2023版高考物理步步高大二轮复习讲义第一篇 专题五 第13讲　光学　电磁波【学生版】

第13讲　光学　电磁波

命题规律　1.命题角度：(1)光的折射与全反射；(2)光的干涉和衍射；(3)电磁波；(4)几何光学与物理光学的综合分析.2.常用方法：几何分析法，光路可逆.3.常考题型：选择题、计算题．

考点一　光的折射与全反射

1．常用的三个公式

＝n，n＝，sin C＝.

2．折射率的理解

(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关．

(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质．

(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小．

3．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　(多选)(2022·湖北省八市二模)一种“光开关”的“核心区”如图中虚线框区域所示，其中1、2是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚线框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能．单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折射率为2，下列说法正确的是(　　)

A．若不充入介质，则能实现“关”功能

B．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，则有可能实现“开”功能

C．若充入的介质相对棱镜是光密介质，则有可能实现“关”功能

D．单色光a通过“光开关”后传播方向一定改变

学习笔记：__________________________________________________________________

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例2　(2022·山东卷·7)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．仅有a光   B．仅有b光

C．a、b光都可以   D．a、b光都不可以

学习笔记：__________________________________________________________________

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例3　(2022·河北省模拟)如图所示，AOB为半径为R的扇形玻璃砖，一束细光照射到AO面上的C点，入射角为60°，折射光线平行于BO边，C点到BO面的距离为，AD⊥BO，∠DAO＝30°，光在空气中的传播速度为c，求：

(1)玻璃砖的折射率；

(2)光在玻璃砖中传播的时间．

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考点二　光的波动性　电磁波

1．光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；

光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑．

2．光的双缝干涉和单缝衍射的比较

3.电磁振荡和电磁波

(1)电磁振荡：T＝2π，电流为0时电场能最大，电流最大时磁场能最大．

(2)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．

(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关．

(4)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱．按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．

例4　(多选)(2020·江苏卷·13B(1))电磁波广泛应用在现代医疗中．下列属于电磁波应用的医用器械有(　　)

A．杀菌用的紫外灯

B．拍胸片的X光机

C．治疗咽喉炎的超声波雾化器

D．检查血流情况的“彩超”机

学习笔记：__________________________________________________________________

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例5　(2021·山东卷·7)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(　　)

学习笔记：__________________________________________________________________

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例6　(2022·山东泰安市期末)如图实验装置，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上．单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　)

A．光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象

B．光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象

C．将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻亮条纹间距增大

D．将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻亮条纹间距减小

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考点三　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

例7　(多选)(2022·山西晋中市榆次区一模)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”．如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光．下列说法正确的是(　　)

A．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹

B．水滴对a光的临界角小于对b光的临界角

C．在水滴中，a光的波长大于b光的波长

D．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小

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1．(多选)(2022·甘肃省第一次诊断)用同一双缝干涉实验装置分别做甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹如图甲、乙所示．下列说法正确的是(　　)

A．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度

B．在同一种介质中，甲光的折射率小于乙光的折射率

C．从同种介质射向空气，且发生全反射时，甲光的临界角小于乙光的临界角

D．遇到同一障碍物，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象

2．(2022·浙江精诚联盟联考)如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在B处有一点光源，该材料对该光的折射率n＝，只考虑首次从圆弧AC全反射与折射的光线．则下列说法中正确的是(　　)

A．从D点观察，圆弧AC被照亮的弧长有

B．AD边和CD边有一部分接收不到点光源经圆弧AC折射的光线

C．点光源经圆弧AC全反射射到AB边，这部分长度为

D．从D点观察，看到B处点光源的像比实际位置更远离AC面

3．(2022·安徽省二模)如图(a)所示电视机遥控器中有一个用透明介质封装的发光二极管，它发出红外光来控制电视机的各种功能．一兴趣小组找来一个用此种材料制成的半圆柱体，利用插针法测定该透明介质的折射率．实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路．P和Q分别是入射点和出射点，且AB⊥MN，如图(b)所示．测得半圆柱体的半径R＝5 cm，OP＝1 cm，DQ＝4 cm，D到法线OQ的距离DG＝2 cm.已知光速c＝3.0×108 m/s.

(1)求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度大小；

(2)实际测得封装二极管的半球直径d＝5 mm，发光二极管的发光面是以EF为直径的发光圆盘，其圆心位于半球的球心点O，如图(c)所示．为确保发光面发出的红外光第一次到达半球面时都不发生全反射，发光二极管的发光面半径r最大应为多大？

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