2023届二轮复习 专题九光 学案

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专题九光 命题热点常考题型(1)光的折射、全反射现象；(2)光的干涉与衍射；(3)几何光学与物理光学的综合分析；(4)生活、科技中的光学问题．选择题计算题    高频考点·能力突破考点一　光的折射与全反射1．求解光的折射和全反射问题的思路(1)确定研究的光线：该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线，若需研究的光线不明确，则要根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等．(2)画光路图：找入射点，确定界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解．2．注意两点：(1)光疏→光密：一定有反射、折射光线；(2)光密→光疏：若入射角大于或等于临界角，则发生全反射．  例1 [2021·海南卷]如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为.一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光(　　)A．在MQ边的折射角为60°B．在MN边的入射角为45°C．不能从MN边射出D．不能从NP边射出[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  预测1　将一透明体平放于平整坐标纸上，并在一端放上光屏，如图(俯视图)所示，用激光平行于坐标纸照射该透明体右侧表面上的P点，调整入射光角度，在光屏上仅出现了M、N两个亮斑，则该透明体对该激光的折射率约为(　　)A．1.25 B．1.33C．1.50 D．1.67 预测2　[2022·辽宁模拟卷]导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面．上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点．若一束平行MN且与MN相距h=R的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点．则(　　)A．绿光在采光球中的传播速度为cB．红光一定能从N点上方射出C．紫光有可能直接折射经过O点D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率  预测3　[2022·山东冲刺卷]如图所示，梯形ABCD为玻璃砖的横截面，∠A＝60°，∠B＝30°，AD＝2l，AB＝5l.一单色细光束从空气中垂直AD边中点射向玻璃砖，通过玻璃砖后从BC边射出的光线与最初入射方向的夹角为30°，求：(1)玻璃砖对该光束的折射率；(2)该光束在玻璃砖中运动的最长时间．[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   考点二　光的干涉与衍射现象1．单缝衍射与双缝干涉的比较 　　种类项目　　单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度中央条纹最亮，两边较暗清晰条纹，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹2.研究干涉现象时的两点注意(1)只有相干光才能形成稳定的干涉图样，光的干涉是有条件的．(2)单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹．  例2 [2021·江苏卷]铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是(　　)[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 预测4　[2022·北京押题卷]一束激光照在一个很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在影的中心有一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”．下列说法正确的是(　　)A．圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象B．圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象C．圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象D．圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象 预测5　[2022·江苏冲刺卷](多选)如图所示，a、b为两束颜色不同的单色光，它们以不同的入射角射入等腰梯形玻璃棱镜，两条射出光能合为一束，下列说法正确的是(　　)A．b光在玻璃中的折射率小B．b光在玻璃中的光速大C．对于同种金属，a光能发生光电效应，则b光一定也能发生光电效应D．若两束光通过同一双缝装置且都能形成干涉图样，则a光条纹间距较大  考点三　电磁波1．电磁波的特点(1)电磁波是横波．(2)真空中的传播速度等于光速c＝3×108m/s.(3)传播不需要介质．2．电磁波谱的特性及应用电磁波谱特性应用红外线热效应红外线遥感紫外线化学效应、荧光效应、能杀菌医用消毒、防伪X射线贯穿性强检查、医用透视γ射线贯穿本领最强工业探伤、医用治疗   例3 [2020·天津卷]新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城．志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航．红外线和紫外线相比较(　　)A．红外线的光子能量比紫外线的大B．真空中红外线的波长比紫外线的长C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大D．红外线能发生偏振现象，而紫外线不能[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 预测6　(多选)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 预测7　如图为生活中遇到的各种波，以下关于波的说法正确的是(　　)A．声波是横波B．WiFi信号的传播不需要介质C．丙图是泊松亮斑图样D．月全食时的红月亮是因为红光在月球表面发生干涉所致   素养培优·情境命题生活、科技中的光学问题情境1　夏天，海面上的下层空气的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的．景物反射的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃景．如图所示，下列说法正确的是(　　)A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大C．A是蜃景，B是景物D．B是蜃景，A是景物[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  情境2　(多选)在下列现象中，可以用多普勒效应解释的有(　　)A．雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声B．超声波被血管中的血流反射后，探测器接收到的超声波频率发生变化C．观察者听到远去的列车发出的汽笛声，音调会变低D．