第13讲 光学 电磁波-【红对勾】2025年高考物理二轮复习讲与练

第13讲光学 电磁波 M复习定位 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。 知识网络 体系构建 注意哪个是1介质、哪个是2介质 只有明显、不明显的条件 折射率：n=sin0 ,n= C 单缝衍射 sin 02 光的折射、 光的衍射 衍射光栅 全反射：si血C-分 全反射 L圆盘衍射一 一泊松亮斑 相干光源的获得方法 自然光 光的偏振 单色光：等宽等 偏振光 亮，明暗相间 图样 杨氏 -双缝7 电磁波 ·说明光是横波 白光：中央亮纹 激光 特点 特征 白色，两边彩色 干涉 条纹间距△=A」 光的干涉 电磁波是横波 电磁振荡—一T=2πC 088 图样特征 电磁波 薄膜 麦克斯韦电磁场理论「变化的电场产生磁场 检查工件表面平整度 干涉 L变化的磁场产生电场 应用 增透膜 电磁波谱 考向探究 素养提升 老向一 光的折射与全反射 1.三个重要公式 (2)光的色散现象：在同一介质中，不同频率 (1)n sini,i和r分别为光在光疏介质和光 的光对应的折射率不同，频率越高，对应的折 sin r 射率越大。 密介质中与法线的夹角。 3.解决光的反射和折射问题的思路 (2)m-二，c和分别为光在真空和介质中的 该光线一般是入射光线，还有可能是反射 确定研究 光线或折射光线 传播速度。 的光线 若研究的光线不明确，根据题意分析、寻 找，如临界光线、边界光线等 sin CC为发生全反射的临界角。 1 (3)n= 找入射点，确认界面，并画出法线 画光路图 根据反射定律、折射定律作出光路图，结 2.两种现象 合几何关系，具体求解 (1)光的全反射现象：光从光密介质射向光疏 从光疏→光密：一定有反射、折射光线 介质，当入射角增大到某一角度时，使折射角 注意两点 从光密→光疏：如果入射角大于或等于 临界角，一定发生全反射 达到90°，折射光完全消失，只剩下反射光。 ☑一红烟勾·讲与练·高三二轮物理 【典例1】(2024·全国甲卷)一 面图。一细黄光束从直角边AB以角度0入 玻璃柱的折射率n=√，其 射，依次经AC和BC两次反射，从直角边 横截面为四分之一圆，圆的 AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α 半径为R,如图所示。截面 角，则a () 所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆 A.等于90 弧处入射。入射光线与AB边的距离由小 B.大于90 变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC C.小于90 边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。 D.与棱镜的折射率有关 听课记录 【提升练2】(2024·山东卷)某光学组件横截 面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半 径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O 点，EG边平行于AB边且长度等于R, ∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光 线以日角入射到EF边发生折射，折射光线 垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该 单色光的折射率均为1.5。 (1)求sin0; (2)以0角入射的单色光线，若第一次到达半 圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF 089 上入射点D(图中未标出)到E点距离的 范围。 规律总结常见三种光路的控制模型 项目 光路图 对光线的作用 A82 通过平行玻璃砖的光 平行 线不改变传播方向，但 玻璃砖 0 要发生侧移 通过三棱镜的光线经 三棱镜 两次折射后，出射光线 向棱镜底面偏折 B 圆界面的法线是过圆 圆柱体 心的直线，经过两次折 (球) 射后向圆心偏折 【提升练1】 (2023· A 浙江1月选考)如 入射光，必 光 图为一斜边镀银的 等腰直角棱镜的截 第一部分专题五振动和波、光学一闭 考向二光的波动性 电磁波 1.光的衍射和干涉、偏振问题 听课记录 (1)光的衍射是无条件的，但发生明显的衍射 现象是有条件的，即障碍物（或孔）的尺寸跟 波长相差不多，甚至比波长还小。 (2)两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率 【提升练3】（多选）电磁波在科学研究和日常 相等，相位差恒定，条纹间距Ax-,当1，d 生活中有着广泛的应用。如图所示，关于电 磁波的应用，以下说法正确的是 相同时，△xCλ，可见光中的红光条纹间距最 大，紫光最小。 (3)光的干涉现象和光的衍射现象证明了光 的波动性，光的偏振现象说明光为横波。 2.