專題18光和電磁波（講義）

專題18光和電磁波TOC\o"13"\h\u01專題網(wǎng)絡·思維腦圖 102考情分析·解密高考 203高頻考點·以考定法 2 2一、光的折射和全反射 2二、光的波動性和電磁波 3 4 7考向1：光的反射和折射的綜合應用 7考向2：光的衍射、干涉和偏振的現(xiàn)象判斷及分析 804核心素養(yǎng)·難點突破 905創(chuàng)新好題·輕松練 21新情境1：光學知識在科技中的應用 21新情境2：光學知識在天文中的應用 24新情境3：光學知識在生活中的應用 25考點內容要求學習目標光的折射和全反射II掌握物理光學的解題技巧和方法；區(qū)分干涉和衍射現(xiàn)象，并掌握判斷光的干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象的方法；光的波動性和電磁波II一、光的折射和全反射1．明確三個公式（1）n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。（2）n＝eq\f(c,v)。（3）sinC＝eq\f(1,n)。2．折射率的理解（1）折射率與介質和光的頻率有關，與入射角的大小無關。（2）在同一種介質中，光的頻率越高，介質的折射率越大。3．發(fā)生全反射的條件（1）光由光密介質射向光疏介質。（2）入射角大于或等于臨界角。4.解題方法及技巧（1）光的折射和全反射問題的解題關鍵是確定好光路，利用幾何關系求解。（2）確定光路的依據(jù)①反射定律。②折射定律。③是否在界面處發(fā)生全反射。④光路可逆性。二、光的波動性和電磁波1．光的干涉產(chǎn)生條件：兩束光頻率相同、相位差恒定。（1）光的雙縫干涉①條紋間隔均勻，亮度均勻，中央為亮條紋。②光的雙縫干涉中相鄰兩亮條紋（或相鄰兩暗條紋）間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ。③如用白光做實驗，中央為白色亮條紋，兩邊為彩色條紋。（2）光的薄膜干涉現(xiàn)象：彩色油膜、增透膜、牛頓環(huán)。2．光的衍射產(chǎn)生明顯衍射的條件：障礙物或狹縫的尺寸可以跟光的波長相比或比光的波長小。（1）光的單縫衍射①條紋寬度和間隔不均勻，亮度不均勻，中央亮條紋最寬最亮。②單縫衍射裝置等其他條件相同時，可見光中紅光的中央亮條紋最寬，紫光最窄。③如用白光做實驗，中央為白色亮條紋，兩邊為彩色條紋。（2）光的其他衍射現(xiàn)象：圓孔衍射、泊松亮斑。3．光的干涉現(xiàn)象和光的衍射現(xiàn)象表明光具有波動性，光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波。4．可見光中各種色光特征比較單色光的顏色紅→橙→黃→綠→青→藍→紫頻率（決定光的顏色）低→高真空（空氣）中的波速c＝3×108m/s真空（空氣）中的波長長→短同一介質中的折射率n小→大同一介質中的光速v＝eq\f(c,n)大→小同一介質中的波長長→短同一介質中的全反射臨界角C＝arcsineq\f(1,n)大→小5.電磁波的傳播不需要介質，在真空中傳播的速度等于光速。光是一種電磁波?！镜淅?】（2023·江蘇·統(tǒng)考高考真題）地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發(fā)生彎曲。下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是（

）A．

B．

C．

D．

【答案】A【詳解】根據(jù)折射定律，n上sinθ上=n下sinθ下由于地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則n下>n上，則θ下逐漸減小，畫出光路圖如下

