[20]光学-备战2025年高考物理复习精讲练（上海专用）

上海新高考-备战2025年高考物理复习精讲练 [20] 光学 ☺ 知识点梳理 一、光的折射定律 1．光的折射：＝n12，即入射角的正弦与折射角的正弦成正比，对于特定的介质式中n12是常数。 2．折射率 (1) 定义式：n＝，即介质的折射率是光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比。 ①折射率是相对于真空的，所以真空n=1，空气近似等于1。 ②物理意义：折射率越大，光从真空射入到该介质时偏折越大。 ③在两种介质对比时，把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。 光疏介质与光密介质是相对的。 ④光从光疏介质到光密介质，折射角小于入射角。 (2) 决定式：n＝，即某种介质的折射率，等于真空中的光速c与光在这种介质中的传播速度v之比。 3．折射定律的另外表达式 (1) 即：入射角和这时角的正弦执笔和速度成正比，和折射率成反比。 (2) 由于光路可逆性，n越大，则v越小，θ角度越小。 4．单色光从真空进入介质，频率不变，波长变小，速度变小。 5．光的折射与波长的关系： ※对比：机械波的波速由介质决定，与波长无关 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 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 二、全反射及发生条件 1. 全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象。 临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示。 2. 全反射的条件：要发生全反射，必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角等于或大于临界角。 3. 临界角与折射率的关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝ 4. 光导纤维的传播原理： 光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出。 全反射要求内芯的折射率大于外套介质的折射率，全反射减小能量损失。 5. 光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射。 如图所示，则有sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝ 当θ1＝90°时，所有进入纤维中的光线都能发生全反射，解得n＝，因此光导纤维折射率要比大些。 三、杨氏双缝干涉实验 1．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。 2．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、滤光片、单缝、双缝和光屏。 (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (4)滤光片的作用：让指定频率的单色光通过，改变实验条件。 3．干涉图样 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹。 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）（k＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。 ③条纹间距公式：Δx＝ λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽。 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 1. 薄膜干涉现象 (1) 如下图（1）所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。 (2) 牛顿环的干涉如下图（2）所示。 图（1） 图（2） 2．薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮（或暗）条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3．薄膜干涉的应用（一）：检查平面平整度 如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光产生干涉，形成条纹图案。 (1) 如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是平行且等间距的。 (2) 如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示； (3) 如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示： 4．薄膜干涉的应用（二）：增透膜 增透膜是在光学元件表面镀一层特定厚度的薄膜，以增加光的透射。 原理：当光波照射到薄膜上时，由于薄膜上下界面的反射光发生干涉，可以使得某一特定波长的光在反射时相互抵消，从而减少反射光的强度，相应地增加透射光的强度。 五、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，形成一定的图样的现象。 2．明显衍射的条件： 障碍物或孔径的尺寸与光波的波长相近或更小，即，则会发生明显的衍射现象。 波长越长，衍射效应越明显；波长越短，衍射效应越不明显。 例如，可见光中红光波长较长，衍射效应比蓝光更明显。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 (1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小。 (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距：入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。 (4)单缝衍射与双缝干涉的比较：   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 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 (1)中央是大且亮的圆形亮斑，背景是暗的。 (2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (3)波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。 (4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。 5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。 在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 (1)中央是亮斑，而且背景是明亮的。 (2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小。 六、光的偏振 1. 自然光：包含着在垂直于传播方向上的各个方向，且各个方向光强都相同，这样的光叫作自然光。 