专题5 第11讲 光 电磁波（PPT课件）-【正禾一本通】2026年高考物理二轮专题复习高效讲义

物 理 高三二轮专题复习高效讲义 高三二轮专题复习高效讲义 物 理 1 专题五 PPT下载 http:///xiazai/ 光学 热学 近代物理 2 第11讲　光　电磁波 热点1　光的折射与全反射 　考向1　光的折射　　　　 考向2 全反射与折射的综合 热点2　光的波动性　电磁波 考向1　双缝干涉　　　 考向2 薄膜干涉 考向3 电磁波 热点3　物理光学和几何光学的综合 课下巩固检测练（十一） 光　电磁波 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 谢谢观看 建构知识体系 【明·误区】 【记·结论】 1.盲目套用折射率公式进行计算，忽视光是从介质进入真空还是从真空进入介质。 2．光从光密介质进入光疏介质时，没有判断是否发生全反射，光路图出现错误。 3．分析几何光学问题时不能正确画出光路图，或不能充分挖掘隐含的几何关系。 4．对双缝干涉或薄膜干涉的形成原因、条纹特点等理解不深，不能解释相关现象。 5．对单色光的特征识记错误，或不能由折射率情况推知频率、波长、速度等信息。 6．电磁波谱的排序出现错误，或不能正确识记不同电磁波的特点及应用 1.从介质正上方的真空看介质中的物体时，视深h′＝，式中n为介质的折射率，h为实际深度。 2．光线经过玻璃砖后会发生侧移，即出射光线和入射光线一定平行，且折射率越大的光线偏移越大。 3．光在介质中的传播速度v＝，波长λ＝，λ0为真空中的波长。 4．光的色散现象里，紫光频率高、折射率大，偏折程度大；红光频率低、折射率小，偏折程度小。 5．薄膜干涉的条纹间距公式Δx＝，式中θ为薄膜的倾角，λ为光在相应介质中的波长 【明·误区】 【记·结论】 4．对双缝干涉或薄膜干涉的形成原因、条纹特点等理解不深，不能解释相关现象。 5．对单色光的特征识记错误，或不能由折射率情况推知频率、波长、速度等信息。 6．电磁波谱的排序出现错误，或不能正确识记不同电磁波的特点及应用 4．光的色散现象里，紫光频率高、折射率大，偏折程度大；红光频率低、折射率小，偏折程度小。 5．薄膜干涉的条纹间距公式Δx＝，式中θ为薄膜的倾角，λ为光在相应介质中的波长 【例1】 (2025·河南高考)折射率为的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为45°，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为(不考虑光线在圆柱内的反射)(　　) A．0° B．15° C．30° D．45° 解析：选B。由折射定律可知光线射入玻璃时的折射角r满足sin r＝，解得r＝30°，光路图如图所示，则由几何知识可知，该光线从圆柱体中射出时与竖直方向的夹角α＝2×30°－45°＝15°，B正确。 【例2】 (2025·广西高考)如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线1和2，从扇形材料的A点传播，光线1传到圆弧(圆)AC的中点B。光线2传播到C点偏上，则两光线发生下列哪种情况(　　 ) A．1不全反射，2全反射 B．都不全反射 C．都全反射 D．1全反射，2不全反射 解析：选C。因n>可得临界角sin C＝<，即C<45°，因射到B点的光线的入射角为α＝＝67.5°>C，可知光线1会发生全反射；因射到C点偏上的光线的入射角为β>45°>C，可知光线2会发生全反射，故C正确。 【例3】 (2025·湖北高考)如图所示，三角形ABC是三棱镜的横截面，AC＝BC，∠C＝30°，三棱镜放在平面镜上，AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O点，入射角为α，O点离A点足够近，已知三棱镜的折射率为。 (1)若α＝45°，求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。 (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边，并在BC边刚好发生全反射，求此时的α值。 解析：(1)作出光路图如图所示， 由三角形内角和为180°和等腰三角形特点可知∠BAC＝75°，由几何关系可知，光线从AB边射入棱镜时的入射角i＝90°－[75°－(90°－α)]＝105°－α 当α＝45°时，i＝60° 根据折射定律n＝可知，光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值为 sin r＝。 (2)由(1)问图可知，光线在BC边的入射角为β＝90°－[180°－75°－(90°－r)]＝75°－r，由于光线在BC边恰好发生全反射，由发生全反射的临界角公式有 sin C0＝，即C0＝45° 则当光线在BC边恰好发生全反射时，β＝C0，即 r＝30° 根据折射定律可知，该情况下光线从AB边射入棱镜时入射角的正弦值为sin i＝，即i＝45° 结合(1)问中i＝105°－α可知，光线在BC边恰好发生全反射时α的值为60°。 答案：(1)　(2)60° [总结提升]求解光的折射和全反射问题的思路 (1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系。 (3)利用折射定律等公式求解。 (4)注意折射现象中光路的可逆性。 【例1】 (2025·重庆高考)杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为λ的激光垂直入射到双缝上，在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a，则(　　 ) A．相邻两亮条纹间距为 B．相邻两暗条纹间距为 C．双缝之间的距离为λ D．双缝之间的距离为λ 解析：选C。根据题意，由题图可知，相邻两亮条纹(暗条纹)间距为Δx＝，故A、B错误；由公式Δx＝可得，双缝之间的距离为d＝λ，故C正确，D错误。 [总结提升]光的双缝干涉和单缝衍射的比较 比较项目 双缝干涉 单缝衍射 产生条件 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 各相邻条纹间距不相等 亮度 情况 清晰条纹，亮度基本相同 中央条纹最亮，两边变暗 与光的偏 振的区别 干涉和衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波 【例2】 (2025·山东青岛期中)如图甲所示，牛顿环装置是由一块曲率半径很大的平凸透镜(凸面朝下)与一块待检测的玻璃板紧密接触组成，两者之间夹着一层极薄的空气膜，其工作原理为“薄膜干涉”。若用单色光照射，会出现一些明暗相间的圆环如图乙所示，这些圆环的分布情况与曲率半径及被测玻璃板的表面情况有关。下列说法正确的是(　　 ) A．明暗相间的圆环等间距排列 B．干涉条纹是平凸透镜上、下表面的反射光叠加形成的 C．平凸透镜的曲率半径越大，相邻圆环的间距越小 D．若改用频率更高的单色光照射，同一级圆环的半径变小 解析：选D。明暗相间的同心圆环是由平凸透镜和玻璃板之间的空气膜上下两表面的反射光发生干涉后形成的，同一亮圆环(或暗圆环)处空气膜的厚度相等，相邻的两个亮圆环处，空气膜的厚度差等于半个波长，离圆心越远的位置，空气膜的厚度减小得越快，则圆环越密，故同心圆环内疏外密，故A、B错误；若换成曲率半径更大的平凸透镜，相同的水平距离空气层的厚度变小，故观察到的圆环状条纹间距变大，即同种单色光照射时形成的同心圆环将变稀疏，故C错误；若改用频率更高的单色光照射，波长越小，对于同一干涉装置，形成的干涉条纹间距小，即同一级圆环的半径变小，故D正确。 [总结提升] 几种典型的薄膜干涉图样 干涉装置 干涉图样 说明：以上干涉图样的特点都可以用薄膜干涉的条纹间距公式Δx＝进行解释。 【例3】 (多选)(2025·陕西咸阳模拟)2024年10月1日，中国天眼景区元宇宙XR沉浸式体验馆将在平塘县中国天眼景区开业，为人们带来一场前所未有的宇宙探索之旅。如图所示是中国天眼FAST­500 m口径球面射电望远镜，天眼接收的射电波工作波长在分米到米的范围，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是(　　 ) A．天眼接收的射电波是可见光 B．天眼接收的射电波的频率区间为108 Hz～109 Hz C．天眼只能在白天晴朗的天气工作 D．天眼接收宇宙中的信号，说明电磁波的传播不需要介质 解析：选BD。天眼接收的射电波是无线电波，故A错误；根据f＝～109 Hz，故B正确；天眼接收的是无线电波，由于无线电波不受光照和气候的影响，因此它可以全天候工作，故C错误；宇宙中的信号能传输到地球，说明电磁波的传播不需要介质，故D正确。 (2025·辽宁沈阳二模)为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视图如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是(　　 ) A．a光发生全反射的临界角大 B．a光的频率小于b光 C．水对a光的折射率大于对b光的折射率 D．用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小 解析：选C。作出光路图如图所示， 在被照亮的圆形区域边缘a光恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则a光的临界角较小，故A错误；根据n＝可知，水对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，故B错误，C正确；a光的频率较高，则波长较小，根据Δx＝λ可知，用同一装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，故D错误。 [总结提升]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 同一介质中速度 大→小 波长 大→小 临界角 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 【基础练】 1．(2025·北京高考)下列现象属于光的衍射的是(　　 ) A．雨后天空出现彩虹 B．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C．肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D．