区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法 (1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽 度相同，而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最 宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。 (2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹， A.图甲中经过调制后的电磁波的波长不变 090 从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝 B.图乙中天文学家利用射电望远镜接收无 衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐 线电波，进行天体物理研究 渐变暗。 C.图丙中红外线夜视仪是利用了红外线热 3麦克斯韦电磁场理论的核心是“变化”，变化 效应强的特点 的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电 D.图丁中CT机应用人体发射红外线的原 场能够在周围空间产生磁场。 理拍摄人体组织 4.电磁波是横波，其传播不需要介质，不同频率【提升练4】（多选）(2024· 的电磁波具有不同的特性，有不同的用途。 广西卷)如图所示，S为单 .S 【典例2】（多选）下列说法正确的是 ( 色光源，S发出的光一部 平面镜 A.在双缝干涉实验中，保持入射光的频率不 分直接照在光屏上，一部 变，增大双缝间的距离，相邻两条亮条纹 分通过平面镜反射到光屏上。从平面镜反 间距也增大 射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的， B.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机 由此形成了两个相干光源。设光源S到平 镜头前装上滤光片，可以使像更清晰，这 面镜和到光屏的距离分别为a和l,a<l,镜 是利用了光的偏振原理 面与光屏垂直，单色光波长为入。下列说法 C.用同一个单缝做衍射实验，紫光的中央亮 正确的是 ( ) 条纹比红光的宽 A光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为，之 D.用紫外线照射大额钞票，用荧光物质印刷 的文字会显示，这是利用紫外线的荧光效应 B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为乙入 ☑一红因勾·讲与练·高三二轮物理 C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗 光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 糖溶液中，此时单色光的波长变为入 D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中， d,则该液休的折射率为 考向三几何光学与物理光学的综合应用 1.含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介【提升练5】(2024·广西河4 质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种 池一模)如图为半圆形玻 色光的偏折程度不同。 璃砖的横截面，直径MN 2.各种色光的比较 与水平面平行。由两种单色光组成的细光 颜色 红橙黄绿蓝靛紫 束沿aM从MN边射入玻璃砖，细光束进入 频率f 低→高 玻璃砖后分成两束光分别打到玻璃砖截面 同一介质中的折射率 小→大 的b、c两点处（入射到b、c两点的两束单色 同一介质中的速度 大→小 光分别称为单色光B和单色光C),b、c两点 波长 大→小 分别位于玻璃砖截面最低点的左右两侧。 () 临界角 大→小 下列说法正确的是 A.单色光B可能在b点发生全反射 通过棱镜的偏折角 小→大 B.在玻璃砖中，单色光B的速度比单色光C 【典例3】（多选)(2023·全 的大 国甲卷改编)等腰三角形 。甲 091 C.单色光B的波长比单色光C的长 abc为一棱镜的横截面，ab=ac;一平行于bc D.单色光B的频率比单色光C的小 边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射 【提升练6】(2024·广东卷)如图所示，红、绿 后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两 两束单色光，同时从空气中沿同一路径以日 束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。 角从MN面射入某长方体透明均匀介质，折 不考虑多次反射。下列说法正确的是 射光束在VP面发生全反射，反射光射向 ( PQ面。若0逐渐增大，两束光在VP面上 A.