第13讲 光学 电磁波-【优化探究】2025年高考物理二轮专题复习配套PPT课件（江苏专版）

专题五　机械振动和机械波　光学　电磁波 第13讲　光学　电磁波 【目标要求】　1.能利用光的折射和全反射规律解决光的传播问题。2.理解光的干涉和衍射现象。3.会分析几何光学与物理光学的综合问题。4.了解电磁振荡规律,知道电磁波谱。 考点一　光的折射和全反射 考点二　光的波动性　电磁波 内容索引 考点三　几何光学与物理光学的综合应用 培优　热点训练 精准补弱 考点一　光的折射和全反射 一 4 1.求解折射率的三个公式 (1)n12=。θ1和θ2分别为光在光疏介质和光密介质中与法线的夹角。 (2)n=。c和v分别为光在真空和介质中的传播速度。 (3)n=。C为发生全反射的临界角。 2.折射率的理解 (1)折射率与介质和光的频率有关,与入射角的大小无关。 (2)光密介质指折射率大的介质,而不是指密度大的介质。 (3)同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。 名师点拨:求解几何光学问题的基本思路是根据折射定律画好光路图,找到介质分界面的入射角和折射角,有时利用三角形的边角关系找出入射角和折射角解决问题。如果研究光线不明确,一般要注意寻找临界光线、边界光线等。光的反射和全反射现象,均遵从光的反射定律,光路均是可逆的。 [例1]　(2024·江苏卷)现有一束光以相同的入射角θ,打在不同浓度的NaCl溶液甲、乙中,折射光线如图所示(β1<β2),已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度增大而增大,则(　　) A.甲溶液折射率较大 B.甲溶液的NaCl浓度较小 C.光在甲溶液中的传播速度较大 D.光在甲中发生全反射的临界角较大 A [解析]　入射角相同,由于β1<β2,根据折射定律可知n甲>n乙,故甲溶液的NaCl浓度大,A正确,B错误;根据v=可知,光线在甲中的传播速度较小,C错误;由sin C=可知光线在甲中发生全反射的临界角较小,D错误。 [例2]　真空中一透明介质的横截面为如图所示的等腰梯形,下底边的长度为100L,上底边的长度为44L,两腰的长度均为35L,一束激光平行于底边CD从AC边的中点射入透明介质,经CD边反射后,恰好从BD边的中点射出透明介质。已知激光在真空中的传播速度大小为c,则下列说法正确的是(　　) A.透明介质的临界角为45° B.透明介质的折射率为 C.激光在透明介质中通过的路程为80L D.激光在透明介质中的传播时间为 D [解析]　根据题意,画出光路图如图所示, 根据图中几何关系有sin α=,在△CPQ中,根据余弦定理有PQ2=CP2+CQ2-2CP·CQ·cos(90°-α),在△CPQ中,根据正弦定理有=,根据折射定律有n=,全反射临界角满足sin C=,联立解得n=,sin C=,PQ=,故透明介质的临界角为arcsin ,透明介质的折射率为,故A、B错误;根据对称性,激光在透明介质中通过的路程为s=2PQ=75L,故C错误;激光在透明介质中的速度为v=,激光在透明介质中的传播时间t=,解得t=,故D正确。 [例3]　(2024·全国甲卷)一玻璃柱的折射率n=,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。 [答案]　 [解析]　入射光线与AB边距离为h时,光路图如图所示, 由折射定律可知n== 设临界角为C,则sin C==,cos C= 根据α=β+C可得= 解得tan β= 故可得sin β= 故=sin α=sin β= 。 反思提升 三种常见的光学模型 分类 示例 注意事项 平行 玻璃砖   通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向,但要发生侧移 分类 示例 注意事项 三棱镜   通过三棱镜的光线经过两次折射后,出射光线向棱镜底面偏折 圆柱 体(球)   圆界面的法线是过圆心的直线,经过两次折射后向圆心偏折 二 考点二　光的波动性　电磁波 16 1.光的干涉 (1)两个同相位波源出现明暗条纹的条件 明条纹:Δr=nλ(n=0,1,2,…)。 暗条纹:Δr=(2n+1)(n=0,1,2,…)。 其中Δr为两列光波的路程差(若为薄膜干涉Δr等于薄膜厚度的2倍)。 (2)双缝干涉条纹间距:Δx=λ。 2.光的双缝干涉和单缝衍射的比较   双缝干涉 单缝衍射 发生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象) 图样 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等,中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹,亮度基本相等 中央条纹最亮,两边变暗 与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象;光的偏振现象说明光是横波 3.