专题20 光 课件 -2026届高考物理二轮复习备考

物理清北班——涅槃阶段 真题解码 专题20 光 1 波动性和粒子性是光的两面,理解和运用是学习的两面。用努力折射知识之光,以积累实现能力跃 迁,将所有的烦恼全反射! 真题解码 　  (2021北京,2,3分)如图所示的平面内,光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖,出射光为b、c两束单色光。下 列说法正确的是 (　　　) A.这是光的干涉现象 B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长 C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率 D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度 C 真题试练 目 录 解析　光从一种介质进入另一种介质,传播方向发生改变的现象是光的折射现象,A错误。光束b、c入 射角相同,b的折射角小,由折射定律可知,玻璃砖对光束b的折射率大,C正确。由折射率大的光波长短, 可知真空中光束b的波长小于光束c的波长,B错误。由v= 知,折射率大的光在介质中的传播速度小,故 光束b传播速度小,D错误。 目 录 　  探究1　拓展设问 ①设问1:常见的折射、干涉现象有哪些? ②设问2:光在介质中的传播速度v、频率f、波长λ之间有什么关系? ③设问3:单色光从一种介质进入另一种介质,哪些物理量不变?哪些物理量会发生变化?如何变化? ④设问4:不同颜色的可见光,在同种介质中,频率、波长、折射率、波速、全反射临界角的大小关系分 别如何? ⑤设问5:改变入射光a的入射角,b、c两束单色光会在玻璃砖圆形界面上发生全反射吗? ⑥设问6:不同颜色的可见光,光子的能量相同吗?当发生光电效应时,光电子最大初动能和光子频率有 什么关系? ⑦设问7:用b、c两束单色光照射同一金属材料,若c光能使金属材料发生光电效应,则b光也一定能使该 思维探秘 金属材料发生光电效应吗? 目 录 答案　①折射现象:海市蜃楼、沙漠蜃景、雨后彩虹、筷子在水中“折断”的现象等。 干涉现象:肥皂泡上的彩色条纹、水面上的彩色油膜、杨氏双缝干涉实验条纹、牛顿环。 ②v=λf。 ③光的频率由光本身决定,所以光从一种介质进入另一种介质,频率不变,即周期不变。根据v= ,若光 从光疏介质进入光密介质,光的传播速度变小,波长变短;反之,光的传播速度变大,波长变长。 ④ 目 录 颜色 红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 频率 低 高 同种介质中的波长 大 小 同种介质中的折射率 小 大 同种介质中的波速 大 小 同种介质中的全反射临界角 大 小 目 录 ⑤不会。b、c两束单色光只会沿径向射出玻璃砖,从玻璃砖射入空气的入射角始终为0°。 ⑥不同颜色的可见光,光子的能量不同,光的频率越大,光子的能量越大。发生光电效应时,光电子最大 初动能与光子频率之间的关系满足爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,W0为发生光电效应材料对应的逸 出功,W0=hν0,ν0为发生光电效应材料对应的截止频率。 ⑦玻璃砖对b光的折射率较大,则b光的频率较大,b光对应的光子能量较大,若c光能使该金属材料发生 光电效应,则b光也一定能使该金属材料发生光电效应。 目 录 探究2　举一反三 一题多问深挖透,考点拿捏快准稳! 一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其横截面如图所示。一激光器从 罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45° 角时,恰好观察不到射向空气的折射光束。已知光在真空中的传播速度为c。求: 　  (1)液体的折射率n。 (2)激光在液体中的传播速度v。 (3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中(发生全反射之前),对应空气中折射角如何 变化?折射光的强度如何变化? 稳基础 目 录 　  (4)若换成波长更长的激光,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗? (5)若换成折射率更大的液体,其他条件不变,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗? (6)此情境中,若恰好观察不到射向空气的折射光束时,光束与竖直方向夹角未知,能利用测量长度的工 具测出液体的折射率吗?   叠能进阶 目 录 解析　(1)当入射角达到45°时,恰好等于全反射临界角C,根据 sin C= ,可得液体的折射率n= =  = 。 (2)根据n= ,可得激光在液体中的传播速度v= = c。 (3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中,光从液体射入空气中的入射角增大,对应空 气中折射角也增大,反射光的强度增大,而入射光的能量不变,所以折射光的强度减小。 (4)若换成波长更长的光,在该液体中的折射率更小,对应的全反射临界角更大,当光束与竖直方向成45° 角时,并未发生全反射,所以会有光束折射向空气中。 (5)若换成折射率更大的液体,光对应的全反射临界角更小,当光束与竖直方向成45°角时,已经发生全反 射,所以不会有光束折射向空气中。 目 录 (6)标记出恰好发生全反射时激光器的位置,设为Q。测出圆柱形罐体的直径D以及Q点与水平液面的距 离h,则sin C= ,n= = = ,代入测量数据即可求出液体的折射率。 目 录 　　通过上述“真题解码”,我们初步熟悉了本单元的部分核心知识。本单元专题1主要包括几何光 学和波动光学两大部分。几何光学中,光的折射是基础,光的全反射是难点,全反射临界角是核心,准确 地画出光路图然后利用几何知识解决问题是关键;波动光学中,光的干涉、衍射是重点,光的干涉条 件、发生明显衍射的条件、光的干涉现象中明暗条纹的判断及间距计算是基础,光的干涉现象的应用 是难点。本单元专题2为近代物理初步,高考对这部分内容的考查主要集中在爱因斯坦光电效应方程 的理解及应用、原子核的衰变、半衰期、核反应方程、核能的计算等方面,对于氢原子的能级图、能 级跃迁公式的应用也有涉及,题型多为选择题。本单元设立的几个“真题试练”可以帮助大家在备考 复习中清晰梳理和融会贯通相关的知识和方法。 素能进阶 目 录 专题20　光 目 录 目 录 (2022湖北,14,9分)如图所示,水族馆训练员在训练海豚时,将一发光小球高举在水面上方的A位置,海豚 的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为 d。训练员将小球向左水平抛 出,入水点在B位置的正上方,入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水 面折射后到达B位置,折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n= ,求: (1)tan θ的值; (2)B位置到水面的距离H。 解法探秘 真题试练1:光的折射 目 录 解析　(1)小球做平抛运动,设初速度为v0、在空中飞行时间为t,则水平方向上有d=v0t,竖直方向上有  = t 再由速度的分解有tan θ= , 解得tan θ= 。 (2)设光线在水面的入射角为θ1,由折射定律有 n=  再由图中几何关系有d= +  tan θ1 联立解得H= d。 答案　(1) 　(2) d 目 录 　  探究1　拓展设问 ①设问1:保持小球入水瞬间速度方向及折射光线与水平方向的夹角不变,且小球入水点仍在B位置的正 上方,若A位置离水面的高度变为d,A位置和B位置的水平距离应为多少?B位置到水面的距离应为多少? ②设问2:假设光在空气中的传播速度近似为c,求小球在A位置发出的某束光,传播到B位置所需的时 间。 解法重构 目 录 答案　①保持小球入水瞬间速度方向不变,且小球入水点仍在B位置的正上方,由tan θ= 可知,若A位 置离水面的高度hA变为d,即变为原来的 倍,则A位置和B位置的水平距离xAB也变为原来的 倍,即 d,又 因为折射光线与水平方向的夹角θ不变,则入射角θ1也不变,由xAB= +hA tan θ1可知,H也变为原来的  倍,即变为 d。 ②光从A传播到水面的距离s1= ,时间t1= ;光从水面传播到B点的距离s2= ,时间t2= ,n= ,联立 可得t=t1+t2= 。 目 录 1.条件变异·临界点　[2021湖南,16(2),8分]我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实 验,认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上,其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆 柱形孔洞,直径为1.0 cm、深度为1.4 cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度 过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质,不考虑光在透 明介质中的反射。 (ⅰ)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少? 探究2　同类竞探 (ⅱ)若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少? 目 录 解析　(ⅰ)填充透明介质后,人通过小孔恰能成完整的像的光路图如图所示   sin θ= =0.8 sin α=  答案　(ⅰ)1.4　(ⅱ)1.7 目 录 由折射定律得n= =  因此透明介质的最小折射率 nmin= ≈1.4。 (ⅱ)因掠射是光从光疏介质到光密介质,入射角接近90°,光路如图所示,故由折射定律得   sin C=  nmin= = ≈1.7。 目 录 2.情境变异·运动过程　[2019课标Ⅰ,34(2),10分]如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅 杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射 光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率为 。 (ⅰ)求桅杆到P点的水平距离; (ⅱ)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射 出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。 