专题20 光学部分-2022年高考二轮复习高中物理专项突破练（2019人教版）

【专题20】 光学部分 【要点归纳】 1．基本知识点 2．光的波动性 (1)光的干涉产生的条件：发生干涉的条件是两光源频率相等，相位差恒定。 (2)两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距Δx＝λ。 (3)发生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小。 【方法归纳】 1．依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角。 2．通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象。 3．几何光学临界问题的分析：画出正确的光路图，从图中找出各种几何关系；利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的临界条件。 【考点归纳】 【考点一】 光的折射率的计算 【典型例题1】 (2022届安徽省六校第二次联考)如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形透明材料置于水平桌面上，OP之间的距离为，当光线从P点垂直界面入射后，恰好在透明材料圆形表面发生全反射；当入射角为θ时，光线从透明材料圆形表面出射后恰好与入射光平行。求： (1)透明材料的折射率n (2)入射角θ的正弦值sinθ 【解析】 作出两种情况下的光路图，如图所示 (1)在A处发生全反射故有，解得n=2 (2)由于出射光平行可知，在B处射出， 故有， 解得 【答案】 (1)2；(2) (对应训练)(2022届哈尔滨师范大学附属中学高三(上)期末)如图所示，一个半圆形玻璃砖的截面图，AB与OC垂直，半圆的半径为R.一束平行单色光垂直于AOB所在的截面射入玻璃砖，其中距O点距离为的一条光线自玻璃砖右侧折射出来，与OC所在直线交于D点，OD＝R.求： (1)此玻璃砖的折射率是多少？ (2)若在玻璃砖平面AOB某区域贴上一层不透光的黑纸，平行光照射玻璃砖后，右侧没有折射光射出，黑纸在AB方向的宽度至少是多少？ 【解析】 (1)连接O、E并延长至H，作EF垂直OD于F，光线与AB的交点为G， 由几何关系可知∠EOD＝30°，∠DEH＝60° 所以此玻璃砖的折射率. (2)设光线IJ恰好发生全反射，则∠IJO为临界角， 所以有sin ∠IJO＝＝ 根据几何关系有sin ∠IJO＝ 求得OI＝R，所以黑纸宽至少是R. 【答案】 (1)(2)R 【考点二】 光的折射、全反射综合应用 【典型例题2】 (2022届华南师范大学附属中学1月模拟考试)如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射光线的方向与玻璃砖平面成45°角，玻璃砖对该单色光的折射率为，入射到A点的光线折射后，折射光线刚好射到圆弧的最低点B，照射到C点的光线折射后在圆弧面上的D点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的半径为R，求： ①在B点的光线反射与折射后，反射光线与折射光线间的夹角大小； ②OA间的距离及∠CDO各为多少？ 【解析】 ①光线在平面上发生折射，设入射角为i，折射角为r， 由折射定律可知，求得 所以；在A点发生折射的光线在B点处发生反射和折射，反射角为30°，根据对称性可知，折射角为45°，因此反射光线和折射光线的夹角为60°+45°=105°； ②由几何关系知 由于在C点入射的光线折射后在D点刚好发生全反射，连接OD， 则 所以。 【答案】 ①105°；② (对应训练)(2022届黑龙江省实验中学高三(上)第六次月考)一直桶状容器的高为21，底面是边长为l的正方形；容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示．容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料．在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率． 【解析】 设从光源发出直射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1，在剖面内做光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接CD，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点；光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示； 设液体的折射率为n，由折射定律：① ② 依题意：③ 联立①②③解得：④ 由几何关系：⑤ ⑥ 联立④⑤⑥解得：n=1.55 【答案】 1.55 【考点三】 正弦定理的应用 【典型例题3】 (2022届安徽师范大学附属中学第五次综合测试)如图所示为半径为R的半圆柱形玻璃砖的横截面，O为该横截面的圆心．光线PQ沿着与AB成300角的方向射入玻璃砖，入射点Q到圆心O的距离为，光线恰好从玻璃砖的中点E射出，已知光在真空中的传播速度为c． (i)求玻璃砖的折射率； (ii)现使光线PQ向左平移，求移动多大距离时恰不能使光线从圆弧面射出。(不考虑经半圆柱内表面反射后射出的光)。 【解析】 (i)光线PQ入射到玻璃砖表面，入射角α= 60°， 设对应折射光线QE的折射角为β，如图所示