由太阳、电灯等普通光源发出的光。 2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光。 3. 只有横波才有偏振现象。 4. 自然光通过偏振片后的振动方向如下图： 5. 偏振应用：3D立体电影。 ☺ 例题精讲 例1.（2023学年·进才中学高二上期中）（多选）如图所示是一条光导纤维的一段，光纤总长为L，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为。若光在真空中传播速度为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中，下列判断中正确的是（　　） A. < B. > C. 光通过光缆的时间等于 D. 光通过光缆的时间大于 【答案】BD 【详解】AB．当光从光密介质射入光疏介质时才可能发生全反射，而光密介质的折射率大于光疏介质的折射率，所以玻璃芯的折射率大于外层材料的折射率，即>，故A错误，B正确； CD．光在玻璃芯中经过的路程为 光在玻璃芯中的速度为 则光通过光缆的时间为 ，故C错误，D正确。 故选BD。 例2.（2023学年·进才中学高二上期中）将水晶砖放置在玻璃茶几上，一端夹入薄片，如图所示。用激光笔照射，可以观察到如图所示的干涉条纹，这说明（　　） A. 玻璃茶几的上表面A处向上凸起 B. 水晶砖的上表面B处向上凸起 C. 玻璃茶几的上表面A处向下凹陷 D. 水晶砖的上表面B处向下凹陷 【答案】C 【详解】薄膜干涉的成因是由于薄膜的厚度逐渐变化，使薄膜前后的反射光线相遇时出现叠加，形成干涉条纹。A处所在的条纹是同一条纹，若为直线，则说明该处处于同一水平线，线上各点对应的空气层厚度相同，但实际上A处条纹向左弯曲，意味着后一级条纹提前出现，可见玻璃茶几的上表面A处所对应的空气层厚度与后一级条纹对应的空气层厚度相同，而后一级条纹本来对应的空气层厚度比前一级的大，可见玻璃茶几的上表面A处向下凹陷。同理，B处条纹向右弯曲，则说明B处条纹推迟出现，则玻璃茶几的上表面B处向上凸起。故选C。 例3.（2023年·上海市复旦附中高二下期末）如图甲所示为双缝干涉实验的原理图，屏上的点位于双缝和的中垂线上，在双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质。用一单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹，屏上点是一条暗条纹的中心，点到点的距离为x。已知该单色光在真空中的波长为，双缝与屏之间的距离为L，则双缝和间的距离为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【详解】点到点的距离为x，根据图乙有 双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质，则有 根据干涉规律有 解得 故选A。 例4. 如题图所示，真空中一环形介质的内、外同心圆半径分别为r、2r，一单色细光线从内圆上A点沿内圆切线方向射出，在外圆上B点射出介质时偏折了30°，已知光在真空中传播速度为c。求： （1）该介质的折射率； （2）该光线从A点射出后经过多次反射第一次回到A点所用的时间。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）光路图如图所示 根据几何关系有 根据折射定律，有 （2）反射光路图，如图所示 根据几何关系，反射光在介质中传播的路程为 传播的速度为 所以 例5.（2023年·市北中学高二下期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出（　　） A. 甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样 B. 乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样 C. 甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲对应的圆孔直径较大 D. 甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙对应的圆板直径较大 【答案】A 【详解】题图甲图样为明暗相间的圆环，而题图乙图样在阴影的中心有一个亮斑——泊松亮斑，故甲为光线通过圆孔后形成的衍射图样，乙为光线射到不透光的圆板上形成的衍射图样，所以A正确；故选A。 例6.（2023年·市北中学高二下期末）如图所示，S为一点光源，P、Q 是偏振片，R 是一光敏电阻，R1、R2是定值电阻，电流表和电压表均为理想电表，电源电动势为E，内阻为r。则当偏振片Q由图示位置转动90°的过程中，电流表和电压表的示数变化情况为（　　） A. 电流表的示数变大，电压表的示数变小 B. 电流表的示数变大，电压表的示数变大 C. 电流表的示数变小，电压表的示数变大 D. 电流表的示数变小，电压表的示数变小 【答案】B 【详解】光敏电阻的阻值随着光照强度的增加而减小。 光沿轴线照射到固定不动的偏振片P上，再使偏振片Q绕轴匀速转动一周，当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏没有亮度，则当偏振片Q由图示位置转动90°的过程中，光屏上光的亮度从亮到暗，因此导致光敏电阻的阻值从小到大，则电路中总电阻增大，那么总电流减小，外电压则增大，因此电压表示数变大，而R1两端的电压变小，所以R2两端的电压在增大，故电流表示数变大，故B正确，ACD错误。 ☺ 强化训练 一、选择题 1．(2024长宁二模·二·第3题) 天宫搭载的红外线热成像仪，是通过收集待成像物体辐射的红外线能量而成像的．红外线与可见光相比，红外线（ ） A．频率更高 B．更容易发生衍射现象 C．真空中传播速度更快 D．在同一装置中双缝干涉条纹更窄 【答案】B 【解析】红光波长长，频率低，真空中传播速度相等。波长越长越容易观测到衍射现象，干涉条纹越宽，所以B正确。 2. (2024松江二模·一·第5题) 游客在某平整冰面观察水下的鱼，则鱼的实际位置应在目测位置的（ ） A．上方 B．同一位置 C．下方 【答案】C 【解析】折射成像在实际鱼的位置上方。 3. (2024徐汇二模·五·第2题) 为测量波长，可使 X 射线斜射向氯化钠晶体。如图所示，射线将在晶体的两层物质微粒平面上分别反射。 （1）逐渐改变入射角，可观测到反射光的（ ） A．频率大小变化 B．波长大小变化 C．波速大小变化 D．强度大小变化 【答案】D 【解析】光被反射时频率不会变化，反射光与入射光在同一介质中，波速不会变化，则波长不会变化。 逐渐改变入射角，反射光的强度会变化，故ABC错误，D正确。（一般入射角小，反射光强较大） （2）已知X射线在氯化钠晶体中的折射率为n，且n略小于1。则可能使 X 射线发生全反射的情况是（ ） A．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（n） B．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（1/n） C．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（n） D．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（1/n） 【答案】A 【解析】因X射线在氯化钠晶体中的折射率n略小于1，故氯化钠晶体相对是光疏介质，根据全反射的条件，可知从真空斜射入氯化钠晶体可能使X射线发生全反射。