20 专题五 第20课时 光学（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策略（江苏专版）

第20课时　光学 [建体系·知关联](教师用书独具) [析考情·明策略] 1．光 2．电磁波 真题呈现 2025江苏T5(LC振荡电路的特点) 2025江苏T7(光的衍射、全反射) 2024江苏T2(光的偏振) 2024江苏T6(光的折射) 2023江苏T5(光的折射定律、折射率) 2023江苏T6(干涉条纹间距的影响因素) 2022江苏T12(光的折射定律、折射率) 考情分析 本节重点考查光的折射定律和全反射，光的干涉、衍射等知识点，在选择题和计算题中均有涉及。 考点1| 光的折射与全反射 1．折射率 (1)n＝。 (2)n＝。 2．全反射的条件 (1)光从光密介质射向光疏介质。 (2)入射角大于或等于临界角。 (3)sin C＝。 3．光的色散问题 (1)同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。 (2)由n＝可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越短。 4．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体对光路的控制 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 光路图 对光线的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折 考向1　平行玻璃砖对光的折射 [案例1]　(2025·江苏南通高三统考)光导纤维(可简化为长直玻璃丝)的示意图如图所示。玻璃丝长为L，AB、CD为其左、右平行的两端面。一单色光以入射角θ(可调整)从AB端面射入玻璃丝，且全部从CD端面射出。已知玻璃丝对该单色光的折射率为n，光在真空中的速度为c。求： (1)sin θ的取值范围； (2)光在玻璃丝中传播的最长时间tmax。 [解析]　(1)玻璃丝对该单色光的折射率为n，令临界角为C，则有sin C＝，作出光路如图所示。 由于一单色光以入射角θ(可调整)从AB端面射入玻璃丝，且全部从CD端面射出，则β≥C 由于α＋β＝90°，＝n 解得sin θ ≤。 (2)光在玻璃丝中传播的距离x＝ 光在玻璃丝中传播的速度的大小为v＝ 结合上述可解得光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为t＝ 由于β≥C，则在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长 解得tmax＝。 [答案]　(1)sin θ ≤　(2) 考向2　三棱镜对光的折射 [案例2]　(2025·江苏南京二模)如图所示，将两个相同的直角三棱镜对称放置，三棱镜的顶角为θ，两棱镜间的距离为d。两束频率不同的光同时垂直射入第一个棱镜左侧面某处，经过两个棱镜从第二个棱镜右侧面分成两束光a、b平行射出，两束光出射时有一时间差Δt。下列说法正确的是(　　) A．a光的频率大于b光的频率 B．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传播速度 C．两束光分别通过相同的窄缝，b光的衍射现象更明显 D．d一定时，θ越小，Δt越大 B　[由光路图可知，b光的偏折程度大于a光，可知b光折射率较大，则a光的频率小于b光的频率，选项A错误；根据v＝可知a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传播速度，选项B正确；a光波长大于b光，可知两束光分别通过相同的窄缝，a光的衍射现象更明显，选项C错误；d一定时，θ越小，两束光从入射到出射的光的路程差越小，则Δt越小，选项D错误。故选B。] 考向3　圆柱体对光的折射 [案例3]　 (2025·江苏南通期末)如图所示为半圆柱体玻璃的横截面OBCD，OD为直径。一束复色光沿AO方向从真空射入玻璃，光线分别从B、C点射出，下列说法正确的是(　　) A．B、C光线的频率fB<fC B．B、C光线在玻璃中的传播速度vB>vC C．光线在玻璃中的传播时间tOB<tOC D．