2025届高考物理三轮冲刺学案：光学

光学 一、光的折射 1. 折射定律表达式： （分子是真空或空气中的，分母是介质中的） 2. 折射率意义：表征介质对光线的偏折本领，折射率越大，对光线的偏折本领越强， 介质对某种单色光的折射率大小由介质以及单色光的频率共同决定。 3. 全反射现象：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失， 只剩下反射光线的现象. 4. 全反射条件：(1)光从光密介质射入光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角. 5. 全反射临界角：折射角等于90°时的入射角，若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发 生全反射的临界角为C。 二、光的本性发展简史 1. 微粒说：以牛顿为代表，认为光是沿直线高速传播的粒子流。 2. 波动说：以惠更斯为代表，认为光是某种振动以波的形式向外传播。 3. 电磁说：麦克斯韦认为光是一种电磁波。 4. 光子说：爱因斯坦提出了光子说以解释光电效应； 光子说认为光是一份一份的，每一份能量为，每一份叫做一个光子。 5. 光的波粒二象性(长期争论后达成的共识) 三、光的干涉： 1. 现象：两列光波在相遇的区域叠加，形成明暗相间等间距的干涉条纹。 2. 双缝干涉 ①产生条件：由同一光源发出的光经双缝后获得两列相干光波叠加而形成。 ②明条纹：屏上某点到双缝的路程差 Δr＝kλ (k＝0，1，2，…) 暗条纹：屏上某点到双缝的路程差 Δr＝(2k＋1) (k＝0，1，2，…) ③条纹特点；间距均匀，条纹宽度跟波长成正比。 ； 实验时，测出第1个到第n个亮条纹中心距离a, 则 3. 薄膜干涉： (1)原理：由薄膜的前后两个表面分别反射回的两列相干光叠加而形成的干涉现象。 (2)应用： ①检查精密部件表面的平滑程度 用标准样板(空气隙干涉)检查工件表面情况： 同一条纹代表所在处的空气薄膜厚度相同， 如右图；条纹向劈尖弯曲是凹陷，向另一侧弯曲 是凸起。 ②透镜表面增透膜 增透绿光(可见光中心波长)，厚度为绿光在膜中波长四分之一。两列反射光相抵消，减少反射光的能量损失，增强透射光的强度。 四、光的衍射 1. 现象：光绕过障碍物，背离直线传播的现象。 2. 产生明显衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸跟波长相差不多(这个相差不多的尺度较大)。 双缝干涉 单缝衍射 泊松亮斑 五、光的偏振 通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。偏振光应用：立体电影、偏振片等。 六、激光的特点和应用： 1. 激光是一种人工产生的相干光，容易产生干涉现象（如全息照相即利用激光该特征）； 2. 激光的平行度非常好，可以用来进行精确的测距（激光雷达）； 3. 激光的亮度高，可以利用激光束来切割各种物质，焊接金属以及在硬质材料上打孔； 医学上可以用激光作“光刀”来切开皮肤、切除肿瘤等。 七、各种色光的比较 颜色 红橙黄绿青蓝紫 频率f 低→高 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 波长 大→小 临界角 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 练习 1．如图所示，一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则：　 A．λ1<λ2 B．λ1>λ2 C．f1<f2 D．f1>f2 2．(2023江苏卷)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　　) A　　　　　B　　　　　C　　 　D 3．(2023湖北卷)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 4．下列现象中属于光的衍射现象的是(　　) A　　　　　　　　　　B C D 5．(多选)(2022·山东卷T10)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　) 甲　　　　　　乙　　　　　丙 A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大 C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大 D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹 6．(多选)(2023·湖南卷)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是(　　) A．水的折射率为 B．水的折射率为 C．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60° D．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60° 7．（2023·福建卷T3）如图，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有适量清水．水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中， 有助于光束更好地沿液流传播的是（　　） A. 减弱激光强度 B. 提升瓶内液面高度 C. 改用折射率更小的液体 D. 增大激光器与小孔之间的水平距离 8．（2024·福建卷T10）镀有反射膜的三棱镜常用在激光器中进行波长的选择。如图，一束复色光以一定入射角（）进入棱镜后，不同颜色的光以不同角度折射，只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光输出。若复色光含蓝、绿光，已知棱镜对蓝光的折射率大于绿光，则蓝光在棱镜中的折射角_______（填“大于”“等于”或“小于”）绿光的折射角；若激光器输出的是蓝光，当要调为绿光输出时，需将棱镜以过入射点且垂直纸面的轴_________（填“顺时针”或“逆时针”）转动一小角度。 参考答案 1、B　[根据折射定律可知光线在折射率小的介质中与法线的夹角大，因此n1<n2，由 n＝可得v1>v2，因为光从一种介质进入另一种介质时频率不变，即f1＝f2，根据 v＝λf可知波长与波速成正比，即λ1>λ2，B项正确。] 2、A　[光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，又由题意可知，地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则太阳光应向下弯曲，A正确，B、C、D错误。] 3、C　[入射光线SN的入射角为30°，折射角为45°，则楔形玻璃对光线的折射率n＝＝，设光在楔形玻璃中发生全反射的临界角为C，则有sin C＝＝，所以C＝45°，当光从S射到OQ边的入射角小于45°时光都可射出，则OQ边上有光射出部分的长度L＝2＝d，C正确，A、B、D错误。] 4、B　[A选项为全反射的应用，B选项为光的衍射现象，C选项为光的折射现象，D选项为光的干涉现象，所以B正确。] 5、ACD [由题图乙可知，中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝λ可知，照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，则两束光波相互削弱，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选ACD。] 6、BC 由题意知只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则说明α＝41°时激光恰好发生全反射，则：sin(90°－41°)＝ 解得n＝ A错误，B正确； 当他以α＝60°向水面发射激光时，入射角i1＝30°，则根据折射定律有：nsin i1 ＝sin i2 可知折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确，D错误。 故选BC。 7、B 【详解】若想使激光束完全被限制在液流内，则应使激光在液体内发生全反射现象，根据全反射临界角 可知应该增大液体的折射率或则增大激光束的入射角。 A．减弱激光的强度，激光的临界角，折射率均不会改变，故A错误； B．提升瓶内液面的高度，会造成开口处压强增大，水流的速度增大，水流的更远，进而增大了激光束的入射角，则会有大部分光在界面处发生全反射，有助于光束更好的沿液流传播，故B正确； C．若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全反射，故C错误； D．增大激光器与小孔之间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，现象不会改变，故D错误。 故选B。 8、 ①. 小于 ②. 逆时针 【详解】[1]由于透镜对蓝光折射率大于绿光，根据折射定律可得，入射角相同，透镜中蓝光折射角小于绿光折射角； [2]此时输出激光为蓝光，要变为绿光，即由蓝光的折射光线垂直入射到反射膜改为绿光的折射光线垂直入射到反射膜，根据折射定律，需要减小入射角，由于入射光线不动，应逆时针转动棱镜。 4 学科网（北京）股份有限公司 $$