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1、 專題18 光學(xué) 【高考命題熱點】光學(xué)分為幾何光學(xué)和物理光學(xué)，近年新課標(biāo)高考中幾何光學(xué)多考查以“折射率和全反射”為核心的綜合計算問題，處理的一般思路是：①作光路圖；②找?guī)缀侮P(guān)系；③結(jié)合“折射率和全反射”的知識靈活求解問題。物理光學(xué)多考查有關(guān)“光的波動性”的選擇題，光的波動性包括光的干涉、衍射和偏振，近年高考考查雙縫干涉的相鄰明（暗）條紋間距問題頻率較高，復(fù)習(xí)過程考生可有所側(cè)重。 【知識清單】 考點一 光的折射與全反射 1. 光的折射 光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的折射。 折射定律：①折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；②折射光線、入射光線分居法線

2、兩側(cè)；③入射角的正弦值與折射角的正弦值成正比。 在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。 2. 折射率 （1）定義：光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比，叫做這種介質(zhì)的折射率。 （2）定義式：（表示真空中光線與法線的夾角，表示介質(zhì)中光線與法線的夾角）。 （3）實驗證明：（表示光在真空中的速度，表示光在介質(zhì)中的速度）。 特別需要注意的是：任何介質(zhì)中的折射率均大于1。 幾種常見折射模型 類別 項目　　 平行玻璃磚 三棱鏡 圓柱體(球) 光的折射圖 通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但

3、要發(fā)生側(cè)移 通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折 圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折 應(yīng)用 測定玻璃的折射率 全反射棱鏡，改變光的傳播方向 改變光的傳播方向 3. 全反射 光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面上時，全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射。發(fā)生全反射的條件：（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角大于或等于臨界角。（光線從某介質(zhì)射向真空時臨界角為） 全反射與光導(dǎo)纖維 全 反 射 光密介質(zhì)與光疏介質(zhì) 兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)， 折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)

4、 （1）光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時，折射角小于入射角； 光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角 （2）光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大于在光密介質(zhì)中的的傳播速度 （3）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的。單獨(dú)一種介質(zhì)無法確定它是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì) 全反射 定義 光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度時，折射角達(dá)到，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射 臨界角 ①定義：折射角為時的入射角叫做全反射的臨界角 ②公式：光由折射率為的介質(zhì)射入空氣（真空）時， 條件 ①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) ②入射角大于或等于臨界角

5、 光導(dǎo)纖維 原理 光的全反射 構(gòu) 造 由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上上發(fā)生全反射 傳播 途徑 光 纖 通 信 方法 光也是一種電磁波，也可以像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息 優(yōu)點 光纖通信的主要優(yōu)點是容量大。此外，光纖傳輸還有衰減小、抗干擾性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點 二 光的色散的特點 在色散現(xiàn)象中，紅光偏向角最小，即棱鏡對紅光的折射率最小。由公式可知紅光在介質(zhì)中的傳播速度最大。 將各種色光的情況列表統(tǒng)計如下： 物理量 紅橙黃綠藍(lán)靛紫 原理 同種介質(zhì)中的

6、折射率（） 同種介質(zhì)中的光速（） 同種介質(zhì)中的波長（） 頻率（） 波動理論 同種介質(zhì)中的臨界角（） 考點二 光的波動性 一 光的干涉 頻率相同的兩列光波相疊加，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且光被加強(qiáng)和減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象。 1． 雙縫干涉：在用單色光做雙縫干涉實驗時，若雙縫處兩列光的振動情況完全相同，則在光屏上距雙縫的路程差是光波波長的整數(shù)倍的地方光被加強(qiáng)，將出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長的奇數(shù)倍的地方光被減弱，將出現(xiàn)暗條紋。 即光程差 出現(xiàn)亮條紋； 光程差 出現(xiàn)暗條