改变复色光入射角，光线可能会在半圆面上发生全反射 D　[从B点射出的光线在O点折射时，光的传播方向偏折大，说明玻璃对从B点射出的单色光折射率大，同种介质对不同频率的光的折射率越大频率越高，即B、C光线的频率fB>fC，故A错误；由光在介质中传播的速度公式v＝，知vB＜vC，故B错误；设光在O点折射时入射角、折射角分别为i、r，根据折射定律有sin i＝n sin r，又根据几何关系知，光从O到射出玻璃的光程L＝2R sin r，则折射光在玻璃中的传播时间t＝，可见时间与折射光线方向无关，光线在玻璃中的传播时间tOB＝tOC，故C错误；发生全反射的必要条件之一是光从光密介质射向光疏介质，改变复色光入射角，光线可能会在半圆面上发生全反射，故D正确。] [案例4]　(2024·江苏卷T6)现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则(　　) A．甲溶液折射率较大 B．甲溶液的NaCl浓度较小 C．光在甲溶液中的传播速度较大 D．光在甲中发生全反射的临界角较大 A　[由题中信息可知，入射角相同，折射角β1<β2，则根据折射定律可知n甲>n乙，即甲溶液的NaCl浓度较大，故A正确，B错误；根据v＝可知，光线在甲溶液中的传播速度较小，故C错误；由sin C＝可知，折射率越大临界角越小，则光在甲溶液中发生全反射的临界角较小，故D错误。] [案例5]　(2025·江苏卷T7)如图所示，一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出)，肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光(　　) A．波长等于亮环的周长 B．频率比在真空中的大 C．在肥皂膜与空气的界面上发生衍射 D．在肥皂膜与空气的界面上发生全反射 D　[激光在不同的介质中传播时，频率相同，波长不同，激光波长与亮环周长无关，故A、B错误；一束激光打进一个肥皂泡(图中未画出入射光线)，发现在肥皂泡内侧出现一个亮环，是因为激光在空气与肥皂膜分界面处发生了全反射，故C错误，D正确。故选D。] [案例6]　(2022·江苏卷T12)如图所示，两条距离为D的平行光线，以入射角θ从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直，求： (1)水的折射率n； (2)两条折射光线之间的距离d。 [解析]　(1)设折射角为γ，根据几何关系可得 γ＝90°－θ 根据折射定律可得n＝ 联立可得n＝tan θ。 (2)如图所示。 根据几何关系可得d＝·sin θ＝D tan θ。 [答案]　(1)tan θ　(2)D tan θ 【教师备选资源】 如图所示，一束由红绿两种单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜(横截面是等腰直角三角形)，入射方向平行于BC边，两种色光在BC边均发生全反射后再从AC边射出，其中红光的出射点是D，则绿光从AC边射出的光路可能正确的是(　　) 　 A　　　　　　　　　B 　 C　　　　　　　　　D A　[由于入射方向平行于BC边，根据光路的对称性可知，光达到AC边的入射角等于在AB边的折射角，所以最终单色光射出时也应该平行于BC边，故C、D错误；同一介质对绿光的折射率大于对红光的折射率，所以在AB边绿光的折射角小于红光的折射角，所以绿光从AC边射出时在D点的上方，如图所示，故A正确，B错误。 ] 考点2| 光的波动性、电磁波 1．光的干涉 产生条件：两束光频率相同、相位差恒定。 (1)光的双缝干涉 ①条纹间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹。 ②光的双缝干涉中相邻两亮条纹(或相邻两暗条纹)间距公式Δx＝λ。 ③如用白光做实验，中央为白色亮条纹，两边为彩色条纹。 (2)光的薄膜干涉现象：彩色油膜、增透膜、牛顿环。 2．光的衍射 产生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸与光的波长相差不多或比光的波长小。 (1)光的单缝衍射 ①条纹宽度和间隔不均匀，亮度不均匀，中央亮条纹最宽最亮。 ②单缝衍射装置等其他条件相同时，可见光中红光的中央亮条纹最宽，紫光最窄。 ③如用白光做实验，中央为白色亮条纹，两边为彩色条纹。 (2)光的其他衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑。 3．光的干涉现象和光的衍射现象表明光具有波动性，光的偏振现象说明光是横波。 4．