，則從高到低θ下逐漸減小，則光線應逐漸趨于豎直方向。故選A。【典例2】（2023·江蘇·統(tǒng)考高考真題）用某種單色光進行雙縫干涉實驗，在屏上觀察到的干涉條紋如圖甲所示，改變雙縫間的距離后，干涉條紋如圖乙所示，圖中虛線是亮紋中心的位置。則雙縫間的距離變?yōu)樵瓉淼模?/p>

）A．倍 B．倍 C．2倍 D．3倍【答案】B【詳解】根據(jù)雙縫干涉的條紋間距與波長關系有由題圖知，x乙=2x甲，則故選B?！镜淅?】（多選）（2024·浙江·高考真題）在如圖所示的直角坐標系中，平面為介質Ⅰ和Ⅱ的分界面（z軸垂直紙面向外）。在介質I中的（0，）處有一點波源，產(chǎn)生波長為、速度為v的波。波傳到介質Ⅱ中，其速度為，圖示時刻介質Ⅱ中僅有一個波峰，與x軸和y軸分別交于R和S點，此時波源也恰好位于波峰。M為O、R連線的中點，入射波與反射波在O點相干加強，則（）A．介質Ⅱ中波的頻率為 B．S點的坐標為（0，）C．入射波與反射波在M點相干減弱 D．折射角的正弦值【答案】BD【詳解】A．波從一種介質到另一種介質，頻率不變，故介質Ⅱ中波的頻率為，故A錯誤；B．在介質Ⅱ中波長為由于圖示時刻介質Ⅱ中僅有一個波峰，與x軸和y軸分別交于R和S點，故S點的坐標為（0，），故B正確；C．由于S為波峰，且波傳到介質Ⅱ中，其速度為圖示時刻介質Ⅱ中僅有一個波峰，與x軸和y軸分別交于R和S點，則R也為波峰，故P到R比P到O多一個波峰，則，則由于，故不在減弱點，故C錯誤；D．根據(jù)，則，解得，故D正確。故選BD?！镜淅?】（2023·山東·統(tǒng)考高考真題）一種反射式光纖位移傳感器可以實現(xiàn)微小位移測量，其部分原理簡化如圖所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為，折射率為n（）。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內多次全反射后從下端面射向被測物體，經(jīng)被測物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離有關。（1）從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為，求的正弦值；（2）被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍（只考慮在被測物體表面反射一次的光線）。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）由題意可知當光在兩側剛好發(fā)生全反射時從M下端面出射的光與豎直方向夾角最大，設光在M下端與豎直方向的偏角為α，此時，可得又因為，所以（2）根據(jù)題意要使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路圖如圖所示則玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍應該為當距離最近時有當距離最遠時有根據(jù)（1）可知，聯(lián)立可得，，所以滿足條件的范圍為考向1：光的反射和折射的綜合應用1．（2023·江蘇蘇州·統(tǒng)考三模）如圖為浮筒式航標燈的示意圖，圓柱形浮筒半徑R=4a、長L=18a，浮筒上表面中央豎直固定一高為h=3a的細立柱，立柱頂端有一發(fā)光燈泡（可看作點光源），靜止時浮筒水面以下部分的長度為12a，已知水深為H=20a，水的折射率，水面平靜水底平坦?，F(xiàn)讓浮筒在水中上下自由運動，當浮筒上表面與水面相平時速度恰好為零。（不計阻力）（1）證明浮筒做簡諧運動；（2）求運動過程中水底陰影的最大面積S。（sin37°=0.6，cos37°=0.8）【答案】（1）見解析；（2）1225πa2【詳解】（1）取豎直向下為正方向，設浮筒底面積為S，航標燈總質量為m，水的密度為ρ，平衡時有設浮筒向正方向偏移y，有，解得即航標燈所受合力大小與位移成正比，方向與位移方向相反，做簡諧運動。