因氯化钠晶体相对是光疏介质，根据全反射临界角C满足sin C =n，解得：C=arcsin(n)，故A正确。 （注意：存在一些特殊合成晶体材料的折射率小于1，但不意味着速度大于真空光速c） 4.（2023学年·进才中学高二上期中）干涉实验常常选择用激光进行实验，主要是是利用了激光的（　） A. 亮度高 B. 平行性好 C. 单色性好 D. 波动性好 【答案】C 【详解】频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光。故选C。 5.（2023年·控江中学高二下期中）如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是（ ） A. 红光 B. 黄光 C. 绿光 D. 紫光 【答案】D 【详解】根据题意作出完整光路图，如图所示 a光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律 可知玻璃砖对a光的折射率较大，因此a光的频率应高于b光。因为红光、黄光和绿光的频率都小于蓝光频率，而紫光频率大于蓝光频率。故选D。 6. 如图所示，虚线AD过半径为R的透明球体的球心O，一束单色光从B点由真空射入透明球体后，从C点射出，已知入射光线AB和AO的夹角为，在B点的入射角为，出射光线CD和OD的夹角为，光在真空中的传播速度为c，则单色光在透明球体中的传播时间为（　　） （A） （B） （C） （D） 【答案】C 【详解】作出如图所示的光路图 根据几何关系有 根据折射率公式，有 根据几何关系有， 光在介质中的速度为，单色光在透明球体中的传播时间为 联立解得 ，故选C。 7. (多选)如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD＝30°，光在真空中的传播速度为c，则( ) A．此玻璃的折射率为 B．光线从B到D需用时 C．若增大∠ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象 D．若减小∠ABD，从AD段射出的光线均平行于AB 【答案】　AB 【解析】光线在D点的入射角为i＝30°，折射角为r＝60°，折射率n＝，故n＝，A正确； 光线在玻璃球中的传播速度为v＝＝c，BD＝R，所以光线从B到D需用时t＝＝，B正确； 若增大∠ABD，入射角增大，当光线射向DM段时，射向M点时入射角最大，为45°，而临界角满足sinC＝＝<＝sin45°，即C<45°，故光线可以在DM段发生全反射现象，C错误； ∠ABD＝i，由图知∠DOA＝2i，只有当r＝2i时，从AD段射出的光线才平行于AB，又因为＝，解得i＝30°，即要使出射光线平行于AB，则入射角必为30°，即∠ABD必为30°，D错误。 8.（2023学年·进才中学高二上期中）（多选）2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A. 屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等 B. 丙图样比乙图样中光的频率小 C. 若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离将增大 D. 若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现 【答案】BC 【详解】A．根据，屏上亮条纹处到双缝的距离与光的波长、双缝之间距离有关，故A错误； B．根据图乙和图丙可知，丙图的亮条纹间距更大，根据公式可知丙图样的光波长更大，则频率更短，故B正确； C．根据上述分析可知，若只增大挡板与屏间的距离l，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将增大，故C正确； D．在双缝干涉实验中，把其中一缝挡住，则发生单缝衍射，仍出现亮暗条纹，但亮暗条纹之间的间距不相等，故D错误；故选BC。 9.（2023年·上海市控江中学高二下期中）如图所示，、是两个相干光源，由它们发出的光在图中平面内产生干涉。下列表示相干结果相同点的轨迹的图线正确的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【详解】相干结果相同点振动步调一致，与波源的路程差为0或半波长的偶数倍，P、Q连线的中垂线到P、Q的路程差为0，为振动加强点，与波源的路程差为半波长的偶数倍点的轨迹是中垂线上下两条曲线，根据该规律，知B正确，ACD错误。故选B。 10.（2023学年·大同中学高二上期中）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两片玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示，干涉条纹有如下特点： （1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度_______ A. 相等 B. 不相等 （2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差_______ A. 不恒定 B. 恒定 （3）现若将图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气膜后，从上往下观察到的干涉条纹_________ A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失 【答案】 ①. A ②. B ③. A 【详解】（1）[1]光线在空气薄膜上下表面反射并发生干涉，形成干涉条纹，发生干涉时光程差为半波长的奇数倍出现暗条纹，光程差为半波长的偶数倍出现亮条纹。所以任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等。 故选A。 （2）[2]根据光程差为半波长的奇数倍出现暗条纹，光程差是波长的整数倍时，出现明条纹，则任意相邻明或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。 故选B （3）[3]从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为，显然抽去一张纸后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大。故干涉条纹条纹变疏。 故选A。 11. 双缝干涉实验时，用黄光作为入射光照射双缝，在光屏上出现干涉图样。改用蓝光再次进行实验，看到的图样（　　） （A）条纹变宽，间距均匀 （B）条纹变宽，间距不均匀 （C）条纹变窄，间距均匀 （D）条纹变窄，间距不均匀 【答案】C 【详解】根据双缝干涉条纹间距关系式，有 蓝光的波长比黄光的小，故条纹将变窄，间距均匀。 故选C。 12. 如图所示，（a）、（b）两幅图是由同种单色光分别入射到两圆孔形成的图像，图（a）现象的种类及（a）、（b）两圆孔半径大小关系分别为（　　） （A）光的干涉， （B）光的衍射， （C）光的干涉， （D）光的衍射， 【答案】D 【详解】图（a）中出现的是明暗相间的圆环，是明显的光的衍射现象；图（b）出现圆形亮斑，没有明显的衍射现象是因为孔径较大，光沿直线传播，所以图（a）所对应的圆孔的孔径小于图（b）所对应的圆孔的孔径，即，故选D。 13. 如图所示的实验装置，光屏上出现的图像是（　　） （A）（B）（C） （D） 【答案】B 【详解】用激光器照射直径小于激光束的不透明圆盘，会产生光的衍射现象，中央出现亮点。故选B。 14. 