2023新教材高考物理二輪專題復(fù)習(xí)專題九光教師用書

專題九光命題熱點(diǎn)?？碱}型(1)光的折射、全反射現(xiàn)象；(2)光的干涉與衍射；(3)幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合分析；(4)生活、科技中的光學(xué)問題．選擇題計(jì)算題高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一光的折射與全反射1．求解光的折射和全反射問題的思路(1)確定研究的光線：該光線一般是入射光線，還有可能是反射光線或折射光線，若需研究的光線不明確，則要根據(jù)題意分析、尋找，如臨界光線、邊界光線等．(2)畫光路圖：找入射點(diǎn)，確定界面，并畫出法線，根據(jù)反射定律、折射定律作出光路圖，結(jié)合幾何關(guān)系，具體求解．2．注意兩點(diǎn)：(1)光疏→光密：一定有反射、折射光線；(2)光密→光疏：若入射角大于或等于臨界角，則發(fā)生全反射．例1[2021·海南卷]如圖，長方體玻璃磚的橫截面為矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率為2.一束單色光在紙面內(nèi)以α＝45°的入射角從空氣射向MQ邊的中點(diǎn)O，則該束單色光()A．在MQ邊的折射角為60°B．在MN邊的入射角為45°C．不能從MN邊射出D．不能從NP邊射出[解題心得]預(yù)測1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預(yù)測2[2022·遼寧模擬卷]導(dǎo)光管采光系統(tǒng)是一套采集天然光，并經(jīng)管道傳輸?shù)绞覂?nèi)的采光系統(tǒng)，如圖為過裝置中心軸線的截面．上面部分是收集陽光的半徑為R的某種均勻透明材料的半球形采光球，O為球心，下面部分是內(nèi)側(cè)涂有反光涂層的導(dǎo)光管，MN為兩部分的分界面，M、N為球面兩點(diǎn)．若一束平行MN且與MN相距h=32R的細(xì)光束從空氣入射到采光球表面時(shí)，經(jīng)折射綠光恰好照射到NA．綠光在采光球中的傳播速度為32B．紅光一定能從N點(diǎn)上方射出C．紫光有可能直接折射經(jīng)過O點(diǎn)D．要使光束在導(dǎo)光管中發(fā)生全反射，涂層折射率應(yīng)小于管壁折射率預(yù)測3[2022·山東沖刺卷]如圖所示，梯形ABCD為玻璃磚的橫截面，∠A＝60°，∠B＝30°，AD＝2l，AB＝5l.一單色細(xì)光束從空氣中垂直AD邊中點(diǎn)射向玻璃磚，通過玻璃磚后從BC邊射出的光線與最初入射方向的夾角為30°，求：(1)玻璃磚對(duì)該光束的折射率；(2)該光束在玻璃磚中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間．[試解]考點(diǎn)二光的干涉與衍射現(xiàn)象1．單縫衍射與雙縫干涉的比較種類項(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中央條紋最亮，兩邊較暗清晰條紋，亮度基本相同相同點(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2.研究干涉現(xiàn)象時(shí)的兩點(diǎn)注意(1)只有相干光才能形成穩(wěn)定的干涉圖樣，光的干涉是有條件的．(2)單色光形成明暗相間的干涉條紋，白光形成彩色條紋．例2[2021·江蘇卷]鐵絲圈上附有肥皂膜，豎直放置時(shí)，肥皂膜上的彩色條紋上疏下密，由此推測肥皂膜前后兩個(gè)面的側(cè)視形狀應(yīng)當(dāng)是()[解題心得]預(yù)測4[2022·北京押題卷]一束激光照在一個(gè)很小的圓盤上，在屏上觀察到如圖所示的圖樣，在影的中心有一個(gè)亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”．下列說法正確的是()A．圓盤中心有個(gè)小孔，這是光的衍射現(xiàn)象B．圓盤中心是不透光的，這是光的衍射現(xiàn)象C．圓盤中心有個(gè)小孔，這是光的干涉現(xiàn)象D．圓盤中心是不透光的，這是光的干涉現(xiàn)象預(yù)測5[2022·江蘇沖刺卷](多選)如圖所示，a、b為兩束顏色不同的單色光，它們以不同的入射角射入等腰梯形玻璃棱鏡，兩條射出光能合為一束，下列說法正確的是()A．b光在玻璃中的折射率小B．b光在玻璃中的光速大C．對(duì)于同種金屬，a光能發(fā)生光電效應(yīng)，則b光一定也能發(fā)生光電效應(yīng)D．若兩束光通過同一雙縫裝置且都能形成干涉圖樣，則a光條紋間距較大考點(diǎn)三電磁波1．電磁波的特點(diǎn)(1)電磁波是橫波．(2)真空中的傳播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)傳播不需要介質(zhì)．2．