重难点15 光学和电磁波-2025年高考物理二轮复习讲义

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【课标要求】
1.能利用光的折射和全反射规律解决光的传播问题。
2.理解光的干涉、衍射和偏振现象。
3.了解电磁振荡规律，知道电磁波谱。
【考查方向】
本章属于选择性热点,是必考点。高考命题突出考查光的折射、折射率、全反射的计算。
【备考建议】
(1)重点理解光的折射定律和全反射的内涵，这是考查的重点。
(2)平时多注重数学能力的训练和培养，重点突出与数学知识中三角函数部分知识相关联的训练，这往往是解决问题的关键所在。
(3)理解光的干涉、衍射和偏振的概念及相关现象的解释。
(4)重点掌握测量折射率、用双缝干涉测量光的波长实验，理解双缝干涉实验中各物理量的含义。关注前沿科技、生活实际等情境中与光学知识相联系的部分。
【情境解读】
1.几何光学命题情境
光的折射与全反射：
常以玻璃砖、三棱镜等为介质，考查光的折射定律 的应用。例如，光线从空气进入玻璃砖，已知入射角，求折射角；或者已知玻璃砖的折射率和折射光线的方向，求入射角。
全反射现象的考查也很常见，如光纤通信的原理。给出光在某种介质中的传播情况，要求考生根据临界角公式 判断是否发生全反射，并计算相关角度和光线传播的路径长度。
光路图的绘制与光学仪器原理：
要求考生绘制简单的光路图，如通过透镜的光路图。对于凸透镜，包括平行光会聚、物像关系等光路；对于凹透镜，考查发散光线的光路。
结合光学仪器，如显微镜、望远镜的原理进行考查。考生需要理解物镜和目镜的成像特点，以及它们是如何组合起来放大物体的。
2.物理光学命题情境
光的干涉、衍射和偏振：
光的干涉方面，以双缝干涉实验为背景，考查条纹间距公式 的应用。例如，已知双缝间距、光屏与双缝的距离和条纹间距，求光的波长。
光的衍射情境下，考查单缝衍射和圆孔衍射的特点，如比较不同波长的光在同一单缝或圆孔中衍射条纹的宽窄，或者根据衍射现象判断光的波长范围。
偏振现象主要考查对自然光和偏振光的理解，以及偏振片的作用。例如，在一些利用偏振现象来减少反射光等实际应用场景中的考查。
3.电磁波命题情境
电磁波的产生与传播：
以LC振荡电路为背景，考查电磁波是如何产生的，包括电场能和磁场能的相互转化。要求考生理解振荡周期公式，并能根据电路参数计算周期等相关参数。
考查电磁波在不同介质中的传播速度和频率不变、波长变化的特点。例如，已知电磁波在真空中的波长和频率，求在某种介质中的波长。
电磁波谱及其应用：
考查电磁波谱（无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线）中各频段的特点和主要应用。如红外线的热效应在遥感中的应用，紫外线的杀菌消毒作用，X射线在医疗透视中的应用等。
【高分技巧】
一、三种光学模型的光路特点
1、平行玻璃砖
结构：玻璃砖上下表面是平行的。
光路图的特点为通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移，如下图所示。
应用：测定玻璃的折射率。
2、三棱镜
结构：横截面为三角形的三棱镜。
光路图的特点为通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折，如下图所示。
应用：全反射棱镜，改变光的传播方向。
3、圆柱体(球)
结构：横截面是圆。
光路图的特点为圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折，如下图所示。
应用：改变光的传播方向。
二、七色光的比较
三、单缝衍射与双缝干涉的比较
一、单选题
1．（2024·福建·一模）肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上漂浮的油膜，也经常显现出彩色条纹。下列现象的原理与之相同的是（ ）
A．杨氏双缝干涉实验
B．影子的形成
C．利用光导纤维传递信息，实现光纤通信
D．泊松亮斑