水中的气泡看上去特别明亮 解析：选B。雨后彩虹是阳光在雨滴中发生折射、反射和色散形成的，属于光的色散现象，故A不符合题意；通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光通过狭缝边缘产生的衍射现象，故B符合题意；肥皂膜彩色条纹是光在薄膜前后表面反射后发生干涉形成的，属于薄膜干涉，故C不符合题意；水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射，使得更多光线进入人眼，故D不符合题意。 2．(2025·云南昆明期末)我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段(X波段和S波段)”雷达系统，雷达发射的X波段的电磁波频率为8 GHz～12 GHz，S波段的电磁波频率为2 GHz～4 GHz，下列说法正确的是(　　 ) A．在空气中X波段的传播速度大于S波段的传播速度 B．X波段能量子的能量比S波段能量子的能量大 C．S波段和X波段的频率都比紫外线的大 D．在空气中S波段的波长比X波段的短 解析：选B。X波段和S波段均为电磁波，它们在空气中的传播速度相同，故A错误；电磁波的能量与其频率成正比，则X波段能量子的能量大于S波段能量子的能量，故B正确；根据电磁波谱可知S波段和X波段的频率都比紫外线的小，故C错误；根据c＝fλ，S波段的频率较小，可知在空气中S波段的波长比X波段的更长，故D错误。 3．(2025·山东高考)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO′轴对称，光屏垂直于OO′轴放置。将偏振片P1垂直于OO′轴置于双缝左侧，单色平行光沿OO′轴方向入射，在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片P2置于双缝右侧，P1、P2透振方向平行。保持P1不动，将P2绕OO′轴转动90°的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法正确的是(　　) A．条纹间距不变，亮度减小 B．条纹间距增大，亮度不变 C．条纹间距减小，亮度减小 D．条纹间距不变，亮度增大 解析：选A。初始时P2与P1的透振方向平行，则光屏上的干涉条纹亮度最大，P2绕OO′轴转动90°的过程中，亮度逐渐减小，B、D错误；转动P2不会影响光的波长λ、双缝间距d和光屏到双缝的距离L，由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，条纹间距不变，A正确，C错误。 4．(2025·广东高考)如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为α的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为β，该折射率为(　　) A． B． C． D． 解析：选A。作出光射出玻璃时界面的法线如图所示， 由几何关系可知，光射出玻璃时的折射角(在空气中的光线与法线的夹角)为α＋β，入射角(在玻璃中的光线与法线的夹角)为α，由折射定律n＝可知，该折射率为n＝，故A正确。 5．(2025·青海海东模拟)如图所示，一圆柱形筒的直径为8 cm、高为6 cm。人眼在筒的斜上方某处观察时，恰好能看到桶底，当筒中装满某种液体时，恰能看到筒底圆心。则光在此液体中的折射率为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选B。根据题意画出光路图如图所示， 根据图中几何关系有入射角α的正弦值为sin α＝，折射角γ的正弦值为sin γ＝，根据折射率公式n＝，解得折射率n＝，故B正确。 6．(多选)(2024·甘肃高考)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是(　　 ) A．该材料对红光的折射率为 B．若θ＝45°，光线c消失 C．若入射光a变为白光，光线b为白光 D．若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 解析：选ABC。如图所示， 根据几何关系可知，当入射角θ＝30°时，折射角β＝90°－θ＝60°，根据折射定律可得n＝，A正确；根据全反射临界角公式可知sin C＝，由于sin 45°＝>，则45°>C，因此θ＝45°时，光在O点发生全反射，光线c消失，B正确；光在界面处发生反射时，不改变光的颜色，则入射光a的颜色与反射光b的颜色相同，C正确；若入射光a变为紫色，则折射角增大，反射角不变，根据几何关系可知，光线b和c的夹角将小于90°，D错误。 【综合练】 7．(2025·四川遂宁预测)城市停车自动收费系统如图甲所示，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路。当车靠近自感线圈L时，相当于在线圈中插入铁芯，使自感系数变大，引起LC电路中的振荡电流频率变化。智能停车位计时器根据振荡电流频率变化进行计时。某次振荡电路中的电流随时间的变化如图乙所示，下列说法正确的是(　　 ) A．t2时刻电容器C所带电荷量为零 B．t1～t2过程，线圈L中磁场能在减小 C．