电磁振荡和电磁波 (1)电磁振荡:T=2π,电流为0时电场能最大,电流最大时磁场能最大。 (2)麦克斯韦电磁场理论:变化的磁场能够在周围空间产生电场,变化的电场能够在周围空间产生磁场。 (3)电磁波传播不需要介质,在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关。 (4)电磁波谱:按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 考向1　光的干涉的理解及应用 [例4]　(2024·辽宁卷)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。用绿色激光照双缝,能在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮纹中央间距变小的是(　　) A.换用更粗的头发丝 B.换用红色激光照双缝 C.增大纸板与墙面的距离 D.减小光源与纸板的距离 [答案]　A [解析]　由于干涉条纹间距Δx=λ可知:换用更粗的头发丝,双缝间距d变大,则相邻两条亮纹中央间距Δx变小,故A正确;换用红色激光照双缝,波长变长,则相邻两条亮纹中央间距Δx变大,故B错误;增大纸板与墙面的距离l,则相邻两条亮纹中央间距Δx变大,故C错误;减小光源与纸板的距离,不会影响相邻两条亮纹中央间距Δx,故D错误。 [例5]　(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,则下列说法正确的是(　　) 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 [解析]　单色平行光垂直照射平板玻璃,上、下玻璃的上表面的反射光在上玻璃的上表面发生干涉,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波程差相等,即滚珠b的直径与滚珠a的直径相等,即滚珠b合格,不同的干涉条纹位置处光的波程差不同,则滚珠c的直径与滚珠a的直径不相等,即滚珠c不合格。故选C。 考向2　电磁振荡和电磁波 [例6]　随着科技的进步,越来越多的人使用蓝牙耳机,手机与基站及耳机的通信如图所示。若基站与手机、手机与耳机之间通信的电磁波分别为甲波、乙波,则以下说法正确的是(　　) A.甲、乙波的频率都比可见光的频率大 B.真空中甲波的传播速度比乙波慢 C.真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物 D.甲波与乙波有可能发生干涉 [答案]　C [解析]　由题图可知甲、乙波的波长都比可见光波长长,由c=λf可得,甲、乙波的频率都比可见光的频率小,A错误;所有频率的电磁波在真空中的传播速度都为3×108 m/s,B错误;波长越短的波越不容易发生衍射,甲波波长比乙波波长长,所以真空中甲波比乙波更容易绕过障碍物,C正确;甲波与乙波频率不同,不能发生稳定的干涉,D错误。 [例7]　把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图示连成电路。把示波器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧为电容器充电;稍后再把开关置于线圈一侧,从此刻开始计时,电容器通过线圈放电。电路工作过程中,向外辐射电磁波,则电压Uab随时间t变化的波形是(　　) C [解析]　先把开关置于电源一侧为电容器充电,电容器两端的电压一定,且Uab为最大值,再把开关置于线圈一侧后,电容器放电,两极板间的电压随着电荷量的减少,电场能转化为磁场能而降低;当电容器两极板的电荷量减为零时,电容器两极板间的电压为零,此时线圈中的磁场能达到最大,紧接着磁场能又向电场能转化,即线圈产生自感电动势给电容器反向充电,但在电场能转化为磁场能以及磁场能又再次转化为电场能的过程中,电路向外辐射电磁波,电路中的能量在耗散,因此电容器两极板间的电压越来越小,而电容器的充放电有其自身的 固有周期,即周期不变,故选C。 三 考点三　几何光学与物理光学的综合应用 30 1.含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质,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。 2.各种色光的比较 颜色 红橙黄绿蓝靛紫 频率f 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 考向1　光的折射现象和物理光学 [例8]　如图甲所示,a、b两束激光分别通过同一套双缝干涉装置,它们的第5条亮条纹分别在屏上的Pa点和Pb点;如图乙所示,由a、b两束激光组成的复合光通过三棱镜后形成Ⅰ、Ⅱ两条光线,则下列说法中正确的是(　　) A.a激光的波长较长 B.