2023届高考物理二轮复习专题5第2讲光学课件

这是一份2023届高考物理二轮复习专题5第2讲光学课件，共41页。PPT课件主要包含了内容索引，核心考点聚焦，微专题•热考命题突破，知识网络建构，命题角度3电磁波，ACD等内容，欢迎下载使用。

核心归纳命题角度1　折射定律和折射率
命题角度2　光的折射与全反射综合应用(1)光从折射率为n的某种介质射向空气(真空)时发生全反射的临界角为C,则sin C= 。(2)利用好光路图中的临界光线,准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键,且在作光路图时应尽量与实际相符。
深化拓展　1.应用光的折射定律解题的一般思路(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系,作出比较完整的光路图。(2)充分利用光路图中的几何关系,确定各角之间的联系,根据折射定律求解相关的物理量,如折射角、折射率等。(3)注意在折射现象中,光路是可逆的。2.求解光的折射、全反射问题的两个关键点
典例剖析例1(命题角度2)(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,AC与CO夹角为45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直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
规律方法求解光的折射、全反射问题的四点注意(1)光密介质和光疏介质是相对而言的。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。(2)如果光线从光疏介质进入光密介质,则无论入射角多大,都不会发生全反射现象。(3)当光射到两种介质的界面上时,往往同时发生光的折射和反射现象,但在全反射现象中,只发生反射,不发生折射。(4)准确作出光路图,充分考虑三角形、圆的特点,运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、全等三角形等,仔细分析光传播过程中的几何关系。
对点训练1.(命题角度2)(2022全国甲卷)如图所示,边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面,M为AB边的中点。在截面所在平面内,一光线自M点射入棱镜,入射角为60°,经折射后在BC边的N点恰好发生全反射,反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
2.(命题角度1)(2022湖南卷)如图所示,某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成,其中屏障垂直于屏幕平行排列,可实现对像素单元可视角度θ的控制(可视角度θ定义为某像素单元发出的光在图示平面内折射到空气后最大折射角的2倍)。透明介质的折射率n=2,屏障间隙l=0.8 mm。发光像素单元紧贴屏下,位于相邻两屏障的正中间。不考虑光的衍射。(1)若把发光像素单元视为点光源,要求可视角度θ控制为60°,求屏障的高度d。(2)若屏障高度d'=1.0 mm,且发光像素单元的宽度不能忽略,求像素单元宽度x最小为多少时,其可视角度θ刚好被扩为180°(只要看到像素单元的任意一点,即视为能看到该像素单元)。
核心归纳命题角度1　光的干涉与衍射(1)光的衍射是无条件的,但发生明显的衍射现象是有条件的。(2)两列光波发生稳定干涉现象时,光的频率相等,相位差恒定,振动方向相同,条纹间距Δx= λ。命题角度2　光的偏振(1)光的偏振现象证明光是横波。(2)应用:照相机镜头上的偏振片、立体电影等。
(2)电磁波波长越长越容易产生干涉、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: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射线检查金属内部的缺陷等。
　　　　 体现光的波动性深化拓展　干涉与衍射的比较(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,中央亮条纹又宽又亮,从中央向两侧,条纹宽度减小,亮条纹亮度显著减弱。(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。
典例剖析例2(命题角度1)(多选)(2022山东卷)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为l。同一单色光垂直照射狭缝。实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。
