专题13 光学宝典在手，反射折射我都懂-高考物理必备知识一本通
专题十三：光学宝典在手，反射折射我都懂必备知识1.折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。(2)表达式：(3)在光的折射现象中，光路是可逆的。2．折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量。(2)定义式：。(3)计算公式：，因为v
nbB．λa>λb，naλb，na>nb【答案】B【解析】由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，所以8
naλbA．λa<λb，na>nb与分析结果不相符；故Ａ项错误；B．λa>λb，naλb，na>nb与分析结果不相符；故D项错误。2.（2019·全国高考真题）如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=30°．一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。（1）求棱镜的折射率；（2）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出，求此时AB边上入射角的正弦。【答案】（1）；（2）sin=【解析】（1）光路图及相关量如图所示．光束在AB边上折射，由折射定律得…………①式中n是棱镜的折射率．由几何关系可知α+β=60°…………②由几何关系和反射定律得…………③联立①②③式，并代入i=60°得…………④（2）设改变后的入射角为，折射角为，由折射定律得8
…………⑤依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角，且…………⑥由几何关系得…………⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为sin=…………⑧必备知识一、光的干涉、衍射和偏振1．光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定。(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹。2．双缝干涉实验：（1）单色光通过双缝后，被双缝s1和s2分成频率相同的两束光，两束光叠加后在光屏上形成明暗相间的条纹。（2）光屏上某点形成明、暗条纹的条件：①光的路程差：（半波长偶数倍），为明条纹。②光的路程差：（半波长奇数倍），为暗条纹。（3）条纹特点：①单色光产生的干涉条纹，明暗相间，相邻明条纹（或暗条纹）间距相等，中央为明条纹。②白光产生的干涉条纹，光屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。（4）条纹间距公式：式中：为相邻明条纹（暗条纹）间的距离，L为双缝到光屏的距离；为双缝间距，为入射光波长。8
3.薄膜干涉：（1）产生原理：光照射到透明薄膜上，来自薄膜前表面、后表面的反射光相互叠加。（2）应用：检查玻璃仪器表面的平整程度；增透膜。（3）生活中现象：阳光下肥皂泡呈彩色，马路上油膜呈现彩色……4．光的衍射（1）光离开直线路径绕到障碍物的阴影里里去的现象，叫光的衍射现象。（2）发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物（孔、缝）的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长更小时，才会产生明显的衍射现象。也就是说光的波长越大衍射现象越明显，光的波动性越强；障碍物（孔、缝）的尺寸越小衍射现象越明显。（3）衍射条纹特点：单缝衍射用单色光照射单缝，形成如图所示的衍射条纹。条纹明暗相间，中央为明条纹，最宽最亮，两侧明条纹的亮度、宽度逐渐变暗。圆孔衍射用单色光照射小孔，形成如图所示的衍射条纹。条纹明暗相间，中央为实心圆形亮斑，越向外圆环形明条纹的亮度、宽度逐渐变窄。圆盘衍射用单色光照射不透明的小圆盘，形成图示的衍射条纹。条纹明暗相间，在圆盘的阴影中心出现很小亮斑。（4）白光的衍射条纹为彩色条纹。（5）和干涉条纹类似，增大入射光的波长，条纹间距将变大；增大单缝宽度，条纹间距将变小。5．光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。(3)偏振光的形成①让自然光通过偏振片形成偏振光。②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振现象说明光是一种横波。(5)8
应用：偏光镜（偏振片）。在拍摄水中的鱼或玻璃橱窗中的物品时，在镜头前加一个偏光镜头能有效减弱反射光，使景象更为清楚，这是利用了光的偏振现象。二、电磁波1．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。2．电磁波(1)电磁场在空间由近及远的传播，形成电磁波。(2)电磁波的传播不需要介质，可在真空中传播，在真空中不同频率的电磁波传播速度相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波，在同一介质中传播其速度是不同的，频率越高，波速越小。(4)v＝λf，f是电磁波的频率。3．电磁波的发射(1)发射条件：开放电路和高频振荡信号，所以要对传输信号进行调制(调幅或调频)。(2)调制方式①调幅：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而变。②调频：使高频电磁波的频率随信号的强弱而变。4．无线电波的接收(1)当接收电路的固有频率跟接收到无线电波的频率相等时，激起的振荡电流最强，这就是电谐振现象。(2)使接收电路产生电谐振的过程叫作调谐，能够调谐的接收电路叫作调谐电路。(3)从经过调制的高频振荡中“检”出调制信号的过程，叫作检波．检波是调制的逆过程，也叫作解调。5．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。三、相对论1．狭义相对论的两个基本假设(1)狭义相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的．(2)光速不变原理：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，光速和光源、观测者间的相对运动没有关系。2．质能关系用m表示物体的质量，E表示它具有的能量，则爱因斯坦质能方程为E＝mc2。关键能力8
1.（2019·北京高考真题）利用图1所示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样，下列关于P处放置的光学元件说法正确的是（）A．甲对应单缝，乙对应双缝B．甲对应双缝，乙对应单缝C．都是单缝，甲对应的缝宽较大D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大【答案】A【解析】根据单缝衍射图样和双缝干涉图样特点判断。单缝衍射图样为中央亮条纹最宽最亮，往两边变窄，双缝干涉图样是明暗相间的条纹，条纹间距相等，条纹宽度相等，结合图甲，乙可知，甲对应单缝，乙对应双缝，故A正确，BCD错误。2.（2016·浙江省高考真题）用a、b两种不同波长的光，先后用同一装置做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则( )A．a光的波长大于b光的波长B．a光的频率大于b光的频率C．在玻璃中，a光的速度等于b光的速度D．从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角【答案】AD【解析】根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝可知，同一实验装置，条纹间距越大，说明波长越长，即频率越小．根据题意，a光的波长长，所以A正确，B错误．频率越小，介质对它的折射率越小，根据n＝可知，在介质中的传播速度越大，即a光在介质中的传播速度要大，所以C错误．根据sinC＝可知，介质的折射率越小，则全反射的临界角越大，所以a光的全反射临界角要大，选项D正确，故选AD。8