目 录 解析　(ⅰ)如图1,设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P 点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有  =tan 53° ①  =tan θ ② 由折射定律有sin 53°=n sin θ ③ 设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2 ④ 联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m⑤ 答案　(ⅰ)7 m　(ⅱ)5.5 m 目 录  　  (ⅱ)如图2,设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射 定律有 sin i'=n sin 45° ⑥ 设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则 x1'+x2'=x'+x ⑦  =tan i' ⑧ 目 录  =tan 45° ⑨ 联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得 x'=(6 -3)m≈5.5 m⑩ 目 录 (2022山东,7,3分)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆心、半径为R的 圆,左侧是直角梯 形,AP长为R,AC与CO夹角45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB面入射,器件介质对a、b 光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变,入射点从A向B移动过程中,能在PM面全反射 后,从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光) (　　　)   A 真题试练2:光的全反射 A.仅有a光　　　　　B.仅有b光　　　　　C.a、b光都可以　　　　　D.a、b光都不可以 目 录 解析　当细激光束从A点垂直于AB面入射时,激光沿直线传播到O点,经第一次反射后沿半径方向射出 光学器件,如图1所示。  　　  依题意,保持光的入射方向不变,入射点从A向B移动,如图2所示,激光沿直线传播到CO面,经反射后射向 PM面,入射点从A向B移动过程中,光线在PM面的入射角逐渐增大。 当入射点为B点时,根据光的反射定律及几何关系可知,光线刚好传播到PM面的P点,此时光线在PM面 上的入射角最大,设为α,如图3所示, 目 录   由几何关系知α=45°。根据全反射临界角公式得 sin Ca= = < ,sin Cb= = > , 两种频率的细激光束的全反射临界角的关系为Ca<45°<Cb。 故在入射光从A向B移动过程中,a光能在PM面全反射后,从OM面射出;b光不能在PM面发生全反射,A正 确。 目 录 　  探究1　拓展设问 ①设问1:入射点从B向C移动过程中,能从CM面射出的光是哪种光? ②设问2:若光不能从CO段射出(只能在CO段发生反射),入射点从A向B移动过程中,在AC面上有一段距 离对应PM面只有一种频率的光射出,尝试求出此段距离。 解法重构 答案　①画出光路图如图4所示, 光束在CM面的入射角为45°,a光在CM面发生了全反射,无法从CM面射出,所以能从CM面射出的只有b 光。 图4 目 录 　　  图5 ②b光在PM全段上射出,a光在PM部分区段上射出。设当入射点为B点时,光线射在CM面上的N点;当入 射点为Q时,a光恰好能在PM面发生全反射,光线射在CM面上的H点,对应在PM面的入射角为Ca,如图5所 示。根据正弦定理有 = ,则有OH= ,所需求出的距离QB=NH sin 45°=(R-OH) sin 45°=R ( sin 45°- sin Ca)=R = 。 目 录 1.条件变异·极值　[2022河北,16(2),8分]如图,一个半径为R的玻璃球,O点为球心。球面内侧 单色点光源S发出的一束光在A点射出,出射光线AB与球直径SC平行,θ=30°。光在真空中的传播速度为 c。求: (ⅰ)玻璃的折射率; (ⅱ)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。   探究2　同类竞探 目 录 解析　(ⅰ)光路图如图所示   在A点发生折射时,θ=30° 由几何关系有α=2θ=60° 则折射率n= = 。 (ⅱ)设全反射的临界角为C,则有sin C= = < ,即C<45°,光线经过n次全反射回到S点时,光路图为圆 答案　(ⅰ) 　(ⅱ) 　 目 录 的内接正n边形,则当θ=45°时,光路为圆的内接正方形,从S发出的光线经3次全反射后回到S点所用时间 最短, 光通过的路程s=4 R,光速v=  最短时间t= ,联立解得t= 。 目 录 2.情境变异·取值范围　(2021山东,15,7分)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖,其 中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜,顶角为θ。 