專題16光學(xué)電磁波（講義）

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 81.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點(diǎn) 82.單縫衍射與雙縫干涉的比較 83.干涉圖樣與衍射圖樣的比較 84.各種色光的幾何光學(xué)與物理光學(xué)比較 9 9考向一折射定律、折射率、光的傳播問題及色散 9考向二全反射及其應(yīng)用 10考向三光的干涉與衍射 12考向四幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題 13考點(diǎn)二電磁振動及電磁波 14 14 141.LC振蕩電路中物理量的變化周期及充放電的判斷方法 142.電磁波與機(jī)械波的比較 15 15考向一電磁振蕩電磁波 15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?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?高考真題（2題）、2021?重慶?高考真題、2021?湖南?高考真題、2021?全國?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?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，對電磁波譜、電磁波等基礎(chǔ)知識也不能忽略2.常用方法：圖像法、對稱法。3.?？碱}型：選擇題，填空題，計(jì)算題．【命題預(yù)測】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、電磁波譜等相對基礎(chǔ)的知識，考點(diǎn)一光學(xué)1．（2023·全國·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?！究枷颉空凵涠?、折射率、光的傳播問題計(jì)算【答案】【詳解】由題意可知做出光路圖如圖所示光線垂直于BC方向射入，根據(jù)幾何關(guān)系可知入射角為45°；由于棱鏡折射率為，根據(jù)有則折射角為30°；，因?yàn)?，所以光在BC面的入射角為根據(jù)反射定律可知根據(jù)幾何關(guān)系可知，即為等腰三角形，則又因?yàn)榕c相似，故有由題知聯(lián)立可得所以M到A點(diǎn)的距離為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．

【考向】全反射及其應(yīng)用【答案】C【詳解】燈帶發(fā)出的光從水面射出時(shí)發(fā)生全反射臨界角的正弦值，則，燈帶上的一個點(diǎn)發(fā)出的光發(fā)生全反射的臨界角如圖所示根據(jù)幾何關(guān)系可得，則一個點(diǎn)發(fā)出的光在水面上能看到的的圓，光射出的水面形狀邊緣為弧形，如圖所示等腰直角三角形發(fā)光體的內(nèi)切圓半徑滿足，解得，故中間無空缺。故選C。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 B．劈形空氣層的厚度變小，條紋向左移動C．劈形空氣層的厚度變大，條紋向右移動 D．劈形空氣層的厚度變小，條紋向右移動【考向】光的干涉與衍射【答案】A【詳解】由題知，C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度升高時(shí)，G增長的高度大于C增長的高度，則劈形空氣層的厚度變大，且同一厚度的空氣膜向劈尖移動，則條紋向左移動。故選A。4．（2021·湖北·高考真題）如圖所示，由波長為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是波長為λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波長為λ1的光出射位置C．λ1>λ2，M是波長為λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波長為λ1的光出射位置【考向】幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題【答案】D【詳解】由雙縫干涉條紋間距的公式，可知，當(dāng)兩種色光通過同一雙縫干涉裝置時(shí)，波長越長條紋間距越寬，由屏上亮條紋的位置可知反射光經(jīng)過三棱鏡后分成兩束色光，由圖可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同時(shí)，折射率越大的色光折射角越大，由于，則，所以N是波長為λ1的光出射位置，故D正確，ABC錯誤。故選D。5．（2023·浙江·高考真題）（多選）氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)，會產(chǎn)生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產(chǎn)生可見光I，從能級3躍遷到能級2產(chǎn)生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(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中的對應(yīng)的是ⅠB．圖2中的干涉條紋對應(yīng)的是ⅡC．Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量D．P向a移動，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大【考向】幾何光學(xué)與物理光學(xué)綜合問題【答案】CD【詳解】根據(jù)題意可知。氫原子發(fā)生能級躍遷時(shí)，由公式可得，可知，可見光I的頻率大，波長小，可見光Ⅱ的頻率小，波長大。A．可知，圖1中的對應(yīng)的是可見光Ⅱ，故A錯誤；B．由公式有，干涉條紋間距為，由圖可知，圖2中間距較小，則波長較小，對應(yīng)的是可見光I，故B錯誤；C．根據(jù)題意，由公式可得，光子動量為，可知，Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量，故C正確；D．根據(jù)光電效應(yīng)方程及動能定理可得，可知，頻率越大，遏止電壓越大，則P向a移動，電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ的大，故D正確。故選CD。1.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點(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：單縫衍射、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，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?