新高考物理二輪專題復(fù)習(xí)精練專題12 光學(xué)（原卷版）

專題十二、光學(xué)第一部分織網(wǎng)點(diǎn)睛，綱舉目張1．折射率(1)光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)的折射率，公式為n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)。(2)實(shí)驗(yàn)和研究證明，某種介質(zhì)的折射率等于光在真空中的傳播速度c跟光在這種介質(zhì)中的傳播速度v之比，即n＝eq\f(c,v)。2．臨界角折射角等于90°時(shí)的入射角，稱為臨界角。當(dāng)光從折射率為n的某種介質(zhì)射向真空(空氣)時(shí)發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)。3．全反射的條件(1)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。(2)入射角大于或等于臨界角。三、光的波動(dòng)性、電磁波與相對(duì)論1．建構(gòu)知識(shí)體系2．突破兩類問題(1)光的色散問題①在同一介質(zhì)中，不同頻率的光的折射率不同，頻率越高，折射率越大。②由n＝eq\f(c,v)，n＝eq\f(λ0,λ)可知，光的頻率越高，在介質(zhì)中的波速越小，波長(zhǎng)越小。(2)光的衍射和干涉問題①光的衍射是無條件的，但發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象是有條件的。②兩列光波發(fā)生穩(wěn)定干涉現(xiàn)象時(shí)，光的頻率相等，相位差恒定，條紋間距Δx＝eq\f(l,d)λ。第二部分實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，高考真題演練1．（2022高考北京卷）下列現(xiàn)象能說明光是橫波的是（）A．光的衍射現(xiàn)象B．光的折射現(xiàn)象C．光的偏振現(xiàn)象D．光的干涉現(xiàn)象2．（2022新高考海南卷）如圖為一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半徑與球的半徑之比為1?3..。當(dāng)細(xì)光束以30°的入射角射入球中。其折射光線剛好與內(nèi)壁相切，則該透明材料的折射率為A.SKIPIF1<0B.1.5C.SKIPIF1<0D.23.（2022高考湖北物理）如圖所示，水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí)，將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距離為d，A位置離水面的高度為SKIPIF1<0d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出，入水點(diǎn)在B位置的正上方，入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置，折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率SKIPIF1<0，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距離H。4.（2022山東物理）柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示，SKIPIF1<0右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的SKIPIF1<0圓，左則是直角梯形，SKIPIF1<0長(zhǎng)為R，SKIPIF1<0與SKIPIF1<0夾角SKIPIF1<0，SKIPIF1<0中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束，垂直SKIPIF1<0面入射，器件介質(zhì)對(duì)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(dòng)過程中，能在SKIPIF1<0面全反射后，從SKIPIF1<0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、b光都可以 D.a、b光都不可以5．（2022年6月浙江選考）如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個(gè)空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是第第8題圖A．氣泡表面有折射沒有全反射 B．光射入氣泡衍射形成“亮斑”C．氣泡表面有折射和全反射 D．光射入氣泡干涉形成“亮斑”6.（2022·全國(guó)理綜甲卷·34（2））（10分）如圖，邊長(zhǎng)為a的正方形SKIPIF1<0為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點(diǎn)。在截面所在平面內(nèi)，一光線自M點(diǎn)射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在SKIPIF1<0邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，反射光線從SKIPIF1<0邊的P點(diǎn)射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離。7（2022·高考廣東物理）（6分）一個(gè)水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體，液體上方是空氣，其截面如圖16所示。一激光器從罐體底部P點(diǎn)沿著罐體的內(nèi)壁向上移動(dòng)，它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點(diǎn)。當(dāng)光束與豎直方向成SKIPIF1<0角時(shí)，恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束。已知光在空氣中的傳播速度為c，求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v。8.（2022·全國(guó)理綜乙卷·34）（2）.