【物理】2019届二轮复习光学学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习光学学案（全国通用）

2019 届二轮复习 光学 学案（全国通用） 考情解读 熟练利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路图．加深对折射率、全反射、临界角概念的理解．并 能结合实际，解决问题．同时应注意对物理规律的理解和对物理现象、物理情景和数学几何知识结合的分 析能力的培养． 物理光学部分应遵循历史发展线索，理解干涉、衍射、偏振等现象，并能解释生活中的相关物理现象．光 的偏振、激光这些内容，与生产、生活、现代科技联系密切，应学以致用． 一、几何光学的常见现象 项目 内容 折射 定律 (1)三线共面 (2)分居两侧 (3)入射角正弦与折射角正弦之比为常数sinθ1 sinθ2 ＝n 折射率 定义式:光从真空进入介质时 n＝sinθ1 sinθ2 折射率 决定式:n＝ 物理意义:描述透明介质对光线的偏折作用,n 越大,折射光线偏离入射方向的夹角越 大 全反射 发生条件:(1)从光密介质进入光疏介质 (2)入射角大于或等于临界角,即θ1≥C 临界角：sin C＝ 光的 色散 产生原因：(1)太阳光是复色光； (2)不同的色光折射率不同 规律:光的频率越大,折射率越大 红光→紫光:折射率逐渐增大,在介质中的速度逐渐减小; (3)临界角逐渐减小;波长逐渐减小 常见光 学元件 的特点 平行玻璃板:(1)出射光线与入射光线平行; (2)出射光线发生侧移 棱镜:(1)光线向底边偏折;(2)能发生色散 全反射棱镜:(1)垂直于直角边射入,出射光线方向改变 90°;(2)垂直于斜边射入,出射 光线方向改变 180° 二、光的干涉、衍射和偏振现象 项目 内容 光的 干涉 双缝 干涉 产生条件:两光源频率相等,相位差恒定 出现明暗条纹的条件:路程差Δs＝nλ,明条纹;Δs＝(n＋ )λ,暗条纹 相邻条纹间距:Δx＝ λ 光的 干涉 薄膜 干涉 产生原因：同一束光分别经薄膜的前后表面反射的光叠加而成 规律:经薄膜上厚度相等的位置反射的光叠加后在同一干涉条纹上,相邻条纹间距 与波长成正比,与斜面倾角成反比 应用:(1)光干涉法检查平面的平整度 (2)在光学镜头上涂增透膜 d＝ λ 光的 衍射 明显衍 射条件 障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多或者比光的波长小 衍射 现象 单缝衍射:中间条纹亮、宽;两侧条纹暗、窄;波长越长,条纹越宽,间距越大 圆孔衍射:明暗相间的圆形条纹 圆板衍射:圆形阴影的外侧是明暗相间的圆形条纹,中间是亮斑 (泊松亮斑) 光的 偏振 偏振片有特定的透振方向, 自然光通过后成为偏振光, 两偏振光片平行时透过的光最强, 垂直时最弱 【特别提醒】 (1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光的偏振现象说明光是横波. (2)光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是研究条纹间距是否均匀,中央条纹和两侧条纹的亮度是否 相同. 三、光电效应及光的波粒二象性 项目 内容 光 电 效 应 概念 金属在光(包括不可见光)的照射下发射电子的现象 规律 (1)每种金属都有一个极限频率,ν≥ν0 时才会发生光电效应 (2)光电子的最大初动能与光强无关,随ν的增大而增大 (3)光电效应的产生几乎是瞬时的 (4)饱和光电流与光强成正比 光电 效应 解释 光子说:(1)光在传播时是一份一份的,每份叫一个光子;(2)光子能量 E＝hν, h＝6.63×10－ 34 J·s 逸出功:电子脱离金属时克服原子核引力做功的最小值 W＝hν 光强:P＝nhν 光电效应方程:Ek＝hν－W 物质波 每个实物粒子对应一种波,叫物质波 物质波的波长λ＝ 波粒二 象性 概率波:只能预测粒子在某区域出现的概率,概率符合波动规律 高频考点一、光的折射、全反射 例 1．（2018 年江苏卷）两束单色光 A、B 的波长分别为 、 ，且 > ，则______（选填“A”或“B”） 在水中发生全反射时的临界角较大．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到______（选填“A”或 “B”）产生的条纹间距较大． 【答案】(1). A (2). A 【变式探究】【2017·北京卷】如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为 a、b 两束单色光。如果光 束 b 是蓝光，则光束 a 可能是 A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光 【答案】D 【解析】根据题意作出完整光路图，如图所示，a 光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律 可知玻璃砖对 a 光的折射率较大，因此 a 光的频率应高于 b 光，故选 D。 【变式探究】(2016·四川理综，5，6 分)某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率 n.如图甲所示，O 是圆心，MN 是法线，AO、BO 分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入 射角 i 和折射角 r，作出 sin i－sin r 图象如图乙所示，则( ) A．光由 A 经 O 到 B，n＝1.5 B．