新教材高考物理二轮复习专题5振动与波光学第2讲光学课件

这是一份新教材高考物理二轮复习专题5振动与波光学第2讲光学课件，共38页。PPT课件主要包含了体系构建•真题感悟，答案C，答案A，高频考点•能力突破，命题点点拨，答案2等内容，欢迎下载使用。

【知识回顾•构建网络】
【感悟高考•真题再练】
1.(2023浙江卷)在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体,直角边的长度为0.9 m,水的折射率n= ,细灯带到水面的距离h= m,则有光射出的水面形状(用阴影表示)为(　　)
2.(2020山东卷)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是(　　)
3.(2021山东卷)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(　　)
答案 D解析 从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,其光程差为Δx=2d,即光程差为薄膜厚度的2倍,当光程差Δx=nλ时此处表现为亮条纹,故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为 λ,在图中相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离变大,则薄膜层的厚度的变化率变小,选项D正确。
4.(2022山东卷)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,CA与CO夹角为45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直于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
解析 画出临界光路如图所示,从A点垂直于AB面入射的光,沿直线传播到O点,经第一次反射沿半径方向直线传播出去。从B点垂直于AB面入射的光,经CO反射恰好过P点。当全反射临界角为C=45°时,
=1.414,a光折射率大于1.414,根据 ,可得Ca<45°,a光能在PM面发生全反射。同理可得b光的全反射临界角Cb>45°,b光不能在PM面发生全反射,选项B、C错误。当a光在PM面发生全反射时,设在PM面的入射角为α,在OM面的入射角为θ,根据几何关系可得θ=2α-45°,可得当α<45°时, θ<α,故当a光在PM面发生全反射时,存在从OM面出射的光,选项A正确,D错误。
5.(2021山东卷)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
(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)。
答案 (1)0<θ<45°(或θ<45°)　(2)14.4 mm解析 (1)由几何关系可得,光线在第一个三棱镜右侧斜面上的入射角等于θ,要使得两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出,则θ需要比两种频率光线的全反射角都小。设C是全反射的临界角,根据折射定律得
【方法规律归纳】1.光的折射现象中的两点注意(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 可知,光的频率越高,在介质中的光速越小。
2.求解光的折射、全反射问题的两个关键点
温馨提示 同一种介质,相对于其他不同的介质,可能是光密介质,也可能是光疏介质。
[典例1] (命题点2)如图所示,一折射率为 的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC ,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。
解析 如图甲所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有sin θ1=nsin θ2①设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',由几何关系θ'=30°+θ2②由①②式并代入题给数据得θ2=30°③nsin θ'>1④所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。
设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图乙所示。由几何关系θ″=90°-θ2⑤由③⑤式和已知条件可知nsin θ″>1⑥即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得lCF=lACsin 30°⑦
【对点训练】1. (命题点2)如图所示,一个三棱柱形玻璃砖的横截面为等腰三角形,两腰OM、ON的长度均为d,顶角∠MON=120°,玻璃砖材料的折射率n= 。一细光束在OMN平面内从OM的中点P射入,细光束进入玻璃砖后的方向与ON平行。已知光在真空中的传播速度为c,求:(1)入射角的大小;(2)该细光束在玻璃砖内传播的最短时间。
