第14章 核心素养提升-【金版教程】2025年高考物理一轮复习解决方案课件PPT（新教材）

第十四章　 核心素养提升 目录 1 2 科学思维提炼 素养提升集训 科学思维提炼 目录 1．理想模型法：光线。 2．图像法：光路分析，测定玻璃的折射率的实验分析。 3．逆向思维：光路可逆性的应用。 4．归纳法：光的色散及色光性质规律的总结。 5．累积法：用双缝干涉测光的波长的数据分析方法。 目录 素养提升集训 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 一、选择题(本题共8小题) 1．(2023·重庆高考)某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大。则(　　) A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大 B．在水中传播时，a光的速度比b光的大 C．在水中传播时，a光的频率比b光的小 D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ，可知λa<λb，故A错误；a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，a光的折射角比b光的大，根据折射定律n＝eq \f(sinr,sini)，可知水对a、b光的折射率na>nb，所以在水中传播时，a光的频率比b光的大，又n＝eq \f(c,v)，可得在水中传播时，a光的速度比b光的小，故B、C错误；根据n＝eq \f(1,sinC)、na>nb可知，由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小，故D正确。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 2．(2023·河北高考)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是(　　) A．上述现象与彩虹的形成原理相同 B．光在薄膜的下表面发生了全反射 C．薄膜上下表面的反射光发生了干涉 D．薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　在自然光照射下硅片呈现深紫色，是由于自然光中的深紫光在薄膜上下表面的反射光发生了薄膜干涉，使深紫光振动加强，而彩虹的形成原理主要是光的折射引起的色散，故A、B错误，C正确；根据光的干涉中亮条纹的形成条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，深紫光在薄膜的上下表面的反射光相遇时，并不总是加强，故薄膜厚度发生变化，硅片并不是总呈现深紫色，故D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 3．(2023·浙江1月选考)如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α(　　) A．等于90° B．大于90° C．小于90° D．与棱镜的折射率有关 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　如图所示，设光线在AB边的折射角为β，棱镜对黄光的折射率为n，根据折射定律可得n＝eq \f(sinθ,sinβ)；设光线在BC边的入射角为φ，光线在AC边的入射角为γ，折射角为i，由反射定律和几何知识可知β＋φ＝45°，β＋2φ＋γ＝90°，联立解得γ＝β，根据折射定律可得eq \f(sini,sinγ)＝n，结合前面分析可得i＝θ。过AB边上入射点作出射光线的平行线，则该平行线与AB的夹角为i＝θ，由几何知识可知，入射光线与出射光线的夹角α＝90°，故选A。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 4．如图1所示，某种油量计是由许多透明等厚、长度不等的薄塑料片叠合而成的，每个薄片的形状如图2所示，其底部为等腰直角三角形。原理可以解释为光竖直向下射入固定在容器中的油量计，当容器内有油时，光大部分折射进入油中，只有少部分反射回观察窗口，当容器内无油时，光在塑料和空气的界面发生全反射而返回油量计上端，这样就可以通过观察窗上的亮暗分布来判断油量的多少。下列说法正确的是(　　) A．这款油量计对所有液体都适用 B．随着油量的减少，观察窗右边最先开始亮 C．观察窗亮的部分越长，说明剩余油量越多 D．可以用折射率为1.35的透明塑料来制作这款油量计 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　若换做其他液体，则光线在塑料和液体的界面可能发生全反射，即这款油量计不是对所有液体都适用，A错误；当油面下降，塑料片露出油面时，如图所示，光竖直向下射入塑料片中，在直角部分发生全反射时从油量计上端看起来才会明亮，因为右边塑料片最短，可知随着油量的减少，观察窗右边最先开始亮，B正确；观察窗亮的部分越长，说明油面越低，剩余油量越少，C错误；光在从透明塑料射向空气时发生全反射的条件是透明塑料的折射率n>eq \f(1,sin45°)＝eq \r(2)，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 5．