專題16光學(xué)電磁波（講義）（原卷版）

專題16光學(xué)電磁波目錄TOC\o"14"\h\z\u考點(diǎn)一光學(xué) 4 4 61.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制特點(diǎn) 62.單縫衍射與雙縫干涉的比較 73.干涉圖樣與衍射圖樣的比較 74.各種色光的幾何光學(xué)與物理光學(xué)比較 8 8考向一折射定律、折射率、光的傳播問題及色散 8考向二全反射及其應(yīng)用 9考向三光的干涉與衍射 10考向四幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題 10考點(diǎn)二電磁振動(dòng)及電磁波 11 11 111.LC振蕩電路中物理量的變化周期及充放電的判斷方法 112.電磁波與機(jī)械波的比較 12 12考向一電磁振蕩電磁波 12考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)光學(xué)考向一折射定律、折射率、光的傳播問題及色散：2023?全國(guó)?高考真題（2題）、2023?湖南?高考真題、2023?江蘇?高考真題、2023?浙江?高考真題、2022?海南?高考真題、2022?浙江?高考真題、2021?浙江?高考真題、2022?江蘇?高考真題、2022?湖北?高考真題、2022?全國(guó)?高考真題（2題）、2021?重慶?高考真題、2021?湖南?高考真題、2021?全國(guó)?高考真題、考向二全反射及其應(yīng)用：2023?福建?高考真題、2023?浙江?高考真題、2023?湖北?高考真題、2023?山東?高考真題、2022?重慶?高考真題、2022?廣東?高考真題、2022?河北?高考真題、2022?湖南?高考真題、2022?全國(guó)?高考真題、2022?遼寧?高考真題、2022?浙江?高考真題、2022?山東?高考真題、2021?江蘇?高考真題、2021?海南?高考真題、2021?遼寧?高考真題、2021?山東?高考真題、2021?廣東?高考真題、2021?河北?高考真題、考向三光的干涉與衍射：2023?河北?高考真題、2023?天津?高考真題、2023?北京?高考真題、2023?山東?高考真題、2023?江蘇?高考真題、2022?北京?高考真題、2022?浙江?高考真題、2022?山東?高考真題、2021?江蘇?高考真題、2021?湖北?高考真題、2021?山東?高考真題、2021?浙江?高考真題、考向四幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題：2023?重慶?高考真題、2023?浙江?高考真題、2022?天津?高考真題、2021?天津?高考真題、2021?北京?高考真題（2題）電磁振動(dòng)及電磁波考向一電磁振蕩電磁波：2021?福建?高考真題、2021?浙江?高考真題考情分析【命題規(guī)律及方法指導(dǎo)】1.命題重點(diǎn)：本專題就是高考的基礎(chǔ)熱點(diǎn)問題，突出考察光的折射及折射率、全反射、及光傳播的計(jì)算，光干涉和衍射的現(xiàn)象及應(yīng)用，對(duì)電磁波譜、電磁波等基礎(chǔ)知識(shí)也不能忽略2.常用方法：圖像法、對(duì)稱法。3.?？碱}型：選擇題，填空題，計(jì)算題．【命題預(yù)測(cè)】1.本專題屬于熱點(diǎn)、基礎(chǔ)內(nèi)容；2.高考命題考察方向①光學(xué)：幾何光學(xué)方面重點(diǎn)考察光的折射及折射率、全反射相結(jié)合的光傳播相關(guān)問題的計(jì)算，幾何知識(shí)也非常重要，物理光學(xué)方面重點(diǎn)考察光的干涉、衍射現(xiàn)象及相關(guān)的應(yīng)用。②電磁波：考察電磁振蕩、電磁波譜等相對(duì)基礎(chǔ)的知識(shí)，考點(diǎn)一光學(xué)1．（2023·全國(guó)·高考真題）如圖，一折射率為的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形，，BC邊所在底面上鍍有一層反射膜。一細(xì)光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點(diǎn)射入棱鏡，若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點(diǎn)A，求M點(diǎn)到A點(diǎn)的距離。2．（2023·浙江·高考真題）在水池底部水平放置三條細(xì)燈帶構(gòu)成的等腰直角三角形發(fā)光體，直角邊的長(zhǎng)度為0.9m，水的折射率，細(xì)燈帶到水面的距離，則有光射出的水面形狀（用陰影表示）為（