一細(xì)束單色光在三棱鏡SKIPIF1<0的側(cè)面SKIPIF1<0上以大角度由D點(diǎn)入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i，經(jīng)折射后射至SKIPIF1<0邊的E點(diǎn)，如圖所示，逐漸減小i，E點(diǎn)向B點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，恰好沒有光線從SKIPIF1<0邊射出棱鏡，且SKIPIF1<0。求棱鏡的折射率。9.（2022年1月浙江選考）如圖所示，用激光筆照射半圓形玻璃磚圓心O點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)有a、b、c、d四條細(xì)光束，其中d是光經(jīng)折射和反射形成的。當(dāng)入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過小角度SKIPIF1<0時(shí)，b、c、d也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，則（）A.光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0B.光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于SKIPIF1<0C.光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于SKIPIF1<0D.光速b、c之間的夾角減小了SKIPIF1<010..（2022高考遼寧物理）完全失重時(shí)，液滴呈球形，氣泡在液體中將不會(huì)上浮。2021年12月，在中國(guó)空間站“天宮課堂”的水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，航天員向水球中注入空氣形成了一個(gè)內(nèi)含氣泡的水球。如圖所示，若氣泡與水球同心，在過球心O的平面內(nèi)，用單色平行光照射這一水球。下列說法正確的是（）A.此單色光從空氣進(jìn)入水球，頻率一定變大B.此單色光從空氣進(jìn)入水球，頻率一定變小C.若光線1在M處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射D.若光線2在N處發(fā)生全反射，光線1在M處一定發(fā)生全反射11（8分）（2022重慶高考）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SKIPIF1<0和SKIPIF1<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），若紅燈到水面的最大距離為SKIPIF1<0，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？12（2021重慶高考）如圖所示，一直角棱鏡ABC，∠A=90°，AC=1.。從AB邊界面垂直入射的甲、乙兩種不同頻率的單色光，在棱鏡中傳播速度分別為k1c和k2c（0＜k1＜k2＜1，c為真空中的光速），甲光第一次到達(dá)BC邊恰好發(fā)生全反射。求：①該棱鏡分別對(duì)甲光和乙光的折射率；②BC邊的長(zhǎng)度。13.（2022高考河北）如圖，一個(gè)半徑為R的玻璃球，O點(diǎn)為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點(diǎn)光源S發(fā)出的一束光在A點(diǎn)射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ=30°。光在真空中的傳播速度為c。求：（i）玻璃的折射率；（ii）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的最短時(shí)間。14.（2022新高考江蘇卷）如圖所示，兩條距離為D平行光線，以入射角θ從空氣射入平靜水面，反射光線與折射光線垂直，求：（1）水的折射率n；（2）兩條折射光線之間的距離d。15.(2019·天津高考)某小組做測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規(guī)，筆，白紙。(1)下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度________。A．選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B．選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C．選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D．插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些(2)該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn)，記錄的玻璃磚界線和四個(gè)大頭針扎下的孔洞如下圖所示，其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是________。(3)該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點(diǎn)O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn)，再過A、B點(diǎn)作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點(diǎn)，如圖所示，則玻璃的折射率n＝________。(用圖中線段的字母表示)16(2019·全國(guó)卷Ⅱ)某同學(xué)利用圖示裝置測(cè)量某種單色光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源使光源正常發(fā)光；調(diào)整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：(1)若想增加從目鏡中觀察到的條紋個(gè)數(shù)，該同學(xué)可________；A．將單縫向雙縫靠近B．將屏向靠近雙縫的方向移動(dòng)C．將屏向遠(yuǎn)離雙縫的方向移動(dòng)D．使用間距更小的雙縫(2)若雙縫的間距為d，屏與雙縫間的距離為l，測(cè)得第1條暗條紋到第n條暗條紋之間的距離為Δx，則單色光的波長(zhǎng)λ＝________；(3)某次測(cè)量時(shí)，選用的雙縫的間距為0.300mm，測(cè)得屏與雙縫間的距離為1.20m，第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm。