知在衍射現(xiàn)象中紅光相比其他色光現(xiàn)象更為明顯（明顯衍射條件：SKIPIF1<0）；讓不同色光在同一套雙縫干涉裝置中實(shí)驗(yàn)根據(jù)SKIPIF1<0可知紅光相比其他色光條紋間距SKIPIF1<0更寬。根據(jù)SKIPIF1<0可知不同色光在同種介質(zhì)中傳播速度不同，折射率越大傳播越慢，折射率越小傳播越快即：SKIPIF1<0。根據(jù)SKIPIF1<0可知當(dāng)不同色光從介質(zhì)射向空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角不同，紅光最大，紫光最小即SKIPIF1<0當(dāng)改變?nèi)肷浣菚r(shí)紫光更容易先發(fā)生全反射而消失。二．“三棱鏡”模型【模型如圖】(1)光密三棱鏡：光線兩次折射均向底面偏折，偏折角為δ，如圖所示．(2)光疏三棱鏡：光線兩次折射均向頂角偏折． (3)全反射棱鏡(等腰直角棱鏡)，如圖所示．①當(dāng)光線從一直角邊垂直射入時(shí)，在斜邊發(fā)生全反射，從另一直角邊垂直射出②當(dāng)光線垂直于斜邊射入時(shí)，在兩直角邊發(fā)生全反射后又垂直于斜邊射出，入射光線和出射光線互相平行．三．“球形玻璃磚”模型(1)法線過(guò)圓心即法線在半徑方向。(2)半徑是構(gòu)建幾何關(guān)系的重要幾何量四、全反射問(wèn)題的分析思路1．確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。2．應(yīng)用sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角。3．根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。4．如發(fā)生全反射，畫(huà)出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。5．運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算，解決問(wèn)題。五、光的折射、全反射規(guī)律的綜合應(yīng)用廣泛應(yīng)用于生活與科技中，如屋門(mén)上的貓眼、潛水艇上的潛望鏡、醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等等。掌握光的折射規(guī)律和全反射規(guī)律，正確畫(huà)出光路圖是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。（建議用時(shí)：60分鐘）一、單選題1．（2024·云南曲靖·統(tǒng)考一模）半圓形玻璃磚在光學(xué)中有許多重要應(yīng)用，可以用來(lái)做許多光學(xué)實(shí)驗(yàn)．如圖所示，一束光由半圓形玻璃磚的左側(cè)面沿半徑射入，經(jīng)SKIPIF1<0界面折射后分為SKIPIF1<0兩束光，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．玻璃對(duì)SKIPIF1<0光的折射率大于對(duì)SKIPIF1<0光的折射率B．現(xiàn)將入射光繞SKIPIF1<0點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則SKIPIF1<0光先消失C．在半圓形玻璃中，SKIPIF1<0光的傳播時(shí)間大于SKIPIF1<0光的傳播時(shí)間D．分別用SKIPIF1<0光在同一個(gè)裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，SKIPIF1<0光的干涉條紋間距小于SKIPIF1<0光的干涉條紋間距2．（2024·廣東茂名·統(tǒng)考一模）《史記》中對(duì)日暈有“日有暈，謂之日輪”的描述.如圖（a）所示，日暈是日光通過(guò)卷層云時(shí)，受到冰晶的折射或反射而形成的。圖（b）為太陽(yáng)光射到六邊形冰晶上發(fā)生兩次折射的光路圖，對(duì)于圖（b）中出射的單色光a，b，下列說(shuō)法正確的是（