）A．

B．

C．

D．

3．（2023·山東·高考真題）如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán)，C為待測(cè)柱形樣品，C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光垂直照射上方石英板，會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，下列說法正確的是（

）A．劈形空氣層的厚度變大，條紋向左移動(dòng) B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動(dòng)C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動(dòng) D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動(dòng)4．（2021·湖北·高考真題）如圖所示，由波長(zhǎng)為λ1和λ2的單色光組成的一束復(fù)色光，經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光。透射光經(jīng)擴(kuò)束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置，P1和P2分別是波長(zhǎng)為λ1和λ2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M和N位置出射，則（）A．λ1<λ2，M是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波長(zhǎng)為λ1的光出射位置5．（2023·浙江·高考真題）（多選）氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級(jí)6躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光I，從能級(jí)3躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究?jī)煞N光的干涉現(xiàn)象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是（）A．圖1中的對(duì)應(yīng)的是ⅠB．圖2中的干涉條紋對(duì)應(yīng)的是ⅡC．Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量D．P向a移動(dòng)，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制特點(diǎn)平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對(duì)光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向2.單縫衍射與雙縫干涉的比較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3.干涉圖樣與衍射圖樣的比較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、圓盤衍射(泊松亮斑).2）條紋寬度的區(qū)別：雙縫干涉條紋的寬度相同，而單縫衍射的中央亮條紋最寬，兩側(cè)的亮條紋逐漸變窄.3）條紋亮度的區(qū)別：雙縫干涉條紋，從中央亮條紋往兩側(cè)亮度變化很小，而單縫衍射條紋中央亮條紋最亮，兩側(cè)的亮條紋逐漸變暗.【技巧點(diǎn)撥】光的干涉和衍射都屬于光的疊加，從本質(zhì)上看，干涉條紋和衍射條紋的形成有相似的原理，都可認(rèn)為是從單縫通過兩列或多列頻率相同的光波，在屏上疊加形成的．4.各種色光的幾何光學(xué)與物理光學(xué)比較顏色紅橙黃綠藍(lán)靛紫頻率低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中的速度大→小波長(zhǎng)大→小通過棱鏡的偏折角小→大臨界角大→小雙縫干涉時(shí)的條紋間距大→小考向一折射定律、折射率、光的傳播問題及色散1．（2024·四川雅安·統(tǒng)考一模）如圖，邊長(zhǎng)為a的等邊三角形是一中空玻璃棱鏡的橫截面，中空部分是圓心在三角形垂心O處、半徑為的圓。讓一束激光從AB邊的D點(diǎn)以的入射角射入棱鏡，光線恰能沿平行于BC邊的直線，經(jīng)O點(diǎn)后從AC邊射出。（1）求玻璃的折射率n；（2）若保持入射角不變，使入射點(diǎn)沿AB邊向A點(diǎn)緩慢移動(dòng)，當(dāng)入射點(diǎn)移至E點(diǎn)（圖中未畫出）時(shí)，恰好沒有光線進(jìn)入中空部分，求A、E兩點(diǎn)間的距離x?？枷蚨瓷浼捌鋺?yīng)用2．（2024·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示為一潛水員在水下用相機(jī)豎直向上拍攝的一張照片。照片中，水面外的場(chǎng)景呈現(xiàn)在半徑的圓形范圍內(nèi)，水面上一條小船的長(zhǎng)度，已知水的折射率，船的實(shí)際長(zhǎng)度約為，，則該潛水員所在水深約為（）A．2.0m B．2.4m C．2.6m D．2.9m3．（2024·陜西渭南·統(tǒng)考一模）如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點(diǎn)光源S到頂點(diǎn)O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，設(shè)真空中光速為c，求能從OQ邊上射出的光在玻璃中的傳播時(shí)間范圍?？枷蛉獾母缮媾c衍射4．（2024·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示是一種脈沖激光展寬器的截面圖，其構(gòu)造為四個(gè)相同的頂角為θ的直角三棱鏡，對(duì)稱放置在空氣中。一細(xì)束脈沖激光垂直第一個(gè)棱鏡左側(cè)面入射，經(jīng)過前兩個(gè)棱鏡后分為平行的光束，再經(jīng)過后兩個(gè)棱鏡重新合成為一束，此時(shí)不同頻率的光前后分開，完成脈沖展寬。已知相鄰兩棱鏡斜面間的距離d=100.0mm，脈沖激光中包含頻率不同的光1和2，它們?cè)诶忡R中的折射率分別為和。取，，，則（

