18 专题五 第18课时 光学 电磁波（教师用书Word版）-【高考快车道】2026年高考物理大二轮专题复习与讲义

第18课时　光学　电磁波 【备考指南】　 1．重点理解光的折射定律和全反射的内涵。平时多注重数学能力的训练和培养，重点突出与数学知识中三角函数相关联的训练。 2．理解光的干涉、衍射和偏振现象的概念及相关现象的解释。重点掌握用双缝干涉测量光的波长的实验，理解双缝干涉实验中各物理量的含义及关系。 3．关注前沿科技、生活实际等情境中与光学知识相联系的部分，加强学生对情境问题的阅读能力和理解能力。 热点一　光的折射与全反射 1．求解折射率的三个公式 (1)n12＝。 (2)n＝。 (3)n＝。 2．求解光的折射、全反射问题的两个关键点 [典例1]　[折射定律](2025·河南卷)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° 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。 ] 【教师备选资源】 [折射定律](2024·贵州卷)一种测量液体折射率的V形容器，由两块材质相同的直角棱镜粘合，并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体，一激光束从左边棱镜水平射入，通过液体后从右边棱镜射出，其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为n0、n，光在棱镜和液体中的传播速度分别为v0、v，则(　　) A．n<n0，v>v0　　　 B．n<n0，v<v0 C．n>n0，v>v0 D．n>n0，v<v0 A　[由题图可知光从棱镜进入液体中时，入射角小于折射角，根据折射定律可知n<n0，根据折射率的速度表达式v＝，可得v>v0，故选A。] [典例2]　[光的折射与全反射的综合应用](2025·山东卷)由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示。器件下表面圆弧以O点为圆心，上表面圆弧以O′点为圆心，两圆弧的半径及O、O′两点间距离均为R，点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与OO′平行，到OO′的距离均为R。 (1)B点与OO′的距离为R，单色光线从B点平行于OO′射入介质，射出后恰好经过O′点，求介质对该单色光的折射率n； (2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质，并垂直CH射出。出射点在GE的延长线上，E点在OO′上，O′、E两点间的距离为R，空气中的光速为c，求该光在介质中的传播时间t。 [解析]　(1)单色光线从B点射入介质，射出后恰好经过O′点，则单色光线经过B点进入介质后沿BO′传播，作出光路图如图1所示 由几何关系可知单色光线在B点的入射角i的正弦值为 sin i＝＝ 折射角r满足2r＝i 由折射定律可知介质对单色光的折射率为n＝ 联立解得n＝。 (2)由几何关系可知单色光入射到介质上表面的入射角满足sin r′＝，又sin r′>sin C0＝，则单色光在介质上表面发生全反射，结合几何关系可作出其光路图如图2所示 则单色光在介质中传播的距离为x＝2×＝R 由v＝可知单色光在介质中的传播速度为v＝ 该光在介质中的传播时间为t＝＝。 [答案]　(1)　(2) 　光的折射和全反射题型的分析思路 (1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。 (2)找入射点，确认界面，并画出法线。 (3)明确两介质折射率的大小关系。 ①若光疏→光密：一定有反射光线和折射光线。 ②若光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。 (4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，联立求解。 【教师备选资源】 [全反射在科技中的应用](2025·陕西铜川模拟)光刻机是半导体工业耀眼的明珠，是生产大规模集成电路的核心设备。光刻机物镜投影原理简化图如图所示，其中△MNP为等腰直角玻璃三棱镜，直角边长为2R，O′为MP边的中点，半球形玻璃砖的半径为R，O为球心，OO′为半球形玻璃砖的对称轴，O点到三棱镜NP边的距离为3R，两条平行光线a、b间距为 R，从左侧垂直MN边射入三棱镜，经反射向下进入半球玻璃砖，反射光线关于轴线OO′对称，最后聚焦到硅片上F点，已知棱镜和玻璃砖的折射率为，光在真空中的速度为c，求： (1)O、F两点间的距离； (2)光从进入三棱镜到聚焦点F的时间。 [解析]　(1)设光在三棱镜发生全反射的临界角为C，由sin C＝＝，可得C<45°，光在三棱镜中发生全反射。根据题意画出光线a在半球形玻璃砖的入射光线和出射光线，如图所示。 设光射入半球玻璃砖的入射角为α，由几何关系得sin α＝＝ 可得α＝60° 由折射定律有n＝，可得β＝30° 由几何关系得光线在半球形玻璃砖出射面的入射角i＝30°，折射角为γ，由折射定律n＝ 得γ＝60°，可得OE＝R，OF＝OE tan 30°＝。 (2)光在三棱镜及半球内的速度v＝＝c 光线在三棱镜的传播路程s1＝2R 在半球内传播路程s2＝DE＝OE＝R 光线在空气中的传播路程 s3＝CD＋EF＝(3R－R cos 60°)＋＝ 光从进入棱镜到聚焦点F的时间t＝＝。 [答案]　(1)　(2) 热点二　光的波动性与电磁波 1．光的双缝干涉和单缝衍射的比较 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与波长差不多或小于波长(明显衍射现象) 图样 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，亮度基本相同 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 2．电磁波 (1)电磁波是横波。 (2)电磁波传播不需要介质，能在真空中传播。在介质中传播时的速度与介质种类和电磁波频率有关。 (3)电磁波谱：按波长由长到短排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 [典例3]　[双缝干涉](2025·山东卷)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 A　[根据干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，当P2旋转时，L、d、λ均不变，故条纹间距不变；随着P2的旋转，透过P2的光强在减小，干涉条纹的亮度在减小。