光由 B 经 O 到 A，n＝1.5 C．光由 A 经 O 到 B，n＝0.67 D．光由 B 经 O 到 A，n＝0.67 【答案】B 【变式探究】(2015·四川理综，3，6 分)直线 P1P2 过均匀玻璃球球心 O，细光束 a、b 平行且关于 P1P2 对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示．a、b 光相比( ) A．玻璃对 a 光的折射率较大 B．玻璃对 a 光的临界角较小 C．b 光在玻璃中的传播速度较小 D．b 光在玻璃中的传播时间较短 【答案】C 【解析】从题图中看出，b 光线进入玻璃后偏折程度较大，因此玻璃对 b 光折射率大，A 错误．根据 sin C＝1 n 知，折射率大的临界角小，B 错误．根据 v＝c n 知，折射率大的传播速度小，C 正确．由几何关系知，b 在玻璃中运动路程长，结合 b 的传播速度小，可知 b 在玻璃中的传播时间较长，D 错误． 高频考点二、光的折射、全反射的计算 例 2. （2018 年全国 II 卷）如图， 是一直角三棱镜的横截面， ， ，一细光束从 BC 边的 D 点折射后，射到 AC 边的 E 点，发生全反射后经 AB 边的 F 点射出。EG 垂直于 AC 交 BC 于 G， D 恰好是 CG 的中点。不计多次反射。 （i）求出射光相对于 D 点的入射光的偏角； （ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？ 【答案】（1）δ=60° （2） 【解析】（1）根据题意画出光路图，根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角； （2）要保证在 E 点发生全反射，则在 E 点的入射角要大于等于临界角 C. 【变式探究】一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为 R 的半圆，AB 为半圆的直径，O 为圆心，如图 所示．玻璃的折射率为 n＝ 2. (1)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在 AB 上的最大宽度为多少？ (2)一细束光线在 O 点左侧与 O 相距 3 2 R 处垂直于 AB 从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置． 【解析】(1)在 O 点左侧，设从 E 点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界 角θ，则 OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出， 60°＞ θ ⑤ 光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由 G 点射出，考虑整体几何关系，得出光路如图所示．由反 射定律和对称性可得 OG＝OC＝ 3 2 R ⑥ 射到 G 点的光有一部分被反射，沿原路返回到达 C 点射出． 【答案】(1) 2R (2)O 点左右侧与 O 相距 3 2 R 处 高频考点三、光的波动性 例 3.（2018 年北京卷）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片 后 A. 干涉条纹消失 B. 彩色条纹中的红色条纹消失 C. 中央条纹变成暗条纹 D. 中央条纹变成红色 【答案】D 【解析】当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形 成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠 加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，D 正确，ABC 错误。 【变式探究】【2017·新课标Ⅱ卷】（5 分）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏 幕上显示出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是________（选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分；每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分）。 A．改用红色激光 B．改用蓝色激光 C．减小双缝间距 D．将屏幕向远离双缝的位置移动 E．将光源向远离双缝的位置移动 【答案】ACD 【变式探究】如图所示是 a、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则( ) A．在同种均匀介质中，a 光的传播速度比 b 光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时 a 光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a 光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生 a 光的能级能量差大 【答案】D 【解析】由干涉条纹间距Δx＝λ d·L 可知，λa<λb，νa>νb 同种均匀介质，对频率大的波折射率更大即 na>nb， 光在介质中的传播速度 v＝c n ，故 vaEb，D 正确． 