专题31 光学（原卷版）

专题31 光学目录TOC \o "1-3" \h \u  HYPERLINK \l "_Toc25646" 题型一 几何光学  PAGEREF _Toc25646 1 HYPERLINK \l "_Toc15636" 类型1 折射定律和折射率的理解及应用  PAGEREF _Toc15636 1 HYPERLINK \l "_Toc22869" 类型2 全反射现象的理解和综合分析  PAGEREF _Toc22869 7 HYPERLINK \l "_Toc16485" 题型二 物理光学  PAGEREF _Toc16485 14 HYPERLINK \l "_Toc1453" 类型1　光的干涉现象  PAGEREF _Toc1453 14 HYPERLINK \l "_Toc31900" 类型2　光的衍射和偏振现象  PAGEREF _Toc31900 17 HYPERLINK \l "_Toc24805" 类型3　电磁振荡、电磁波  PAGEREF _Toc24805 19 HYPERLINK \l "_Toc16504" 题型三 几何光学与物理光学的综合  PAGEREF _Toc16504 22 HYPERLINK \l "_Toc1383" 类型1　光的折射现象和物理光学  PAGEREF _Toc1383 22 HYPERLINK \l "_Toc12499" 类型2　全反射现象和物理光学  PAGEREF _Toc12499 23 HYPERLINK \l "_Toc4179" 类型3　光学与其他知识的综合问题  PAGEREF _Toc4179 24题型一 几何光学【解题指导】1．光的折射和全反射的三个公式：(1)n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)；(2)n＝eq \f(c,v)；(3)sin C＝eq \f(1,n).2.解题关键：准确作出光路图；充分运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似三角形等知识．类型1 折射定律和折射率的理解及应用1.对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq \f(c,n)。(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。3.解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意折射现象中光路是可逆的。　　4.常见介质对光路的控制【例1】(2022·重庆市上学期一诊)用某种材料做成的直角三棱镜ABC，如图6所示，一束光线从AB面的中点P平行于底边BC射入棱镜，经BC面反射后垂直于AC边射出，已知AB长为 a，真空中光速为c，求：(1)该材料对光的折射率；(2)该光在三棱镜中的传播时间。【例2】.如图，小伟学习了光学后，在自己家门上开了一个半径为1.5 cm的圆孔，圆孔正对门外走廊的中心线，门厚度为4 cm，门外走廊的宽度为d＝243 cm.他通过小孔观察门外走廊墙壁，能够看到与小孔在同一水平高度上距墙拐角最近的点是P点；然后切割了一块高等于门厚度的圆柱形玻璃，恰好镶嵌到小孔中，把圆孔补好，他通过玻璃向外看同一墙壁，能看到距离墙拐角最近的位置为P′点，P′点到墙拐角的距离为L′＝90 cm，P、P′在同一水平高度．求：(1)P点到墙拐角的距离L；(2)该玻璃的折射率．【例3】(2021·河北卷，16)将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图6所示。用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ。当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h。不考虑多次反射。求：(1)半圆柱体对该单色光的折射率；(2)两个半圆柱体之间的距离d。【例4】(多选)如图所示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图，边长等于L，在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成30°角由真空射入三棱镜，从BC边射出的光线与BC边的夹角为30°。光在真空中的速度为c，则(　　)A．玻璃的折射率为eq \r(3)B．玻璃的折射率为eq \r(2)C．光在三棱镜中的传播路程0.5LD．光在三棱镜中的传播时间为eq \f(\r(3)L,2c)【例5】[2021·全国甲卷，34(1)]如图，单色光从折射率n＝1.5、厚度d＝10.0 cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为3.0×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是________s≤tx1C．该矿泉水的折射率为eq \f(x1,x2)D．仅将单缝S0向左(保持S0在双缝的中垂线上)移动的过程中，P点处能观察到暗条纹【例4】(2021·山东卷，7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图5所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是(　　)【例5】 (2022·福建龙岩市3月质检)如图所示，把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上，一端用薄片垫起，将红单色光从上方射入，这时可以看到明暗相间的条纹，下列关于这些条纹的说法中正确的是(　　)A．条纹方向与AB边平行B．条纹间距不是均匀的，越靠近BC边条纹间距越大C．减小薄片的厚度，条纹间距变小D．将红单色光换为蓝单色光照射，则条纹间距变小类型2　光的衍射和偏振现象1．对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。2．单缝衍射与双缝干涉的比较3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。4．光的偏振(1)自然光与偏振光的比较(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。【例1】(2022·北京顺义区统考)以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到(　　)A．黑白相间的条纹，这是光的干涉B．黑白相间的条纹，这是光的衍射C．彩色的条纹，这是光的干涉D．彩色的条纹，这是光的衍射【例2】 (多选)(2022·江苏名校3月联考)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是(　　)A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ【例3】 (多选)(2022·天津市等级考模拟)下列关于光的性质说法正确的是(　　)A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的干涉现象D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象类型3　电磁振荡、电磁波1．电磁振荡的特点LC电路工作过程具有对称性和周期性。(1)两个物理过程①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。(2)两个特殊状态①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解3．对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直。(2)电磁波与机械波的比较【例1】(多选)LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则(　　)A．若磁感应强度正在减弱，则电容器正在充电，电流方向由b向aB．若磁感应强度正在减弱，则电场能正在增大，电容器上极板带负电C．若磁感应强度正在增强，则电场能正在减小，电容器上极板带正电D．若磁感应强度正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b【例2】(2020·天津卷，3)新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较(　　)A．红外线的光子能量比紫外线的大B．真空中红外线的波长比紫外线的长C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能【例3】 (2020 ·北京卷，3)随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相比，5G使用的电磁波(　　)A．光子能量更大 B．衍射更明显C．传播速度更大 D．波长更长【例5】 (多选)(2022·浙江杭州市4月教学质检)下列说法正确的是(　　)A．水波、声波和电磁波等一切波都能发生干涉和衍射B．只要波源不动，观察者接收到的波的频率就跟波源发出的频率一样C．当LC振荡电路中电流最大时，电容器两极板间的电场能最小D．在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变的技术叫解调题型三 几何光学与物理光学的综合类型1　光的折射现象和物理光学【例1】(2021·湖北卷，5)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则(　　)A．λ1