2024年高二物理寒假提升（人教版）第7天 《光》的問題（解析版）

【淘寶店鋪：向陽百分百】【淘寶店鋪：向陽百分百】第7天《光》的問題（復(fù)習(xí)篇）目錄考點(diǎn)聚焦：核心考點(diǎn)+高考考點(diǎn)，有的放矢重點(diǎn)速記：知識點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)梳理，查漏補(bǔ)缺難點(diǎn)強(qiáng)化：難點(diǎn)內(nèi)容標(biāo)注與講解，能力提升學(xué)以致用：真題經(jīng)典題+提升專練，全面突破核心考點(diǎn)聚焦1、光的反射2、光的折射、折射率的測定3、全反射4、光的干涉、薄膜干涉5、光的衍射6、實驗測定光的波長7、光的偏振高考考點(diǎn)聚焦?？伎键c(diǎn)真題舉例光的反射和折射問題2023·全國乙卷·高考真題光路圖、光的反射與折射問題2023·全國甲卷·高考真題光的偏振2023·天津·高考真題薄膜干涉2023·山東·高考真題測定玻璃的折射率2023·海南·高考真題一、光的折射現(xiàn)象和折射定律1．光的折射(1)光的方向：①光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時，傳播方向要發(fā)生變化．②當(dāng)光垂直界面入射時，光的傳播方向不變．(2)入射角與折射角的大小關(guān)系：當(dāng)光從真空斜射入介質(zhì)時，入射角大于折射角．從空氣進(jìn)入介質(zhì)，也近似看成從真空進(jìn)入介質(zhì)2．對折射定律的理解(1)在球形界面發(fā)生折射，半徑就在法線上．(2)法線兩旁：折射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)．(3)成正比：當(dāng)介質(zhì)一定時，入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n。3．解決光的折射問題的基本思路：畫出正確的光路圖,利用幾何關(guān)系確定光路圖中的邊、角關(guān)系，利用折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，結(jié)合三角函數(shù)的關(guān)系進(jìn)行運(yùn)算．二、全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)抓住光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的含義(2)相對性．(3)光疏和光密與密度無關(guān)．2．全反射(1)發(fā)生全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(2)當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，隨著入射角增大，折射角也增大．同時折射光線強(qiáng)度減弱，即折射光線的能量減小，反射光線強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光線的能量等于入射光的能量．三、光的雙縫干涉1．單縫的作用：獲得一個線光源，使光源有唯一的頻率和振動情況．2.雙縫的作用:平行光照射到單縫S上，又照到雙縫S1、S2上，這樣一束光被分成兩束頻率相同且振動情況完全一致的相干光．2．屏上某處出現(xiàn)亮、暗條紋的條件：頻率相同、振動步調(diào)相同的兩列光波產(chǎn)生亮暗條紋的條件如下：(1)亮條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是波長的整數(shù)倍或半波長的偶數(shù)倍．即：|PS1－PS2|＝kλ＝2k·eq\f(λ,2)(k＝0,1,2,3，…)說明：k＝0時，PS1＝PS2，此時P點(diǎn)位于光屏上的O處，為亮條紋，此處的條紋叫中央亮條紋或零級亮條紋，k為亮條紋的級次．(2)暗條紋的條件：屏上某點(diǎn)P到兩條縫S1和S2的路程差正好是半波長的奇數(shù)倍，即：|PS1－PS2|＝(2k－1)·eq\f(λ,2)(k＝1,2,3，…)說明：k為暗條紋的級次，從第1級暗條紋開始向兩側(cè)展開．注意：當(dāng)頻率相同、振動步調(diào)總是相反的兩列光波疊加時，產(chǎn)生亮、暗條紋的條件與上面的情況恰好相反．3．干涉圖樣(1)單色光的干涉圖樣：如圖所示，干涉條紋是等間距的明暗相間的條紋．(2)白光的干涉圖樣：中央條紋是白色的，兩側(cè)干涉條紋是彩色條紋．四、雙縫干涉條紋間距與波長的關(guān)系1．條紋間距是指相鄰亮條紋中心或相鄰暗條紋中心間的距離．由數(shù)學(xué)知識可得條紋間距公式為Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)為雙縫到屏的距離，d為雙縫間的距離，λ為入射光的波長．