【变式探究】以下说法正确的是( ) A．真空中蓝光的波长比红光的波长长 B．天空中的彩虹是由光的干涉形成的 C．光纤通信利用了光的全反射原理 D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变 【答案】C 【解析】真空中蓝光的波长比红光的波长短，A 错误．天空中的彩虹是由光的折射形成的，B 错误．光 纤通信利用了光的全反射传递信息，C 正确．机械波在不同的介质中传播时频率不变，速度变化，因而波长 会变化，D 错误． 1.（2018 年北京卷）用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后 A. 干涉条纹消失 B. 彩色条纹中的红色条纹消失 C. 中央条纹变成暗条纹 D. 中央条纹变成红色 【答案】D 25.（2018 年江苏卷）两束单色光 A、B 的波长分别为 、 ，且 > ，则______（选填“A”或“B”）在 水中发生全反射时的临界角较大．用同一装置进行杨氏双缝干涉实验时，可以观察到______（选填“A”或“B”） 产生的条纹间距较大． 【答案】(1). A (2). A 【解析】波长越长，频率越小，折射率越小，根据临界角 ，可知波长越大临界角越大，所以 A 光的临界角大；双缝干涉条纹的间距 ，因为 A 光的波长较长，所以 A 光产生的条纹间距较大。 3.（2018 年全国Ⅰ卷）如图，△ABC 为一玻璃三棱镜的横截面，∠A=30°，一束红光垂直 AB 边射入， 从 AC 边上的 D 点射出，其折射角为 60°，则玻璃对红光的折射率为_____。若改用蓝光沿同一路径入射， 则光线在 D 点射出时的折射射角______（“小于”“等于”或“大于”）60°。 【答案】(1). (2). 大于 4.（2018 年全国 II 卷）如图， 是一直角三棱镜的横截面， ， ，一细光束从 BC 边的 D 点折射后，射到 AC 边的 E 点，发生全反射后经 AB 边的 F 点射出。EG 垂直于 AC 交 BC 于 G，D 恰好是 CG 的中点。不计多次反射。 （i）求出射光相对于 D 点的入射光的偏角； 学……&科网 （ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？ 【答案】（1）δ=60° （2） 【解析】（1）根据题意画出光路图，根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角； （2）要保证在 E 点发生全反射，则在 E 点的入射角要大于等于临界角 C. 1．【2017·北京卷】如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为 a、b 两束单色光。如果光束 b 是蓝 光，则光束 a 可能是 A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光 【答案】D 2．【2017·天津卷】明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必 有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两 束单色光 a、b，下列说法正确的是 A．若增大入射角 i，则 b 光先消失 B．在该三棱镜中 a 光波长小于 b 光 C．a 光能发生偏振现象，b 光不能发生 D．若 a、b 光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则 a 光的遏止电压低 【答案】D 【解析】设折射角为α，在右界面的入射角为β，根据几何关系有： A   ，根据折射定律： sin sin in  ，增大入射角 i，折射角α增大，β减小，而β增大才能使 b 光发生全反射，故 A 错误；由光路图可 知，a 光的折射率小于 b 光的折射率（ a bn n ），则 a 光的波长大于 b 光的波长（ a b  ），故 B 错误； 3．【2017·北京卷】物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如，利用波的干涉，可将无线电波的 干涉信号用于飞机降落的导航。 如图所示，两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧，它们类似于杨氏干涉实验中的双 缝。两天线同时都发出波长为λ1 和λ2 的无线电波。飞机降落过程中，当接收到λ1 和λ2 的信号都保持最强时， 表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是 A．天线发出的两种无线电波必须一样强 B．导航利用了λ1 与λ2 两种无线电波之间的干涉 C．两种无线电波在空间的强弱分布稳定 D．两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合 【答案】C 【解析】由于两无线电波波源对称分布在跑道两侧，两种波长的无线电波各自发生干涉，在跑道处干 涉均加强，两种无线电波各自在空间的强弱分布稳定，但不重合，当接收到的λ1 和λ2 的信号都保持最强时， 表明飞机已对准跑道。由题意，天线发出的两种无线电波不必一样强，A 错误；导航利用了两种波长的无 线电波各自的稳定干涉，B 错误；若两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合，则接收到λ1 和λ2 的信号 都保持最强的位置，不一定在跑道上，D 错误；故选 C。 5．