如图所示的4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　) A．红　黄　蓝　紫 B．红　紫　蓝　黄 C．蓝　紫　红　黄 D．蓝　黄　红　紫 【答案】　B 【解析】 第一、三为干涉，第一图的波长较长；第二、四为衍射，第四图的波长较长，所以B正确。 15. 如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45°角(用带有箭头的虚线表示)。从左向右看，顺时针旋转P半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是(　　) A．先变亮，再变暗 B．先变亮，然后变暗，再变亮 C．先变暗，再变亮 D．先变暗，然后变亮，再变暗 【答案】　D 【解析】 顺时针旋转，偏振方向夹角从45°先增大到90°，沿偏振片的透振方向的分量先减小，后增大，再减小，所以D正确。 16.（2023年·控江中学高二下期中）在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的（　　） A. 很小的不透明圆板 B. 很大的不透明圆板 C. 很大的中间有大圆孔的不透明挡板 D. 很大的中间有小圆孔的不透明挡板 【答案】D 【分析】很大的中间有大圆孔的不透明挡板和很大的不透明圆板不会发生衍射现象，很小的不透明圆板出现泊松亮斑。 【详解】A．用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，即泊松亮斑，故A错误； B．很大的不透明圆板时后面是一片阴影，不会出现衍射现象，故B错误； C．很大的中间有大圆孔的不透明挡板时后面是一亮洞，不会出现衍射现象，故C错误； D．用光照射很大的中间有小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，即发生衍射现象，故D正确。 二、填空题 17. (2024普陀二模·三·第11题) 观看“太空水球”光学实验后，某同学用内径为 R、外径为 2R 的环形玻璃砖模拟光在水球中的传播。将玻璃砖放置在水平面上，一束单色光从 P 点以入射角 i 射入玻璃砖，如图所示。 （1）若 i = 45°，单色光经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切，则玻璃砖对该单色光的折射率 n = _____。 【答案】 【解析】折射角=30° （2）若单色光经一次折射后，恰好在玻璃砖内壁发生全反射，则入射角 i = _____。 i 内壁 外壁 P 【答案】30° 【解析】光路图如下：入射角为i，折射角为r，则全反射角为∠C，在ΔAOB中利用正弦定理。 18. (2024奉贤二模·三·第2题) 利用上海光源发射的激光，设计实验测定某半圆柱形玻璃砖的折射率，如图所示。O 点为圆心，用一束红色激光从 C 点对准圆心 O 射入玻璃砖，保持入射光方向和 O 点位置不变，让玻璃砖绕 O 点顺时针缓慢旋转，当转过 39° 角时，折射光线消失。则 39° O 激光 A′ A B′ C B （1）玻璃对红色激光的折射率 n =_____________（保留 3 位有效数字）； 【答案】1.59 【解析】转动即入射光方向不变，法线转动39°，即全反射角度为39° （2）若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度_____39°。 A．大于 B．等于 C．小于 【答案】C 【解析】光的频率越高，折射率越大，全反射临界角越小，即转动角度小。 19. (2024杨浦二模·四·第3+4题) 3．如图所示，发射器和接收器置于同一直线上，发射器发出一束偏振光，在接收器前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到______次光线变暗过程。 发射器 接收器 转动方向 【答案】2 【解析】偏振方向垂直时变暗。 20．如图所示，图中阴影部分 ABCD 为一透明材料做的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率 n = 。为一半径 R = 10 cm 的半圆弧，在半圆弧的圆心 O 处有一点光源，从该点光源射入半圆弧 的光中有一部分不能从 AB、BC、CD 边直接射出，则能从这三个边射出光的边长之和为____________cm（只考虑首次从半圆弧直接射向 AB、BC、CD 边的光线）。 【答案】30 【解析】光路图如下，全反射角为37°，所以DG=7.5cm，由对称性射出边长之和为4×7.5=30cm 21. (2024长宁二模·三·第2题) 航天员将空气注入水球中，形成一个正中央含有同心空气球的特殊水球．已知水的折射率为 n = 4/3，气球半径 r = 3 cm，水球半径 R = 8 cm。若将一束单色光以入射角 i 射入水球，折射后光线恰好与空气球相切，如图所示，则入射角 i =_____°，光线通过水球后，偏离原入射光线的角度是_____°。（已知sin22° = 3/8） R r i 【答案】30; 16 【解析】sinr=r/R=3/8，所以r=22°，由折射定律得sini=1/2，所以i=30° 再次折射，由光路可逆性知如下图，所以偏离角度=2×(30-22)=16° 22. (2024浦东二模·二·第7题) 如图所示，当超声波从空气入射到人体时，记“sini = a”，其中 i 为入射角。皮下组织质地均匀，折射率为 n。超声波进入人体过程中的反射、折射与光的反射、折射规律相同。假设皮下 h 深度处有一高密度病灶，其反射面与表皮平行，一列超声波在皮肤表面的入射点与出射点之间的距离为 d，i d h 病灶 皮肤 空气 （1）当距离 d 越大时，可知病灶深度 h（ ） A．越大 B．越小 （2）h 的表达式为 h = __________。（用 a、n、d 表示） 【答案】（1）A （2 【解析】（1）光路图如下，d越大则h越大 （2）用d和h表达出sinr，代入折射定律。 23. (2024浦东二模·二·第13题) 为提示剩余墨量，墨盒的底部有一个等腰直角三棱镜，外部有一个光源发射器和接收器，如图所示。当盒中墨水面低于棱镜顶端后，垂直三棱镜底面入射的光线在棱镜中会发生全反射，则接收器接收到的光强会________（选填“增强”或“减弱”），机器就可以判定墨量不足。棱镜的折射率至少为________。 墨盒 棱镜 残余 墨汁 发射器 接收器 【答案】增强; 【解析】发射全反射，没有光线进入墨盒，所以接收器接受到的光强增强。由等腰直角三角形可知全反射角至少为45° 24. (2024黄浦二模·一·第8题) 部分新能源汽车的“智能玻璃”配备了抬头显示系统如图（a），可将车辆的行驶速度、导航信息等重要行车信息投射到前挡风玻璃上。其原理图如图（b）所示，投影系统完成成像过程后，传导至光波导片中，通过“全反射”原理将光传输到人眼。光波导片的玻璃基底的折射率为 n1，玻璃基底周围介质的折射率为 n2。 （a） （b） 周围介质 周围介质 投影系统 玻璃基底 光导波片 500 m （1）n1___________n2（选择：A．“大于” B．“小于”）。 （2）发生全反射的临界角为___________。 （3）“智能玻璃”还能根据车外光照度自动调节玻璃的透明度，车外光照度和玻璃的透明度的关系图像如图（c）所示。当透明度为 100% 时，车内光照度为___________Lx。 光照度(Lx) 300 200 100 0 40 80 （c） 透明度(%) 【答案】（1）A （2）arcsin （3）60（55 ~ 65 均可） 【解析】（1）全反射是由光疏到光密。 （2）折射率定义 （3）由图像透明度=100的点对应纵坐标。 