）A．單色光a的折射率比單色光b的折射率大B．在冰晶中，單色光a的傳播速度比單色光b的傳播速度大C．單色光a的頻率比單色光b的頻率大D．單色光a的單個(gè)光子能量比單色光b的單個(gè)光子能量大3．（2024·廣東惠州·統(tǒng)考三模）圖中有一直桿豎直插入水深為1.2m水池池底，恰好有一半露出水面，太陽(yáng)光以與水平面成37°角射在水面上，測(cè)得直桿在池底的影長(zhǎng)EC為2.5m，已知sin37°=0.6，則下列說(shuō)法正確的是（）A．直桿在池底的影長(zhǎng)中午比早晨更長(zhǎng)B．直桿在水面的影長(zhǎng)為0.9mC．水的折射率為SKIPIF1<0D．當(dāng)太陽(yáng)光和水面的夾角變化時(shí)，在水面上有可能發(fā)生全反射4．圖示為一半球形玻璃磚的截面圖，AB為直徑，O為球心。一束紙面內(nèi)的單色光從直徑上某點(diǎn)C與直徑成θ射入，恰好從D點(diǎn)射出。現(xiàn)換用不同頻率的色光從C點(diǎn)以相同方向入射，不考慮多次反射，則（）A．到達(dá)圓弧SKIPIF1<0部分的光，一定會(huì)從圓弧SKIPIF1<0部分射出B．到達(dá)圓弧SKIPIF1<0部分的光，可能不從圓弧SKIPIF1<0部分射出C．頻率改變前從D點(diǎn)出射的光線一定與從C點(diǎn)入射時(shí)的光線平行D．所有不同頻率的色光在玻璃磚中的傳播時(shí)間均相等5．彩虹是雨后太陽(yáng)光射入空氣中的水滴先折射，然后在水滴的背面發(fā)生反射，最后離開(kāi)水滴時(shí)再次折射形成。如圖所示，一束太陽(yáng)光從左側(cè)射入球形水滴，a、b是其中的兩條出射光線，關(guān)于a光和b光的說(shuō)法中，正確的是（）A．在真空中傳播時(shí)，a光的波長(zhǎng)更長(zhǎng)B．在水滴中，a光的傳播速度小C．通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，b光的相鄰條紋間距小D．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，b光的臨界角小二、多選題6．（2024·甘肅·統(tǒng)考一模）圖為一透明均勻介質(zhì)球的橫截面，SKIPIF1<0為圓心，SKIPIF1<0為直徑。一束光以SKIPIF1<0從A點(diǎn)入射，SKIPIF1<0弧面出射的光與SKIPIF1<0平行。下列說(shuō)法正確的是（）

A．介質(zhì)球的折射率約為SKIPIF1<0B．介質(zhì)球的折射率約為SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0在SKIPIF1<0變化時(shí)，SKIPIF1<0弧面上觀察不到全反射現(xiàn)象D．若入射光為白光，SKIPIF1<0弧面上出射光形成彩色光帶7．（2024·河南·統(tǒng)考一模）如圖，將一平面鏡置于某透明液體中，光線以入射角SKIPIF1<0進(jìn)入液體，經(jīng)平面鏡反射后恰好不能從液面射出。此時(shí)，平面鏡與水平面（液面）夾角為SKIPIF1<0，光線在平面鏡上的入射角為SKIPIF1<0。已知該液體的折射率為SKIPIF1<0，下列說(shuō)法正確的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．若略微增大SKIPIF1<0，則光線可以從液面射出D．若略微減小i，則光線可以從液面射出8．（2024·河南·模擬預(yù)測(cè)）某透明介質(zhì)的截面圖如圖所示，一束光線與上表面成SKIPIF1<0角射入，在下表面剛好發(fā)生全反射，介質(zhì)的折射率為SKIPIF1<0。下列說(shuō)法正確的是（）

A．光線在上表面的折射角SKIPIF1<0B．光線在上表面的折射角SKIPIF1<0C．下底邊與虛線的夾角SKIPIF1<0D．下底邊與虛線的夾角SKIPIF1<0三、解答題9．（2024·廣西·統(tǒng)考一模）光學(xué)反射棱鏡被廣泛應(yīng)用于攝像、校準(zhǔn)等領(lǐng)域，其中一種棱鏡的截面如圖，eh邊為鍍膜反射面，SKIPIF1<0，棱鏡的折射率為SKIPIF1<0，光在真空中的傳播速度為SKIPIF1<0，若細(xì)光束從O點(diǎn)以SKIPIF1<0的入射角從真空射入棱鏡，求：（1）光在上述棱鏡中傳播速度的大??；（2）光束從棱鏡中射出的折射角，并完成光路圖。