（2）根據(jù)簡諧運動的對稱性，燈泡離水面最大高度為15a，此時與圓柱體上表面邊緣相切的光線進入水中的入射角為53°，根據(jù)折射定律有，得折射角θ=37°則陰影的最大半徑為r=15atan53°+20atan37°=35a則陰影的的最大面積S=πr2=1225πa22．（2023·江蘇·統(tǒng)考二模）如圖所示，一透明材料塊，下部是半徑為R、高3R的圓柱體，上部為半徑為R的半球，O1為球心，O1O2為中心軸，在O1正下方距離R處有一個點光源S，向各個方向發(fā)光。（1）若該材料的折射率，光線SA與軸成α角，照射到表面A點后恰能平行中心軸出射，求α角的大??；（2）不考慮光的反射，若要使該透明材料塊表面各處均有光線出射，該材料的折射率不能超過多大？【答案】（1）30°；（2）【詳解】（1）根據(jù)幾何關系可得，光從A點射出時的折射角為2α，如圖所示根據(jù)折射定律有，解得（2）如圖所示，若光線恰好從B點射出，此時該材料的折射率最??；根據(jù)幾何關系有，，所以折射率為，所以，若要使該透明材料塊表面各處均有光線出射，該材料的折射率不能超過。考向2：光的衍射、干涉和偏振的現(xiàn)象判斷及分析3．（2024·江蘇南通·統(tǒng)考一模）如圖所示，擋板上安裝有寬度可調的一條狹縫，縫后放一個光屏。用單色平行光照射狹縫，狹縫寬度從調整為，光屏上可能呈現(xiàn)（

）A．圖樣①變化為圖樣② B．圖樣②變化為圖樣①C．圖樣③變化為圖樣④ D．圖樣④變化為圖樣③【答案】D【詳解】AB．①和②為雙縫干涉實驗的圖像，故AB錯誤；CD．用單色平行光照射狹縫，當縫調到很窄時，盡管亮條紋的亮度有所降低，但是寬度反而增大了，故可能呈現(xiàn)圖樣④變化為圖樣③。故C錯誤，D正確。故選D。4．（多選）（2023·浙江·模擬預測）關于下面圖片中的五顏六色的形成原因，說法正確的是（）A．圖甲中的彩色是因為三棱鏡對白光中不同頻率的光的折射率不同導致的B．圖乙中的彩色是因為光在肥皂薄膜前后表面的反射光的光程差不同導致的C．圖丙中的彩色是因為光在地面反射時人們看的角度不同導致的D．圖丁中的彩色是因為光在鏡片前后的反射光發(fā)生干涉導致的【答案】AB【詳解】A．題圖甲是三棱鏡對光的折射程度不同造成的，故A正確；BC．肥皂泡、油膜的彩色條紋是因為不同顏色光的干涉條紋寬度不同造成，故B正確，C錯誤；D．透過鏡片后看到彩色的光，是因為光通過鏡片時發(fā)生光的色散導致的，故D錯誤。故選AB。一、單選題1．（2023·浙江寧波·校聯(lián)考二模）如圖所示，平行玻璃磚下表面鍍有反射膜，兩束平行細單色光a、b從空氣斜射到玻璃磚上表面，入射點分別為、，兩光線剛好從玻璃磚上表面同一點P射出，已知玻璃磚對a、b兩單色光的折射率均大于，下列說法中正確的是（）A．在玻璃中b光的速度比a光大B．若a、b兩束光通過同一個干涉裝置，b光對應的條紋間距較大C．若a、b兩束光同時從玻璃磚上表面射入，則a光比b光先從P點射出D．增大b光的入射角，當b光從玻璃磚上表面射出時有可能發(fā)生全反射【答案】C【詳解】A．令a、b兩單色光的入射角為，玻璃磚厚度為h，折射角分別為、，作出光路圖如圖所示由于兩光線剛好從玻璃磚上表面同一點P射出，則有，可知，根據(jù)，，，可知，即在玻璃中b光的速度比a光小，A錯誤；B．根據(jù)上述結合光譜特征可知，在玻璃中b光的速度比a光小，則在玻璃中b光的波長比a光小，根據(jù)可知，若a、b兩束光通過同一個干涉裝置，b光對應的條紋間距較小，B錯誤；C．a(chǎn)、b兩束光在玻璃磚中傳播的時間分別為，，由于玻璃磚對a、b兩單色光的折射率均大于，根據(jù)既有上圖中光沒有發(fā)生全反射，則有，則有，可知可知若a、b兩束光同時從玻璃磚上表面射入，則a光比b光先從P點射出，C正確；D．根據(jù)光路可知，由于，即使增大b光的入射角，當b光從玻璃磚上表面射出時也不可能發(fā)生全反射，D錯誤。故選C。2．