十四、光学 电磁波-【步步高·考前三个月】2025年高考物理复习讲义课件（课件PPT+word教案）

经典重现　考题再现 十四、光学　电磁波 1.(2024·山东卷·4)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，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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 11 10 1 2 3 4 5 6 单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，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光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。 7 8 9 11 10 2.(2021·江苏卷·7)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为 A.1.2 B.1.4 C.1.6 D.1.8 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示， 全反射的条件sin θ=， 由几何关系知sin θ=， 联立解得n=1.2， 故A正确，B、C、D错误。 3.(2023·湖北卷·6)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为 A.d B.d C.d D.d 1 2 3 4 5 6 √ 7 8 9 11 10 1 2 3 4 5 6 设光线在OQ界面的入射角为α，折射角为β，由几何关系可知α=30°，则由折射定律得n==，光线射出OQ界面的临界条件为恰好发生全反射，光路图如图所示，其中CS⊥OQ，光线在A、B两点发生全反射，由全反射规律sin C==可得，全反射的临界角为45°，AB之间有光线射出，由几何关系可知AB=2AC=2CS=OS=d，故选C。 7 8 9 11 10 1 2 3 4 5 6 4.(2022·辽宁卷·5)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是 A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射 D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射 7 8 9 11 10 √ 光的频率是由光源决定的，与介质无关，故此单色光从空气进入水球频率不变，A、B错误； 由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到 水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线进入水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有=，则可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角，故若光线1在M处发生全反射，则光线2在N处一定发生全反射，若光线2在N处发生全反射，光线1在M处不一定发生全反射，C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 5.(2022·浙江1月选考·11)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则 A.光束b顺时针旋转角度小于Δθ B.光束c逆时针旋转角度小于Δθ C.光束d顺时针旋转角度大于Δθ D.光束b、c之间的夹角减小了2Δθ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 √ 1 2 3 4 5 6 设入射光线a的入射角为α，则反射角为α，光束c的折射角为β，光束d的反射角也为β，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，入射角变为α'= Δθ+α，由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于Δθ，故A错误； 由折射定律有=n>1，=n>1 可得Δθ'<Δθ，即光束c逆时针旋转角度小于Δθ，故B正确； 7 8 9 11 10 1 2 3 4 5 6 光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于Δθ，故C错误； 光束b顺时针旋转角度等于Δθ，光束c逆时针旋转角度小于Δθ，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于2Δθ，故D错误。 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 6.(2023·浙江1月选考·13)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 7 8 9 √ 11 10 6 1 2 3 4 5 如图所示，设光线在AB边的折射角为β，根据折射定律可得n=，设光线在BC边的入射角为φ，经BC反射的光线在AC边的入射角为r， 折射角为i；由反射定律和几何知识可知β+φ=45°，β+2φ+r=90°，联立解得r=β，根据折射定律可得n==，可得i=θ，过D点作出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为θ，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为90°，故选A。 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 7 8 9 7.(2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端，t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，则 A.LC回路的周期为0.02 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大 D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 √ 11 10 以顺时针电流为正方向，LC电路中电流和电容器上极板电荷量随时间变化的图像如图所示： t=0.02 s时电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，根据图像可知周期为T=0.04 s，故A错误； 根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电 场能最小为0，故B错误； 1.01 s时，经过25T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电场能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。 6 1 2 3 4 5 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 8.(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<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B.λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C.λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D.λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置 √ 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 由双缝干涉条纹间距的公式Δx=可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由题图可知从N位置出射的光的 折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越小的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1<n2，所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，A、B、C错误。 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 9.(2020·浙江1月选考·12)如图所示，一束光与某材料表面成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为入射光能量的(1-k2)倍，则该材料折射率至少为 A. B. C.1.5 D.2 7 8 9 √ 11 10 6 1 2 3 4 5 设入射光能量为E，如果光能够折射进入材料，则一部分能量发生反射(kE)，一部分能量进入该材料。根据题意，最终进入材料的能量为(1-k2)E，说明光只经过两次界面的反射与折射，第三次发生全反射，画出光路图如图所示 则有n=，n==，联立可得sin α=cos α，解得sin α=，则有n==，故选A。 7 8 9 11 10 6 1 2 3 4 5 10.(多选)(2024·湖南卷·9)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是 A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若θ=0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若θ=0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 7 8 9 10 11 √ √ 6 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 当θ=0°时，根据题意画出光路图如图甲所示，S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的，满足相干光条件，所以实验中的相干光源之一相当于从光源S' 发出的光，设S与S'的距离为d，则d相当于双缝之间的距离，S、S'到光屏的距离设为l，由双缝干涉公式Δx=，可得Δx=，则若θ=0°，沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误； 6 1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 当平面镜倾斜了微小角度时，同理再次画出光路图如图乙所示，若沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 6 1 2 3 4 5 11.(2023·山东卷·16)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 (1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ， 求θ的正弦值； 7 8 9 11 10 答案　　 24 6 1 2 3 4 5 7 8 9 11 10 由题意可知，当光在M内刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设在M下端面入射的光与竖直方向的夹角为α，如图甲所示 由几何关系可得sin C==cos α 可得sin α= 又因为n= 所以sin θ=nsin α= 25 6 1 2 3 4 5 (2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。 