故选A。] [典例4]　[薄膜干涉](2025·1月八省联考内蒙古卷)增透膜被广泛应用于各种光学透镜。如图，入射光1以接近法线方向入射镀膜镜片，反射光2和3在P处相干减弱，则2和3在P处的光振动图像可能为(　　) A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D C　[由题可知2和3两束光在P处相干减弱，所以两束光在P处振动步调相反，根据同侧法可知C正确。故选C。] 　三类模型图解分析 分类 情境图示 情境解读 双缝 干涉 两列波振动情况相同时：亮条纹，光程差Δx＝nλ(n＝0，1，2，…) 暗条纹，光程差Δx＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…) 薄膜 干涉 如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图中P所示；如果某处凸起，则对应亮条纹(或暗条纹)延后出现，如图中Q所示(注：“提前”与“延后”指由左向右的顺序位置) 光的 衍射 泊松亮斑：圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环 圆孔衍射： (1)单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环。越向外，圆环亮度越低。 (2)白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环 [典例5]　[新情境·电磁振荡在生活中的应用](2025·浙江温州一模)图甲为智能停车位，车位地面预埋有自感线圈L和电容器C构成LC振荡电路。当车辆靠近自感线圈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中磁场能在增大 C．t1～t2过程，线圈L的自感电动势在增大 D．由图乙可判断汽车正驶离智能停车位 C　[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错误；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正确；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。故选C。] 热点三　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 同一介质中的速度 大→小 波长 大→小 临界角 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 [典例6]　(多选)为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。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被照亮的圆形区域，俯视图如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复合光，以下说法中正确的是(　　) A．在水中a光波速小于b光波速 B．a光的频率小于b光的频率 C．用同一套装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小 D．若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光也一定能发生明显衍射现象 AC　[如图所示，在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则知a光的临界角较小，根据sin C＝，知a光的折射率较大，由v＝，知a光在水中的传播速度比b光小，a光的频率高于b光的频率，故A正确，B错误；由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，可知a光波长更短，条纹间距更小，故C正确；单缝的尺寸小于光波的波长，或与波长差不多时能发生明显衍射现象，由于a光的波长小于b光的波长，所以若某单缝能使b光发生明显衍射现象，则a光不一定能发生明显衍射现象，故D错误。故选AC。 ] 1．[全反射现象](2025·广西卷)如图，在扇形玻璃EOG中，OE⊥OF，可见光分别从E点沿EM、EN射向真空。该玻璃对可见光的折射率为，则(　　) A．沿EM的光发生全反射，沿EN的光不发生全反射 B．沿EM的光不发生全反射，沿EN的光发生全反射 C．沿EM、EN的两束光都发生全反射 D．沿EM、EN的两束光都不发生全反射 C　[过M点和N点分别作出两界面的法线，设EM光线的入射角为θ，EN光线的入射角为α，如图所示，则在等腰三角形OEM中，∠EOM＋2θ＝180°，又∠EOM＜90°，则θ＞45°，同理，在等腰三角形OEN中，∠EON＋2α＝180°，又∠EON＜90°，则α＞45°，根据全反射临界角公式sin C＝得C＝45°，由于α和θ均大于C，故沿EM、EN的两束光都发生全反射，C正确。 ] 2．[全反射与生活的融合]在园林景观中，水景很得大家喜爱，硬质水池主要由水泥拼砌花纹、鹅卵石铺成，灯带需要装在靠近池底的位置，将一半径为0.5 m的圆形细灯带水平铺在池底，灯带距水面深度为 m，池水的折射率为，水面上的发光面积是(　　) A．0.04π m2 B．0.64π m2 C．0.6π m2 D．0.68π m2 C　[灯带发出的光在水面发生全反射时的临界角对应的正弦值sin C＝＝，则tan C＝，灯带上的一个点发出的光在水面发生全反射的临界角如图甲所示，根据几何关系可得r＝h tan C＝0.3 m，则灯带发出的光，从上往下看是一个圆环，大圆半径为0.8 m，小圆半径为0.2 m，如图乙所示，综合分析可知，水面上的发光面积为(0.82π－0.22π)m2＝0.6π m2，C正确。 ] 3．[折射率＋全反射](2025·安徽卷)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)画出光路图如图1所示 由几何关系可得α＝45°，β＝30° 则n＝＝＝。 (2)激光能射到圆心O上，说明入射光线一定沿半径方向射入玻璃砖，画出光路图如图2所示。 由sin C＝可得C＝45°，由图2可知 θ1＝45°，θ2＝135° 设入射光线与x轴之间夹角为θ时可以在O点发生全反射，则0°<θ≤θ1或θ2≤θ≤180° 即0°<θ≤45°或135°≤θ<180°。 [答案]　(1)　(2)0°<θ≤45°或135°≤θ<180° 16/16 学科网（北京）股份有限公司 $