【2017·新课标Ⅱ卷】（5 分）在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示 出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是________（选对 1 个得 2 分，选 对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分；每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分）。 A．改用红色激光 B．改用蓝色激光 C．减小双缝间距 D．将屏幕向远离双缝的位置移动 E．将光源向远离双缝的位置移动 【答案】ACD 6．【2017·江苏卷】人的眼球可简化为如图所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行 光束宽度为 D，对称地沿轴线方向射入半径为 R 的小球，会聚在轴线上的 P 点．取球体的折射率为 2 ，且 D= 2 R，求光线的会聚角α．（示意图未按比例画出） 【答案】30° 【解析】由几何关系sin 2 Di R  ，解得 45i   则由折射定律 sin sin i n   ，解得 30   且 2 i   ，解得 30   7．【2017·新课标Ⅰ卷】（10 分）如图，一玻璃工件的上半部是半径为 R 的半球体，O 点为球心；下 半部是半径为 R、高位 2R 的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜。有一平行于中心轴 OC 的光线从半球面射入， 该光线与 OC 之间的距离为 0.6R。已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行（不考虑多次反射）。 求该玻璃的折射率。 【答案】 【解析】如图，根据光路的对称性和光路可逆性，与入射光线相对于 OC 轴对称的出射光线一定与入射 光线平行。这样，从半球面射入的折射光线，将从圆柱体底面中心 C 点反射。 8．【2017·新课标Ⅱ卷】（10 分）一直桶状容器的高为 2l，底面是边长为 l 的正方形；容器内装满某种 透明液体，过容器中心轴 DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内 壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的 D 点射出的两束光线相互垂直，求 该液体的折射率。 【答案】1.55 【解析】设从光源发出直射到 D 点的光线的入射角为 i1，折射角为 r1，在剖面内做光源相对于反光壁 ⑥ 联立④⑤⑥解得：n=1.55 9．【2017·新课标Ⅲ卷】（10 分）如图，一半径为 R 的玻璃半球，O 点是半球的球心，虚线 OO′表示 光轴（过球心 O 与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为 1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底 面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。求 （i）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值； （ii）距光轴 3 R 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到 O 点的距离。 【答案】（i） 2 3 R （ii） 【解析】（i）如图，从底面上 A 处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为 i，当 i 等于全反射临 界角 i0 时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离为 l。 设折射光线与光轴的交点为 C，在△OBC 中，由正弦定理有 ⑥ 由几何关系有 1 1C r i   ⑦ 1 1sin 3i  ⑧ 联立⑤⑥⑦⑧式及题给的条件得 ⑨ 1．【2016·全国卷Ⅰ】【物理——选修 34】 (2)如图 1，在注满水的游泳池的池底有一点光源 A，它到池边的水平距离为 3.0 m．从点光源 A 射向 池边的光线 AB 与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为4 3. 图 1 (i)求池内的水深； (ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到池面的高度为 2.0 m．当他看到正前下方的点光源 A 时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留 1 位有效数字)． （2）【答案】(i)2.6 m (ii)0.7 m 【解析】(i)如图，设到达池边的光线的入射角为 i，依题意，水的折射率 n＝4 3 ，光线的折射角θ＝90°， 由折射定律有 律 有 nsin i′＝sin θ′ ④ 式中，i′是光线在水面的入射角．设池底点光源 A 到水面入射点的水平距离为 a，由几何关系有 sin i′＝ a a2＋h2 ⑤ x＋l＝a＋h′ ⑥ 式中 h′＝2 m，联立③④⑤⑥式得 x＝ 3 7 23 －1 m≈0.7 m ⑦ 学……&科网 2．