）A．光1和2通過相同的雙縫干涉裝置后1對(duì)應(yīng)條紋間距更大B．為使光1和2都能從左側(cè)第一個(gè)棱鏡斜面射出，需θ>45°C．減小d后光1和2通過整個(gè)展寬器過程中在空氣中的路程差不變D．若θ=37°則光1和2通過整個(gè)展寬器過程中在空氣中的路程差約為14.4mm考向四幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題5．（2024·陜西安康·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）（多選）如圖所示，有一玻璃直角三棱鏡ABC，AB=AC。由兩種單色光甲和乙組成的一細(xì)光束，從AB邊射入三棱鏡，調(diào)整入射方向發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射光束垂直AB邊入射時(shí)，恰好只有單色光甲從BC邊射出，且出射光線和BC邊的夾角為，則下列判斷正確的是（）A．甲、乙兩種單色光的折射率分別為和B．甲、乙兩種單色光在該玻璃中的傳播速度之比為C．若用單色光甲照射某金屬表面，能使該金屬發(fā)射光電子，則用單色光乙照射該金屬表面，也一定能使該金屬發(fā)射光電子D．甲單色光的全反射臨界角大于乙單色光的全反射臨界角E．用完全相同的楊氏雙縫干涉儀做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，單色光甲的條紋寬度要比單色光乙的條紋寬度窄考點(diǎn)二電磁振動(dòng)及電磁波1．（2021·福建·高考真題）（多選）以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長(zhǎng)距離通信的主要手段。2020年11月10日，中國(guó)載人潛水器“奮斗者”號(hào)創(chuàng)造了10909米深潛紀(jì)錄。此次深潛作業(yè)利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進(jìn)行指令傳輸或數(shù)據(jù)交換，如圖所示。下列說法正確的是（）A．“奮斗者”號(hào)與“探索一號(hào)”通信的信息載體屬于橫波B．“奮斗者”號(hào)與“滄海”號(hào)通信的信息載體屬于橫波C．“探索一號(hào)”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信可以通過機(jī)械波實(shí)現(xiàn)D．“探索一號(hào)”與“探索二號(hào)”的通信過程也是能量傳播的過程1.LC振蕩電路中物理量的變化周期及充放電的判斷方法 1）周期變化①LC回路中的電流、線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度、電容器極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化周期就是回路的振蕩周期，在一個(gè)周期內(nèi)上述各量方向改變兩次．②電容器極板上所帶的電荷量，其變化周期也是振蕩周期，極板上電荷的電性在一個(gè)周期內(nèi)改變兩次．③電場(chǎng)能、磁場(chǎng)能也在做周期性變化，但是它們是標(biāo)量，沒有方向，所以變化周期是振蕩周期的一半，即.2）充、放電過程的判斷方法根據(jù)電流流向判斷當(dāng)電流流向帶正電的極板時(shí)，電容器的電荷量增加，磁場(chǎng)能向電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時(shí)，電荷量減少，電場(chǎng)能向磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化，處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢(shì)判斷當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場(chǎng)強(qiáng)度E)增大或電流i(磁感應(yīng)強(qiáng)度B)減小時(shí)，處于充電過程；反之，處于放電過程根據(jù)能量判斷電場(chǎng)能增加時(shí)充電，磁場(chǎng)能增加時(shí)放電2.電磁波與機(jī)械波的比較名稱項(xiàng)目電磁波機(jī)械波產(chǎn)生由周期性變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)產(chǎn)生由質(zhì)點(diǎn)(波源)的振動(dòng)產(chǎn)生傳播介質(zhì)不需要介質(zhì)(在真空中仍可傳播)必須有介質(zhì)(真空中不能傳播)波的種類橫波既有橫波也有縱波速度特點(diǎn)由介質(zhì)和頻率決定，在真空中等于光速(c＝3×108m/s)僅由介質(zhì)決定能量都能攜帶能量并傳播能量速度公式v＝λf遵循規(guī)律都能發(fā)生反射、折射、干涉、衍射等現(xiàn)象考向一電磁振蕩電磁波1．（2023·江蘇鹽城·統(tǒng)考三模）把線圈、電容器、電源和單刀雙擲開關(guān)按照?qǐng)D示連成電路。把示波器的兩端連在電容器的兩個(gè)極板