電磁波譜的特性及應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感紫外線化學(xué)效應(yīng)、熒光效應(yīng)、能殺菌醫(yī)用消毒、防偽X射線貫穿性強(qiáng)檢查、醫(yī)用透視γ射線貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療例3[2020·天津卷]新冠肺炎疫情突發(fā)，中華兒女風(fēng)雨同舟、守望相助，筑起了抗擊疫情的巍峨長城．志愿者用非接觸式體溫測量儀，通過人體輻射的紅外線測量體溫，防控人員用紫外線燈在無人的環(huán)境下消殺病毒，為人民健康保駕護(hù)航．紅外線和紫外線相比較()A．紅外線的光子能量比紫外線的大B．真空中紅外線的波長比紫外線的長C．真空中紅外線的傳播速度比紫外線的大D．紅外線能發(fā)生偏振現(xiàn)象，而紫外線不能[解題心得]預(yù)測6(多選)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)預(yù)測7如圖為生活中遇到的各種波，以下關(guān)于波的說法正確的是()A．聲波是橫波B．WiFi信號(hào)的傳播不需要介質(zhì)C．丙圖是泊松亮斑圖樣D．月全食時(shí)的紅月亮是因?yàn)榧t光在月球表面發(fā)生干涉所致素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題生活、科技中的光學(xué)問題情境1夏天，海面上的下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低．可以設(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的．景物反射的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來的方向，人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景．如圖所示，下列說法正確的是()A．蜃景是景物由于海平面對(duì)光的反射所成的像B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物[解題心得]情境2(多選)在下列現(xiàn)象中，可以用多普勒效應(yīng)解釋的有()A．雷雨天看到閃電后，稍過一會(huì)兒才能聽到雷聲B．超聲波被血管中的血流反射后，探測器接收到的超聲波頻率發(fā)生變化C．觀察者聽到遠(yuǎn)去的列車發(fā)出的汽笛聲，音調(diào)會(huì)變低D．同一聲源發(fā)出的聲波，在空氣和水中傳播的速度不同[解題心得]情境3高速公路上的標(biāo)志牌常用“回歸反光膜”制成，夜間行車時(shí)，它能將車燈照射過來的光逆向返回，標(biāo)志牌上的字特別醒目．這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制成的．如圖所示，反光膜內(nèi)均勻分布著直徑為10μm的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為3，為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光線平行，那么第一次入射時(shí)的入射角是()A．60°B．45°C．30°D．15°[解題心得]情境4如圖所示為單反相機(jī)的取景五棱鏡原理圖，光線①經(jīng)反光鏡反射后以垂直AB面射入五棱鏡，以平行于AB面的方向射出五棱鏡．已知玻璃相對(duì)空氣的折射率為1.6，CD面與AB面的夾角為30°，∠ABC＝90°.(已知：sin38°＝11.6(1)如圖所示，如果左下角的桃心表示一正立的物體，判斷經(jīng)過多次反射后在取景窗中得到的是正立還是倒立的像；(2)試分析光線在F點(diǎn)是否發(fā)生全反射．如不發(fā)生全反射，求折射角的正弦值：(3)調(diào)節(jié)CD和AE面與AB面的夾角，使得光線①由CD面射向空氣時(shí)，恰好發(fā)生全反射，且光線出射方向仍與AB面平行，求調(diào)整后CD面和AE面與AB面的夾角分別為多大？(在傳播過程中光線與DE面無交點(diǎn))[試解]專題九光高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一例1解析：光線從O點(diǎn)入射，設(shè)折射角為β，由折射定律有sinα＝nsinβ，解得β＝30°，即在MQ邊的折射角為30°，故A錯(cuò)誤；設(shè)邊長NP＝l，則MN＝2l，作出折射后的光路圖如圖所示．由幾何關(guān)系可知光在MN邊的入射角為60°，故B錯(cuò)誤；光從光密到光疏發(fā)生全反射的臨界角設(shè)為θ，有sinθ＝1n＝22，即θ＝45°，而MN邊的入射角為60°>45°，且滿足光密到光疏，故光在MN邊發(fā)生全反射，即不能從MN邊射出，故C正確；根據(jù)幾何關(guān)系可知光在A點(diǎn)發(fā)生全反射后到達(dá)NP邊的B點(diǎn)，根據(jù)光的折射的可逆性可知，光從NP邊的答案：C預(yù)測1解析：由題意可知，光點(diǎn)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)生全反射射到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＝sinisinr答案