10．如圖所示，一束由波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光組成的復(fù)色光，經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射光垂直照射到雙縫上，并在光屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0分別是波長(zhǎng)為λ?、λ?的光形成的距離O點(diǎn)最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側(cè)面上，從另一側(cè)面射出，形成M和N兩束光。（1）設(shè)SKIPIF1<0、SKIPIF1<0到O點(diǎn)的距離分別為y1、y2，求y1與y2的比值；（2）已知λ1、λ2單色光對(duì)應(yīng)玻璃的折射率分別為n1、n2，求N光在三棱鏡中的波長(zhǎng)λN。11．（2023·四川成都·統(tǒng)考一模）如圖，一玻璃磚的截面由等腰三角形PMQ和半徑為R的半圓組成，SKIPIF1<0，O為圓心，其右側(cè)放置足夠長(zhǎng)的豎直平面鏡，鏡面與PQ平行，A處的光源發(fā)射一束光從MP中點(diǎn)B射入玻璃磚，光束與MP夾角θ=30°，經(jīng)折射后光線與PQ垂直。A、M、O三點(diǎn)共線，光在真空中的傳播速度為c，不考慮光束在玻璃磚內(nèi)的反射。（i）求玻璃磚的折射率n；（ii）若光束從光源A發(fā)射經(jīng)平面鏡一次反射后恰能回到光源A處，求光束在全過(guò)程中的傳播時(shí)間t。12．如圖所示，一個(gè)三棱鏡SKIPIF1<0的橫截面為直角三角形，A、B、C分別為三條棱的中點(diǎn)，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，該三棱鏡材料的折射率SKIPIF1<0。現(xiàn)有一細(xì)光束，其入射方向始終保持與A、B連線平行，入射點(diǎn)從A點(diǎn)沿A、C連線向C點(diǎn)移動(dòng)，若不考慮光線在三棱鏡內(nèi)的多次反射。求：（1）光線從SKIPIF1<0面射出時(shí)的折射角；（2）光線從A點(diǎn)沿C點(diǎn)移動(dòng)的過(guò)程中，在AB邊有光線射出的范圍。

（建議用時(shí)：60分鐘）一、單選題1．（2024·河南·統(tǒng)考二模）一種光學(xué)傳感器是通過(guò)接收器接收到紅綠燈光信號(hào)而觸發(fā)工作的。如圖所示，一細(xì)束黃色光沿AB方向從汽車(chē)玻璃外側(cè)（汽車(chē)玻璃可視為兩表面平行的玻璃磚）的B點(diǎn)射入，入射角為i，折射光線剛好沿BC方向在汽車(chē)玻璃內(nèi)側(cè)C點(diǎn)觸發(fā)光學(xué)傳感器。若入射光的顏色發(fā)生變化，且入射光的入射位置B不變，仍要使折射光線沿BC方向在汽車(chē)玻璃內(nèi)側(cè)C點(diǎn)觸發(fā)光學(xué)傳感器。下列說(shuō)法正確的是（

）

A．若改用綠色光射入，需要入射角i減小到某一合適的角度B．若改用紅色光射入，需要入射角i減小到某一合適的角度C．若改用紅色光射入，需要入射角i增大到某一合適的角度D．改用任何顏色的光射入，都需要入射角i減小到某一合適的角度2．在測(cè)量某玻璃磚的折射率實(shí)驗(yàn)中，正確操作后在紙上作出了如圖所示的光路圖，玻璃磚上下兩邊平行，虛線AC為過(guò)C點(diǎn)的法線，入射光線從O點(diǎn)射入，其延長(zhǎng)線交AC于B點(diǎn)，測(cè)得OB的長(zhǎng)度為2cm，OC的長(zhǎng)度為2.5cm。已知光在真空中的傳播速度為c=3SKIPIF1<0108m/s。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．增大入射角，光線可能在下表面發(fā)生全反射B．光線在玻璃磚內(nèi)傳播的速率為2.4SKIPIF1<0108m/sC．入射角越大，光線通過(guò)玻璃磚的時(shí)間越長(zhǎng)D．入射角改變，光線的側(cè)移量（即圖中的SKIPIF1<0）也改變3．（2024·遼寧沈陽(yáng)·統(tǒng)考一模）圖甲是半圓柱形玻璃體的橫截面，一束紫光從真空沿半圓柱體的徑向射入，并與底面上過(guò)O點(diǎn)的法線成SKIPIF1<0角，CD為足夠大的光學(xué)傳感器，可以探測(cè)從AB面反射光的強(qiáng)度。若反射光強(qiáng)度隨SKIPIF1<0變化規(guī)律如圖乙所示，取SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，則下列說(shuō)法正確的是（