25. (2024松江二模·五·第4题) 人类对光的本性的认识经历了曲折的、螺旋式上升的过程，推动了量子力学的发展。 单色光 λ 双缝 屏 图样 d L Δx （1）托马斯·杨通过双缝干涉实验证明光具有波动性，实验装置如图。双缝间距 d = 0.938 mm，光屏到双缝的距离 L = 65.6 cm，相邻明条纹中心间距 Δx = 0.263 mm，则光的波长 λ 为_________nm（保留 3 位有效数字）。 【答案】376 【解析】解出波长。 （2）实验中，调弱光源的强度，若每次只有一个光子通过双缝装置，随着相机拍摄帧数的增加，分别得到如下 5 幅图像，这说明光具有_________性。 【答案】波粒二象 三、综合应用题 26. (2024宝山二模·二·第6题)（计算）有一游泳池，在沲底水深 h = 1.5 m 处有一个点光源，已知水的折射率 n = 1.3，试求：游泳池边上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的半径 R（结果保留两位有效数字）。 【答案】R = 1.8 m 【解析】解：如图，点光源射到“圆形区域”边缘的光刚好发生全反射。设临界角为 C，则有 sinC = ， 又 R = htanC R = htan(arcsin)，R = 1.5tan(arcsin)= 1.8m。 27.（2023年·复旦附中高二下期末）某实验小组为测量液体的折射率，在液体内部深度处放置一单色点光源S，此时在液面上可观察到直径的圆形光斑，AB为圆形光斑的直径，如图所示。现使点光源在图示截面内沿某方向做初速度为零的匀加速直线运动，发现圆形光斑最左侧在A位置不动，最右侧从B点开始沿液面以大小为的加速度向右移动。不考虑光线的多次反射，，。求： （1）该液体的折射率； （2）本题中的单色光在该液体中的光速；（光在真空中传播速度）。 （3）点光源S移动的加速度大小和方向。 【答案】（1）；（2）；（3），方向为沿AS斜向右下方向 【详解】（1）对单色光，在A点刚好发生全反射，由几何关系 解得 又有 可得 （2）根据折射率速度表达式可得 （3）由于圆形光斑在最左侧A位置不动，可知点光源S沿AS斜向右下方向运动， 即加速度方向与竖直方向成53°斜向右下方，在时间t内，B点的位移 点光源的位移 由几何关系 解得 方向为沿AS斜向右下方向。 28. (2024虹口二模·四·“隔空取物”) 光具有能量,也有动量，光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光镊技术就是用一束高度汇聚的激光形成辐射压力，在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触、无损活体的操作，如同“隔空取物”的光学镊子。 1．科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小 p = ，h 为普朗克常量，λ 为光的波长。该公式表明：光具有的特性是_________________。频率为 ν 的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小 Δp = _________________，从而对平面镜产生一定的压力（光速取真空中的速度 c）。 【答案】波粒二象性; 【解析】，所以 2．光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到均匀分布的微球的 A 点，两次折射后从 B 点射出。 （1）实验中测出折射角 β 小于入射角 α，则光线在微球内的传播速度_________________真空中的光速 c。从 B 点射出后的折射角 θ = _________________（用 α、β 表示）。 （2）光束经过微球的过程中，其动量变化量（ ） A．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 B B．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 A C．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向上 D．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向下 【答案】（1）小于; α （2）C 【解析】（1）光路可逆和对称性 （2）由矢量合成知，光经过微球方向垂直于AB指向O，由牛顿第三定律知光对微球的光压为其反方向，故C正确。 3．运用时，可以将两束相同的光同时对称的射入微球，相当于镊子的两个臂，产生对称的压力，从而稳定捕捉微球。 （1）如图，对称的入射光 a、b 射入微球甲，c、d 射入微球乙，入射方向关于中心线对称，则两球所受合力的方向（ ） A．两球所受合力均向上 B．两球所受合力均向下 C．甲球受合力向下，乙球受合力向上 D．甲球受合力向上，乙球受合力向下 （2）已知微球偏离平衡位置微小位移 x 时，光线对微球总的作用力近似满足 F = − kx，则微球从平衡位置开始运动的位移 x 随时间 t 变化的图像为（ ） 【答案】（1）D （2）B 【解析】（1）由上一问，及对称性和光压的矢量合成，知微球甲收到光压向上，微球乙收到光压向下。 （2）满足简谐振动的回复力特征，所以微球做简谐振动，B正确。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 上海新高考-备战2025年高考物理复习精讲练 [20] 光学 ☺ 知识点梳理 一、光的折射定律 1．光的折射：＝n12，即入射角的正弦与折射角的正弦成正比，对于特定的介质式中n12是常数。 2．折射率 (1) 定义式：n＝，即介质的折射率是光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比。 ①折射率是相对于真空的，所以真空n=1，空气近似等于1。 ②物理意义：折射率越大，光从真空射入到该介质时偏折越大。 ③在两种介质对比时，把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。 光疏介质与光密介质是相对的。 ④光从光疏介质到光密介质，折射角小于入射角。 (2) 决定式：n＝，即某种介质的折射率，等于真空中的光速c与光在这种介质中的传播速度v之比。 3．折射定律的另外表达式 (1) 即：入射角和这时角的正弦执笔和速度成正比，和折射率成反比。 (2) 由于光路可逆性，n越大，则v越小，θ角度越小。 4．单色光从真空进入介质，频率不变，波长变小，速度变小。 5．光的折射与波长的关系： ※对比：机械波的波速由介质决定，与波长无关 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 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 二、全反射及发生条件 1. 全反射：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象。 临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示。 2. 全反射的条件：要发生全反射，必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角等于或大于临界角。 3. 临界角与折射率的关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝ 4. 