光线Ⅰ是b激光的传播光路 C.a激光在三棱镜中传播时间较短 D.激光a与b分别经同一薄膜干涉,则b的干涉条纹间距较窄 [答案]　B [解析]　由干涉条纹公式Δx=λ及题意可知λa<λb,故A错误。由于λa<λb,则由c=λf可知两列波的频率fa>fb,所以两列波在三棱镜中的折射率na>nb,结合光路图可知光线Ⅰ是 b激光的传播光路;又有v=得,两激光在三棱镜中的传播速度va<vb,因为光线Ⅰ是 b激光的传播光路,b激光在三棱镜中的传播速度大,路程短,所以在三棱镜中传播时间较短,故B正确,C错误。由于激光b波长长,则相邻两条纹间对应薄膜厚度差大,即条纹间距较宽,故D错误。 考向2　光的全反射现象和物理光学 [例9]　水面下深h处有一点光源,发出两种不同颜色的光a和b,光在水面上形成了如图所示的一个有光线射出的圆形区域,该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域,周围为a光构成的圆环。若b光的折射率为n,下列说法正确的是(　　) A.复色光圆形区域的面积为 B.光从水中进入空气中波长变短 C.在水中,a光发生全反射的临界角比b光的小 D.用同一装置做双缝干涉实验,a光的干涉条纹比b光的窄 A [解析]　对于b光,有sin C=,根据几何关系可得,复合光半径为r=htan C,复色光圆形区域的面积为S=πr2=,故A正确;光从水中进入空气中,光速变大,频率不变,根据λ=可知波长变长,故B错误;由题意可知a光出射的区域大于b光,说明a光发生全反射的临界角比b光的大,根据临界角公式sin C=可知水对a光的折射率比水对b光的折射率小,即a光的频率比b光的频率小,a光的波长比b光的波长大,用同一装置做双缝干涉实验,根据Δx=λ可知,a光的干涉条纹比b光的宽,故C、D错误。 四 培优　热点训练 38 1.(2024·江苏南京师大附中模拟)如图所示为科学家用某种透明均匀介质设计的“光环”,圆心为O,半径分别为R和2R。AB部分是超薄光线发射板,发射板右侧各个位置均能发射出水平向右的光线,发射板左侧为光线接收器。通过控制发射光线的位置,从C位置发射出一细光束,发现该光束在“光环”中的路径恰好构成一个正方形,且没有从“光环”射出,光在真空中的速度为c。下列说法正确的是(　　) A.只有从C位置发射的细光束才能发生全反射 B.该光束在“光环”中运动的路程为8R C.“光环”对该光束的折射率可能是1.5 D.该光束在“光环”中传播的时间可能是 答案:C 解析:如图所示,由几何关系可知θ=45°,故CD长度为R,所以正方形总长度为8R,即该光束在“光环”中运动的路程为s=8R,故B错误;全反射的临界角度满足sin C=≤sin 45°,故折射率n≥,因此传播时间为t===≥,故C正确,D错误;由几何知识可知从C位置以上发射的细光束也能发生全反射,故A错误。 2.如图所示为一个半径为R的半球形玻璃砖的剖面图,其中O为圆心,AB为直径,OO'为AB的垂线。 (1)一束细光线在OB的中点处垂直于AB从下方入射,光线从玻璃砖的上表面射出时与OO'的夹角为15°,求玻璃的折射率n。 答案:(1)　 解析:(1)光路图如图所示,设光线在玻璃砖上表面的入射角为α,折射角为θ,由几何关系可得α=30°,则θ=45°,由折射率的表达式可得n==。 (2)该束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从上表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少? 答案: (2)R 解析: (2)设离O点最远的光线入射到玻璃砖的上表面后恰好发生全反射,该光束到O的距离为d,入射角的临界值为C, 则sin C===,可得C=45° 则入射光束在AB上的最大宽度为 L=2d=2Rsin 45°=2R·=R。 五 精准补弱 47 1.下列哪种现象或者应用实例属于光的衍射(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:观看立体电影的眼镜利用了光的偏振现象,故A错误;圆盘影子中心的亮斑属于光的衍射现象,故B正确;水中“折断”的铅笔属于光的折射现象,故C错误;自行车尾灯利用了光的全反射,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2.(2024·江苏南京模拟)钻戒上的钻石,从正上方看,它光彩夺目。设该钻石对可见光的折射率n≈2,其截面较合适的图形是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:由题意可知sin C==,解得C=30°,从钻石正上方看,它光彩夺目,则从正面入射的光线在钻石下端两斜边均发生全反射,然后从正面射出,光路图如图所示。