2025年高考物理二轮专题复习课件 18 第一阶段 专题五 第12讲 光学 电磁波

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【备考指南】1．2025年仍会主要考查光的折射定律和全反射的知识，因涉及光路图，需要应用数学知识解答。题目的情境从“直接给出光路特点、角边关系”向“将已知条件放在实际情境中”进行过渡，更深层次地考查考生的阅读能力、理解能力，从“解题”向“解决问题”进行转变。2．复习中多注重数学能力的训练和培养，关注前沿科技、生活实际等情境中与光学知识的联系。
突破点一　光的折射与全反射
突破点二　光的波动性与电磁波
随堂练 临考预测 名师押题
突破点三　几何光学与物理光学的综合应用
2．求解光的折射、全反射问题的两个关键点
[典例2]　(光的折射与全反射的综合应用)(2024·山东卷)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sin θ；(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上的入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
方法总结　光的折射和全反射问题的解题思路1．根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图；2．充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量，如折射角、折射率等；3．注意在折射现象中，光路是可逆的。
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
3．区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射的中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹，中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。
4．电磁波(1)电磁波是横波。(2)电磁波传播不需要介质，能在真空中传播。在介质中传播时的速度与介质种类和电磁波频率有关。(3)电磁波谱：按波长由长到短排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。
[典例3]　(双缝干涉)(多选)(2024·湖南卷)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　)A．沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动B．沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小C．若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变D．若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动
【教师备选资源】(2023·山东卷)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是(　　)A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
A　[当温度升高时，由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，所以标准平面石英板被顶起，劈形空气层的厚度变大，B、D错误；经待测柱形样品上表面反射后，透过石英板的光线与直接经石英板下表面反射的光线的路程差变大，干涉条纹将提前出现，条纹向左移动，A正确，C错误。]
[典例4]　(电磁波)(多选)(2023·浙江高三校联考)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。如图所示，关于电磁波的应用，以下说法正确的是(　　)
A．图甲中经过调制后的电磁波的波长不变B．图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究C．图丙中红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点D．图丁中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
AB　[题图甲中为调幅波，不影响频率，故波长不变，A正确；题图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究，B正确；红外线夜视仪利用的是红外遥感技术，C错误；CT机通过X射线拍摄人体组织，D错误。]
1．含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同。
[典例5]　(多选)为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视图如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是(　　)
A．在水中a光波速小于b光B．a光的频率小于b光C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小D．若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光也一定能发生明显衍射现象
2．(高考热点·双缝干涉)如图所示，把一个上表面水平、下表面是半径很大的球面的凸透镜放在一块平面玻璃板上，凸透镜的上表面与玻璃板平行，让单色光从上方垂直于凸透镜的上表面射入，从上往下看凸透镜，看到的干涉图样应为(　　)
A　　　　 B　　　　 C　　　　 D
B　[凸透镜曲面与平面玻璃板间形成空气薄膜，空气薄膜上、下表面的反射光相遇形成干涉图样，同一厚度上、下表面反射光的路程差相等，应处于同一条纹上；两相邻亮条纹或暗条纹对应两反射光的路程差相等，两反射光的路程差沿半径自内向外随距离的变化越来越快，因此两相邻亮条纹或暗条纹间的距离越来越小，条纹逐渐变密。故选B。]
(1)求挡风玻璃和光学元件的折射率n；(2)请通过计算判断图中红外发射管应该在a还是在b位置？红外接收管应该在c还是在d位置？请画出当挡风玻璃外表面处于干燥状态时，红外线在挡风玻璃和光学元件中传播的光路图。
[答案]　(1)1.5　(2)红外发射管在b位置，红外接收管在c位置，光路图见解析
1．(多选)(2024·浙江嘉兴统考一模)下列说法正确的是(　　)A．电磁波发射时需要用到调谐技术B．真空中的光速在不同的惯性系中大小都相同，是相对论时空观的基本假设之一C．照相机镜头表面涂上增透膜是利用光的偏振原理D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉原理
BD　[电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故A错误；爱因斯坦对狭义相对论的最基本假设是：在不同的惯性参考系中，真空中光速都是不变的，故B正确；照相机增透膜是利用膜的内外表面反射光具有相同的频率相互叠加，从而增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故C错误；用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象，故D正确。故选BD。]
2．(2024·吉林卷)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　　)A．换用更粗的头发丝B．换用红色激光照射双缝C．增大纸板与墙面的距离D．减小光源与纸板的距离
3．(2024·山东卷)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　)A．滚珠b、c均合格B．滚珠b、c均不合格C．滚珠b合格，滚珠c不合格D．滚珠b不合格，滚珠c合格
C　[单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的不相等，即滚珠c不合格，C正确。]
5．(2024·广东卷)如图所示，红绿两束单色光同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)A．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点B．θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失C．θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射D．θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
9．(2024·陕西渭南统考一模)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，设真空中光速为c，求能从OQ边上射出的光在玻璃中的传播时间范围。
A．光1和2通过相同的双缝干涉装置后1对应条纹间距更大B．为使光1和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，需θ>45°C．减小d后光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差不变D．若θ＝37°则光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差约为14.4 mm