7 8 9 11 10 答案　<b< 26 6 1 2 3 4 5 7 8 9 11 10 根据题意，要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图乙所示，则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应为b1<b<b2 当距离最近时有tan θ= 当距离最远时有tan θ= 根据(1)可知tan θ= 27 6 1 2 3 4 5 7 8 9 11 10 联立解得b1= b2= 所以满足条件的b的相应范围为 <b<。 28 $$ 十四、光学　电磁波 1.(2024·山东卷·4)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，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 答案　C 解析　单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，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光程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。 2. (2021·江苏卷·7)某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于AC面射入，可以看到光束从圆弧面ABC出射，沿AC方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为(　　) A.1.2 B.1.4 C.1.6 D.1.8 答案　A 解析　画出激光束从玻璃砖射出时恰好发生全反射的入射角如图所示， 全反射的条件sin θ=， 由几何关系知sin θ=， 联立解得n=1.2， 故A正确，B、C、D错误。 3.(2023·湖北卷·6)如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为(　　) A.d B.d C.d D.d 答案　C 解析　设光线在OQ界面的入射角为α，折射角为β，由几何关系可知α=30°，则由折射定律得n==，光线射出OQ界面的临界条件为恰好发生全反射，光路图如图所示，其中CS⊥OQ，光线在A、B两点发生全反射，由全反射规律sin C==可得，全反射的临界角为45°，AB之间有光线射出，由几何关系可知AB=2AC=2CS=OS=d，故选C。 4.(2022·辽宁卷·5)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是(　　) A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射 D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射 答案　C 解析　光的频率是由光源决定的，与介质无关，故此单色光从空气进入水球频率不变，A、B错误；由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线进入水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有=，则可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角，故若光线1在M处发生全反射，则光线2在N处一定发生全反射，若光线2在N处发生全反射，光线1在M处不一定发生全反射，C正确，D错误。 5. (2022·浙江1月选考·11)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则(　　) A.光束b顺时针旋转角度小于Δθ B.光束c逆时针旋转角度小于Δθ C.光束d顺时针旋转角度大于Δθ D.光束b、c之间的夹角减小了2Δθ 答案　B 解析　设入射光线a的入射角为α，则反射角为α，光束c的折射角为β，光束d的反射角也为β，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，入射角变为α'=Δθ+α，由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于Δθ，故A错误； 由折射定律有=n>1，=n>1 可得Δθ'<Δθ，即光束c逆时针旋转角度小于Δθ，故B正确； 光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于Δθ，故C错误； 光束b顺时针旋转角度等于Δθ，光束c逆时针旋转角度小于Δθ，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于2Δθ，故D错误。 6. (2023·浙江1月选考·13)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 答案　A 解析　如图所示， 设光线在AB边的折射角为β，根据折射定律可得n=，设光线在BC边的入射角为φ，经BC反射的光线在AC边的入射角为r，折射角为i；由反射定律和几何知识可知β+φ=45°，β+2φ+r=90°，联立解得r=β，根据折射定律可得n==，可得i=θ，过D点作出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为θ，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为90°，故选A。 7.(2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到b端，t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，则(　　) A.LC回路的周期为0.02 s B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大 C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大 D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向 答案　C 解析　以顺时针电流为正方向，LC电路中电流和电容器上极板电荷量随时间变化的图像如图所示： t=0.02 s时电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，根据图像可知周期为T=0.04 s，故A错误；根据图像可知电流最大时，电容器中电荷量为0，电场能最小为0，故B错误；1.01 s时，经过25T，根据图像可知此时电流最大，电流沿逆时针方向，说明电容器放电完毕，电场能全部转化为磁场能，此时磁场能最大，故C正确，D错误。 8.(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<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B.λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置 C.λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D.λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置 答案　D 解析　由双缝干涉条纹间距的公式Δx=可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知λ1>λ2，反射光经过三棱镜后分成两束色光，由题图可知从N位置出射的光的折射角大，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越小的色光折射角越大，由于λ1>λ2，则n1<n2，所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，A、B、C错误。 9. (2020·浙江1月选考·12)如图所示，一束光与某材料表面成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为入射光能量的(1-k2)倍，则该材料折射率至少为(　　) A. B. C.1.5 D.2 答案　A 解析　设入射光能量为E，如果光能够折射进入材料，则一部分能量发生反射(kE)，一部分能量进入该材料。根据题意，最终进入材料的能量为(1-k2)E，说明光只经过两次界面的反射与折射，第三次发生全反射，画出光路图如图所示 则有n=，n==，联立可得sin α=cos α，解得sin α=，则有n==，故选A。 10.(多选)(2024·湖南卷·9)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　) A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若θ=0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若θ=0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动 答案　BC 解析　当θ=0°时，根据题意画出光路图如图甲所示，S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成虚像S'发出的光)是同一列光分成的，满足相干光条件，所以实验中的相干光源之一相当于从光源S'发出的光，设S与S'的距离为d，则d相当于双缝之间的距离，S、S'到光屏的距离设为l，由双缝干涉公式Δx=，可得Δx=，则若θ=0°，沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜，对l和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误； 当平面镜倾斜了微小角度时，同理再次画出光路图如图乙所示，若沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 11.(10分)(2023·山东卷·16)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n<)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 (1)(4分)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值； (2)(6分)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。 答案　(1)　(2)<b< 解析　(1)由题意可知，当光在M内刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设在M下端面入射的光与竖直方向的夹角为α，如图甲所示 由几何关系可得sin C==cos α 可得sin α= 又因为n= 所以sin θ=nsin α= (2)根据题意，要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图乙所示，则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应为b1<b<b2 当距离最近时有tan θ= 当距离最远时有tan θ= 根据(1)可知tan θ= 联立解得b1= b2= 所以满足条件的b的相应范围为 <b<。 学科网（北京）股份有限公司 $$