（2023·湖南長沙·長郡中學?？寄M預測）冰雕展上有一塊邊長為1m的立方體冰塊，冰塊內上下底面中心連線為，在處安裝了一盞可視為點光源的燈，已知冰塊的折射率為1.3，下列說法不正確的是（）A．光在冰塊中發(fā)生全反射的臨界角為C，可知B．由燈直接發(fā)出的光照到冰塊四個側面時全部能從側面射出C．由燈直接發(fā)出的光照到冰塊上表面時全部能從上表面射出D．從冰塊正上方沿方向觀察，點光源的視深是m【答案】B【詳解】A．由臨界角與折射率的關系可知，，A正確，不符合題意；C．如圖所示在直角三角形中，由幾何關系有，，則有，所以由燈直接發(fā)出的光照到冰塊上表面時全部能從上表面射出，C正確，不符合題意；B．根據(jù)上述有可知由燈直接發(fā)出照到冰塊四個側面上的光不能全部都從側面射出，B錯誤，符合題意；D．實際深度是H=1m設視深為h，作出光路圖如圖所示根據(jù)折射率定義式有，結合幾何關系有，由于與很小，則有，，，解得，，D正確，不符合題意。故選B。3．（2023·湖南永州·統(tǒng)考一模）如圖所示為某種透明介質做成的等腰直角三棱鏡的截面示意圖。由、兩種單色光組成的細光束從空氣垂直于邊射入棱鏡，經(jīng)兩次反射后光束垂直于邊射出，且在、邊只有光射出，光路圖如圖所示，下列說法正確的是（

）A．光的頻率比光的頻率小B．該三棱鏡對光折射率應小于等于C．、兩種單色光通過同一單縫，光的衍射現(xiàn)象更明顯D．光在三棱鏡中的傳播速度小于光在三棱鏡中的傳播速度【答案】D【詳解】B．因a光在AB、AC邊外側均無出射光線，故發(fā)生了全反射，則臨界角C≤45°由折射定律得，，可得，故B錯誤；A．b光在AB、AC邊有光線出射，說明b光的臨界角大于45°，b光的折射率小于a光的折射率，a光的頻率大于b光的頻率，故A錯誤；C．b光的頻率小，所以b光波長長，同一單縫衍射，b光衍射現(xiàn)象更明顯，故C錯誤；D．由，可知b光在三棱鏡中的傳播速度大于a光在三棱鏡中的傳播速度，故D正確。故選D。4．（2023·浙江·慈溪中學校聯(lián)考模擬預測）如圖所示，半徑為R的特殊圓柱形透光材料圓柱體部分高度為，頂部恰好是一半球體，底部中心有一光源向頂部發(fā)射一束由a、b兩種不同頻率的光組成的復色光，當光線與豎直方向夾角θ變大時，出射點P的高度也隨之降低，只考慮第一次折射，發(fā)現(xiàn)當點高度h降低為時只剩下a光從頂部射出，（光速為c）下列判斷正確的是（）A．在此透光材料中a光的傳播速度小于b光的傳播速度B．此透光材料對b光的折射率為C．a(chǎn)光從P點射出時，a光經(jīng)過SP路程所需的時間為D．同一裝置用a、b光做單縫衍射實驗，b光的衍射現(xiàn)象更加明顯【答案】B【詳解】A．由題意可知，只剩下a光從頂部射出時，b光發(fā)生全反射，而a光沒發(fā)生全反射，可知b光臨界角比a光小，根據(jù)可知b光的折射率比a光的大，根據(jù)可知在此透光材料中b光的傳播速度小于a光的傳播速度，故A錯誤；B．只剩下a光從頂部射出時，如圖所示，由題意可知，，可得則，在中，由正弦定理得b光發(fā)生全反射有此透光材料對b光的折射率為，故B正確；C．a(chǎn)光從P點射出時，a光經(jīng)過SP路程所需的時間為，故C錯誤；D．b光的折射率比a光的大，b光的頻率比a光的大，則b光的波長比a光的小，波長越長，越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，則同一裝置用a、b光做單縫衍射實驗，a光的衍射現(xiàn)象更加明顯，故D錯誤。故選B。二、多選題5．（2023·湖南岳陽·統(tǒng)考三模）一種發(fā)光裝置是由半徑為的半球體透明介質和發(fā)光管芯組成的，管芯發(fā)光部分是一個圓心與半球體介質球心重合的圓面。其縱截面如圖所示，，上的點發(fā)出的一條光線經(jīng)點的折射光線平行，已知，圓弧長，則下列說法正確的是（