7、紋。 相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離Δx與波長λ、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關(guān)系為Δx＝λ。在用白光做雙縫干涉實驗時光屏?xí)r，光屏上除中央亮條紋為白色外，兩側(cè)均為彩色的干涉條紋。 2．薄膜干涉：光照射到薄膜上時，薄膜的前、后表面反射的兩列光相疊加，也可發(fā)生干涉現(xiàn)象。若入射光為單色光，可形成明暗相間的干涉條紋；若入射光為白光，可形成彩色的干涉條紋。 在薄膜干涉中，同一級亮條紋（或暗條紋）出現(xiàn)在摸的厚度相同處，故此種干涉又常稱為等厚干涉。 二 光的衍射 1．光的衍射現(xiàn)象 光在遇到障礙物時，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射． 2．光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件 當(dāng)孔或

8、障礙物的尺寸比光波波長小，或者跟光波波長相差不多時，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。 3．單縫衍射圖樣和雙縫衍射圖樣的區(qū)別 a. 條紋寬度有區(qū)別：雙縫干涉條紋是等寬的，相鄰亮（暗）條紋間的距離是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮紋最寬，兩側(cè)對稱的亮紋是等寬的。 b. 光強(qiáng)分布不同：雙縫干涉條紋如果不考慮距離分遠(yuǎn)近造成傳播上的損失，每條亮紋的光強(qiáng)分布是相同的，而單縫衍射的條紋的光強(qiáng)分布主要集中在中央亮紋，中央亮紋的光強(qiáng)占整個光強(qiáng)的95%。 三 光的偏振 1．偏振現(xiàn)象：橫波只沿某一特定方向振動，稱為波的偏振現(xiàn)象。 2．自然光：太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿各個方向振動

9、的光，而且沿各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光。 3．偏振光：在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個特定方向振動的光，叫偏振光。 4. 光的偏振現(xiàn)象充分說明光是橫波，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常見到的大部分光都是不同程度的偏振光。 5. 偏振光的簡單應(yīng)用：拍攝水面下的景物，玻璃櫥窗里陳列物時，加偏振片濾去水面或玻璃表面的反射光，使影響清晰。立體電影也是應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象的例子。 答案 P92 熱點突破提升練十八 1．（多選）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法中正確的是(　　) A．用光導(dǎo)纖維束傳送信息是光的衍射的應(yīng)用 B．太陽光通過

10、三棱鏡形成彩色光譜是光的干涉現(xiàn)象 C．在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可使景象更清晰 D．經(jīng)過同一雙縫所得干涉條紋，紅光條紋寬度大于綠光條紋寬度 E．激光測距是應(yīng)用了激光平行性好的特點 2．（多選）下列說法正確的是(　　) A．用光導(dǎo)纖維傳播信號是利用了光的全反射 B．偏振光可以是橫波，也可以是縱波 C．光速不變原理指出光在真空中傳播速度在不同慣性參考系中都是相同的 D．光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 E．聲源與觀察者相對靠近時，觀察者所接收的頻率等于聲源振動的頻率 3.（多選）在雙縫干涉實驗中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要

11、增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是________。 A．改用紅色激光 B．改用藍(lán)色激光 C．減小雙縫間距 D．將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動 4.（多選）如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以(　　) A．增大S1與S2的間距 B．減小雙縫屏到光屏的距離 C．將綠光換為紅光 D．將綠光換為紫光 5.（多選）兩種單色光束a,b分別照射在同一套雙縫干涉演示實驗裝置上,得到

12、的干涉圖樣分別如圖(a),(b)所示,則(　 　) 　　A.調(diào)試該實驗裝置時,要注意使單縫與雙縫相互平行 　　B.a光的波長大于b光的波長 　　C.a光的頻率大于b光的頻率 　　D.a光在真空中的速度大于b光在真空中的速度 　　E.同一種介質(zhì)對a光的折射率小于對b光的折射率 6. （多選）如圖2所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線．則(　　) A．在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B．在真空中，a光的波長小于b光的波長 C．玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率 D．若改變光束的入射方向使θ角逐漸變