2．（2024·贵州遵义·一模）某匀质透明材料的横截面为半圆形，圆心为O。一激光束沿方向从空气中射入该材料，B为出射点。与界面夹角为，与法线夹角为，光在真空中传播速度为c，部分光路如图所示。则（ ）
A．该材料的折射率为
B．该材料的折射率为
C．若改变角，光可能在B点发生全反射
D．光束在该材料中的传播速度为
3．（2023·河北·三模）牛顿在剑桥大学读书时，对光的颜色问题颇感兴趣，于是在1664年初做了一个三角形玻璃棱镜，对太阳光进行了实验研究。牛顿的实验如图甲所示，太阳光通过三角形玻璃棱镜后，在光屏上形成一条彩色的光带。图乙为其中一种单色光在三角形玻璃棱镜中传播的情况，角A为棱镜顶角，θ称为偏向角。下列说法正确的是（ ）
A．根据牛顿的实验可知，同种介质对不同波长的光的折射率不同
B．折射率越大，偏向角θ越小
C．偏向角θ与棱镜顶角A无关
D．入射角i3越大，折射角i4越大，所以光一定能够在图乙中棱镜右侧表面发生全反射
4．（2024·浙江绍兴·一模）为模拟光在光导纤维中的传播原理，取一圆柱形长直玻璃丝进行实验。如图所示，纸面内有一束激光由空气中以的入射角射向玻璃丝的AB端面圆心O，恰好在玻璃丝的内侧面发生全反射，此时内侧面入射角为θ。下列说法正确的是（ ）
A．
B．玻璃丝只能传播特定频率的光
C．激光由空气中进入玻璃丝后，其波长不变
D．减小入射角α，激光在玻璃丝中仍能发生全反射
5．（2024·河北·模拟预测）把镀过增透膜的玻璃作为墙面来代替有色玻璃，黄绿光能畅通无阻地进入室内，使得建筑物内的人可对外面景物一览无余，而外面的人只能从蓝紫色的反射光看到天光云影，对建筑物内部的情况却难窥一斑。关于此现象，下列说法正确的是（ ）
A．该现象与光的干涉有关B．该现象与海市蜃楼的成因相同
C．该现象是由于蓝紫色的光发生了全反射D．该现象与泊松亮斑的成因相同
6．（24-25高三上·广东·开学考试）某同学用红色光从真空对着一正方体透明玻璃砖的AB边似与法线成角入射，在玻璃砖内AD边的中点发生全反射，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．该光线还会在CD边全反射
B．该光线不会在CD边全反射，出射光线与开始入射的光线平行
C．若角度增大到一定程度，则会在AB边全反射
D．若角不变，换用折射率大一点的紫色光入射，则在AD边全反射点下移靠近D点
7．（2024·全国·模拟预测）利用牛顿环可以测量微小位移。如图所示，将一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，入射光线分别在凸透镜下表面和平面玻璃上表面反射产生的光线发生干涉，已知在图示位置产生亮条纹，入射光线波长为，图中两次反射位置间的距离为，固定平面玻璃板，当向上平移凸透镜时，亮条纹将周期性出现，下列说法正确的是（ ）
A．两次反射位置间的距离满足
B．更换形状相同、折射率更大的凸透镜，点亮条纹可能消失
C．若将入射光波长调整为，则点仍为亮条纹
D．若向上移动距离为，点相邻两次出现亮条纹时，凸透镜移动的距离
8．（2022·浙江台州·模拟预测）下列说法错误的是（ ）
A．用偏振镜头拍摄水面下游鱼与观看立体电影的原理相同
B．应用超声波多普勒效应可测量星球上某些元素发出的光波频率
C．筷子竖直插入装有水的薄圆柱形玻璃杯中，筷子发生了侧移是光的折射现象
D．收音机LC接收电路的固有频率与某信号电磁波频率不相等时，也会接收该电磁波
二、多选题
9．（2024·四川德阳·模拟预测）如图为一折射率的玻璃砖截面示意图，其截面一侧是以O点为圆心、半径为R的四分之一圆弧，其余两侧为直面AC与BC，且。仅靠O点下方有一单色激光发射器S，能在玻璃砖截面所在的平面内发出过O点的光束，现让激光发射器S绕过O点垂直于纸面的轴开始顺时针匀速转动，转动周期为T，观察到玻璃砖AC面和BC面上有光斑移动，光在真空中速度大小为c，不考虑光线的多次反射，下列说法正确的是（ ）
A．光线透过玻璃砖最长时间为
B．光斑从玻璃砖AC面消失到BC面出现的时间间隔为
C．光斑在玻璃砖AC面上刚要消失的瞬时速度为