2．兩相鄰亮條紋(或暗條紋)間距離與光的波長有關(guān)，波長越長，條紋間距越大．(1)對于同一單色光，條紋之間的距離相等，由該單色光的亮條紋和暗條紋組成．(2)白光的干涉條紋的中央是白色的，兩側(cè)是彩色的，這是因為：①白光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的復(fù)色光，且從紅光到紫光波長逐漸變短．②各種色光都能形成明暗相間的條紋，都在中央條紋處形成亮條紋，從而復(fù)合成白色條紋．③兩側(cè)條紋間距與各色光的波長成正比，條紋不能完全重合，這樣便形成了彩色干涉條紋．例題1．如圖所示，水面上有一透明均質(zhì)球，上半球露出水面，下半球內(nèi)豎直中心軸上有紅、藍(lán)兩種單色燈（可視為點(diǎn)光源），均質(zhì)球?qū)煞N色光的折射率分別為和。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），若紅燈到水面的最大距離為，（1）求藍(lán)燈到水面的最大距離；（2）兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍(lán)燈在紅燈的上方還是下方？為什么？【答案】（1）；（2）上方，理由見解析【詳解】（1）為使從光源照射到上半球面的光，都能發(fā)生折射，關(guān)鍵是光線能夠從折射出去，以紅光為例，當(dāng)折射角最大達(dá)到臨界角時，光線垂直水面折射出去，光路圖如圖所示假設(shè)半球半徑為，根據(jù)全反射定律和幾何關(guān)系可知同理可知藍(lán)光兩式聯(lián)立解得（2）藍(lán)光的折射率大于紅光的折射率，根據(jù)（1）問結(jié)果結(jié)合可知所以藍(lán)燈應(yīng)該在紅燈的上方。【答案】C【詳解】A．光束a經(jīng)圓心O射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單色光，這是光的色散現(xiàn)象，A錯誤；C．由題圖可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根據(jù)折射定律可知nc<nbC正確；B．由于光的折射率越大，其頻率越大，波長越短，則b光在真空中的波長較短，B錯誤；D．根據(jù)v=知，c光束的折射率小，則c光在棱鏡中的傳播速度大，D錯誤。故選C。例題2．用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實驗中用A、B兩個大頭針確定入射光路、C、D兩個大頭針確定出射光路，O和分別是入射點(diǎn)和出射點(diǎn)，如圖（a）所示。測得玻璃磚厚度為，A到過O點(diǎn)的法線的距離，M到玻璃磚的距離，到的距離為。（?。┣蟛ＡТu的折射率；（ⅱ）用另一塊材料相同，但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實驗，玻璃磚的截面如圖（b）所示。光從上表面入射，入射角從0逐漸增大，達(dá)到時，玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角?！敬鸢浮浚╥）

（ii）15°【詳解】（i）從O點(diǎn)射入時，設(shè)入射角為α，折射角為β。根據(jù)題中所給數(shù)據(jù)可得：再由折射定律可得玻璃磚的折射率：（ii）當(dāng)入射角為45°時，設(shè)折射角為γ，由折射定律：可求得：再設(shè)此玻璃磚上下表面的夾角為θ，光路圖如下：而此時出射光線恰好消失，則說明發(fā)生全反射，有：解得：由幾何關(guān)系可知：即玻璃磚上下表面的夾角：一、單選題1．用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖像，可能正確的是（）A． B．C．D．【答案】D【詳解】用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，從透明薄膜的上下表面分別反射的兩列光是相干光，發(fā)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)條紋，所以此條紋是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光疊加后形成的，其光程差為透明薄膜厚度的2倍，當(dāng)光程差△x=nλ時此處表現(xiàn)為亮條紋，即當(dāng)薄膜的厚度時對應(yīng)的條紋為亮條紋，在題目的干涉條紋中，從左向右條紋的間距逐漸增大，結(jié)合干涉條紋公式對應(yīng)的厚度公式可知從左向右薄膜厚度的變化率逐漸減小。故選D。2．“香爐初上日，瀑水噴成虹”是孟浩然在《彭蠡湖中望廬山》的描述彩虹的詩句，彩虹的形成原理可簡化為如圖，陽光由空氣射入球形水滴后，可分成顏色不同的單色光，其中、是射出的兩束單色光，則下列說法正確的是（