(2023·山东省青岛市高三下一模)(多选)如图，一束单色光从空气中与某种材料表面成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍，0<k<1，若这束光最终进入材料的能量恰好为入射光能量的(1－k2)倍，空气中的光速为c，下列说法正确的是(　　) A．该材料折射率为eq \r(2) B．该材料折射率为eq \f(\r(6),2) C．光在该材料中的传播速度为eq \f(\r(6),3)c D．光从空气进入该材料，光的频率变小 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　这束光最终进入材料的能量恰好为入射光能量的(1－k2)倍，说明光在材料外表面会经过两次反射，进入材料后从材料射向空气时恰好会发生全反射，光路图如图所示，设该材料的折射率为n，光在B点的折射角为θ，由折射定律可得n＝eq \f(sin45°,sinθ)，在C点恰好发生全反射，则全反射的临界角为C＝90°－θ，又sinC＝eq \f(1,n)，联立解得n＝eq \f(\r(6),2)，A错误，B正确；光在该材料中的传播速度为v＝eq \f(c,n)＝eq \f(\r(6),3)c，C正确；光从空气进入该材料，光的频率不变，D错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 6.据国家矿山安监局统计，2020年全国共发生煤矿瓦斯事故7起，死亡30人，与2019年相比分别下降74.1%和74.6%。瓦斯是无色、无味、透明的气体，折射率比空气大。如图所示的是煤矿安保系统中常用的一种逻辑判断元件，这种元件的“核心构件”是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜，两棱镜被平行拉开一小段距离，形成的通道与矿道大气相通。棱镜对红光的折射率为1.5，一束红光从棱镜1的左侧垂直射入，下列说法正确的是(　　) A．正常情况下这束红光能通过棱镜2射出 B．将入射光改成绿光能提高瓦斯检测的灵敏度 C．只要矿道空气中存在瓦斯气体，这束红光便不能从棱镜2射出 D．只有矿道空气中瓦斯气体达到危险浓度时，这束红光才能从棱镜2射出 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　根据几何关系可知，红光在棱镜1的斜面处入射角为45°，sin45°＝eq \f(\r(2),2)>sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,1.5)，可知正常情况下入射角大于临界角，发生全反射，这束红光不能通过棱镜2射出，A错误；当矿道空气中存在瓦斯气体的浓度足够大时，1、2之间介质的折射率才足够大，这时这束红光在棱镜1的斜面处由全反射变为折射，才能从棱镜2射出，C错误，D正确；绿光的频率比红光的大，则棱镜对绿光的折射率比对红光的大，故随着瓦斯浓度逐渐增大，红光比绿光先达到全反射临界条件，所以将入射光改成绿光，会降低瓦斯检测的灵敏度，B错误。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 7.(2021·山东高考)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图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(　　) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　来自薄膜前后表面的反射光是相干光，其光的路程差为Δx＝2d，当光的路程差Δx＝nλ时，出现亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜厚度差为eq \f(1,2)λ；由图可知，随坐标x变大，相邻亮条纹之间的距离变大，则在d­x图像中，随x的变大，d每变化eq \f(1,2)λ，对应的Δx逐渐变大，即d­x图线的斜率逐渐变小，故选D。eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(此题也可根据劈尖薄膜干涉的条纹间距公式Δx＝\f(λ,2tanθ)快速分析)) 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 8．(2023·安徽省池州市高三上教学质量统一检测)由于大气层的存在，太阳光线在大气中折射，使得太阳“落山”后我们仍然能看见它。某同学为研究这一现象，建立了一个简化模型。将折射率很小的不均匀大气等效成折射率为eq \r(2)的均匀大气，并将大气层的厚度等效为地球半径R。根据此模型，一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间是(地球自转周期为24小时，地球上看到的太阳光可以看成平行光)(　　) A．3小时 B．2小时 C．1.5小时 D．1小时 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　太阳“落山”后，住在赤道上的人恰好能看到太阳的临界光路图如图所示，由几何关系可得临界光线的折射角r满足sinr＝eq \f(R,2R)＝eq \f(1,2)，可知临界光线的折射角为r＝30°；根据折射定律有n＝eq \f(sini,sinr)＝eq \r(2)，可得临界光线的入射角i＝45°。