13、大，則折射光線a首先消失 E．分別用a、b光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距 7.（多選）如圖所示，是半圓柱形玻璃體的對稱面和紙面的交線，A、B是關(guān)于軸等距且平行的兩束不同單色細(xì)光束，從玻璃體右方射出后的光路如圖所示，MN是垂直于放置的光屏，沿方向不斷左右移動光屏，可在屏上得到一個光斑P，根據(jù)該光路圖，下列說法正確的是(　 　) A．該玻璃體對A光的折射率比對B光的折射率小 B．A光的頻率比B光的頻率高 C．在該玻璃體中，A光比B光的速度大 D．在真空中，A光的波長比B光的波長長 E．A光從空氣進(jìn)入該玻璃體后，其頻率變

14、高 8.“道威棱鏡”廣泛地應(yīng)用在光學(xué)儀器當(dāng)中，如圖所示，將一等腰直角棱鏡截去棱角，使其平行于底面，可制成“道威棱鏡”，這樣就減小了棱鏡的重量和雜散的內(nèi)部反射。從M點發(fā)出的一束平行于底邊CD的單色光從AC邊射入，已知棱鏡玻璃的折射率n＝。求光線進(jìn)入“道威棱鏡”時的折射角，并通過計算判斷光線能否從CD邊射出。 9.細(xì)束平行光以一定的入射角從空氣射到直角棱鏡的側(cè)面AB，光線進(jìn)入棱鏡后直接射向另一側(cè)面AC。逐漸調(diào)整光線在AB面的入射角，使AC面恰好無光線射出，測得此時光線在AB面的入射角為α。 　?、佼嫵龉饩€在AB面的入射角為α?xí)r，在AB面、AC面兩次折射的光路圖； 　　②

15、計算該棱鏡的折射率。 10.如圖乙所示，ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點垂直AD邊射入。已知棱鏡的折射率n＝，AB＝BC＝8 cm，OA＝2 cm，∠OAB＝60°。 　　①求光線第一次射出棱鏡時，出射光線的方向。 　?、诘谝淮蔚某錾潼c距C多遠(yuǎn)。 11.如圖所示，AOB是截面為扇形的玻璃磚的橫截面圖，其頂角θ＝76°，今有一細(xì)束單色光在橫截面內(nèi)從OA邊上的點E沿垂直于OA的方向射入玻璃磚，光線直接到達(dá)AB面且恰好未從AB面射出．已知OE＝OA，cos 53°＝0.6，試求： (1)玻璃磚的折射率n； (

16、2)光線第一次從OB射出時折射角的正弦值。 12.如圖所示，直角三角形ABC是一玻璃磚的橫截面，AB＝L，∠C＝90°，∠A＝60°,一束單色光PD從AB邊上的D點射入玻璃磚，入射角為45°，DB＝，折射光DE恰好射到玻璃磚BC邊的中點E，已知光在真空中的傳播速度為c.求： (1)玻璃磚的折射率； (2)該光束從AB邊上的D點射入玻璃磚到第一次射出玻璃磚所需的時間． 13.如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為的半球體，點為球心：下半部是半徑為、高為的圓柱體，圓柱體底面鍍

17、有反射膜。有一平行于中心軸的光線從半球面射入，該光線與之間的距離為。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行（不考慮多次反射）。求該玻璃的折射率。 14.如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點是半球的球心，虛線表示光軸（過球心與半球底面垂直的直線）。已知玻璃的折射率為?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出（不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線）。求 （i）從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值； （ii）距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到點的距離。

18、15.一個半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示．玻璃的折射率為n＝. (1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？ (2)一細(xì)束光線在O點左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點的位置． 16.如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點，該光線的延長線恰好過底面邊緣上的A點，求該光線從球面射出的方向相對于其初始入射方向的偏角． - 10 -