【2016·全国卷Ⅲ】【物理——选修 34】 (2)如图 1所示，玻璃球冠的折射率为 3，其底面镀银，底面的半径是球半径的 3 2 倍；在过球心 O 且垂 直于底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的 M 点，该光线的延长线恰好过底面边 缘上的 A 点．求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角． 图 1 （2）【答案】150° 【解析】设球半径为 R，球冠底面中心为 O′，连接 OO′，则 OO′⊥AB.令∠OAO′＝α，有 cos α＝O′A OA ＝ 3 2 R R ① 即α＝30° ② 由题意 MA⊥AB 所以∠OAM＝60° 设图中 N 点为光线在球冠内底面上的反射点，所考虑的光线的光路图如图所示．设光线在 M 点的入射 角为 i、折射角为 r，在 N 点的入射角为 i′，反射角为 i ″，玻璃折射率为 n.由于△OAM 为等边三角形，有 反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为 β＝180°－∠ENO＝150° ⑪ 3．【2016·天津卷】图 1是 a、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则( ) 图 1 A．在同种均匀介质中，a 光的传播速度比 b 光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时 a 光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a 光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生 a 光的能级能量差大 【答案】D 【解析】从图中可以看出，a 光干涉条纹的间距比 b 光干涉条纹的间距要小，由于是在同一双缝干涉装 4.【2016·江苏卷】 B．【选修 34】 (2)杨氏干涉实验证明光的确是一种波，一束单色光投射在两条相距很近的狭缝上，两狭缝就成了两个 光源，它们发出的光波满足干涉的必要条件，则两列光的________相同．如图 1所示，在这两列光波相遇 的区域中，实线表示波峰，虚线表示波谷，如果放置光屏，在________(选填“A”“B”或“C”)点会出现暗条纹． 图 1 B．（2）【答案】频率 C 【解析】只有频率相同的两列波才可能发生干涉现象．只有波峰与波谷相遇处才是振动减弱点，也就 是出现暗条纹处． 学……&科网 【2015·重庆·11（1）】1．虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光 照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成 MN 和 PQ 两条彩色光 带，光路如题 11 图 1 所示.M 、N、P、Q 点的颜色分别为 A．紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫 C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红 1．【答案】A 【解析】白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率 n n 红紫 ，由折射定律知紫光的折 射角较小，由光路可知，紫光将到达 M 点和 Q 点，而红光到达 N 点和 P 点，故选 A。 【考点定位】光的折射和全反射、光路、折射率。 【名师点睛】识记电磁波谱中的各种光具有三大（波长、同一介质中的波速、临界角）三小（频率、 能量、折射率），几何光学部分的规律。 【2015·福建·13】2．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光 a、b，波长分别为λa、λb， 该玻璃对单色光 a、b 的折射率分别为 na、nb。则 （ ） A．λa<λb，n a >nb B．λa>λb，na λb，na >nb 2．【答案】B 【 考点定位】光的折射定律；全反射. 【规律总结】首先要熟练掌握光的折射定律及全反射规律，然后画出光路图，结合几何关系进行求解. 【2015·海南·16（2）】4．一半径为 R 的半圆形玻璃砖，横截面如图所示。已知玻璃的全反射临界角 r （r< 3  ）。与玻璃砖的底平面成（ 2 r  ）角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。 经柱面折射后，有部分光（包括与柱面相切的入射光）能直接从玻璃砖底面射出。若忽略经半圆柱内表面 反射后射出的光，求底面透光部分的宽度。 4．【答案】 2cos Rl  【解析】 【解析】 【 【名师点睛】光学部分可分为几何光学和物理光学，在选择 题中考查时很少单独考查一个知识点，多 是综合应用，解决这类问题除了把握好基本规律、公式   sin sinn 、 n cv  、 nC 1sin  等，还要注意几何 光学和物理光学间的相互联系，如根据折射率判断频率，再由光子能量联系光电效应方程分析相关问题。 【2015·安徽·18】6．如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的 AB 面上，经 AB 和 AC 两个面折射后 从 AC 面进入空气。当出射角i 和入射角 i 相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为 。已知棱镜顶 角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 A． sin 2 sin 2     B． sin 2 sin 2     C． sin sin( )2    D． sin sin( )2    6．