光导纤维的传播原理： 光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出。 全反射要求内芯的折射率大于外套介质的折射率，全反射减小能量损失。 5. 光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射。 如图所示，则有sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝ 当θ1＝90°时，所有进入纤维中的光线都能发生全反射，解得n＝，因此光导纤维折射率要比大些。 三、杨氏双缝干涉实验 1．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。 2．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的装置示意图实验装置如图所示，有光源、滤光片、单缝、双缝和光屏。 (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (4)滤光片的作用：让指定频率的单色光通过，改变实验条件。 3．干涉图样 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹。 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）（k＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。 ③条纹间距公式：Δx＝ λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽。 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 1. 薄膜干涉现象 (1) 如下图（1）所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。 (2) 牛顿环的干涉如下图（2）所示。 图（1） 图（2） 2．薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮（或暗）条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3．薄膜干涉的应用（一）：检查平面平整度 如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光产生干涉，形成条纹图案。 (1) 如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是平行且等间距的。 (2) 如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示； (3) 如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示： 4．薄膜干涉的应用（二）：增透膜 增透膜是在光学元件表面镀一层特定厚度的薄膜，以增加光的透射。 原理：当光波照射到薄膜上时，由于薄膜上下界面的反射光发生干涉，可以使得某一特定波长的光在反射时相互抵消，从而减少反射光的强度，相应地增加透射光的强度。 五、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，形成一定的图样的现象。 2．明显衍射的条件： 障碍物或孔径的尺寸与光波的波长相近或更小，即，则会发生明显的衍射现象。 波长越长，衍射效应越明显；波长越短，衍射效应越不明显。 例如，可见光中红光波长较长，衍射效应比蓝光更明显。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 (1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小。 (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距：入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。 (4)单缝衍射与双缝干涉的比较：   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 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 (1)中央是大且亮的圆形亮斑，背景是暗的。 (2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (3)波长越大，中央圆形亮斑的直径越大。 (4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。 5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象。 在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 (1)中央是亮斑，而且背景是明亮的。 (2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小。 六、光的偏振 1. 自然光：包含着在垂直于传播方向上的各个方向，且各个方向光强都相同，这样的光叫作自然光。 由太阳、电灯等普通光源发出的光。 2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光。 3. 只有横波才有偏振现象。 4. 自然光通过偏振片后的振动方向如下图： 5. 偏振应用：3D立体电影。 ☺ 例题精讲 例1.（2023学年·进才中学高二上期中）（多选）如图所示是一条光导纤维的一段，光纤总长为L，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为。若光在真空中传播速度为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中，下列判断中正确的是（　　） A. < B. > C. 光通过光缆的时间等于 D. 光通过光缆的时间大于 例2.（2023学年·进才中学高二上期中）将水晶砖放置在玻璃茶几上，一端夹入薄片，如图所示。用激光笔照射，可以观察到如图所示的干涉条纹，这说明（　　） A. 玻璃茶几的上表面A处向上凸起 B. 水晶砖的上表面B处向上凸起 C. 玻璃茶几的上表面A处向下凹陷 D. 水晶砖的上表面B处向下凹陷 例3.（2023年·上海市复旦附中高二下期末）如图甲所示为双缝干涉实验的原理图，屏上的点位于双缝和的中垂线上，在双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质。用一单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹，屏上点是一条暗条纹的中心，点到点的距离为x。已知该单色光在真空中的波长为，双缝与屏之间的距离为L，则双缝和间的距离为（　　） A. B. C. D. 例4. 如题图所示，真空中一环形介质的内、外同心圆半径分别为r、2r，一单色细光线从内圆上A点沿内圆切线方向射出，在外圆上B点射出介质时偏折了30°，已知光在真空中传播速度为c。求： （1）该介质的折射率； （2）该光线从A点射出后经过多次反射第一次回到A点所用的时间。 例5.（2023年·市北中学高二下期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图所示的衍射图样。据此可以判断出（　　） A. 甲是光线射到圆孔后的衍射图样，乙是光线射到圆板后的衍射图样 B. 