）A．該透明介質折射率為B．沿方向的光線從半球面射出時的折射角是C．為使從管芯射向半球面上的所有光線都不會發(fā)生全反射，的半徑要小于D．不論發(fā)光管芯的半徑多大，總會有部分光線到達球面時發(fā)生全反射現(xiàn)象【答案】AC【詳解】A．光路圖如圖所示由幾何關系可知光線入射到D點的入射角，折射角，則折射率為，故A正確；CD．設臨界角為C，則從發(fā)光管上某點發(fā)出的光線與MN的夾角設為，射到球面上的入射角設為，該點到O點的距離設為r，由正弦定理可知，所以當且時，最大。最大時有所有光線能射出時有可得MN的半徑，，故C正確，D錯誤；B．沿方向的光線光路圖如圖所示由幾何知識可得，所以光線可以發(fā)生折射，設折射角為，則有，，解得，，故B錯誤。故選AC。三、解答題6．（2023·遼寧·校聯(lián)考模擬預測）如圖所示，一種透明柱狀材料的橫截面由一個直角三角形和一個圓心在O點、半徑為R的半圓組成，半圓下表面涂有反射膜，一束平行于的單色光從邊上的M點進入材料內部后沿直線到達圓周上的C點，經(jīng)兩次反射后從邊射出，然后沿直線到達邊再次射入材料內部，最后從邊射出。已知，，光在真空中的傳播速度為c，求：（1）單色光在材料內傳播速度v；（2）單色光從M點射入到從射出傳播所用的時間t?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）由幾何關系可知，MO與CO垂直，，解得對單色光，在M點時，有解得則單色光在材料內傳播的速度，，解得（2）對單色光，光路圖如圖所示單色光第一次在材料內傳播的時間，在OD面時，有，，解得，在中，有由幾何關系可知，單色光恰能從M點再次射入，入射角為60°。在中，有單色光在空氣中經(jīng)過NM傳播的時間，單色光再次在M點射入材料內部時，有解得，則單色光垂直于AB邊射出。單色光第二次在材料內傳播的時間所以光從M點進入材料直到從AB射出所用的時間7．（2023·廣東佛山·統(tǒng)考二模）在飲品質檢中常通過測液體折射率確定飲料含糖量。如圖甲所示，一半圓柱透明薄殼空腔，截面圓心為O點，MN部分內表面涂黑，向其中注滿待測液體，有一目鏡可沿以О點為圓心的圓軌道PQ轉動，始終對準O點進行觀察。（1）一束單色光如圖乙從O點射入，請畫出該入射光在待測液體中折射光線的大致光路；（2）圖甲中，若有各個方向的單色光從O點射入待測液體，當目鏡沿方向轉動時，先觀察到目鏡中全是亮光，后觀察到如圖所示半明半暗的情形，接著再向Q轉動目鏡，則觀察不到亮光，請分別解釋一開始能看到亮光的原因和最后看不到亮光的原因；（3）在圖甲中，觀察到目鏡視野中明暗各一半時，測得經(jīng)目鏡的視線與豎直方向的夾角為φ，求該飲料的折射率?！敬鸢浮浚?）；（2）見解析；（3）【詳解】（1）正確光路圖如圖甲（2）①一開始能看到亮光的原因：說法一：一開始能看到經(jīng)液體折射的光線，故能看到亮光說法二：一開始能看到亮光，是由于從O點射入的光線折射后能夠進入目鏡．說法三：從O點左上方入射的光線經(jīng)液體折射后能夠進入目鏡②最后看不到亮光的原因：說法一：最后看不到亮光是因為發(fā)生了全發(fā)射現(xiàn)象，從目鏡中應該看到由MN這段弧入射的光線，但MN弧被涂黑（或：從O點右上方入射的光線，經(jīng)液體折射后被MN所涂的黑色物質吸收），故看不到亮光．說法二：因液體相對空氣是光密介質，根據(jù)光的折射定律，當目鏡與法線的夾角大于全反射的臨界角時，應該看到全反射現(xiàn)象，即從目鏡中應該看到由MN這段弧入射的光線，但MN弧被涂黑（或：從O點右上方入射的光線，經(jīng)液體折射后被MN所涂的黑色物質吸收），故看不到亮光．說法三：因液體相對空氣是光密介質，根據(jù)光的折射定律，入射角大于折射角，即便沿MO入射的光，其入射角已經(jīng)接近90°，而折射角也是某一銳角，當目鏡與豎直方向夾角大于該銳角時，從O點入射的光線中，沒有任何一條折射光線能夠進入該目鏡（3）對應的就是全反射的臨界角，故該飲料折射率8．