t1～t2过程，线圈L的自感电动势在减小 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 解析：选B。t2时刻电流为零，此时电容器C所带电荷量最大，故A错误；t1～t2过程，电流逐渐减小，电容器充电，磁场能向电场能转化，线圈L中磁场能在减小，故B正确；t1～t2过程，电流变化的速率越来越大，线圈L的自感电动势在增大，故C错误；由题图乙可知，振荡电路的周期变大，根据T＝2π，可知线圈自感系数变大，则汽车正驶入智能停车位，故D错误。 8．(2025·广东广州三模)彩虹是由太阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的。如图为彩虹形成的示意图，一束白光L由左侧射入水滴，a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条单色光线。则(　　 ) A．a光的频率小于b光的频率 B．a、b光在由空气进入水滴后波长变长 C．从同一介质射向空气，a光比b光容易发生全反射 D．通过同一双缝干涉装置，a光的相邻条纹间距比b光的大 解析：选C。由题图可知，a光的偏折程度大于b光，可知水滴对a光的折射率大于对b光的折射率，所以a光的频率大于b光的频率，故A错误；a、b光在由空气进入水滴后波速变小，频率不变，根据λ＝，可知波长变短，故B错误；根据sin C＝可知，a光的临界角小于b光的临界角，即a光比b光容易发生全反射，故C正确；由于a光的频率大于b光的频率，所以a光的波长小于b光的波长，根据Δx＝λ可知，通过同一双缝干涉装置，a光干涉的相邻条纹间距比b光的小，故D错误。 9．(2025·河北5月模拟)如图甲为水晶透明“平安扣”，由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q(图中未画出)，并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为(　　 ) A． B． C． D． 解析：选A。作出光在水晶中的光路图如图所示， 设P点到内表面发生全发射的点距离为l，根据图中几何关系和正弦定理有，光在内环上刚好发生全反射，则sin C＝，由对称性可知，光从P点射入到从Q点射出的时间为t＝，又光在水晶中的传播速度v＝，联立解得t＝，故A正确。 10．如图所示，某同学为了测量某浓度糖水的折射率，将圆柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再将圆柱体竖直插入水中，圆柱体的中轴线与圆桶的中轴线重合；用刻度尺测量圆柱体在糖水中成的像的直径d2＝5.80 cm；已知圆柱体截面直径为d1＝4.00 cm，透明圆桶直径d3＝10.00 cm。则该糖水的折射率为(　　 ) A．1.45 B．1.72 C．2.00 D．2.50 解析：选A。作出对应的光路图如图所示， 根据几何关系可得sin i＝，sin r＝，则该糖水的折射率为n＝＝1.45，故A正确。 11．(2025·安徽高考)如图，玻璃砖的横截面是半径为R的半圆，圆心为O点，直径与x轴重合。一束平行于x轴的激光，从横截面上的P点由空气射入玻璃砖，从Q点射出。已知P点到x轴的距离为R，P、Q间的距离为R。 (1)求玻璃砖的折射率； (2)在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心O点发生全反射，求入射光线与x轴之间夹角的范围。 解析：(1)连接OP、OQ并延长，这两条线分别为P、Q两点所在界面的法线，过P点作PM垂直于x轴并交x轴于M点，过O点作ON垂直于PQ并交PQ于N点，如图所示 由于在P点的入射光线平行于x轴，则由同位角相等可知光在P点的入射角等于∠MOP，又光在P点的折射角为∠OPN，则由折射定律可得玻璃砖的折射率为 n＝ 由几何关系可知 sin ∠MOP＝ sin ∠OPN＝ 联立可得n＝。 (2)由于圆弧上任意点所在界面的法线均过圆心O，所以为了使激光能在圆心O点发生全反射，入射光线应沿半径方向射入玻璃砖，且光线在O点的入射角应大于等于全反射的临界角，由全反射临界角公式可知 sin C＝ 则临界角C＝45° 则光线在O点的入射角应大于等于45°，又入射光线与x轴之间的夹角与光线在O点的入射角互余，故入射光线与x轴之间的夹角范围为(0°，45°]。 答案：(1)　(2)(0°，45°] 【创新练】 12．(2025·甘肃高考)已知一圆台容器，高H＝15 cm，上口径R＝13 cm，容器底部中心有一质点，未装入水时，人眼从容器边缘无法观测到该质点，装入某种液体后，恰好可以看到，此时液面高度h＝12 cm，人眼观测角度α满足sin α＝，人眼到入射处距离为5 cm。光在真空中的传播速度c＝3×108 m/s，求： (1)该液体的折射率； (2)光从底部质点反射至人眼全过程的时间。 解析：(1)根据题意画出光路图如图所示， 由几何关系可得 sin i＝，O′B＝H－h＝3 cm 则有O′A＝4 cm，AB＝5 cm 则sin r＝ 由折射定律可得该液体的折射率为 n＝。 (2)根据题意，由图可知，光在空气中传播的距离为 s1＝10 cm 光在液体中的传播距离为 s2＝OB＝＝15 cm 光在液体中的传播速度为v＝ 则光从底部质点反射至人眼全过程的时间 t＝ s＋ s≈1×10-9 s。 答案：(1)　(2)1×10-9 s $