D．在发射器S开始转动的一个周期内，能观察到AC面和BC面上有光斑的时间为
10．（2024·山东·模拟预测）如图所示，A、B两束不同颜色的光在同一平面内以相同入射角射入厚度为L的玻璃砖，入射点间的距离为d，两束光恰好在玻璃砖下边沿交于一点，现增加玻璃砖厚度，使两束光在下边沿的出射位置间的距离等于。则（ ）

A．A光的频率较大
B．B光在玻璃砖中传播的速度小
C．两束光能在交点产生干涉现象
D．玻璃砖厚度增加了
11．（2024·海南省直辖县级单位·模拟预测）以下四幅图中，相关叙述正确的是（ ）
A．图甲是杂技演员在表演“水流星”节目，杯子经过最低点时绳子最容易断裂
B．图乙是光电效应实验，其中验电器两箔片起电的方式是感应起电
C．图丙是α粒子散射实验，当显微镜在放射源的后面E处时也能观察到闪光
D．图丁是用单色光检查平面的平整度，这利用了光的衍射
三、解答题
12．（2024·广东湛江·模拟预测）如图为空气中两个完全相同的透明半球体介质，半径均为R，底面水平平行错开放置且竖直间距为，其折射率未知。一束单色光与竖直方向成角沿半球体甲的半径射入，射出后恰好射向另一半球体乙底面的圆心处，并从半球体乙射出；当该单色光与竖直方向成角同样沿半球体甲的半径射入时，光线恰好未从半球体甲的底面射出。，，求：
(1)该介质的折射率n；
(2)两半球体球心错开的水平距离s。
13．（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
（1）求sinθ；
（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。
14．（2024·山东烟台·二模）光导纤维是一种利用全反射规律使光线沿着弯曲路径传播的光学元件。如图所示为某一光导纤维（可简化为圆柱形长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长度，直径为，折射率为。已知光在真空中的传播速度为，，则
（1）欲使从玻璃丝左侧横截面圆心O射入的激光在玻璃丝中发生全发射，求入射角的正弦值取值范围；
（2）若从玻璃丝左侧横截面圆心O射入的激光在玻璃丝中恰好发生全发射，求激光在玻璃丝中传播所用的时间及发生反射的次数（结果均保留两位有效数字）。
15．（2024·四川成都·三模）某小区在景观水池底部安装了一个景观灯，为了实现灯光管理，在灯S（点光源）的正上方安装了一个可以上下调节的半径为R的圆形遮光罩，当遮光罩距池底高为R时，恰没有灯光射出水面，当遮光罩与水面齐平时，恰能照亮楼房A点，楼房A点距灯S的水平距离为51R，已知水深，光在空气中速度为c，求：
（1）水的折射率；
（2）光由S到A的时间。
考点分析
三年考情分析
2025命题热点
光的折射和全反射
2024：广东卷、甘肃卷、江苏卷、全国甲卷
2023：江苏卷、湖南卷、湖北卷、山东卷、浙江6月选考卷
2022：山东卷、广东卷、湖南卷、河北卷、江苏卷、辽宁卷
光的折射和全反射
光的干涉、衍射和偏振
光的波动性
2024：江西卷、山东卷、黑吉辽卷、广西卷、湖南卷
2023：江苏卷、山东卷
2022：山东卷、浙江卷
电磁波
仅在21年出现过
颜色
红橙黄绿青蓝紫
频率ν
低→高
同一介质中的折射率
小→大
同一介质中的速度
大→小
同一介质中的波长
大→小
通过同一棱镜的偏折角
小→大
同一介质中的临界角
大→小
同一装置的双缝干涉条纹间距
大→小
类型
单缝衍射
双缝干涉
不同点
产生条件
只要狭缝足够窄，任何光都能发生
频率相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度
条纹宽度不等，中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度
中央条纹最亮，两边最暗
条纹清晰，亮度基本相等
相同点
成因
都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果
意义
都是波特有的现象，表明光是一种波