一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射,经过前两个棱镜后分为平行的光束,再经过后两个棱镜重 新合成为一束,此时不同频率的光前后分开,完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0 mm,脉冲激光中包含两种频率的光,它们在棱镜中的折射率分别为n1= 和n2= 。取sin 37°= , cos 37°= , =1.890。 (1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,求θ的取值范围; (2)若θ=37°,求两种频率的光通过整个展宽器的过程中,在空气中的路程差ΔL(保留3位有效数字)。 目 录 解析　(1)设C是全反射的临界角,光线在左侧第一个三棱镜斜面上恰好发生全反射时,根据折射定律得 sin C= ,代入较大的折射率得C=45°,所以顶角θ的范围为0<θ<45°(或θ<45°)。 (2)脉冲激光从左侧第一个三棱镜斜面射出时发生折射,设折射角分别为α1和α2。由折射定律得n1=  ,n2= 。 设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2,则L1= ,L2= ,ΔL=2(L1-L2)。 联立解得ΔL=14.4 mm。 答案　(1)0<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.4 mm 目 录 (2021湖北,5,4分)如图所示,由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光,经半反半透镜后分成透射光和 反射光,透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中 心位置,P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜 一侧面上,从另一侧面M和N位置出射,则　 (　　　) D 真题试练3:光的干涉和衍射 A.λ1<λ2,M是波长为λ1的光出射位置 B.λ1<λ2,N是波长为λ1的光出射位置 C.λ1>λ2,M是波长为λ1的光出射位置 D.λ1>λ2,N是波长为λ1的光出射位置 目 录 解析　据Δx= λ知P1对应的光的波长较长,即λ1>λ2,A、B错误。从M射出的光的偏折程度大于从N射出 的光的偏折程度,所以三棱镜对从M射出的光的折射率大于对从N射出的光的折射率,从M射出的光的 波长小于从N射出的光的波长,则N是波长为λ1的光出射位置,C错误,D正确。 目 录 　  探究1　关联探究 解法重构 1.衍射与干涉相关图像　甲、乙两图是某同学在做光的单缝衍射和杨氏双缝干涉实验时,利 用光传感器得到的条纹光强随水平位置x的分布图像。有关光的衍射和干涉现象,下列说法正确的是 (　　　)     A.甲对应的是干涉现象 B.乙对应的是衍射现象 C.发生甲、乙对应的现象,说明光具有波动性 D.当所用光源由红光变成蓝光时,乙对应的现象条纹间距不变 C 目 录 解析　单缝衍射实验中,中央条纹宽度最大且最亮,可知中间光强最大,而在杨氏双缝干涉实验中,形成 的明暗条纹间距相等,根据波的叠加原理可知,明条纹中心处光强最大,暗条纹中心处光强最小,即题图 甲对应的是衍射现象,题图乙对应的是干涉现象,A、B错误。光的干涉和衍射是光的波动性的体现,C 正确。由双缝干涉条纹间距公式Δx= λ可知,当所用光源由红光变成蓝光时,波长变短,题图乙对应的 现象条纹间距变小,D错误。 目 录 2.声波与光波的类比　(2025北京,14,3分)“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。”除了夜深 人静的原因,从波传播的角度分析,特定的空气温度分布也可能使声波传播得更远。声波传播规律与光 波在介质中传播规律类似。类比光线,用“声线”来描述声波的传播路径。地面上方一定高度S处有 一个声源,发出的声波在空气中向周围传播,声线示意如图(不考虑地面的反射)。已知气温越高的地方, 声波传播速度越大。下列说法正确的是 (　　　)   A.从M点到N点声波波长变长 B.S点气温低于地面 D C.忽略传播过程中空气对声波的吸收,则从M点到N点声音不减弱 D.若将同一声源移至N点,发出的声波传播到S点一定沿图中声线NMS 目 录 解析　声音的传播类比光的传播;若空气中的温度均匀,从S发出的声线应该向四周沿直线传播,题目中 “声线”向地面传播的过程中,越来越靠近法线,可类比为声波发生折射,满足θ1>θ2(如图所示),因此越 靠近地面空气对声音的折射率n越大,类比光在介质中传播的速度v= ,可知折射率越大,光速越小,所以 声音越靠近地面,声速越小,说明温度越低。   从M点到N点,声波的频率f不变,声速减小,根据v=λf可知声波的波长变短,A错误。从S→M→N,声波的传 播速度变小,说明温度降低,即S点气温高于地面附近的气温,B错误。声波在传播过程中受到介质的阻 碍向四周分散,声音会减弱,C错误。将声源移至N点,类比光路的可逆性可知发出的声波传播到S点一定 沿题图中声线NMS,D正确。 目 录 1.