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）根據(jù)幾何關(guān)系可得折射角為，根據(jù)折射定律，玻璃的折射率為，（2）當(dāng)入射點(diǎn)移至E點(diǎn)，發(fā)生全反射，恰好沒有光線進(jìn)入中空部分，做出光路圖如圖所示，臨界角為，解得，O為等邊三角形的垂心，則，根據(jù)幾何關(guān)系有，則，，A、E兩點(diǎn)間的距離?？枷蚨瓷浼捌鋺?yīng)用2．（2024·河南·校聯(lián)考模擬預(yù)測）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，水面外的場景呈現(xiàn)在半徑的圓形范圍內(nèi)，水面上一條小船的長度，已知水的折射率，船的實(shí)際長度約為，，則該潛水員所在水深約為（）A．2.0m B．2.4m C．2.6m D．2.9m【答案】B【詳解】根據(jù)全反射臨界角公式可知，又，，聯(lián)立解得。故選B。3．（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?！敬鸢浮俊驹斀狻吭O(shè)光線在OQ界面的入射角為α，折射角為β，幾何關(guān)系可知α=30°，則由折射定律，又由公式，解得光在玻璃中傳播速度，如答圖所示，光垂直于OQ邊界射出，即沿SD方向，在玻璃中傳播距離最小，有，光線射到OQ界面的A、B兩點(diǎn)恰發(fā)生全反射，則臨界角C有，解得C=45°，在ΔSAD中有，此為從OQ射出光在玻璃中行進(jìn)的最大距離。光在玻璃中傳播距離范圍，光在玻璃中傳播有s=vt，將代入解得光在玻璃中傳播時(shí)間范圍為，考向三光的干涉與衍射4．（2024·浙江·校聯(lián)考模擬預(yù)測）如圖所示是一種脈沖激光展寬器的截面圖，其構(gòu)造為四個相同的頂角為θ的直角三棱鏡，對稱放置在空氣中。一細(xì)束脈沖激光垂直第一個棱鏡左側(cè)面入射，經(jīng)過前兩個棱鏡后分為平行的光束，再經(jīng)過后兩個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，它們在棱鏡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對應(yīng)條紋間距更大B．為使光1和2都能從左側(cè)第一個棱鏡斜面射出，需θ>45°C．減小d后光1和2通過整個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通過整個展寬器過程中在空氣中的路程差約為14.4mm【答案】D【詳解】A．由于，可知兩束激光的頻率關(guān)系為，根據(jù)，可知波長關(guān)系為，雙縫干涉相鄰條紋間距為，可得光1和2通過相同的雙縫干涉裝置后2對應(yīng)條紋間距更大，A錯誤；B．只要光1能從棱鏡中射出，光2就一定能射出，設(shè)光1臨界角為C，則，可得，因此要使光1和2都能從左側(cè)第一個棱鏡斜面射出，根據(jù)幾何關(guān)系可知Θ<C=45°B錯誤；C．減小d后光1和2通過整個展寬器過程中在空氣中的路程差減小，C錯誤；D．根據(jù)光的折射定律可知，，在空氣中的路程差，代入數(shù)據(jù)可得，D正確。故選D?？枷蛩膸缀喂鈱W(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）（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【答案】BCD【詳解】A．根據(jù)折射定律，甲、乙兩種單色光的折射率分別為，，故A錯誤；B．根據(jù)，甲、乙兩種單色光在該玻璃中的傳播速度之比為，故B正確；C．甲單色光的折射率小于乙單色光的折射率，則甲單色光的頻率小于乙單色光的頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程，可知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，故C正確；D．全反射臨界角，甲單色光的折射率小于乙單色光的折射率，甲單色光的全反射臨界角大于乙單色光的全反射臨界角，故D正確；E．單色光在真空中的波長為，則甲單色光的波長大于乙單色光的波長，根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式，則單色光甲的條紋寬度要比單色光乙的條紋寬度寬，故E錯誤。故選BCD?？键c(diǎn)二電磁振動及電磁波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距離通信的主要手段。2020年11月10日，中國載人潛水器“奮斗者”號創(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”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波B．“奮斗者”號與“滄?！碧柾ㄐ诺男畔⑤d體屬于橫波C．“探索一號”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”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程【答案】BD【詳解】A．由題知，“奮斗者”號與“探索一號”通信是通過水聲音通信，由下而上，故信息載體屬于縱波，故A錯誤；B．由題知，“奮斗者”號與“滄?！碧柾ㄐ攀峭ㄟ^水聲音通信，由左向右，故信息載體屬于橫波，故B正確；C．因?yàn)樘罩袥]有介質(zhì)，故機(jī)械波無法傳播，所以“探索一號”與通信衛(wèi)星的實(shí)時(shí)通信只能通過電磁通信來實(shí)現(xiàn)，故C錯誤；D．在傳遞信息的過程也是傳遞能量的過程，故“探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程，故D正確。故選BD。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強(qiáng)度的變化周期就是回路的振蕩周期，在一個周期內(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周期內(nèi)改變兩次．③電場能、磁場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，磁場能向電場能轉(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，電場能向磁場能轉(zhuǎn)化，處于放電過程根據(jù)物理量的變化趨勢判斷當(dāng)電容器的帶電荷量q(電壓U、電場強(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)能量判斷電場能增加時(shí)充電，磁場能增加時(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、磁場