（2023·貴州六盤水·統(tǒng)考二模）如圖所示為一直角三角形透明介質的截面圖，其中，，一束單色光從邊上的O點平行邊射入介質，已知O、B兩點的的距離為d，該介質對此光的折射率是，已知光在真空中的傳播速度是c。（i）求該光從O點傳播到邊的時間。（ii）保證入射光從O點法線左側射入，改變入射角的大小，使該單色光不從邊射出，求該入射角正弦值的最大值。【答案】（i）；（ii）【詳解】（i）光從O點傳播到介質中光路圖，如圖所示由幾何知識知，入射角由折射率解得折射角為光在透明介質中傳播的路程由，解得光在透明介質中傳播的速度則該光從O點傳播到邊的時間（ii）改變入射角的大小，使該單色光恰好不從邊F點射出，如圖則，由數(shù)學知識可得由折射率，解得該單色光不從邊射出，該入射角正弦值的最大值9．（2023·河北衡水·河北衡水中學?？寄M預測）真空中一正三棱柱形透明體，其橫截面如圖所示。AB=AC=BC=6R，透明體中心有一半徑為R的球形真空區(qū)域，一束平行單色光垂直AB面射向透明體。已知透明體對該單色光的折射率為，光在真空中的傳播速度為c、求：（1）如圖所示，光線從D點射入時恰好與真空球相切，請問該光線是從AC邊還是BC邊射出透明體？并求該光線穿過透明體所需要的時間；（2）為使光線不能從AB面直接射入中間的球形真空區(qū)域，則須在透明體AB面貼上不透明紙，求不透明紙的最小面積?！敬鸢浮浚?）從BC邊射出，；（2）【詳解】（1）根據(jù)題意，由折射定律畫出從點射入的光線的光路圖，如圖所示，由公式可得，光在透明體內臨界角的正弦值為，解得由幾何關系可知，光在面的入射角為大于臨界角，則在面上發(fā)生全反射，由幾何關系可得，則光線從點射入，從BC邊射出，由公式可得，該單色光在透明體內傳播速度為穿過透明體的時間為，（2）從真空球上G和G′處射入的光線剛好在此處發(fā)生全反射，如圖所示，入射角恰好為45°，而這兩條光線之間射入的光線，其入射角均小于45°，將會射入真空區(qū)域，所以只要將這些區(qū)域間用不透明紙遮住就可以了，顯然在透明體AB上，被遮擋區(qū)至少是個圓形，其半徑為，由幾何知識可知，則須在透明體面貼上不透明紙的面積至少為10．（2023·河北張家口·張家口市宣化第一中學校考三模）如圖所示，一玻璃磚的截面由半圓柱和等腰直角三角形柱ABC組成，AC是半圓的直徑，O點為圓心，AC長為2R，光屏MN距圓心O的距離為。一束與AB等寬的平行光垂直AB面射入玻璃磚，發(fā)現(xiàn)從半圓弧上D點出射的光線恰好落在光屏上的F點，F(xiàn)O連線沿半圓的半徑方向且垂直于AC，OD與OF夾角為（忽略未發(fā)生全反射光線的二次反射），光在真空中的傳播速度為c，求：（1）該玻璃磚的折射率；（2）半圓弧上有一點E，OE與OF夾角為，求射到E點的光線在玻璃磚中的傳播時間?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）由于忽略非全反射光線的二次反射，因此能到達點的光線只能是面上發(fā)生反射的結果，三角形柱ABC為等腰直角三角形，則經(jīng)反射后光線平行于AB邊，光路圖如圖所示。由幾何關系得，與法線夾角為60°，經(jīng)BC邊反射后光線與OD夾角為，由折射定律解得（2）由于折射率，可知到達E點的光線發(fā)生全反射。射到點的光線在玻璃磚中的光路如上圖所示。由幾何關系可知，其在中的光程總長為，而在半圓形部分的光程長為。光在玻璃磚中的傳播速度為因此在玻璃磚中的總傳播時間為新情境1：光學知識在科技中的應用1．（2024·福建·統(tǒng)考一模）光纖在通信、醫(yī)療等領域應用廣泛。如圖所示，光纖由內芯和包層構成，為使入射光能在光纖內發(fā)生全反射，實現(xiàn)在內芯中傳播，要求內芯折射率（選填“大于”“等于”或“小于”）包層折射率。已知，光從空氣進入內芯時，折射角的正弦值，則入射角正弦值?！敬鸢浮看笥凇驹斀狻縖1]為使入射光能在光纖內發(fā)生全反射，實現(xiàn)在內芯中傳播，要求內芯折射率大于包層折射率，即[2]根據(jù)折射定律，入射角正弦值2．（2024·全國·模擬預測）如圖甲所示，用于通訊的光纖由內芯和外套構成，光在內芯和外套的界面處發(fā)生全反射，所以光只在內芯中傳播。對一段長直光纖，一束光由其左端的中心O點射入，若入射角在（趨近于）范圍時，光只能在內芯中傳播，就表明光能在內芯中正常傳播。如圖乙所示為某種光以角入射時的傳播光路圖（、已知），下列說法正確的是（