由几何知识可知θ1=θ2=∠AOB<90°-C=60°, θ3=180°-∠AOB-θ2=180°-∠AOB<90°-C=60°,联立解得80°<∠AOB<120°,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3.如图所示为电磁波谱,该电磁波谱中从左到右波长越来越短,电焊工在焊接作业时会产生很高的温度,同时向外辐射出大量的电磁波,已知向外辐射的电磁波的频率为ν=1.0×1016 Hz,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光在真空中的速度为c=3.0×108 m/s。下列说法正确的是(　　) A.该电磁波属于紫外线 B.该电磁波的波长比X射线短 C.该电磁波能量子的能量为6.6×10-19 J D.该电磁波能量子的能量为6.6×10-17 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 解析:由公式c=λν可知该电磁波的波长为λ== m=3.0×10-8 m,该电磁波属于紫外线,故A正确;由电磁波谱可知该电磁波的波长比X射线的波长长,故B错误;由公式ε=hν可知该电磁波能量子的能量为ε=6.6×10-34×1.0×1016 J=6.6×10-18 J,故C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.(2024·江苏卷)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,右镜片暗。现在将手机屏幕旋转90度,会观察到(　　) A.两镜片都变亮 B.两镜片都变暗 C.两镜片没有任何变化 D.左镜片变暗,右镜片变亮 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 解析:立体影院的特殊眼镜利用了光的偏振,其镜片为偏振片,用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕,左镜片明亮,右镜片暗,说明左镜片偏振片的方向和光的偏振方向基本相同,右镜片偏振片的方向和光的偏振方向基本垂直,当将手机屏幕旋转90度后,左镜片偏振片的方向和光的偏振方向基本垂直,左镜片变暗,右镜片偏振片的方向和光的偏振方向基本相同,右镜片变亮,故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 5.在图甲的LC振荡演示电路中,开关先拨到位置“1”,电容器充满电后,在t=0时刻开关拨到位置“2”。若电流从传感器的“+”极流入,电流显示为正,图乙为振荡电流随时间变化的图线,则下面有关说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.在图乙中A点时刻电容器上极板带负电 B.在图乙中从t0到A点过程中电容器的电压先增加后减小 C.若电阻R减小,电流变化如图丙中实线 D.若电阻R减小,电流变化如图丙中虚线 答案:A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:在题图乙中A点时刻电流为正且正在减小,可知电容器正在充电阶段,此时上极板带负电,下极板带正电,选项A正确;在题图乙中从t0到A点过程中电流先正向增加后正向减小,电容器先放电后充电,即电容器的电压先减小后增加,选项B错误;若电阻R减小,则电容器放电时最大电流变大,但是振动周期不变,则图丙中实线和虚线描述的电流变化都不对,选项C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 6.(2023·江苏卷)用某种单色光进行双缝干涉实验,在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示,改变双缝间的距离后,干涉条纹如图乙所示,图中虚线是亮纹中心的位置,则双缝间的距离变为原来的(　　) A.　　　　　　　　　 B. C.2倍 D.3倍 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=λ,由题图知Δx乙=2Δx甲,则d乙=d甲,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 7.一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平行玻璃砖的上表面以入射角θ射入,穿过玻璃砖自下表面射出。已知该玻璃砖对红光的折射率为1.5,设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为t1和t2。