【答案】A 【解析】由几何关系，得入射角等于 2   ，折射角等于 2  ，所以折射率为 sin 2 sin 2     ，故选 A。 考点：考查折射率知识。 【规律总结】折射率的考察主要是考几何关系，在几何中找到入射角和折射角与已知角的关系，再由 折射率公式，就容易得到答案了 【2015·江苏·12B（3）】7．人造树脂时常用的眼镜片材料，如图所示，光线射在一人造树脂立方体上， 经折射后，射在桌面上的P点，已知光线的入射角为30°，OA=5cm，AB=20cm，BP=12cm，求该人造树脂材 料的折射率n 7．【答案】1.5 【 考点定位】光的折射；光的干涉；波长、频率和波速 【方法技巧】本题主要是光的折射，重点是考察不同频率的光，折射率也是不一样的。注意折射率的 两种算方法 ，这往往是解决问题的关键。 【2015·四川·3】9．直线 P1P2 过均匀玻璃球球心 O，细光束 a、b 平行且关于 P1P2 对称，由空气射入玻 璃球的光路如图。a、b 光相比 A．玻璃对 a 光的折射率较大 B．玻璃对 a 光的临界角较小 C．b 光在玻璃中的传播速度较小 D．b 光在玻璃中的传播时间较短 9．【答案】C 【解析】由于 a、b 光平行且关于过球心 O 的直线 P1P2 对称，因此它们的入射角 i 相等，根据图中几何 关系可知，b 光在玻璃球中的光路偏离进入球之前方向较多，即 b 光的折射角γ较小，根据折射定律有：n ＝ γ i sin sin ，所以玻璃对 b 光的折射率较大，故选项 A 错误；根据临界角公式有：sinC＝ n 1 ，所以玻璃对 a 光 的临界角较大，故选项 B 错误；根据折射率的定义式有：n＝ v c ，所以 b 光在玻璃中的传播速度 v 较小，故 选项 C 正确；根据图中几何关系可知，a、b 光进入玻璃球后，b 光的光程 d 较大，根据匀速直线运动规律 有：t＝ v d ，所以 b 光在玻璃中的传播时间较长，故选项 D 错误。 【考点定位】对折射率、临界角、光的折射定律的理解与应用。 【名师点睛】正确求解本题的前提与关键是：首先要知道球面界面中，法线一定过球心，其次通过作 出光路图，从图中正确找出对应的入射角与折射角，再次熟记相应的物理规律和概念。 【方法技巧】熟记折射率定义式 n＝ v c ，折射定律 n＝ γ i sin sin 、临界角公式sinC＝ n 1 （前提是光由介质进 入真空或空气中）、波长与波速和频率（周期）间关系 v（c）＝λf 或λ＝vT 【规律总结】在光的折射中，光线便折程度越大，介质对其折射率越大、临界角越小、在介质中的传 播速率越小、波长越短，值得注意的是，光（波）在进入介质前后频率不变。 【2015·北京·21（1）】10．“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖， aa 和bb 分别是玻 璃砖与空气的两个界面，如图 1 所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 1P 和 2P ，用“+”表示大头针的位置， 然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针 3P 和 4P ，在插 3P 和 4P 时，应使 （选填选项 前的字母） A、 3P 只挡住 1P 的像 B、 4P 只挡住 2P 的像 C、 3P 同时挡住 1P 、 2P 的像 10．【答案】C 【解析】在“测定玻璃砖的折射率”实验中，由折射的光路可知插针时应使 3P 同时挡住 1P 、 2P 的像， 4P 同时挡住 1P 、 2P 、 3P 的像，故选项 C 正确。 【考点定位】测定玻璃的折射率。 【规律总结】动手操作的演示实验和学生实验，注意事项和实验步骤是重点掌握的。 1.【物理——选修 34]【2014·新课标全国卷Ⅰ】(2)一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为 R 的半圆， AB 为半圆的直径，O 为圆心，如图所示．玻璃的折射率为 n＝. (ⅰ)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在 AB 上的最大宽度为多少？ (ⅱ)一细束光线在 O 点左侧与 O 相距 3 2R 处垂直于 AB 从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置． 【答案】(ⅰ)R (ⅱ)略 【解析】在 O 点左侧，设从 E 点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ， 则 OE 区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图所示，由全反射条件有 OG＝OC＝3 2R⑥ 射到 G 点的光有一部分被反射，沿原路返回到达 C 点射出． 2.【2014·新课标Ⅱ卷】【物理——选修 3－4】(2)一厚度为 h 的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一 半径为 r 的圆形发光面，在玻璃板上表面放置一半径为 R 的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖 直线上，已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率． 