情境变异·薄膜干涉　(2024山东,4,3分)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示,将标 准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间,用单色平行光垂直照射平板玻璃,形成如图乙所示 的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格,下列说法正确的是(　　　)  　　  A.滚珠b、c均合格 B.滚珠b、c均不合格 C.滚珠b合格,滚珠c不合格 D.滚珠b不合格,滚珠c合格 C 探究2　同类竞探 目 录 解析　两块平板玻璃之间的薄膜干涉条纹相互平行,滚珠a、b在同一条纹上,说明两滚珠位置薄膜厚度 相同,即a、b直径相同;滚珠c在另一条纹上,说明滚珠c所在位置处薄膜厚度与滚珠a处不同,即滚珠a、c 直径不同,C正确。 目 录 2.问题表征变异·文本→图像　(2021山东,7,3分)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到 如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是 (　　)    A　　 B  C　　 D D 目 录 解析　从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,其光程差Δd=2d,即光程差为薄膜厚度的2倍,当 光程差Δd=nλ(n=1,2,3,…)时表现为亮条纹,即当薄膜的厚度d=n  (n=1,2,3,…)时对应的条纹为亮条纹, 故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为 λ,即厚度差为定值,由题图可知,相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距 离随坐标x的增大而增大,则d-x图线的斜率应变小,D正确。 目 录 　  考查形式　 高考对折射、全反射部分的考查主要以对角度、折射率、速度、距离等的比较及求解为主,选择题和 计算题的形式都有可能,选择题中还可能考查对相关光学现象的判断。对干涉、衍射部分的考查相对 较少,内容也相对单一,多以选择题为主。 常见情境　 命题常以“三层结构”呈现。①生活载体:水中的折射、薄膜干涉(相机镜头镀膜)等。②实验:杨氏双 缝干涉实验、单缝衍射实验(波动特征)。③工程材料:光纤通信、全反射棱镜(全反射应用)。 思维核心　 (1)对于几何光学,画好光路图是基础,把握好临界状态(全反射临界角)是要点,用好几何关系(三角函数 关系、边角关系等)是关键。 解法密钥 考向探秘 目 录 (2)对于波动光学,需认真审题,了解干涉和衍射的基本概念,掌握干涉与衍射的异、同是要点,把握条纹 间距的影响因素(双缝干涉条纹间距公式)是核心。 目 录 1.(2021浙江6月,12,3分)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和 两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光 束b、出射光束c和d。已知光束a和b间的夹角为90°,则 (　　　)   A.光盘材料的折射率n=2 B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二 C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度 D.光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度 D 解法特训 目 录 解析　根据题意,画出光路如图   由几何关系得∠1=45°、∠2=30°,n= = = ,A错误;由于n= ,则光在光盘内的速度v= = =  c,B错误;光束a的强度大于光束b、c和d的强度之和,光束OP的强度大于光束c的强度,C错误,D正 确。 目 录 2.(2025湖南,3,4分)如图,ABC为半圆柱体透明介质的横截面,AC为直径,B为 的中点。真空中一束单 色光从AC边射入介质,入射点为A点,折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射,下列说法正确的是  (　　　) D A.入射角θ小于45° B.该介质折射率大于  C.增大入射角,该单色光在 上可能发生全反射 D.减小入射角,该单色光在 上可能发生全反射 审题指导 全反射发生的两个条件:1.光从光密介质射入光疏介质;2.介质中的入射角大于等于临界角。 目 录 解析　如图所示,由题意知在A点处折射角为45°,则入射角θ大于45°,在B点没有发生全反射,说明发生全 反射的临界角C>45°,由sin C= ,得n< ,A、B错误;增大入射角θ,光在A点的折射角也增大,折射光线与 圆弧面的交点将移动到 之间并向C点靠近,在圆弧面上的入射角越来越小,不可能发生全反射,C错 误;减小入射角θ,光在A点处的折射角也减小,在圆弧面上的入射角增大,当大于等于临界角时,会发生全 反射,D正确。   目 录 3.