）A．內芯對不同頻率的光折射率不同，故光纖只能傳播單一頻率的光B．內芯對某種光的折射率，該光能在內芯中正常傳播C．若圖乙中某種頻率的光能在內芯中正常傳播，則一定滿足D．某種能在內芯中正常傳播的光，從左端射入的入射角越大，在光纖中的傳播時間越長【答案】D【詳解】AB．內芯對不同頻率的光折射率不同，如圖所示，光能在內芯中正常傳播的臨界條件是沿著方向射入后，剛好能發(fā)生全反射，此時折射率，滿足折射率的光都能在內芯中正常傳播，A、B項錯誤；C．圖乙中某種頻率的光能在內芯中正常傳播，說明現(xiàn)在的角不一定是全反射的臨界角，C項錯誤；D．對某一種光，從左端射入的入射角越大，在光纖中的光程越長，傳播時間越長，D項正確。故選D。3．（2024·全國·模擬預測）某同學發(fā)現(xiàn)飯卡是由兩層塑料膠合而成，內層為白色塑料，外層為透明、硬質塑料。由于磨損，飯卡右下角張開一定角度并進入空氣，在激光筆豎直照射下會看到明暗相間的條紋?，F(xiàn)使飯卡右下角的張角變大，下列說法正確的是（）A．條紋變疏，且向左上方移動 B．條紋變密，且向左上方移動C．條紋變疏，且向右下方移動 D．條紋變密，且向右下方移動【答案】B【詳解】內外兩層間形成空氣劈尖，光線在空氣膜的上下表面反射，并發(fā)生干涉，形成明暗相間的條紋，設空氣膜頂角為，兩相鄰亮條紋的間距為，如圖所示兩處光的路程差分別為，由得，由幾何關系得，，即，飯卡右下角的張角變大，減小，條紋變密，又任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等，可知條紋向左上方移動。故選B。4．（2023·江西·成都七中校聯(lián)考一模）芯片制作關鍵在于光刻機的技術突破，光刻機利用光源發(fā)出的紫外線，將精細圖投影在硅片上，再經(jīng)技術處理制成芯片。目前的高端光刻機主要分為EUV光刻機和DUV光刻機。DUV（波長）是深紫外線，EUV（波長）是極深紫外線。浸沒式光刻機在透鏡組和硅片之間充有液體，已知光在真空中傳播速度大于在介質中傳播速度。關于光刻機物理量的比較下列說法正確的是（）A．真空中DUV光源光子能量比EUV光源光子能量大B．相同條件下，DUV光源比EUV光源更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象C．DUV光源和EUV光源疊加時可以發(fā)生干涉現(xiàn)象D．浸沒式光刻機光在液體中波長比在真空中長【答案】B【詳解】A．根據(jù)，，可知，光的波長越大，光的頻率越小，根據(jù)題意，DUV的波長大于EUV的波長，根據(jù)，，可知，真空中DUV光源光子能量比EUV光源光子能量小，故A錯誤；B．根據(jù)發(fā)生明顯衍射的條，件波長越長，越容易發(fā)生明顯衍射，由于DUV的波長大于EUV的波長，則相同條件下，DUV光源比EUV光源更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故B正確；C．根據(jù)上述可知，DUV光源和EUV光源的頻率不相等，可知，DUV光源和EUV光源疊加時不能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象，故C錯誤；，D．根據(jù)光速與波長的關系有，光從一種介質進入另一種介質時，頻率不變，光在真空中傳播速度大于在介質中傳播速度，則浸沒式光刻機光在液體中波長比在真空中短，故D錯誤。故選B。新情境2：光學知識在天文中的應用5．（2024·廣東茂名·統(tǒng)考一模）《史記》中對日暈有“日有暈，謂之日輪”的描述.如圖（a）所示，日暈是日光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射而形成的。圖（b）為太陽光射到六邊形冰晶上發(fā)生兩次折射的光路圖，對于圖（b）中出射的單色光a，b，下列說法正確的是（