可见光中各种色光特征的比较 单色光的颜色 红→橙→黄→绿→青→蓝→紫 频率(决定光的颜色) 低→高 真空(空气)中的波速 c＝3×108 m/s 真空(空气)中的波长 长→短 同一介质中的折射率n 小→大 同一介质中的光速v＝ 大→小 同一介质中的波长 长→短 同一介质中的全反射临界角C＝arcsin 大→小 5．电磁波的传播不需要介质，在真空中传播的速度等于光速。光是一种电磁波。 [案例7]　(2025·江苏南京高三月考)关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是(　　) 　　　　　 　 A．如图甲所示，竖直放置的肥皂薄膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，形成明暗相间的竖直条纹 B．如图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，膜的外表面和玻璃表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，膜的厚度为光在膜中波长的 C．如图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上表面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，图中条纹弯曲说明此处是凹下去的 D．如图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，可以看到等间距的明暗相间的圆环状条纹 C　[如题图甲所示，竖直放置的肥皂薄膜，来自前后两个面的反射光发生干涉，由于同一水平线上的薄膜厚度近似相同，所以干涉后能产生水平的明暗条纹，故A错误；如题图乙所示，照相机的镜头表面常常镀一层透光膜，从薄膜前后两表面反射的光发生干涉使镜头看起来有颜色，为使反射光减弱，膜的厚度为光在膜中波长的，故B错误；如题图丙所示，利用光的干涉检查平整度，用单色光从上表面照射，空气膜的上下两个表面反射的两列光波发生干涉，如果某处凹下去，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，所以题图中条纹弯曲说明此处是凹下的，故C正确；如题图丁所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上往下看凸透镜，由于凸透镜下表面是曲面，所以空气膜厚度越往外变化越快，所以看到的明暗相间的圆环状条纹越往外越密，故D错误。] [案例8]　(2024·江苏卷T2)用观看立体电影的特殊眼镜观察手机液晶屏幕上的图片，透过左镜片的图片明亮，右镜片的灰暗。旋转手机屏幕90°后，透过两镜片的图片(　　) A．均变明亮 B．均变灰暗 C．亮度均无变化 D．左镜片的变暗，右镜片的变亮 D　[观看立体影的特殊眼镜是利用了光的偏振，其镜片为偏振片，可以理解为开始时左镜片的透振方向与手机屏幕光的振动方向基本一致，右镜片的透振方向与屏幕光的振动方向接近垂直，手机屏幕旋转90°后，左右镜片的透振方向不变，则左镜片的透振方向与手机屏幕光的振动方向接近垂直，通过左镜片的图片亮度变暗，右镜片的透振方向与屏幕光的振动方向基本一致，因此通过右边镜片的图片亮度变亮。故选D。] 【教师备选资源】 如图所示，将一块平板玻璃a放置在另一平板玻璃b上，在一端垫一个薄片，当红光从上方入射后，从上往下可以看到干涉条纹。则(　　) A．干涉条纹是由a、b两板的上表面反射的光叠加产生的 B．干涉条纹间的亮条纹是由于两反射光叠加减弱产生的 C．换用蓝光照射时，产生的条纹变密 D．将薄片向左移动，产生的条纹变疏 C　[从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，所以干涉条纹是由a板的下表面与b板的上表面反射的光叠加产生的，故A错误；干涉条纹间的亮条纹是由于两反射光叠加加强产生的，故B错误；当光程差满足Δx＝nλ时，干涉条纹为亮条纹，可知相邻两条亮条纹的光程差之间的差值为Δxn－Δxn－1＝λ，设平板玻璃a倾角为θ，相邻两条亮条纹的间距为d，则有Δxn－Δxn－1＝2d tan θ，联立解得d＝，换用蓝光照射时，由于蓝光的波长小于红光的波长，可知相邻两条亮条纹的间距d变小，产生的条纹变密，将薄片向左移动，可知倾角θ变大，相邻两条亮条纹的间距d变小，产生的条纹变密，故C正确，D错误。] 1/16 学科网（北京）股份有限公司 $