设太阳“落山”后地球多转α角度时住在赤道上的人恰好看不见太阳，由几何关系，有α＝i－r＝15°，则一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间为t＝eq \f(15°,360°)×24 h＝1 h，故选D。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 减小 增大 答案 * 二、非选择题(本题共2小题) 9．1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究光波的性质。菲涅耳利用双面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果，即菲涅耳双面镜干涉实验，实验装置及光路如图所示，将两块边缘磨光的平面镜M1和M2的边缘对齐，之后倾斜微小的角度θ，用单色光源S向它们照射，则在双面镜对面的光屏L上会出现干涉条纹(D为遮光板，使光源S发出的光不能直接照射到光屏上，S刚好位于M1与M2夹角的角平分线上)。根据实验装置及光路回答下列问题：若增大线光源S到O点的距离，其余条件不变，则屏上相邻两条亮纹(暗纹)中央的距离将________(填“增大”或“减小”)；若换用光子能量较小的单色光，则光屏上相邻两条亮纹(暗纹)中央的距离将________(填“增大”或“减小”)。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　光源S在平面镜M1和M2中成虚像S1和S2，S发出的光经M1反射后的光线可看作是从虚像S1发出的；S发出的光经M2反射后的光线可看作是从虚像S2发出的。这两束反射光在光屏上叠加可形成干涉条纹，而S1和S2等效于两个相干光源，因此S1和S2间的距离相当于双缝间距d。当平面镜倾斜θ角后，根据光的反射定律知，同一入射光线的反射光线转过2θ角，则题图中S1O、S2O与水平轴线的夹角均为2θ。设光源S到O点距离为a，根据几何关系可得S1、S2间距d＝2asin2θ，设线段OO1长为L，则双缝到屏的距离l＝L＋acos2θ。因此相邻两条亮纹(暗纹)中央的间距Δx的表达式为Δx＝eq \f(（L＋acos2θ）λ,2asin2θ)。由上式可知，当a增大时，屏上相邻两条亮纹(暗纹)中央的间距将减小；当换用光子能量较小的单色光时，波长变长，所以屏上相邻两条亮纹(暗纹)中央的间距将增大。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10．(2022·湖南高考)如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n＝2，屏障间隙L＝0.8 mm。发光像素单元紧贴屏下，位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。 3WORD 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 (1)若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度θ控制为60°，求屏障的高度d； (2)若屏障高度d＝1.0 mm，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x最小为多少时，其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元)。 答案　(1)eq \f(2\r(15),5) mm　(2)eq \f(10\r(3)－12,15) mm 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 解析　(1)发光像素单元射到屏障上的光被完全吸收，则经过屏障顶端的光线折射到空气后的折射角最大，设为r，由题意可知θ＝60°，则最大折射角r＝eq \f(θ,2)＝30° 设对应的入射角为i，则n＝eq \f(sinr,sini) 由几何关系知sini＝eq \f(\f(L,2),\r(d2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)))\s\up12(2))) 联立并代入数据解得d＝eq \f(2\r(15),5) mm。 目录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 (2)若可视角度θ刚好被扩为180°，则最大折射角r′＝eq \f(180°,2)＝90°，即此时光线恰好在界面发生全反射，光线在界面处的入射角为临界角C，有sinC＝eq \f(1,n) 画出此时的临界光路图如图，其中xmin为发光像素单元宽度x的最小值。 由几何关系知sinC＝eq \f(\f(L,2)＋\f(xmin,2),\r(d2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,2)＋\f(xmin,2)))\s\up12(2))) 联立并代入数据解得xmin＝eq \f(10\r(3)－12,15) mm。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$