下列说法正确的是(　　) A.玻璃砖对蓝光的折射率小于1.5 B.下表面射出的红光、蓝光一定平行 C.若将θ增大,红光有可能在下表面发生全反射 D.若将θ从0°增大至90°的过程中,t1始终大于t2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:不同频率的光在同种介质中的相互作用不同,因此 它们的折射率也会有所差异, 一般情况下,同种介质中的 折射率与光的频率呈正相关关系,即频率越高,折射率越 大,由于蓝光的频率高于红光的频率,且该玻璃砖对红光 的折射率为1.5,则玻璃砖对蓝光的折射率大于1.5,故A错误;红、蓝两单色光穿过玻璃砖自下表面射出的光路图如图所示,由几何关系可知红光、蓝光在玻璃砖中上下界面与法线的夹角相同,设折射角为α,由折射定律n=可知,红光满足n1==,蓝光满足n2==,即有 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 θ=θ1=θ2,所以红光、蓝光两单色光通过平行玻璃砖后出 射方向不变,只是发生一定程度的侧移,且侧移距离随折 射率的增大而增大,所以从下表面射出的红光、蓝光一 定平行,故B正确;光线在下表面的入射角等于在上表面 的折射角,由光路的可逆性可知,光线不可能在下表面发生全反射,故C错误;设折射角为α,由折射定律得n=,且n=,光线在玻璃砖中传播的时间为t==,因为红光的折射率小于蓝光的折射率,则红光的折射角大于蓝光的折射角,根据题意可知,红光的折射率为1.5,可知红光 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 的最大折射角α1<45°,则两种光线在θ从0°增大至90°的过程中,折射角的2倍都小于90°,且红光的折射角大于蓝光的折射角,则在θ从0°增大至90°的过程中,红光在玻璃砖中传播时间小于蓝光在玻璃砖中传播时间,由题意可知,红光在玻璃砖中传播的时间是t1,蓝光在玻璃砖中传播的时间是t2,则t2始终大于t1,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 8.如图所示,固定的半圆形玻璃砖,O点为圆心,直径AB和垂直纸面足够大的屏PQ相互平行。由a、b两种单色光组成的一束光垂直于直径AB方向射向玻璃砖,入射点由A点逐渐移动到B点,发现PQ上先出现a光的光斑,再出现b光的光斑,随着时间推移,b光光斑先消失,a光光斑后消失。由此可判断(　　) A.玻璃砖对a光的折射率比对b光的大 B.a光在玻璃砖中传播的速度比b光小 C.若a光照射某金属表面能发生光电效应,b光也一定能 D.两光分别通过真空中同一双缝干涉装置,b光的相邻亮条纹间距大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 解析:入射点由A点逐渐向B点移动时,玻璃砖右侧入射角逐渐减小,由于先出现a光的光斑,故a光在玻璃砖中的临界角大,故玻璃砖对a光的折射率比对b光的小,由n=可知,a光在玻璃砖中传播的速度比b光大,A、B错误;因a光的折射率比b光的小,故a光的频率比b光的小,a光照射某金属表面能发生光电效应,b光也一定能,C正确;因a光的频率 比b光的小,故a光的波长比b光的长,通过真空中同一双 缝干涉装置,b光的相邻亮条纹间距小,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.如图所示,将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上,从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜,玻璃板的一边沿x方向,用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板,观察到的干涉条纹形状可能正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:由题意可知,当用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板时,观察到的干涉条纹是由空气薄膜的上下表面所反射的光发生了干涉产生的,由牛顿环原理可知,干涉条纹宽窄的差异是由空气薄膜变化率的不同所导致的:变化率越大,光程差半波长的奇偶数倍更替得就越频繁,使得条纹更加密集,从而使条纹看起来更窄,即空气薄膜厚度变化率越大,条纹也随之变密变窄。由本题空气薄膜的形状可知,空气薄膜厚度越大的地方,薄膜厚度变化率越小,条纹间距越大,条纹越宽;空气薄膜厚度越小的地方,薄膜厚度变化率越大,条纹间距越小,条纹越窄。因此观察到的干涉条纹形状可能正确的是B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10.