：B預(yù)測2解析：如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系sinα＝hR＝32，α＝2θ折射率n＝sinαsinθ＝3，綠光在采光球中的傳播速度為v＝cn＝3答案：B預(yù)測3解析：(1)由幾何關(guān)系可知，該光束通過玻璃磚后，平行于AB邊射出，如圖所示由幾何關(guān)系得光束在E點(diǎn)的入射角α＝30°、折射角α′＝60°則玻璃磚對(duì)該光束的折射率n＝sinα'sinα＝(2)經(jīng)AB邊反射到BC邊的光一部分從BC邊折射出去，另一部分經(jīng)BC邊反射到AB邊，由幾何關(guān)系可知其方向與AB邊垂直，出射方向與AB邊的夾角為90°由n＝c可得光在玻璃磚中運(yùn)動(dòng)的速度為v＝c光線在玻璃磚中運(yùn)動(dòng)的路程為x＝AD2·tan60°＋AB-AG2光在玻璃磚中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t＝xv＝15l答案：(1)3(2)15l考點(diǎn)二例2解析：薄膜干涉為前后兩個(gè)面反射回來的光發(fā)生干涉形成干涉條紋，在復(fù)色光時(shí)，出現(xiàn)彩色條紋，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度從上到下逐漸增大，從而使干涉條紋的間距上疏下密，由于表面張力的作用，使得肥皂膜向內(nèi)凹陷，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．故選C.答案：C預(yù)測4解析：光線通過小圓盤，則會(huì)在屏上出現(xiàn)中心有亮斑，這就是著名的“泊松亮斑”，說明光線也偏離原來的直線方向傳播，所以屬于光的衍射，故B正確．答案：B預(yù)測5解析：根據(jù)題意畫出光路圖，兩光束出棱鏡時(shí)，折射角相同，a光的入射角小，b光入射角大，可得a光的折射率大，b光的折射率小，A正確；在同種介質(zhì)中的光速，折射率越大，光速越小，在同種介質(zhì)中b光的速度較大，B正確；折射率越大，光子頻率越大，光子能量越大，a光能發(fā)生光電效應(yīng)，但b光折射率更小，故b光不一定也能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；折射率大的光束波長小，根據(jù)條紋間距公式x＝lλd較大，b光折射率較小，故b答案：AB考點(diǎn)三例3解析：與紫外線相比，紅外線波長較長，頻率較低，由E＝hν得紅外線的光子能量比紫外線的小，A錯(cuò)誤，B正確．紅外線與紫外線均為電磁波，電磁波在真空中傳播速度為c，所以兩者在真空中的傳播速度相等，C錯(cuò)誤．紅外線與紫外線均為橫波，均可以發(fā)生偏振現(xiàn)象，D錯(cuò)誤．答案：B預(yù)測6解析：紫外線、X射線均屬于頻率高、能量高的電磁波，故A、B正確．霧化器、“彩超”機(jī)屬于超聲波的應(yīng)用，超聲波是機(jī)械波，不屬于電磁波，故C、D錯(cuò)誤．答案：AB預(yù)測7解析：甲圖說明聲波可以發(fā)生多普勒效應(yīng)，故A錯(cuò)誤；WiFi信號(hào)是電磁波，其傳播不需要介質(zhì)，故B正確；丙圖是衍射圖樣，泊松亮斑是一個(gè)很小的亮點(diǎn)，故C錯(cuò)誤；月全食時(shí)的紅月亮是太陽光被大氣層散射后照射到月球上，被月球反射后射向地面，由于紅光的波長最長，衍射能力最強(qiáng)，傳播最遠(yuǎn)，到達(dá)地面時(shí)紅光最多，所以我們看到的是紅月亮，是光的散射和衍射現(xiàn)象，不是光的干涉現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤．答案：B素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題情境1解析：當(dāng)大氣層比較平靜時(shí)，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對(duì)光的折射率也隨之減小，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低，下層空氣的折射率比上層的大．遠(yuǎn)處的景物反射的光線射向空中時(shí)，不斷被折射，射向折射率較低的上一層的入射角越來越大，當(dāng)光線的入射角大于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象．在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來的光線形成的虛像．這就是海市蜃樓的景象．故選C.答案：C情境2解析：雷雨天看到閃電后，稍過一會(huì)兒才能聽到雷聲，是因?yàn)槁曇舻膫鞑ニ俣缺裙獾膫鞑ニ俣嚷粚儆诙嗥绽招?yīng)，故選項(xiàng)A不符合題意；超聲波遇到血液中的血小板等細(xì)胞發(fā)生反射時(shí)，由于血小板的運(yùn)動(dòng)會(huì)使得反射聲波的頻率發(fā)生變化，屬于多普勒效應(yīng)，故選項(xiàng)B符合題意；列車和人的位置相對(duì)變化了，所以聽到的聲音