同一声源发出的声波，在空气和水中传播的速度不同[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 情境3　高速公路上的标志牌常用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能将车灯照射过来的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目．这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的．如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射时的入射角是(　　)A．60°　　B．45°C．30°　　D．15°[解题心得]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 情境4　如图所示为单反相机的取景五棱镜原理图，光线①经反光镜反射后以垂直AB面射入五棱镜，以平行于AB面的方向射出五棱镜．已知玻璃相对空气的折射率为1.6，CD面与AB面的夹角为30°，∠ABC＝90°.(已知：sin38°＝)(1)如图所示，如果左下角的桃心表示一正立的物体，判断经过多次反射后在取景窗中得到的是正立还是倒立的像；(2)试分析光线在F点是否发生全反射．如不发生全反射，求折射角的正弦值：(3)调节CD和AE面与AB面的夹角，使得光线①由CD面射向空气时，恰好发生全反射，且光线出射方向仍与AB面平行，求调整后CD面和AE面与AB面的夹角分别为多大？(在传播过程中光线与DE面无交点)[试解]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                             专题九　光高频考点·能力突破考点一例1　解析：光线从O点入射，设折射角为β，由折射定律有sinα＝nsinβ，解得β＝30°，即在MQ边的折射角为30°，故A错误；设边长NP＝l，则MN＝2l，作出折射后的光路图如图所示．由几何关系可知光在MN边的入射角为60°，故B错误；光从光密到光疏发生全反射的临界角设为θ，有sinθ＝＝，即θ＝45°，而MN边的入射角为60°>45°，且满足光密到光疏，故光在MN边发生全反射，即不能从MN边射出，故C正确；根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°，故D错误．故选C.答案：C预测1　解析：由题意可知，光点N是由射到P点的光线直接反射后射到N点；而光斑M是由射到P点的光折射后射到左侧表面，然后发生全反射射到M点；则在P点，由光的折射定律结合几何关系可知n＝＝＝1.33，故选B.答案：B预测2　解析：如图所示，根据几何关系sinα＝＝，α＝2θ折射率n＝＝，绿光在采光球中的传播速度为v＝＝c，故A错误；红光折射率小，折射角大，则红光一定能从N点上方射出，故B正确；紫光不可能直接折射经过O点，如果过的话，折射角为0°，故C错误；光由光密到光疏可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误．答案：B预测3　解析：(1)由几何关系可知，该光束通过玻璃砖后，平行于AB边射出，如图所示由几何关系得光束在E点的入射角α＝30°、折射角α′＝60°则玻璃砖对该光束的折射率n＝＝＝.(2)经AB边反射到BC边的光一部分从BC边折射出去，另一部分经BC边反射到AB边，由几何关系可知其方向与AB边垂直，出射方向与AB边的夹角为90°由n＝可得光在玻璃砖中运动的速度为v＝光线在玻璃砖中运动的路程为x＝·tan60°＋＝光在玻璃砖中运动的时间为t＝＝.答案：(1)　(2)考点二例2　解析：薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距上疏下密，由于表面张力的作用，使得肥皂膜向内凹陷，故C正确，A、B、D错误．故选C.答案：C预测4　解析：光线通过小圆盘，则会在屏上出现中心有亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”，说明光线也偏离原来的直线方向传播，所以属于光的衍射，故B正确．答案：B预测5　解析：根据题意画出光路图，两光束出棱镜时，折射角相同，a光的入射角小，b光入射角大，可得a光的折射率大，b光的折射率小，A正确；在同种介质中的光速，折射率越大，光速越小，在同种介质中b光的速度较大，B正确；折射率越大，光子频率越大，光子能量越大，a光能发生光电效应，但b光折射率更小，故b光不一定也能发生光电效应，C错误；折射率大的光束波长小，根据条纹间距公式x＝l较大，b光折射率较小，故b光条纹间距较大，D错误．答案：AB考点三例3　解析：与紫外线相比，红外线波长较长，频率较低，由E＝hν得红外线的光子能量比紫外线的小，A错误，B正确．红外线与紫外线均为电磁波，电磁波在真空中传播速度为c，所以两者在真空中的传播速度相等，C错误．红外线与紫外线均为横波，均可以发生偏振现象，D错误．答案：B预测6　解析：紫外线、X射线均属于频率高、能量高的电磁波，故A、B正确．雾化器、“彩超”机属于超声波的应用，超声波是机械波，不属于电磁波，故C、D错误．答案：AB预测7　解析：甲图说明声波可以发生多普勒效应，故A错误；WiFi信号是电磁波，其传播不需要介质，故B正确；丙图是衍射图样，泊松亮斑是一个很小的亮点，故C错误；月全食时的红月亮是太阳光被大气层散射后照射到月球上，被月球反射后射向地面，由于红光的波长最长，衍射能力最强，传播最远，到达地面时红光最多，所以我们看到的是红月亮，是光的散射和衍射现象，不是光的干涉现象，故D错误．答案：B素养培优·情境命题情境1　解析：当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低，下层空气的折射率比上层的大．远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大于临界角时，就会发生全反射现象．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．故选C.答案：C情境2　解析：雷雨天看到闪电后，稍过一会儿才能听到雷声，是因为声音的传播速度比光的传播速度慢，不属于多普勒效应，故选项A不符合题意；超声波遇到血液中的血小板等细胞发生反射时，由于血小板的运动会使得反射声波的频率发生变化，属于多普勒效应，故选项B符合题意；列车和人的位置相对变化了，所以听到的声音频率发生了变化，属于多普勒效应，故选项C符合题意；同一声源发出的声波，在空气和水这两个不同介质中传播时，频率不变，传播速度发生变化，不属于多普勒效应，故选项D不符合题意．答案：BC情境3　解析：设入射角为i，折射角为θ，作出光路图如图所示．因为出射光线恰好和入射光线平行，所以i＝2θ，根据折射定律有＝＝，所以θ＝30°，i＝2θ＝60°.选项A正确．答案：A情境4　解析：(1)光路如图所示由图可知，经过多次反射后在上方的景出现在取景窗的下方，所以在取景窗中得到的是倒立的像．(2)如图所示由几何关系可知，光线在F点的入射角为r＝90°－60°＝30°由已知折射率n＝1.6，sin38°＝可知，五棱镜玻璃全反射的临界角C＝38°＞30°所以光线在F点不发生全反射．根据折射定律可得＝n代入数据，解得折射角为i＝53°，则sin53°≈0.8.(3)光线①由CD面射向空气时，恰好发生全反射，如图所示由于光线①在CD面恰好发生全反射，则入射角等于临界角，设此时CD面与AB面的夹角为α，则有C＋∠MO1C＝α＋∠MO1C解得α＝C＝38°即CD面与AB面的夹角为38°；由反射定律可知，入射角等于入射角，则有∠O1O2M＝90°－∠MO1O2＝90°－2C＝14°再应用反射定律，入射角等于反射角，法线与反射面垂直，则有∠MO2A＝90°－∠O1O2M＝83°所以有∠EO2M＝∠EAB＝180°－∠MO2A＝97°即AE面与AB面的夹角为97°.答案：(1)倒立的像　(2)不发生全反射　0.8　(3)38°　97°