）A．彩虹的形成是光的干涉現(xiàn)象 B．光對水滴的折射率大于光C．在真空中，光的波長大于光 D．在水中，光的傳播速度大于光【答案】B【詳解】A．彩虹的形成是光的折射現(xiàn)象，A錯誤；BC．由圖可知當(dāng)從空氣射入水滴中時，入射角相同，a光的折射角大于b光，根據(jù)光的折射定律，故a光的折射率大于b光，a光的頻率大于b光，a光的波長小于b光，B正確、C錯誤；D．由波速公式a光的波速小于b光，選項D錯誤。故選B。3．為了研究某種透明新材料的光學(xué)性質(zhì)，將其壓制成半圓柱形，如圖甲所示。一束激光由真空沿半圓柱體的徑向與其底面過O的法線成θ角射入。CD為光學(xué)傳感器，可以探測光的強(qiáng)度。從AB面反射回來的光強(qiáng)隨入射角θ變化的情況如圖乙所示，則下列說法正確的是（）A．該新材料的折射率n<1B．該新材料的折射率n=1.25C．圖甲中若減小入射角θ，則反射光線和折射光線之間的夾角將減小D．圖甲中若減小入射角θ到0°，則光線將全部從AB界面透射出去【答案】B【詳解】AB．根據(jù)圖甲乙可知，當(dāng)θ大于53°時，反射強(qiáng)度沒有發(fā)生變化，可知，臨界角為53°，根據(jù)解得n=1.25故A錯誤，B正確；C．根據(jù)折射率的定義式可知，圖甲中若減小入射角θ，則折射角也減小，而反射角等于入射角，可知，圖甲中若減小入射角θ，則反射光線和折射光線之間的夾角將增大，故C錯誤；D．根據(jù)圖乙可知，當(dāng)入射角θ到0°時，反射強(qiáng)度不為0，可知，圖甲中若減小入射角θ到0°，則光線并沒有全部從AB界面透射出去，仍然有一部分發(fā)生了反射，故D錯誤。故選B。4．柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的圓，左側(cè)是直角梯形，長為R，與夾角，中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直面入射，器件介質(zhì)對a，b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動過程中，能在面全反射后，從面射出的光是（不考慮三次反射以后的光）（

）A．僅有a光 B．僅有b光 C．a(chǎn)、b光都可以 D．a(chǎn)、b光都不可以【答案】A【詳解】當(dāng)兩種頻率的細(xì)激光束從A點(diǎn)垂直于AB面入射時，激光沿直線傳播到O點(diǎn)，經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。保持光的入射方向不變，入射點(diǎn)從A向B移動過程中，如下圖可知，激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?，根?jù)圖像可知，入射點(diǎn)從A向B移動過程中，光線傳播到PM面的入射角逐漸增大。當(dāng)入射點(diǎn)為B點(diǎn)時，根據(jù)光的反射定律及幾何關(guān)系可知，光線傳播到PM面的P點(diǎn)，此時光線在PM面上的入射角最大，設(shè)為，由幾何關(guān)系得根據(jù)全反射臨界角公式得兩種頻率的細(xì)激光束的全反射的臨界角關(guān)系為故在入射光從A向B移動過程中，a光能在PM面全反射后，從OM面射出；b光不能在PM面發(fā)生全反射，故僅有a光。A正確，BCD錯誤。故選A。5．光導(dǎo)纖維技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)、生活與科技方面得以廣泛應(yīng)用。如圖所示是一個質(zhì)量均勻分布的有機(jī)玻璃圓柱的橫截面，B、C為圓上兩點(diǎn)，一束單色光沿AB方向射入，然后從C點(diǎn)射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108m/s，sin53°=0.8，cos53°=0.6。則（）A．光在該有機(jī)玻璃中的折射率為1.6B．光在該有機(jī)玻璃中發(fā)生全反射的臨界角為53°C．光在該有機(jī)玻璃中傳播速度為3×108m/sD．將該材料做成長300km的光導(dǎo)纖維，此單色光在光導(dǎo)纖維中傳播的最短時間為1×10-3s【答案】A【詳解】A．由圖中幾何關(guān)系可知，入射角為53°，折射角為30°，即可求出A正確B．可知，C不等于53°，B錯誤；C．由光在空氣中傳播的速度可知，光在該介質(zhì)中傳播速度不為，C錯誤；D．當(dāng)速度為時，傳播300km用時1×10-3s，但光在該介質(zhì)中傳播速度不為，D錯誤；故選A。6．對如圖所示的圖樣、示意圖或?qū)嶒炑b置圖，下列判斷正確的是（）A．甲圖是小孔衍射的圖樣，也被稱為“泊松亮斑”B．乙圖是利用薄膜干涉來檢測玻璃板的平整程度，它是光在被檢測厚玻璃板的上下表面反射后疊加的結(jié)果C．