【答案】(1)BCE (2) h 2 【解析】(1)由 Q 点的振动图像可知，t＝0.10 s 时质点 Q 沿 y 轴负方向运动，A 项错误；由波的图 R＝L＋r④ 联立以上各式可得 n＝h 2⑤ 3.【2014·北京卷】以往，已知材料的折射率都为正值(n>0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材 料，其折射率可以为负值(n<0) ，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角 i 与折射角 r 依然满 足sin i sin r＝n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下表面平行的负折 射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率 n＝－1，正确反映电 磁波穿过该材料的传播路径的示意图是( ) A B C D 【答案】B 4.【2014·全国卷】在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为 589 nm 的光，在距双缝 1.00 m 的屏上形成 干涉图样．图样上相邻两明纹中心间距为 0.350 cm，则双缝的间距为( ) A．2.06×10－7 m B．2.06×10－4 m C．1.68×10－4 m D．1.68×10－3 m 【答案】C 【解析】本题考查双缝干涉条纹间距离公式．双缝干涉相邻条纹间距Δx＝l dλ，则 d＝ l Δxλ＝1.68×10－4 m， C 正确． 学……&科网 5.【2014·福建卷Ⅰ】如图， 一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能 正确描述其光路的是( ) A B C D 【答案】A 【解析】光线由空气沿半径射入玻璃砖时，传播方向不变，由玻璃砖射向空气时，在其分界面处 6.【2014·江苏卷】【选修 3－4] (1)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到题 12B1(甲)图所示的条纹，仅改变一个实验条件 后，观察到的条纹如题 12B1(乙)图所示．他改变的实验条件可能是______． (题 12B1 图) A．减小光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离 C．减小双缝到光屏之间的距离 D．换用频率更高的单色光源 【答案】(1)B 【解析】根据Δx＝l dλ知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离，增大光的波长(即降低光的频率) 或增大双缝到屏的距离，故只有 B 正确． 7.【2014·四川卷】电磁波已广泛运用于很多领域．下列关于电磁波的说法符合实际的是( ) A．电磁波不能产生衍射现象 B．常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C．根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D．光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 【答案】C 8.【2014·四川卷】如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则( ) A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B．小球所发的光能从水面任何区域射出 C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 【答案】D 【解析】光从水中进入空气，只要在没有发生全反射的区域，就可以看到光线射出，所以 A、B 错误； 光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以 C 错误；由 v＝c n得，光从水中进入空气后传播速度变大，所 以 D 正确． 9.【2014·天津卷】一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成 a、 b 两束，如图所示，则 a、b 两束光( ) A．垂直穿过同一块平板玻璃，a 光所用的时间比 b 光长 B．从同种介质射入真空发生全反射时，a 光临界角比 b 光的小 C．分别通过同一双缝干涉装置，b 光形成的相邻亮条纹间距小 D．若照射同一金属都能发生光电效应，b 光照射时逸出的光电子最大初动能大 【答案】AB 【解析】本题考查了光的折射率、全反射、双缝干涉及光电效应等知识点，根据图中光线的偏转 10. 【2014·浙江卷】关于下列光学现象，说法正确的是( ) A．水中蓝光的传播速度比红光快 B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射 C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深 D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽 【答案】CD 【解析】本题考查光速、光的全反射、折射、双缝干涉等知识．