新高考物理一輪復習提升練習導學案第46講 光學（原卷版）

第46講光學第46講光學學習目標學習目標明確目標確定方向1光的折射定律2光的全反射3光的干涉和衍射4光的偏振【知識回歸】回歸課本夯實基礎(chǔ)第一部分基礎(chǔ)知識梳理一、光的折射定律折射率1.折射現(xiàn)象光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象，如圖所示。2.折射定律(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比。(2)表達式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12，式中n12是比例常數(shù)。3.折射率(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫做這種介質(zhì)的絕對折射率，簡稱折射率。定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(2)物理意義：折射率n反映介質(zhì)的光學特性，不能說n與sinθ1成正比，與sinθ2成反比，n由介質(zhì)本身的光學性質(zhì)和光的頻率決定。二、全反射1.光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)2.全反射(1)定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，當入射角增大到某一角度，折射光線消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。(2)條件：①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。②入射角大于等于臨界角。(3)臨界角：折射角等于90°時的入射角。若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，由n＝eq\f(sin90°,sinC)，得sinC＝eq\f(1,n)。介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越小。三光的干涉1.定義：在兩列光波疊加的區(qū)域，某些區(qū)域相互加強，出現(xiàn)亮條紋，某些區(qū)域相互減弱，出現(xiàn)暗條紋，且加強區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象。2.條件：兩束光的頻率相同、相位差恒定。3.雙縫干涉圖樣特點(1)單色光照射時形成明暗相間的等間距的干涉條紋；白光照射時，中央為白色亮條紋，其余為彩色條紋。(2)通過亮條紋中心的位置x＝±keq\f(l,d)λ(k＝0，1，2…)，得相鄰的亮條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫間距離l的關(guān)系為Δx＝eq\f(l,d)λ。4.薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后表面反射的光相遇而形成的。圖樣中同一條亮(或暗)條紋上所對應薄膜厚度相同。四、光的衍射1.發(fā)生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現(xiàn)象才會明顯。2.衍射條紋的特點3.雙縫干涉與單縫衍射圖樣對比單色光的雙縫干涉條紋是等間距的，而單縫衍射條紋寬度不均勻，中央條紋最寬，兩邊依次變窄。五光的偏振1.自然光：包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強度都相同。2.偏振光：在垂直于光的傳播方向的平面上，只沿著某個特定的方向振動的光。3.偏振光的形成(1)讓自然光通過偏振片形成偏振光。(2)讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和折射，反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光。4.光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波。【典例分析】精選例題提高素養(yǎng)【例1】多選．我國某企業(yè)正在全力研發(fā)“浸沒式光刻”光刻機。原理是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒液體，從而減小曝光波長，提高分辨率的技術(shù)，如圖所示。若浸沒液體的折射率為1.5，當不加液體時光刻膠的曝光波長為SKIPIF1<0，則加上液體后，該曝光光波（）

A．在液體中的傳播頻率變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0倍B．在液體中的傳播速度變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0倍C．在液體中的曝光波長約為SKIPIF1<0D．傳播相等的距離，在液體中所需的時間變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0【例2】多選．光的干涉現(xiàn)象在技術(shù)中有許多應用。如圖甲所示是利用光的干涉檢查某精密光學平面的平整度，下列說法正確的是（）A．圖甲中下板是標準樣板，上板是待檢查的光學元件B．若出現(xiàn)圖丙中彎曲的干涉條紋，說明被檢查的平面在此處出現(xiàn)了下凹C．若換用頻率更大的單色光，其他條件不變，則圖乙中的干涉條紋變窄D．用單色光垂直照射圖丁中的牛頓環(huán)，得到的牛頓環(huán)中心是亮紋【例3】．關(guān)于光現(xiàn)象及應用，下列說法正確的是（）A．泊松亮斑是光的干涉形成的B．光的偏振現(xiàn)象證明光是縱波C．光纖通信及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的衍射現(xiàn)象D．在水中的潛水員斜向上看岸邊物體時，看到的物體的像將比物體所處的實際位置高【例4】．在公園水池SKIPIF1<0m深處有一盞燈，可視為點光源，燈正上方漂浮著一個不透明的球體，剛好有一半沒入水中，球體半徑為SKIPIF1<0m，水面足夠?qū)?，如圖。已知水的折射率為SKIPIF1<0，π取3.0。求：（1）若撤去球體，該燈能照亮的水面面積；（2）若不撤去球體，該燈能照亮的水面面積。

【鞏固練習】舉一反三提高能力多選1．半徑為SKIPIF1<0的半圓柱玻璃磚的截面如圖所示，SKIPIF1<0點為圓心，SKIPIF1<0與直徑SKIPIF1<0垂直，一束與SKIPIF1<0成SKIPIF1<0角的光線在SKIPIF1<0點反射、折射后，在緊靠玻璃磚且與SKIPIF1<0垂直的光屏上形成兩個光斑SKIPIF1<0。已知反射光線與折射光線垂直，SKIPIF1<0，下列說法正確的是（

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A．此玻璃磚的折射率為SKIPIF1<0 B．此玻璃磚的折射率為SKIPIF1<0C．兩光斑間的距離為SKIPIF1<0 D．兩光斑間的距離為SKIPIF1<0多選2．一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號，設激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，下列說法正確的是（