2. (命题点2)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°, ∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上。(1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由。(2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
解析 (1)如图所示,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有θ=90°-(30°-r)>60°① 根据题给数据得sin θ>sin 60°> ②即θ大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射。
(2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射定律及折射定律,有i=30°③i'=90°-θ④sin i=nsin r⑤nsin i'=sin r'⑥由几何关系,r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。
【方法规律归纳】1.干涉与衍射的比较　　　　 体现光的波动性(1)光的干涉与衍射现象的区别是,光的干涉现象只有在符合一定条件下才发生;而光的衍射现象却总是存在的,只有明显与不明显之分。(2)光的干涉现象和衍射现象在屏上出现的都是明暗相间的条纹,但双缝干涉时条纹间隔均匀;而单缝衍射的条纹间隔不均匀,中央明纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,明纹亮度显著减弱。(3)光的干涉现象:薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环等)。光的衍射现象:单缝衍射、衍射光栅。温馨提示 从本质上看,干涉条纹和衍射条纹的形成都属于光的叠加。
2.光的偏振横波的振动方向总垂直于波的传播方向,振动方向偏于某个特定方向的现象叫偏振。纵波只能沿着波的传播方向振动,所以不可能有偏振。光的偏振现象证明光是横波。光的偏振现象在科技、生活中的应用有照相机镜头上的偏振片、立体电影等。
3.电磁波(2)不同电磁波的频率或波长不同,表现出不同的特性,波长越长越容易产生衍射现象,波长越短穿透能力越强。(3)同频率的电磁波,在不同介质中速度不同。不同频率的电磁波,在同一种介质中传播时,频率越大,折射率越大,速度越小。(4)用途不同:无线电波用于通信和广播,红外线用于加热和遥感技术,紫外线用于杀菌消毒,X射线应用于医学上的X光照片,γ射线检查金属部件的缺陷等。
[典例2] (命题点1)如图所示,把一矩形均匀薄玻璃板ABCD压在另一个矩形平行玻璃板上,一端用薄片垫起,将红单色光从上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹,下列关于这些条纹的说法正确的是(　　)A.条纹方向与AB边平行B.条纹间距不是均匀的,越靠近BC边条纹间距越大C.减小薄片的厚度,条纹间距变小D.将红单色光换为蓝单色光照射,则条纹间距变小
答案 D解析 薄膜干涉的光程差Δs=2d(d为薄膜厚度),厚度相同处产生的条纹明暗情况相同,因此条纹应与BC边平行,选项A错误。因为两玻璃间形成的空气膜厚度均匀变化,因此条纹是等间距的,选项B错误。减小薄片厚度,条纹间距将增大,选项C错误。将红光换成蓝光照射,入射光波长减小,条纹间距将减小,选项D正确。
思维点拨 两玻璃板之间的空气膜的上、下两个表面反射的光线叠加形成干涉条纹,则空气膜厚度的2倍为薄膜干涉的光程差。
【对点训练】3. (命题点1)如图所示,双缝干涉实验装置中,屏上一点P到双缝的距离之差为2.1 μm,用单色光a照射双缝时,发现P点正好是从屏中间O算起的第四条暗条纹,换用单色光b照射双缝时,发现P点正好是从屏中间O算起的第三条亮条纹,则下列说法正确的是(　　)A.单色光b的频率大于单色光a的频率B.单色光b的波长小于单色光a的波长C.单色光b的相邻亮条纹间的距离小于单色光a的相邻亮条纹间的距离D.用单色光a和b在同一单缝衍射的装置上做实验,在缝宽不变的情况下,单色光b更容易发生明显衍射
答案 D解析 由题意可知,单色光a照射双缝时条纹间距较小,根据Δx= λ可知单色光a的波长较小,频率较大,选项A、B、C错误。因单色光b的波长较大,则用单色光a和b在同一单缝衍射的装置上做实验,在缝宽不变的情况下,单色光b更容易发生明显衍射,选项D正确。
4. (命题点2)小华通过偏振太阳镜观察平静水面上反射的阳光,转动镜片时,发现光有强弱变化,下列说法能够解释这一现象的是(　　)A.阳光在水面反射时发生了偏振,镜片起起偏器的作用B.阳光在水面反射时发生了偏振,镜片起检偏器的作用C.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起起偏器的作用D.阳光在水面反射时没有发生偏振,镜片起检偏器的作用
答案 B解析 发现光有强弱变化说明水面上反射的光是偏振光,而阳光本身是自然光,在反射时发生了偏振。当偏振片的方向与光的偏振方向平行时,通过的光最强;而当偏振片的方向与光的偏振方向垂直时,通过的光最弱,因此镜片起到检偏器的作用,故选B。
5. (命题点1、3)汽车的自适应巡航功能能够帮助驾驶员减轻疲劳,毫米波雷达是实现该功能的一个重要部件。毫米波的波长比短波波长短,比红外线波长长,下列说法正确的是(　　)A.这三种电磁波,红外线最容易发生明显的衍射绕过粉尘B.这三种电磁波在真空中传播,短波的传播速度最小C.这三种电磁波中毫米波比红外线更容易发生明显衍射绕过粉尘D.这三种电磁波,短波频率最高