在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光的 的全反射现象会先后消失。已知在该介质 比乙光的大 中红光的折射率小于绿光的折射率，下列说 B.甲光的频率比乙光的高 法正确的是 ( C.在棱镜中的传播速度，甲光的比乙光的大 D.该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折 射率 听课记录 A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点 B.0逐渐增大时，红光的全反射现象先消失 C.0逐渐增大时，入射光可能在MV面发生 全反射 D.0逐渐减小时，两束光在MN面折射的折 射角逐渐增大 第一部分专题五振动和波、光学一闭 真题演练 感悟高考 1.(2024·新课标卷)三位科学家由于在发现和 A换用更粗的头发丝 合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年 B.换用红色激光照射双缝 诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不 C.增大纸板与墙面的距离 同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光 D.减小光源与纸板的距离 和红光，下列说法正确的是 )4.(多选)(2023·湖南卷)一位潜水爱好者在水 A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量 下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射 B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量 激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如 C.在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的 图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救 速度 援人员才能收到他发出的激光光束，下列说 D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气 法正确的是 ( 中传播时的频率 岸上救援人员 2.(2024·江苏卷)现有一光线以相同的入射角 水面 0,打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，折射光 线如图所示(31<β2)，已知折射率随浓度增大 而变大。则 潜水爱好者邮一激光器 092 A.水的折射率为 、1 sin 41 B.水的折射率为 sin 49 C.当他以α=60°向水面发射激光时，岸上救 A.甲折射率大 援人员接收激光光束的方向与水面夹角小 B.甲浓度小 于60° C.甲中光线的传播速度大 D.当他以α=60°向水面发射激光时，岸上救 D.甲临界角大 援人员接收激光光束的方向与水面夹角大 3.(2024·辽宁卷)某同学自制双缝干涉实验装 于60° 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 请完成课时作业19 光照射双缝，能够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心间距变小 的是 头发丝 ☑一红烟勾·讲与练·高三二轮物理点只会在平衡位置上下振动，并不会 10一8s,故两个反射信号的路程差 随波迁移，故C错误；45.5s内， 2a=va:=9.45×10m号，解得 cos0=1,得cosC= 3 ,根据a=B十C T4 △t=1.5s=8 T+T,由于 d=4.725×10m,且两个反射信号 可得sim(B+C) sin B =5,解得tanB= t=4s时，质点P位于平衡位置向y轴 在探头处振动减弱，A正确。 4.BC波的周期和振幅与波源相同，故 32,故可得sin月= 1 二，故 正方向振动，则质点P振功T到达 可知波的周期为T=0.2s,振幅为 √/12-62 波峰位置，接着从波峰位置向下振动 A=0.2m,故A错误，B正确；P开始 h 可 =sina=√3sinB= /1 8T,由于越接近波峰位置振动速度 振动时，波源第2次到达波谷，故可知此 W4-22 时经过的时间为t= 越小，则该段时间内P运动的路程满 3T+T=035s, 提升练1A光路图如图所示，设光线 4 在AB边的折射角为B,根据折射定律 3 sin 0 足s<A十 2A A=6cm,故D 故可得波速为v=oP=3.5 t 0.35 m/s= 得n= ,设光线在BC边的入射角 sin B 错误。 10m/s,故C正确；波从P传到Q需要 为p,光线在AC边的入射角为r,折射 提升练6AC由题图可知波长λ= 的时间为f=0=0.1s=2T,故可 角为i,由反射定律和几何知识知，B十 4m,若波沿x轴正向传播，则t1到t。 