在同一种介质中，波长越短，波速越 慢，故红光的传播速度比蓝光大，选项 A 错误；光从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不能发生 全反射，选项 B 错误；在岸边观察水中的鱼，由于光的折射，鱼的实际深度比看到的深度要深，选项 C 正 确；在空气中红光的波长比蓝光要长，根据Δx＝l dλ可知红光的双缝干涉条纹间距大，选项 D 正确． 11.【2014·重庆卷】打磨某剖面如题 11 图 1 所示的宝石时，必须将 OP、OQ 边与轴线的夹角θ切磨在θ1 ＜θ＜θ2 的范围内，才能使从 MN 边垂直入射的光线在 OP 边和 OQ 边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线 第一次射到 OP 边并反射到 OQ 边后射向 MN 边的情况)，则下列判断正确的是( ) 题 11 图 1 A．若θ＞θ2，光线一定在 OP 边发生全反射 B．若θ＞θ2，光线会从 OQ 边射出 C．若θ＜θ1，光线会从 OP 边射出 D．若θ＜θ1，光线会在 OP 边发生全反射 【答案】(1)D 【解析]本题第一问考查光的折射和全反射，第二问考查波的图像． 12.【2014·江苏卷】(3)Morpho 蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照 射到翅膀的鳞片上发生了干涉．电子显微镜下鳞片结构的示意图见题 12B2 图．一束光以入射角 i 从 a 点入 射，经过折射和反射后从 b 点出射．设鳞片的折射率为 n，厚度为 d，两片之间空气层厚度为 h.取光在空气 中的速度为 c，求光从 a 到 b 所需的时间 t. (题 12B2 图) 【答案】(3) 2n2d n2－sin2i＋ 2h ccos i 13.【2014·山东卷】(2)如图所示，三角形 ABC 为某透明介质的横截面，O 为 BC 边的中点，位于截面所 在平面内的一束光线自 O 以角 i 入射，第一次到达 AB 边恰好发生全反射．已知θ＝15°，BC 边长为 2L，该 介质的折射率为.求： (ⅰ)入射角 i； (ⅱ)从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为 c，可能用到：sin 75°＝2 4或 tan 15° ＝2－. 【答案】(2)(ⅰ)45° (ⅱ) 2 2cL 【解析】(2)(ⅰ)根据全反射规律可知，光线在 AB 面上 P 点的入射角等于临界角 C，由折射定律得 t＝ 2 2cL⑨ （2013·天津卷）8、固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O 点为圆心，OO’为直径 MN 的垂线，足够大 的光屛 PQ 紧靠玻璃砖右侧且垂直于 MN。由 A、B 两种单色光组成的一束光沿半径方向射向 O 点，入射光 线与 OO’夹角 较小时，光屛 NQ 区域出现两个光斑，逐渐增大 角，当 = 时，光屛 NQ 区域 A 光的光斑 消失，继续增大 角，当 = 时，光屛 NQ 区域 B 光的光斑消失，则（ ） A.玻璃砖对 A 光的折射率比对 B 光的大 B.A 光在玻璃砖中传播速度比 B 光的大 C. 时，光屛上只有 1 个光斑 D. 时，光屛上只有 1 个光斑 本解析为 独家使用，如有盗用，依法追责！ 【答案】AD 【 考点定位】光的折射 全反射 （2013·上海卷）17．某半导体激光器发射波长为 1.5×106m，功率为 5.0×103W 的连续激光。已知可见 光波长的数量级为 107m，普朗克常量 h＝6.63×1034J·s，该激光器发出的 (A)是紫外线 (B)是红外线 (C)光子能量约为 1.3×1018J (D)光子数约为每秒 3.8×1016 个 【答案】 BD 【解析】 红橙黄绿蓝靛紫波长逐渐变短，该激光的波长比可见光波长长，因此是红外线，A 错 B 对。 cf  可计算频率  Hz。光子能量= hv =1.326×1019 故答案 C 错 误。光子数 n= =3.8×1016 光子答案 D 正确 【 考点定位】 双缝干涉的条纹间距 学……&科网 （2013·福建卷）14．一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能 正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是( ) 【答案】B 【解析】当光由空气斜射向三棱镜时，将发生光的折射现象，且入射角大于折射角，故选项 C、D 错误； 由于玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大，因此进入玻璃时紫光的折射角比红光的折射角小，故选项 A 错误；选项 B 正确。 【 考点定位】本题考查了不同频率光在介质中的折射率、波长等光学知识。 （2013·海南卷）16．模块 34 试题（12 分） （1）（4 分）下列选项与多普勒效应有关的是 （填正确答案标号。选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 3 分.选对 3 个得 4 分;每选错 I 个扣 2 分，最低得分为 0 分） A．科学家用激光测量月球与地球间的距离 B．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速 C．技术人员用超声波探测金属、陶瓷、混凝土中是否有气泡 D．交通警察向车辆发射超声波并通过测量反射波的频率确定车辆行进的速度 E．科学家通过比较星球与地球上同种元素发出光的频率来计算星球远离地球的速度 【答案】BDE 【解析】多普勒效应是指波源或观察者发生移动，而使两者间的位置发生变化，使观察者接收到的频 率发生了变化，根据此定义可判断选项 BDE 正确。