乙是光线射到圆孔后的衍射图样，甲是光线射到圆板后的衍射图样 C. 甲、乙都是光线射到圆孔后的衍射图样，甲对应的圆孔直径较大 D. 甲、乙都是光线射到圆板后的衍射图样，乙对应的圆板直径较大 例6.（2023年·市北中学高二下期末）如图所示，S为一点光源，P、Q 是偏振片，R 是一光敏电阻，R1、R2是定值电阻，电流表和电压表均为理想电表，电源电动势为E，内阻为r。则当偏振片Q由图示位置转动90°的过程中，电流表和电压表的示数变化情况为（　　） A. 电流表的示数变大，电压表的示数变小 B. 电流表的示数变大，电压表的示数变大 C. 电流表的示数变小，电压表的示数变大 D. 电流表的示数变小，电压表的示数变小 ☺ 强化训练 一、选择题 1．(2024长宁二模·二·第3题) 天宫搭载的红外线热成像仪，是通过收集待成像物体辐射的红外线能量而成像的．红外线与可见光相比，红外线（ ） A．频率更高 B．更容易发生衍射现象 C．真空中传播速度更快 D．在同一装置中双缝干涉条纹更窄 2. (2024松江二模·一·第5题) 游客在某平整冰面观察水下的鱼，则鱼的实际位置应在目测位置的（ ） A．上方 B．同一位置 C．下方 3. (2024徐汇二模·五·第2题) 为测量波长，可使 X 射线斜射向氯化钠晶体。如图所示，射线将在晶体的两层物质微粒平面上分别反射。 （1）逐渐改变入射角，可观测到反射光的（ ） A．频率大小变化 B．波长大小变化 C．波速大小变化 D．强度大小变化 （2）已知X射线在氯化钠晶体中的折射率为n，且n略小于1。则可能使 X 射线发生全反射的情况是（ ） A．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（n） B．从真空斜射入氯化钠晶体，入射角大于 arcsin（1/n） C．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（n） D．从氯化钠晶体斜射入真空，入射角大于 arcsin（1/n） 4.（2023学年·进才中学高二上期中）干涉实验常常选择用激光进行实验，主要是是利用了激光的（　） A. 亮度高 B. 平行性好 C. 单色性好 D. 波动性好 5.（2023年·控江中学高二下期中）如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是（ ） A. 红光 B. 黄光 C. 绿光 D. 紫光 6. 如图所示，虚线AD过半径为R的透明球体的球心O，一束单色光从B点由真空射入透明球体后，从C点射出，已知入射光线AB和AO的夹角为，在B点的入射角为，出射光线CD和OD的夹角为，光在真空中的传播速度为c，则单色光在透明球体中的传播时间为（　　） （A） （B） （C） （D） 7. (多选)如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD＝30°，光在真空中的传播速度为c，则( ) A．此玻璃的折射率为 B．光线从B到D需用时 C．若增大∠ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象 D．若减小∠ABD，从AD段射出的光线均平行于AB 8.（2023学年·进才中学高二上期中）（多选）2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A. 屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等 B. 丙图样比乙图样中光的频率小 C. 若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离将增大 D. 若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现 9.（2023年·上海市控江中学高二下期中）如图所示，、是两个相干光源，由它们发出的光在图中平面内产生干涉。下列表示相干结果相同点的轨迹的图线正确的是（　　） A. B. C. D. 10.（2023学年·大同中学高二上期中）劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图1所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两片玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图2所示，干涉条纹有如下特点： （1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度_______ A. 相等 B. 不相等 （2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差_______ A. 不恒定 B. 恒定 （3）现若将图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气膜后，从上往下观察到的干涉条纹_________ A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失 11. 双缝干涉实验时，用黄光作为入射光照射双缝，在光屏上出现干涉图样。改用蓝光再次进行实验，看到的图样（　　） （A）条纹变宽，间距均匀 （B）条纹变宽，间距不均匀 （C）条纹变窄，间距均匀 （D）条纹变窄，间距不均匀 12. 如图所示，（a）、（b）两幅图是由同种单色光分别入射到两圆孔形成的图像，图（a）现象的种类及（a）、（b）两圆孔半径大小关系分别为（　　） （A）光的干涉， （B）光的衍射， （C）光的干涉， （D）光的衍射， 13. 如图所示的实验装置，光屏上出现的图像是（　　） （A）（B）（C） （D） 14. 如图所示的4幅明暗相间的条纹图样，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则下面的四幅图从左到右排列，亮条纹的颜色依次是(　　) A．红　黄　蓝　紫 B．红　紫　蓝　黄 C．蓝　紫　红　黄 D．蓝　黄　红　紫 15. 如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向。一光束射向P，该光束的振动方向与P的透振方向成45°角(用带有箭头的虚线表示)。从左向右看，顺时针旋转P半周，从另一侧观察到光束的亮度变化情况是(　　) A．先变亮，再变暗 B．先变亮，然后变暗，再变亮 C．先变暗，再变亮 D．先变暗，然后变亮，再变暗 16.（2023年·控江中学高二下期中）在一次观察光的衍射实验中，观察到如图所示的清晰的亮暗相间的图样，那么障碍物是下列给出的（　　） A. 很小的不透明圆板 B. 很大的不透明圆板 C. 很大的中间有大圆孔的不透明挡板 D. 很大的中间有小圆孔的不透明挡板 二、填空题 17. (2024普陀二模·三·第11题) 观看“太空水球”光学实验后，某同学用内径为 R、外径为 2R 的环形玻璃砖模拟光在水球中的传播。将玻璃砖放置在水平面上，一束单色光从 P 点以入射角 i 射入玻璃砖，如图所示。 （1）若 i = 45°，单色光经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切，则玻璃砖对该单色光的折射率 n = _____。 （2）若单色光经一次折射后，恰好在玻璃砖内壁发生全反射，则入射角 i = _____。 i 内壁 外壁 P 18. (2024奉贤二模·三·第2题) 利用上海光源发射的激光，设计实验测定某半圆柱形玻璃砖的折射率，如图所示。