9=45°，8+29十r=90°，联立解得r= 时间内波形平移的距离为△x=(3 知质点Q开始振动时质点P处于平衡 8,根据折射定律得加i-sin日 4n)m(m=0,1,2.…),则波速0= △z 位置，故D错误 sinsin月n,解 5.BC当A、B位于平衡位置的同侧时， 得i=日，过D点作出射光的平行线，则 将△t=t2一t代入数据，可得v= 3 该平行线与AB边的夹角为日，由几何 有 2A=Asin9. A=Asin6,得 知识知，入射光与出射光的夹角为 1+4n)m/sn三0.1,2…，由T自 90°，A正确，B、C、D错误。 12 3不，则质点第二 合代入数据，可解得T3干物s(厅 2 出射光 0,1,2,…),若n=0,则T=4s,由实 次经过B点时P%= 2 线波形图可知t1=2s时，O处质点在 平衡位置且向y轴正向运动，由振动 图像可知A正确，B错误；若波沿x轴 t,解得工=4t,此时位移关系为A B 459 负向传播，则t1到t2时间内波形平移 A 2L 提升练2(1)0.75 的距离为△x=(1十4n)m(n=0,1, =L,解得A= 故A错误，B 2 5-1 2,…),则波速= △，将△r=t2一t 正确；当A、B位于平衡位置的两侧 解析：(1)设光在三棱镜中的折射角为a, 1 √3 1 时，有-2A=Asin.,乞A=Asn9, 知图所示，则根据折射定律有m=日， 代入教据，可得0=3十3”/m/s sin a 根据几何关系可得α=30°， (m=0,1,2,…),由T=入代入数据， 得9。= 后或= 6π（由图中运 代入数据解得sinB=0.75。 U 12 动方向，舍去)，P6= 可解得T=1-4ns(n=01.2.…),若 3 或9=行，则 n=0,则T=12s,由实线波形图可知 质点第二次经过B点时，96= 3T,故 E t1=2s时，O处质点在平衡位置且向 2 y轴负向运动，由振动图像可知C正 确，D错误 T=t,解得T= 2π 号，此 真题演练感悟高考 时位移关系为 A A+ =L,解得A= (2)作出单色光线第一次到达半圆孤 1.A波长的大小由波源和介质决定：波 AMB恰好发生全反射的光路图，如图 2L 速由介质本身的性质决定，声波在不 ,故C正确，D错误。 所示，则由几何关系可知FE上从P点 同的介质中波速是不同的；声波传播 √3+ 到E点以日角入射的单色光线第一次 的周期和频率都是由波源决定的，与 第13讲光学 电磁波 到达半圆孤AMB都可以发生全反射， 介质无关，所以由同一波源发出的声 波在空气和水两种不同介质中传播 考向探究素养提升 根据全反射临界角公式有smC=】, 时，波速和波长均不同，周期和频率均 设P,点到FG的距离为l,则根据几何 考向一 光的折射与全反射 相同。故选A。 关系有l=Rsin C, 1 2.B同种介质中机械波的波速U不变， 典例1 R-i W4-22 又xPE 2L c0s30°， 设OA=2AB=2L,故可得t1 ,可 解析：画出光路图，如图所示。 =23」 元一之1，故可得B振动的时 1 联立解得xpg=9R, O> 故光线在EF上的入射点D到E点的 3 刻为t=t1十ta=之t1,故选B。 更高花周为(b.2R 3.A根据反射信号图像可知，超声波的 考向二光的波动性电磁波 传播周期T=2X107s,又因波速0 典例2BD在双缝干涉实验中，保持 6300m/s,则超声波在翼材料中的 根据折射定律可知inc =n=√3，设临 入射光的频率不变，增大双缝间的距 波长入=vT=1.26×10m,结合题 sin B 图(b)和题图(c)可知，两个反射信号传 界角为C,得sinC= 11 播到探头处的时间差为△t=1.5× 3,由sin9+ 离，由△x=了入可知，相邻两条亮条纹 间距减小，A错误；日落时分，拍摄水 ☑一红勾·讲与练·高三二轮物理 -286- 面下的景物，在照相机镜头前装上偏 的折射率比单色光C的大，所以单色 振滤光片，可以滤去水面的反射光，使 光B的频率比单色光C的大，根据 sin49,B正确，A错误；当他以a=60 像更清晰，利用了光的偏振原理，B正 确：由产生明显衍射现象的条件可知 入=行可知，单色光B的波长比单色光 向水面发射激光时，由几何关系得入 用同一个单缝做衍射实验，波长越长 C的小，C、D错误。 射角=30，由折射定律元=n知， 的光产生的中央亮条纹越宽，C错误； a 折射角大于30°（易错：光由介质射入 用紫外线照射大额钞票，用荧光物质 印刷的文字会显示，利用的是紫外线 空气折射定律为上=加三)，故岸上救 n sin r 的荧光效应，D正确。 援人员接收激光光束的方向与水面的 提升练3AB图甲中为调幅波，不影 b c 夹角小于60°，C正确，D错误。 响频率，故波长不变，A正确；图乙中 提升练6B已知在该介质中红光的折 专题六热学 天文学家利用射电望远镜接收无线电 射率小于绿光的折射率，在MN面，入 波，进行天体物理研究，B正确；红外线 射角相同，根据折射定律n sin 夜视仪利用的是红外遥感技术，C错 siha,可 近代物理初步 误；CT机通过X射线拍摄人体组织 知绿光在MV面的折射角较小，根据 第14讲热学 D错误。 