）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的單個光子能量比單色光b的單個光子能量大【答案】B【詳解】A．根據(jù)，單色光a、b入射角相同，b光折射角小，則單色光b的折射率大于單色光a，故A錯誤；B．根據(jù)，單色光b的折射率大于單色光a，則單色光a在冰晶中的傳播速度比單色光b大，故B正確；C．頻率越高，折射率越大，則單色光b的頻率大于單色光a，故C錯誤；D．根據(jù)，單色光b的頻率大于單色光a，則單色光b的單個光子能量大于單色光a，故D錯誤。故選B。6．（2024·吉林·校聯(lián)考模擬預測）夏季常出現(xiàn)如圖甲所示的日暈現(xiàn)象，日暈是太陽光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。圖乙為一束太陽光射到六角形冰晶上時的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，比較a、b兩種單色光，下列說法正確的是（）A．在冰晶中，b光的波速比a光大B．通過同一儀器發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰明條紋間距較大C．b光比a光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象D．a(chǎn)、b兩種光分別從水射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角比b光的小【答案】B【詳解】A．由圖可知a光的偏折程度小于b光的偏折程度，所以，根據(jù)，可知，A錯誤；B．根據(jù)，得根據(jù)雙縫干涉條紋間距表達式，可知a光的相鄰明條紋間距較大，故B正確；C．當縫隙和波長差不多或縫隙比波長小的多時能發(fā)生明顯得衍射現(xiàn)象，所以a光比b光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故C錯誤；D．根據(jù)，可知，故D錯誤。故選B。新情境3：光學知識在生活中的應用7．（2024·江蘇連云港·統(tǒng)考一模）如圖所示，圓柱形玻璃杯前側表面上有a、b、c三點，粗細均勻的鉛筆緊靠玻璃杯后側外壁豎直放置，且在b點正后方。將杯中注滿水（）A．通過b點看到鉛筆變細 B．通過b點看到鉛筆無變化C．通過a點看到鉛筆向右側移 D．通過c點看到鉛筆向右側移【答案】D【詳解】AB．由圖知道，圓柱形玻璃杯裝有水，其中間厚，邊緣薄，相當于一個凸透鏡，所以，當將鉛筆靠近玻璃杯的后面，相當于將鉛筆放在凸透鏡的1倍焦距以內，故能看到一個正立放大的鉛筆虛像，故通過b點看到鉛筆變粗，故AB錯誤；C．通過a點看到鉛筆的光路圖如圖，沿著折射光線的反向延長線找到虛像向左移動，故C錯誤；D．與C同理，通過c點看到鉛筆的虛像向右移動，故D正確。故選D。8．（2023·山東濰坊·?？寄M預測）圖甲是用光的干涉法來檢查物體平面平整程度的裝置，其中A為標準平板，B為被檢查其平面的物體，C為入射光，圖乙和圖丙分別為兩次觀察到的干涉條紋，下列說法正確的是（??）A．圖示條紋是由A的下表面反射光和A的上表面反射光發(fā)生干涉形成的B．當A、B之間某處距離為入射光的半波長奇數(shù)倍時，對應條紋是暗條紋C．若所觀察的條紋是圖乙，被檢查表