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A．水的折射率為SKIPIF1<0B．水的折射率為SKIPIF1<0C．當他以α=60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D．當他以α=60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°多選3．如圖所示，某興趣小組想測量類似玻璃的新型物體的折射率，該物體為足夠長的薄長方體，物質(zhì)均勻分布，折射率約為1.3。MN、PQ為空氣和物體的界面，兩界面平行，在空氣中用激光照射物體的上界面MN，激光從下界面PQ出射，回到空氣中。下列說法正確的是（）

A．該新型物質(zhì)相對外部的空氣為光疏介質(zhì)B．增大入射角（小于SKIPIF1<0），激光在PQ界面都不會發(fā)生全反射C．使激光用不同的入射角照射物體上界面MN，激光可能在界面MN發(fā)生全反射D．入射光線和出射光線一定平行多選4．如圖所示，一束可見光穿過玻璃三棱鏡后，變?yōu)槿鴨紊?。關(guān)于a光、b光和c光，下列說法正確的是（

）

A．c光可能是紅光B．在玻璃三棱鏡中c光的速度小于a光的速度C．b光的頻率大于a光的頻率D．c光比a光更容易發(fā)生衍射多選5．在如圖所示的平面內(nèi)，兩細束單色光a、b從真空中射入半圓形玻璃磚中，經(jīng)過半圓形玻璃磚折射后，會聚到圓心O，從圓心O均沿光路OC又出射到真空中。關(guān)于單色光a、b的有關(guān)特點，下列說法正確的是（）A．半圓形玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率B．在真空中，a光的波長大于b光的波長C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率D．在半圓形玻璃磚中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度E．a(chǎn)光由真空射入到半圓形玻璃磚中，其頻率不變多選6．酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影，但當你靠近“水面”時，它也隨著你的靠近而后退，對此現(xiàn)象正確的解釋是（）A．這一現(xiàn)象是由光的折射和光的反射造成的B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變大，發(fā)生全反射D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變小，發(fā)生全反射7今天老班發(fā)火時，小明透過窗外的光，偶然間看到了老班兩鬢的些許白發(fā)，現(xiàn)在回想起來，“自己的行為確實讓老師和父母寒心，是不負責的表現(xiàn)。有時候換個角度，光能讓我們看到不一樣的世界?！比鐖D是楔形玻璃的橫截面，AOB的頂角為SKIPIF1<0，OA邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OA邊的光線SD在OB邊的折射角為SKIPIF1<0。不考慮多次反射，則OB邊上有光射出部分的長度為（）

A．SKIPIF1<0d B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0d D．d8．如圖所示，水面上有一透明均質(zhì)球，其半徑為R，上半球露出水面，下半球內(nèi)豎直中心軸上有點光源，均質(zhì)球?qū)Υ斯獾恼凵渎蕿镾KIPIF1<0，為使從光源照射到上半球面的光，都能發(fā)生折射（不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射），則點光源到水面的最大距離為（）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<09．如圖所示，橫截面為三角形ABC的某透明介質(zhì)置于空氣中，O為BC邊的中點，位于截面所在平面內(nèi)的a、b、c三束不同色光均自O點以角i=45°入射。已知θ=15°，a、b、c光在該介質(zhì)的折射率為分別為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，下列說法正確的是（

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A．a(chǎn)光首次傳播到AB面時，在AB中點出射B．b光首次傳播到AB面時可能發(fā)生全反射C．c光從進入介質(zhì)到首次傳播到AB面的時間一定比a光的長D．若i>45°，則a光和c光將發(fā)生全反射無法進入該透明介質(zhì)10．如圖甲為雙縫干涉實驗裝置示意圖，如圖乙為用該裝置實驗時得到的a、b兩種單色光的干涉條紋。下列說法正確的是（）

A．a(chǎn)光的波長比b光的波長短B．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率高C．已知P點到雙縫的距離差為1.5μm，若用波長為1.0μm的光進行實驗，則P點處為亮條紋D．已知P點到雙縫的距離差為1.5μm，若用波長為0.5μm的光進行實驗，則P點處為亮條紋11．某實驗小組用完全相同的雙縫干涉實驗裝置進行實驗，僅換用頻率不同的單色光a、b得到的干涉圖樣分別如圖甲、乙所示，下列說法中正確的是（）

A．a(chǎn)光子的能量大于b光子的能量B．b光更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．單色光a在水中的傳播速度比b光快D．從同一種介質(zhì)射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角小于b光的臨界角12．下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法正確的是（）A．在平靜的湖面上能看到岸邊樹的清晰倒影，是發(fā)生了光的全反射緣故B．玻璃中的氣泡看起來特別明亮，是發(fā)生了光的全反射緣故C．障礙物的尺寸比光的波長大得多時，不會發(fā)生衍射現(xiàn)象D．在光的雙縫干涉實驗中，把入射光由紅光改為藍光，條紋間距將變寬13．到2022年10月12日為止我國宇航員已進行了三次太空授課，在天宮課堂上我們看到宇航員們演示物理、化學實驗，從中獲取知識。如圖甲所示，某同學在觀看太空水球光學實驗后，想研究光在含有氣泡的水球中的傳播情況，于是找到一塊環(huán)形玻璃磚模擬光的傳播，俯視圖如圖乙所示。光線a沿半徑方向射入玻璃磚，光線b與光線a平行，兩東光線之間的距離設為x，已知玻璃磚內(nèi)圓半徑為R，外圓半徑為2R，折射率為SKIPIF1<0，光在真空中的速度為c，不考慮光的多次反射。下列關(guān)于光線b的說法正確的是（

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A．當SKIPIF1<0時，光可能經(jīng)過內(nèi)圓B．當SKIPIF1<