丙圖是雙縫干涉原理圖，若到、的路程差是半波長的奇數(shù)倍，則處是暗紋D．圖丁中的、是偏振片，是光屏，當(dāng)固定不動，繞水平轉(zhuǎn)軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動順時針90°后，上的光亮度不變【答案】C【詳解】A．甲圖是小孔衍射的圖樣，“泊松亮斑”是圓板衍射，故A錯誤；B．入射光經(jīng)空氣膜上表面反射后得到第一束光，折射光經(jīng)空氣膜下表面反射，又經(jīng)上表面折射后得到第二束光，并不是被檢測玻璃板的上下表面反射后的光，故B錯誤；C．丙圖是雙縫干涉原理圖，若到、的路程差是半波長的奇數(shù)倍，則處是暗紋，故C正確；D．當(dāng)M固定不動，緩慢轉(zhuǎn)動N時，從圖示位置開始轉(zhuǎn)動的過程時，則M、N的振動方向垂直，此時光屏P上的光亮度最暗，故D錯誤。故選C。7．1801年，托馬斯·楊用雙縫干涉實驗研究了光波的性質(zhì)。1834年，洛埃利用平面鏡同樣在光屏上得到了明暗相間的條紋，該實驗的基本裝置如圖所示。水平放置的平面鏡MN左上方有一點(diǎn)光源S，僅發(fā)出單一頻率的光，平面鏡右側(cè)固定有豎直放置的足夠長的光屏，平面鏡所在水平線與光屏的交點(diǎn)為P，下列說法正確的是（）A．光屏上，P點(diǎn)上下均有條紋B．只將光屏右移，相鄰亮條紋間距變寬C．只將光源上移，相鄰亮條紋間距變寬D．只將光源的頻率變大，相鄰亮條紋間距變寬【答案】B【詳解】A．光源S直接照射到光屏上的光和通過平面鏡反射的光在光屏上相遇，發(fā)生干涉，呈現(xiàn)干涉條紋，因反射光不能照射到P點(diǎn)和P點(diǎn)下方，故在P點(diǎn)和P點(diǎn)下方?jīng)]有干涉條紋，故A錯誤；BCD．光源到屏的距離可以看作雙縫到屏的距離L，光源S到S在平面鏡中虛像的間距看作d，根據(jù)雙縫干涉的相鄰條紋間距公式可知只將光屏右移，L增大，相鄰亮條紋間距變寬；只將光源上移，d增大，相鄰亮條紋間距變窄，只將光源的頻率變大，波長減小，相鄰亮條紋間距變窄，故B正確，CD錯誤。故選B。二、實驗題8．某同學(xué)用直角三角形玻璃磚做“測量玻璃磚折射率”實驗。四枚大頭針插入位置如圖1所示，把大頭針移掉后得到如圖2所示的部分光路圖。（1）為了取得更好的實驗效果，下列操作正確的是；A．選擇的入射角應(yīng)盡量小些B．大頭針應(yīng)垂直插在紙面上C．大頭針和及和之間的距離盡量小些D．畫三角形玻璃磚的輪廓線時，用筆緊貼玻璃磚表面畫線（2）請在答題紙中用黑筆完成光在玻璃磚中的光路圖，要求保留作圖過程的痕跡；并在入射點(diǎn)E處標(biāo)出入射角i和折射角r?！敬鸢浮緽【詳解】（1）[1]A．為了減小測量的相對誤差，入射角盡量大些，折射角也會大些，折射現(xiàn)象較明顯，角度的相對誤差會減小，但要注意并不是入射角越大越好，應(yīng)適度；故A不符合題意；B．為了準(zhǔn)確確定入射光線和折射光線，大頭針應(yīng)垂直插在紙面上，故B符合題意；C．大頭針P1和P2及P3和P4之間的距離盡量大些，相同的距離誤差引起的角度誤差會減小，角度的測量誤差會小，故C不符合題意；D．為了防止弄臟玻璃磚，不能鉛筆貼著光學(xué)面畫出界面，故D不符合題意。故選B。（2）[2]做E關(guān)于底邊的像點(diǎn)E′，連接E′F，和底邊的交點(diǎn)為光的在底邊的反射點(diǎn)，光路圖如圖所示：9．物理實驗一般都涉及實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗方法、實驗操作、數(shù)據(jù)分析等。（1）現(xiàn)用如圖甲所示雙縫干涉實驗裝置來測量光的波長。①在組裝儀器時單縫和雙縫應(yīng)該相互放置。（選填“垂直”或“平行”）②某次測量時，手輪上的示數(shù)如圖乙，其示數(shù)為mm。③為減小誤差，該實驗并未直接測量相鄰亮條紋間的距離Δx，而是先測量n個條紋的問距再求出Δx。下列實驗采用了類似方法的有A．《探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律》的實驗中合力的測量B．《用單擺測重力加速度》實驗中單擺周期的測量C．《探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系》實驗中彈簧形變量的測量④若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，如圖丙所示，測得第1條暗條紋中心到第5條亮條紋中心之間的距離為x，則單色光的波長。【答案】平行0.820B【詳解】①[1]只有保證單縫和雙縫互相平行，才能在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。②[2]螺旋測微器的精確值為，由圖乙可知示數(shù)為③[3]為減小誤差，該實驗并未直接測量相鄰亮條紋間的距離，而是先測量n個條紋的問距再求出，屬于