(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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 解析:红光的折射率小于绿光的折射率,在MN面,入射角相同,根据折射定律n=可知,绿光在MN面的折射角较小,根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点,故A错误;根据全反射发生的条件sin C=可知红光发生全反射的临界角较大,θ逐渐增大时,红光的折射角增大得更快,即红光在界面NP上的入射角减小得更快,且开始时红光在界面NP的入射角更小,所以红光的全反射现象先消失,故B正确;在MN面,光是从光疏介质射到光密介质的,无论θ多大,在MN面都不可能发生全反射,故C错误;根据折射定律n=可知θ逐渐减小时, 两束光在MN面折射的折射角逐渐减小,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.(2024·江苏扬州三模)如图甲所示,固定在容器中的油量计由许多透明等厚、长度不等的薄塑料片叠合而成。每个薄片的形状如图乙所示,其底部为等腰直角三角形。光竖直向下射入油量计,塑料片下端浸入油中时,大部分光经折射进入油中,少部分反射回观察窗口;塑料片未浸入油中时,光在塑料片底部发生全反射而返回油量计上端,可以通过观察窗上的亮暗分布来判断油量的多少。已知塑料片的折射率为n1,则(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.这款油量计对所有液体都适用 B.n1一定大于1.4 C.随着油量的减少,观察窗左边最先开始亮 D.观察窗亮的部分越长,说明剩余油量越多 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:若换作其他液体,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,故A错误;如图所示,光由上面射入塑料片中,在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮,光再从透明塑料片射向空气,此时发生全反射的条件的折射率应满足n1>=,故B正确;随着油量的减少,塑料片露出油面,光线在塑料片和空气的界面处发生全反射,返回油量计的上面并射出,故看起来是明亮的,因为右边塑料片最短,则随着油量的减小,观察窗右边最先开始亮, 故C错误;观察窗亮的部分越长,说明油面越低,剩余油量越少, 故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12.导光柱是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置,其中,光滑内凹输入端的导光柱将有效提高光线捕获能力。如图所示为某一导光柱的纵截面简化示意图,导光柱下端AEB为半球凹形输入端,半径为 R,O为圆心,导光柱横截面直径与半圆形直径相等,其高度为L(L>2R)。球心O 处有一点光源,能发出各个方向的单色光,该纵截面内光线超过一定的角度范围会在进入导 光柱后被折射出AD或BC侧面,从而导致光传输的损耗。 已知导光柱的折射率为,求: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (1)光源在该纵截面内出射光线进入导光柱后不被折射出AD或BC侧面的角度范围θ; 答案:(1)90°　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:(1)光线不被折射出侧面,说明在侧面发生了全反射。此时光线到达侧面的入射角为C(如图甲所示),由折射定律可知sin C= 由几何关系得θ=180°-2C 解得C=45°,θ=90°。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)点光源发射出的不被折射出AD或BC侧面的光线到达输出端CD的最长时间tmax。 答案: (2) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析: (2)如图乙所示,光从O到达半圆的时间为t1= 设光在导光柱中的传播速度为v,则v= 设射到AD或BC侧面的入射角为α时,到达 CD面所用时间最长,此时光沿AD方向的速度v1大小为v1=vsin α 沿此方向传播的距离为x=L-Rsin α 解得t2=- 光线的传播时间为t=t1+t2 由题意45°≤α≤90° 解得最长时间tmax=。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$