則所測(cè)單色光的波長(zhǎng)為______nm(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。第三部分思路歸納，內(nèi)化方法1.幾何光學(xué)計(jì)算題往往是光的反射、折射、全反射(臨界點(diǎn))及幾何圖形關(guān)系的綜合問題。解決此類問題應(yīng)注意以下四個(gè)方面：(1)依據(jù)題目條件，正確分析可能的全反射及臨界角。(2)通過分析、計(jì)算確定光傳播過程中可能的折射、反射，把握光的“多過程”現(xiàn)象。(3)準(zhǔn)確作出光路圖。(4)充分考慮三角形、圓的特點(diǎn)，運(yùn)用幾何圖形中的角關(guān)系、三角函數(shù)、相似三角形、全等三角形等，仔細(xì)分析光傳播過程中產(chǎn)生的幾何關(guān)系。2.機(jī)械波和光波、電磁波(1)機(jī)械波和光波都能發(fā)生干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象，是波特有的現(xiàn)象。偏振現(xiàn)象是橫波的特有現(xiàn)象。要觀察到穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象和明顯的衍射現(xiàn)象需要一定的條件。(2)光的干涉現(xiàn)象：薄膜干涉(油膜、空氣膜、增透膜、牛頓環(huán))。(3)光的衍射現(xiàn)象：圓孔衍射、泊松亮斑。(4)電磁波是橫波，其傳播不需要介質(zhì)，不同頻率的電磁波具有不同的特性，有不同的用途。(5)“尺縮”效應(yīng)、“鐘慢”效應(yīng)和“同時(shí)”的相對(duì)性，只有在高速運(yùn)動(dòng)的情形下才會(huì)明顯顯現(xiàn)。3.實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)計(jì)算法：用量角器測(cè)量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2。算出不同入射角時(shí)的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值。(2)作sinθ1-sinθ2圖像：改變不同的入射角θ1，測(cè)出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2的圖像，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖像應(yīng)是過原點(diǎn)的直線，如圖所示，其斜率為折射率。(3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計(jì)算折射率n。以入射點(diǎn)O為圓心，以一定的長(zhǎng)度R為半徑畫圓，交入射光線AO于E點(diǎn)，交折射光線OO′于E′點(diǎn)，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′，如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′)。只要用刻度尺量出EH、E′H′的長(zhǎng)度就可以求出n。4.實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)（1）．如圖所示，光源發(fā)出的光經(jīng)過濾光片后變成單色光，再經(jīng)過單縫S時(shí)發(fā)生衍射，這時(shí)單縫S相當(dāng)于一個(gè)單色光源，衍射光波同時(shí)到達(dá)雙縫S1和S2之后，S1、S2雙縫相當(dāng)于兩個(gè)步調(diào)完全一致的單色相干光源，相鄰兩條亮(暗)條紋間的距離Δx與入射光波長(zhǎng)λ，雙縫S1、S2間距離d及雙縫與屏的距離l有關(guān)，其關(guān)系式為：Δx＝eq\f(l,d)λ，因此，只要測(cè)出Δx、d、l即可測(cè)出波長(zhǎng)λ。（2）．兩條相鄰亮(暗)條紋間的距離Δx用測(cè)量頭測(cè)出。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，如圖所示。第四部分最新模擬集萃，提升應(yīng)試能力1.（2023云南昆明云南師大附中質(zhì)檢）用平行單色光垂直照射一層透明薄膜，觀察到如圖所示的明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度SKIPIF1<0隨坐標(biāo)SKIPIF1<0的變化圖像，可能正確的是（）A. B.C. D.2.（2023湖南三湘創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)考）某透明物體的橫截面如圖所示，其中ABC為等腰直角三角形，直角邊的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，ADC為半圓，其圓心O在AC邊的中點(diǎn)，此透明物體的折射率SKIPIF1<0。若一束寬度與AB邊長(zhǎng)度相等的平行光從AB邊垂直射入透明物體，經(jīng)過BC邊全反射后能照亮（即有光射出）半圓某區(qū)域。則半圓ADC上被照亮（即有光射出）的圓弧長(zhǎng)度為（）

A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<03．（2023南京六校聯(lián)考）如圖所示，AOB是置于真空中截面為四分之一圓的玻璃磚，圓的半徑為R，一束單色光從OA的中點(diǎn)G垂直O(jiān)A射入，在圓弧面上的D點(diǎn)發(fā)生反射和折射，反射光線和折射光線分別照射到OB所在平面上的E點(diǎn)和F點(diǎn)，已知△EDF為直角三角形，光在真空中的速度為c.求：(1)玻璃磚對(duì)光的折射率；(2)光由G點(diǎn)傳播到F點(diǎn)的時(shí)間．4。（8分）（2022年9月河北示范性高中調(diào)研）內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為SKIPIF1<0的透明介質(zhì)半球殼的截面圖如圖所示?，F(xiàn)將點(diǎn)光源放在P處，P在圓心O點(diǎn)正上方內(nèi)殼上，光射向外殼經(jīng)過折射后射出球殼，出射點(diǎn)距OP連線的最大距離為SKIPIF1<0。（不考慮光的反射，已知光在真空的傳播速度為c）。