O 点为圆心，用一束红色激光从 C 点对准圆心 O 射入玻璃砖，保持入射光方向和 O 点位置不变，让玻璃砖绕 O 点顺时针缓慢旋转，当转过 39° 角时，折射光线消失。则 39° O 激光 A′ A B′ C B （1）玻璃对红色激光的折射率 n =_____________（保留 3 位有效数字）； （2）若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度_____39°。 A．大于 B．等于 C．小于 19. (2024杨浦二模·四·第3+4题) 3．如图所示，发射器和接收器置于同一直线上，发射器发出一束偏振光，在接收器前端加装一偏振片，若接收器按图示方向沿轴线转动一周，能观察到______次光线变暗过程。 发射器 接收器 转动方向 20．如图所示，图中阴影部分 ABCD 为一透明材料做的柱形光学元件的横截面，该材料的折射率 n = 。为一半径 R = 10 cm 的半圆弧，在半圆弧的圆心 O 处有一点光源，从该点光源射入半圆弧 的光中有一部分不能从 AB、BC、CD 边直接射出，则能从这三个边射出光的边长之和为____________cm（只考虑首次从半圆弧直接射向 AB、BC、CD 边的光线）。 21. (2024长宁二模·三·第2题) 航天员将空气注入水球中，形成一个正中央含有同心空气球的特殊水球．已知水的折射率为 n = 4/3，气球半径 r = 3 cm，水球半径 R = 8 cm。若将一束单色光以入射角 i 射入水球，折射后光线恰好与空气球相切，如图所示，则入射角 i =_____°，光线通过水球后，偏离原入射光线的角度是_____°。（已知sin22° = 3/8） R r i 22. (2024浦东二模·二·第7题) 如图所示，当超声波从空气入射到人体时，记“sini = a”，其中 i 为入射角。皮下组织质地均匀，折射率为 n。超声波进入人体过程中的反射、折射与光的反射、折射规律相同。假设皮下 h 深度处有一高密度病灶，其反射面与表皮平行，一列超声波在皮肤表面的入射点与出射点之间的距离为 d，i d h 病灶 皮肤 空气 （1）当距离 d 越大时，可知病灶深度 h（ ） A．越大 B．越小 （2）h 的表达式为 h = __________。（用 a、n、d 表示） 23. (2024浦东二模·二·第13题) 为提示剩余墨量，墨盒的底部有一个等腰直角三棱镜，外部有一个光源发射器和接收器，如图所示。当盒中墨水面低于棱镜顶端后，垂直三棱镜底面入射的光线在棱镜中会发生全反射，则接收器接收到的光强会________（选填“增强”或“减弱”），机器就可以判定墨量不足。棱镜的折射率至少为________。 墨盒 棱镜 残余 墨汁 发射器 接收器 24. (2024黄浦二模·一·第8题) 部分新能源汽车的“智能玻璃”配备了抬头显示系统如图（a），可将车辆的行驶速度、导航信息等重要行车信息投射到前挡风玻璃上。其原理图如图（b）所示，投影系统完成成像过程后，传导至光波导片中，通过“全反射”原理将光传输到人眼。光波导片的玻璃基底的折射率为 n1，玻璃基底周围介质的折射率为 n2。 （a） （b） 周围介质 周围介质 投影系统 玻璃基底 光导波片 500 m （1）n1___________n2（选择：A．“大于” B．“小于”）。 （2）发生全反射的临界角为___________。 （3）“智能玻璃”还能根据车外光照度自动调节玻璃的透明度，车外光照度和玻璃的透明度的关系图像如图（c）所示。当透明度为 100% 时，车内光照度为___________Lx。 光照度(Lx) 300 200 100 0 40 80 （c） 透明度(%) 25. (2024松江二模·五·第4题) 人类对光的本性的认识经历了曲折的、螺旋式上升的过程，推动了量子力学的发展。 单色光 λ 双缝 屏 图样 d L Δx （1）托马斯·杨通过双缝干涉实验证明光具有波动性，实验装置如图。双缝间距 d = 0.938 mm，光屏到双缝的距离 L = 65.6 cm，相邻明条纹中心间距 Δx = 0.263 mm，则光的波长 λ 为________nm（保留 3 位有效数字）。 （2）实验中，调弱光源的强度，若每次只有一个光子通过双缝装置，随着相机拍摄帧数的增加，分别得到如下 5 幅图像，这说明光具有_________性。 三、综合应用题 26. (2024宝山二模·二·第6题)（计算）有一游泳池，在沲底水深 h = 1.5 m 处有一个点光源，已知水的折射率 n = 1.3，试求：游泳池边上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的半径 R（结果保留两位有效数字）。 27.（2023年·复旦附中高二下期末）某实验小组为测量液体的折射率，在液体内部深度处放置一单色点光源S，此时在液面上可观察到直径的圆形光斑，AB为圆形光斑的直径，如图所示。现使点光源在图示截面内沿某方向做初速度为零的匀加速直线运动，发现圆形光斑最左侧在A位置不动，最右侧从B点开始沿液面以大小为的加速度向右移动。不考虑光线的多次反射，，。求： （1）该液体的折射率； （2）本题中的单色光在该液体中的光速；（光在真空中传播速度）。 （3）点光源S移动的加速度大小和方向。 28. (2024虹口二模·四·“隔空取物”) 光具有能量,也有动量，光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光镊技术就是用一束高度汇聚的激光形成辐射压力，在基本不影响周围环境的情况下对捕获物进行亚接触、无损活体的操作，如同“隔空取物”的光学镊子。 1．科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小 p = ，h 为普朗克常量，λ 为光的波长。该公式表明：光具有的特性是_________________。频率为 ν 的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小 Δp = _________________，从而对平面镜产生一定的压力（光速取真空中的速度 c）。 2．光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到均匀分布的微球的 A 点，两次折射后从 B 点射出。 （1）实验中测出折射角 β 小于入射角 α，则光线在微球内的传播速度_________________真空中的光速 c。从 B 点射出后的折射角 θ = _________________（用 α、β 表示）。 （2）光束经过微球的过程中，其动量变化量（ ） A．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 B B．由 A 指向B，对微球产生的光压指向 A C．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向上 D．与 AB 垂直，对微球产生的光压垂直 AB 向下 3．运用时，可以将两束相同的光同时对称的射入微球，相当于镊子的两个臂，产生对称的压力，从而稳定捕捉微球。 （1）如图，对称的入射光 a、b 射入微球甲，c、d 射入微球乙，入射方向关于中心线对称，则两球所受合力的方向（ ） A．两球所受合力均向上 B．两球所受合力均向下 C．甲球受合力向下，乙球受合力向上 D．甲球受合力向上，乙球受合力向下 （2）已知微球偏离平衡位置微小位移 x 时，光线对微球总的作用力近似满足 F = − kx，则微球从平衡位置开始运动的位移 x 随时间 t 变化的图像为（ ） 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$