几何关系可知绿光比红光更靠近P 提升练4AD根据光的反射对称性可 点，故A错误：根据全反射发生的条件 考向探究 素养提升 知光源S与平面镜中的虚像距离为 sin C= ,可知，红光发生全反射的临 考向一 分子动理论固体和液体 典例1BC分子间距离增大时，分子间 2a,根据条纹间距公式可知△x= 界角较大，日逐渐增大时，折射光线与 的作用力不一定减小，与分子力表现 NP面的交点左移过程中，在VP面的 2后入，故A正确，B错误：若将整套装置 为引力和斥力有关，故A错误：M表示 入射角先小于红光发生全反射的临界 铜的摩尔质量，表示铜的密度，则铜 完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中， 角，所以红光的全反射现象先消失，故 B正确；在MN面，光是从光疏介质到 的摩尔体积V= ,一个铜原子所占 光的频率不变，根据入f=c,U=入1f p 光密介质，无论0多大，在MN面都不 ,其中c为在真空中的光速，则入1 n 可能发生全反射，故C错误：根据折射 空间的体积可表示为V,=N一pN 刀，故C错误：若将整套装置完全浸入 定律n=sin 可知，日逐渐减小时，两 故B正确；液体的表面张力形成的原 sin a 因是液体表面层分子间的距离略大于 某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮 束光在MV面折射的折射角逐渐减 r。,分子力表现为引力，故C正确；晶体 条纹的中心间距为△x,根据条纹间距 小，故D错误。 分单晶体和多晶体，只有单晶体具有 公式有△=云，可得=2@A ,结 真题演练 感悟高考 规则形状，各向异性，而多晶体没有规 则形状，各向同性，故D错误。 合C的分析可知入，=2@△= 1.A由于红光的频率小于蓝光的频率， 提升练1D晶体熔化过程中温度不 ,所以 则红光的波长大于蓝光的波长，根据 n 变，分子平均动能不变，故A错误；水 E=y,可知蓝光光子的能量大于红光 黾可以在水面自由活动，是因为水的 n=2a△，故D正确。 表面张力，故B错误；每隔一段时间把 考向三几何光学与物理光学的综合 光于的能量，根据力=会，可知蓝充光 观察到的小炭粒的位置记录下来，然 应用 子的动量大于红光光子的动量，故A 后用直线把这些位置依次连接成折 典例3AC根据折射定律和反射定律 正确，B错误；由于红光的折射率小于 线，所以图像反映每隔一段时间小炭 作出光路图如图所示，根据几何关系 蓝光的，根据0=S ,可知在玻璃中传 粒的位置，而不是运动轨迹，故C错 可知，光在棱镜内bc边反射时的入射 误：图丁中A是浸润现象，B是不浸润 播时，蓝光的速度小于红光的速度，故 角，甲光的比乙光的大，而光在ab边发 现象，故D正确。 C错误：光从一种介质射入另一种介质 生折射时，乙光的折射角较小，根据折 提升练2D根据分子处于平衡位置 中频率不变，故D错误。 射定律可知棱镜对乙光的折射率大， (即分子之间距离为”。)时分子势能最 2.A入射角相同，由于B1<B2,根据折 则乙光的频率高，根据c=f入可知，乙 小可知，曲线I为分子势能随分子之间 射定律可知n甲>nt,故甲浓度大；根 光的波长短，A正确，B、D错误；根据 距离？变化的图像；根据分子处于平 据v= ,可知光线在甲中的传播速度 衡位置（即分子之间距离为r。)时分子 ⑦一)可知，在棱镜中的传播速度，甲 间作用力为零，可知曲线Ⅱ为分子引 ,可知折射率越大 1 光的比乙光的大，C正确。 较小由sinC= 力和斥力的合力随分子之间距离？变 临界角越小，故甲临界角小。故选A。 化的图像：根据分子之间斥力随分子 之间距离的增大而减小且比引力变化 空。甲 3.A 由千涉条纹间距△x= d可知 快，可知曲线Ⅲ为分子间斥力随分子 提升练5A如图所示，设单色光B从 换用更粗的头发丝，双缝间距d变大， 之间距离r变化的图像。故D正确。 玻璃砖射出时的折射角为Y,根据折射 则相邻两条亮纹中心间距△x变小，故 考向二 气体实验定律和理想气体状 定律，有n=sin日 n=Sin y A正确：换用红色激光照射双缝，波长 态方程 sin a sin月，从图中可 变长，则相邻两条亮纹中心间距△x变 典例2(1)0.9×10Pa 知，单色光B从玻璃砖射出时的入射 大，故B错误；增大纸板与墙面的距离 (2)3.6×10-2m3(3)110kg 角B大于从空气射入玻璃砖时的折射 l,则相邻两条亮纹中心间距△x变大 解析：(1)假设温度降低到T2时，差压 角a,则∠Y>∠0，若y≥90°，则单色光 故C错误；减小光源与纸板的距离，不 阀没有打开，A、B两个汽缸导热良好， B能发生全反射，A正确；根据折射定 会影响相邻两条亮纹中心间距△x,故 B内气体做等容变化，初态pm=力。， 律，可知单色光B的折射率比单色光 D错误。 T1=300K, 可知，在玻璃砖中， 4.BC只有a>41°时，岸上救援人员才 末态T2=270K C的大，根据v= n 能收到他发出的信号，故临界角为C 单色光B的速度比单色光C的小， 90°一a=49°，水的折射率n= B错误；根据折射定律，可知单色光B sin C 代入数据可得pe=0.9X105Pa。 -287- 参考答案一