）

A．該紫光在半圓柱體中的折射率為SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0減小到0時(shí)，光將全部從AB界面透射出去C．SKIPIF1<0減小時(shí)，反射光線和折射光線夾角隨之減小D．改用紅光入射時(shí)，CD上探測(cè)到反射光強(qiáng)度最大值對(duì)應(yīng)的SKIPIF1<04．（2023·海南·統(tǒng)考一模）如圖所示，一束單色光從截面為以O(shè)為圓心、半徑為R的SKIPIF1<0圓形玻璃磚OAB的M點(diǎn)沿紙面射入，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，光線恰好在玻璃磚圓形表面AB發(fā)生全反射；當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，光線從玻璃磚圓形表面的B點(diǎn)射出，且從B點(diǎn)射出的光線與從M點(diǎn)射入的光線平行。則玻璃磚的折射率為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．1.5 D．25．（2023·江蘇南京·校聯(lián)考一模）如圖，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，在失重環(huán)境下，往水球中央注入空氣，形成了一個(gè)明亮的氣泡。若入射光在氣泡表面的p點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射角為SKIPIF1<0，光在真空中傳播速度為c，則（）A．水的折射率n=sinθB．光在水球中的傳播速度SKIPIF1<0C．光從空氣進(jìn)入水球，波長(zhǎng)變短D．光從空氣進(jìn)入水球，頻率變大二、多選題6．（2023·浙江·校聯(lián)考一模）某種材料的直角三棱鏡截面如圖所示，SKIPIF1<0。一束垂直SKIPIF1<0邊從SKIPIF1<0點(diǎn)入射的細(xì)光束，經(jīng)三棱鏡反射、折射后，有光線從SKIPIF1<0邊的中點(diǎn)SKIPIF1<0垂直SKIPIF1<0方向射出，該光線在三棱鏡內(nèi)只經(jīng)歷一次反射。已知真空中的光速為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0邊長(zhǎng)度為SKIPIF1<0。下列說(shuō)法正確的是（

）A．三棱鏡對(duì)該單色光的折射率為SKIPIF1<0 B．該單色光在SKIPIF1<0邊發(fā)生全反射C．該單色光在三棱鏡中的傳播速度為SKIPIF1<0 D．從SKIPIF1<0點(diǎn)射出的光線在三棱鏡中的傳播路程為SKIPIF1<07．如圖所示，“階躍型”光導(dǎo)纖維由“纖芯”和“包層”兩個(gè)圓柱體組成，其截面為同心圓，中心部分是“纖芯”，“纖芯”以外的部分稱(chēng)為“包層”。下列說(shuō)法正確的是（）

A．光導(dǎo)纖維只能傳輸可見(jiàn)光B．光導(dǎo)纖維中“纖芯”的折射率大于“包層”的折射率C．不同頻率的光從同一根光導(dǎo)纖維的一端傳輸?shù)搅硪欢说臅r(shí)間相同D．光從“纖芯”一端傳到另一端的時(shí)間與從“纖芯”端面射入時(shí)的入射角有關(guān)8．光纖主要由折射率不同的纖芯與外套組成，在光纖中傳輸?shù)男盘?hào)是脈沖光信號(hào)。當(dāng)一個(gè)光脈沖從光纖中輸入，經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)度的光纖傳輸之后，其輸出端的光脈沖會(huì)變寬，這種情況會(huì)降低信號(hào)傳輸質(zhì)量。引起這一差別的主要原因之一是光通過(guò)光纖纖芯時(shí)路徑長(zhǎng)短的不同（如圖），沿光纖軸線傳輸?shù)墓饫w用時(shí)最短，在兩種介質(zhì)界面多次全反射的光線用時(shí)較長(zhǎng)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，我們研究一根長(zhǎng)直光纖，設(shè)其內(nèi)芯折射率為SKIPIF1<0，外套折射率為SKIPIF1<0。在入射端，光脈沖寬度（即光持續(xù)時(shí)間）為SKIPIF1<0t，在接收端光脈沖寬度（即光持續(xù)時(shí)間）為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0（）A．外套材料的折射率SKIPIF1<0變小，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0t的差值不變B．內(nèi)芯材料的折射率SKIPIF1<0越大，光脈沖將越不容易從外套“漏”出C．入射光波長(zhǎng)變短，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0t的差值不變D．光纖的直徑變小，SKIPIF1<0與