(2023山东,5,3分)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度升高时,下列说法正确的是 (　　　) A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动 B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动 A C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动 D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动 目 录 解析　当温度升高时,由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数,故待测柱状样品C的上表面与上方标准平面 石英板之间的劈形空气层厚度变大,如图所示。   故新空气层厚度为d的位置在原位置左侧,原空气层厚度为d处出现的条纹随之向左移动,A正确。 目 录 4.(2025四川,9,6分)(多选)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块 上下表面平行(θ<45°)的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。 则 (　 　)   A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃 B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,θ可以设定为30° C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为70° D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动 CD 目 录 解析　如图甲所示,入射光在左下斜面发生全反射,θ≥C,A选项中n=1.4,有sin θ≥sin C= = > =sin 45°,θ>45°,与题干矛盾,A错误;根据B选项中sin C= = > =sin 30°,θ≥C>30°,θ不可设为30°,B错误;若第二次全反射入射角为70°,则θ=35°,根据C选项则有sin C= = =sin 30°,θ>C=30°,C正确;将入射光线左移,如图乙所示,出射光线也左移,D正确。     目 录 5.(2020浙江1月,12,3分)如图所示,一束光与某材料表面成45°角入射,每次反射的光能量为入射光能量 的k倍(0<k<1)。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1-k2)倍,则该材料折射率至少为 (　　)   A. 　　　B. 　　　C.1.5　　　D.2 A 目 录 解析　设入射光能量为E,如果光能够折射进入某材料,则一部分能量发生反射(kE),一部分能量进入该 材料。根据题意,最终进入材料的能量为(1-k2)E,说明光只经过两次界面的反射与折射,第三次发生全反 射,部分光路图如图所示,当n最小时,第三次恰好发生全反射,则n= ,n= = ,联立得sin α=  cos α,解得sin α= ,则n= = ,A正确。   目 录 6.(多选)某些为屏蔽电磁波设计的人工材料,其折射率为负值(n<0),称为负折射率材料。电磁波从空气 射入这类材料时,仍然遵循折射定律和电磁波传播规律,但是折射波与入射波位于法线的同一侧(此时 折射角取负值)。如图所示,波源S发出的一束电磁波的入射角i=45°,经负折射率n=- 的平板介质材料 后,从另一侧面射出(图中未画出),已知平板介质的厚度为d,电磁波在真空中的传播速度为c,不考虑电磁 波在界面处的反射,下列说法正确的是 (　 　)   A.该电磁波的出射点位于法线OO1的上方 B.电磁波射出平板介质的出射方向与射入平板介质的入射方向平行 BD C.电磁波由空气进入平板介质,波长变长 D.电磁波在平板介质中的传播时间为  目 录 解析　平板介质材料的折射率为负值,电磁波进入材料中时的折射波与入射波位于法线的同一侧,所以 该电磁波的出射点位于法线OO1的下方,A错误;根据光路可逆可知,电磁波的出射方向与电磁波射入平 板介质时的入射方向平行,B正确; = = ,则电磁波由空气进入平板介质,波长变短,C错误;根据 =  = ,可得折射波与法线夹角θ=30°,由v= 可知,电磁波在平板介质中的传播速度v= ,则电磁 波在平板介质中的传播时间t= = ,D正确。 目 录 7.(2025山东,15,8分)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。 目 录 解析　(1)如图,连接O、B作过B点的法线,从B点向OO'作垂线BN, 在△OBN和△O'BN中,根据BN= R、OB=R可知 ∠OBN=30°,∠BON=60°,ON= R OB=OO'=R,则∠O'BO= ∠BON=30° 射入B点的光线平行于OO', 故入射角i=∠BON=60° 折射角r=∠OBO'=30° 得折射率n= =  (2)设G、E的连线与上表面圆弧的交点为M,过M作法线O'M,如图所示 答案　(1) 　(2)  目 录 光线GM的延长线垂直于OO',O'E= R,可知ME= R 光线GM在上表面圆弧上的入射角α=45° 从介质中射入空气的全反射临界角的正弦值sin C= = < =sin 45° 故45°>C,光在M点发生全反射,然后在下表面圆弧发生两次全反射,在上表面圆弧再发生一次全反射,最 后垂直CH射出介质,在介质中的总路程s=2× = R 光在介质中传播的速度v= =  光在介质中传播的时间t= =  易错提醒 由于平时练习遇到的立体圆柱介质较多,所以容易误认为题图是立体图,其实题图所示的是介质的截面图,是平面图。 目 录 $