求：①此透明介質(zhì)的折射率；②光線從P點(diǎn)第一次到外球殼傳播的最長(zhǎng)時(shí)間。5.（2023四川內(nèi)江一中入學(xué)考試）如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線OO′表示光軸（過球心O與半球底面垂直的直線）。已知玻璃的折射率為1.5?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出（不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線）。求：（1）從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值；（2）距光軸SKIPIF1<0的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。6.（2023浙江舟山質(zhì)檢）夜晚高速公路路標(biāo)在燈光的照射下特別亮，主要是因?yàn)槭褂昧擞纱罅烤鶆蛲该鹘橘|(zhì)球組成的反光材料。如圖所示，介質(zhì)球的球心位于O點(diǎn)，半徑為R。平行于直徑SKIPIF1<0的單色光沿SKIPIF1<0從空氣射入介質(zhì)球，在球內(nèi)表面經(jīng)一次反射后，再次折射回空氣中時(shí)出射光線恰好與SKIPIF1<0平行，已知SKIPIF1<0與SKIPIF1<0的距離為SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）

A.介質(zhì)球的折射率為SKIPIF1<0B.該單色光從空氣射入球面不同位置，在球內(nèi)表面經(jīng)一次反射后，再次折射回空氣時(shí)的出射光線均與入射光平行C.換不同的單色光線，沿SKIPIF1<0入射，在球內(nèi)表面經(jīng)一次反射后，再次折射回空氣時(shí)仍與SKIPIF1<0平行D.增大單色光的頻率，入射光射入球體后，在球內(nèi)表面可能發(fā)生全反射7.（2023四川遂寧摸底）下列關(guān)于光的說法正確的是（）A.圖甲中，陽(yáng)光下的肥皂薄膜呈現(xiàn)彩色條紋是光的折射現(xiàn)象B.圖乙中，激光切割主要利用了激光的能量高的特性C.圖丙中，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)利用了衍射圖樣D.圖丁中，戴特制的眼鏡觀看立體電影，是利用了光的干涉現(xiàn)象8.（2023浙江舟山質(zhì)檢）如圖所示，下列說法正確的有（）

A.如圖甲，自然光由空氣射向水面，反射光是偏振光B.如圖乙，立體電影原理和照相機(jī)鏡頭表面涂上增透膜的原理相同C.拍攝圖丙中玻璃櫥窗中的物體，通常要在照相機(jī)鏡頭前加一個(gè)濾光片來消除反光D.如圖丁所示的衍射圖樣是由光照射一個(gè)不透光的圓盤得到的9.（2023湖北新高考協(xié)作體高三起點(diǎn)考試）一束復(fù)色光由空氣射入玻璃，在界面發(fā)生折射，分為a、b兩束單色光，折射光路圖如圖所示，現(xiàn)比較a、b兩束單色光，下列說法正確的是（）A.玻璃對(duì)a光的折射率更大B.b光在玻璃中傳播速度更大C.兩束光從玻璃射向空氣時(shí)，b光更容易發(fā)生全反射D.若a光照射某金屬表面，恰能發(fā)生光電效應(yīng)，則b光照射此金屬，一定不能發(fā)生光電效應(yīng)10.（2023湖北新高考協(xié)作體高三起點(diǎn)考試）某同學(xué)在“用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)中：（1）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：下列說法中正確的是___________。A．光源發(fā)出的光要經(jīng)濾光片成為單色光，濾光片一般裝在單縫前B．實(shí)驗(yàn)中要注意使單縫與雙縫相互平行，以便在光屏上觀察到清晰干涉條紋C．為了減小測(cè)量誤差，最好測(cè)量相鄰條紋間的中心距離D．如果把普通光源換成激光光源，則光具座上透鏡、濾光片、單縫均可以撤去（2）該同學(xué)以某種單色光做實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將測(cè)量頭的分劃板中心刻度線與某亮紋中心對(duì)齊，將該亮紋定為第一條亮紋，此時(shí)手輪上的刻度如圖所示，讀數(shù)為_______mm；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，當(dāng)分劃板中心刻度線與第6條亮紋中心對(duì)齊時(shí)，讀數(shù)是17.332mm，已知裝置中雙縫間距為0.2mm，雙縫到屏的距離是1.0m，則測(cè)得此單色光的波光為_______m（保留兩位有效數(shù)字）。12.（2023陜西師大附中期初檢測(cè)）一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由D點(diǎn)入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i，經(jīng)折射后射至SKIPIF1<0邊的E點(diǎn)，如圖所示，逐漸減小i，當(dāng)SKIPIF1<0時(shí)，恰好沒有光線從SKIPIF1<0邊射出棱鏡，且SKIPIF1<0，單色光在三棱鏡中的折射率SKIPIF1<0，求：（1）當(dāng)逐漸減小入射角i時(shí)，E點(diǎn)向AB上哪個(gè)點(diǎn)移動(dòng)；（2）恰好沒有光線從SKIPIF1<0邊射出棱鏡時(shí)，入射角θ的正弦值。（溫馨提示：本題可能涉及到數(shù)學(xué)公式SKIPIF1<0，SKIPIF1<0）13.（2023四川成都蓉城名校聯(lián)盟聯(lián)考）2021年12月9日，“天宮課堂”第一課正式開講，某同學(xué)在觀看太空水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)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，俯視圖如圖所示。已知玻璃磚的折射率為SKIPIF1<0，外圓半徑為2R，光線a沿半徑方向射入玻璃磚，光線b與光線a平行，兩束光線之間的距離為x=SKIPIF1<0R，光線b經(jīng)折射后恰好與內(nèi)柱面相切；光在真空中的傳播速度為c。求：（1）該玻璃磚的內(nèi)圓半徑r；（2）光線a、b在外圓界面內(nèi)傳播的時(shí)間差?t（不考慮光