下列描述正确的是(　　)A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时,增加l,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一定是暗条纹
解析 根据干涉和衍射原理可知,选项A、D正确。遮住一条缝后是衍射现象,当缝宽度增大时,亮条纹宽度变小,选项B错误。根据Δx= λ可知,l增大,Δx增大,选项C正确。
对点训练3.(命题角度3)(2022天津模拟)红外测温枪与传统的热传导测温仪器相比,具有响应时间短、测温效率高、操作方便等特点。下列关于红外测温枪的说法正确的是(　　)A.红外测温枪的工作原理是利用电磁波的反射制成的B.红外测温枪能接收到的是身体的热量,通过热传导到达红外测温枪进而显示出体温C.红外测温枪利用了物体辐射红外线强度与温度有关的规律D.红外线也属于电磁波,其波长小于紫外线的波长
解析 一切物体均在辐射红外线,温度不同的人体辐射的红外线强弱不同,红外测温枪接收到人体辐射出的红外线,通过波长、强度与温度的关系,就可以得到人体的温度,这就是红外测温枪的工作原理,A、B错误,C正确;红外线属于电磁波,根据电磁波谱的排列顺序可知,红外线的波长大于紫外线的波长,D错误。
4.(命题角度2、3)(2022北京模拟)隐形飞机运用多种隐形技术降低飞机的信号特征,使雷达难以发现、识别、跟踪。飞机隐形的途径主要有两种:一是改变飞机的外形和结构,减小回波;二是在飞机表面涂敷特殊材料吸收雷达波。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。常规雷达采用波长为0.01~0.1 m的厘米波,隐形飞机在常规雷达上反射的能量几乎与一只麻雀反射的能量相同,因此在常规雷达的屏幕上几乎看不到隐形飞机的回波。而米波雷达采用波长为1~10 m的米波,与隐形飞机的外形尺寸相匹配,从而发生谐振,大大增强了飞机回波信号的能量,从而使飞机的隐形效果下降。
下列说法正确的是(　　)A.米波不能产生偏振现象B.米波的频率约为厘米波频率的10倍C.米波的传播速度小于厘米波的传播速度D.常规雷达比米波雷达的分辨率更高
解析 米波是电磁波,能产生偏振现象,A错误;由c=λf可得米波的频率约为厘米波频率的 ,B错误;米波的传播速度等于厘米波的传播速度,C错误;雷达的分辨率是与其所使用的频率有着密切关系的,频率越高,分辨率也就越高,所以常规雷达比米波雷达的分辨率更高,D正确。
5.(命题角度1)(2022江苏盐城模拟)1834年,洛埃利用单面镜得到了与杨氏干涉实验相似的结果(称洛埃镜实验)。洛埃镜实验的基本装置如图所示,S为单色光源。S发出的光直接照在光屏上,同时S发出的光还通过平面镜M反射在光屏上,最终在光屏上得到明暗相间的干涉条纹。设光源S到平面镜的距离和到光屏的距离分别为a和l,光的波长为λ。则下列说法正确的是(　　)A.实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光B.实验中,单色光的波长λ越短,干涉条纹越宽C.光源到平面镜距离a越大,干涉条纹越宽D.只改变光源到光屏的距离l,不能改变干涉条纹的宽度
情境解读光学知识在生产、生活、医疗、军事以及科技方面应用较多,比如小孔成像、影子的形成、彩虹、转弯镜、哈哈镜、海市蜃楼、沙漠蜃景、内窥镜、潜望镜、光导纤维、薄膜干涉、双缝干涉等。考向分析在高考几何光学知识的命题中,不管以哪种情境为背景切入,都是考查光的直线传播、光的反射、折射和全反射的理解及有关计算,从相应情境中抽象出光学模型是解答这类问题的关键。
案例探究例题(2021湖南卷)我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验,认识到光沿直线传播。身高1.6 m的人站在水平地面上,其正前方0.6 m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞,直径为1.0 cm、深度为1.4 cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质,不考虑光在透明介质中的反射。(1)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少?(2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少?
答案 (1)1.38(2)1.72解析 (1)当恰好成完整的像时,光路如图所示
角度拓展1 (2021湖南适应性考试)如图所示,泳池底部半球形玻璃罩半径为r,内为空气,其球心处有一个点光源S。S发射的光通过罩内空气穿过厚度不计的玻璃罩,进入水中,最后有部分光线折射出水面,在水面形成圆形光斑。(1)水深h=2 m,水对光的折射率取 ,计算光斑的直径d;(2)若光源发出的是白光,考虑到色散,问出射水面的光斑边缘颜色为红色还是紫色,并说明理由。
答案 (1)4.5 m(2)红色　红光的折射率最小,临界角最大解析 (1)从S点发出的光线射向半球形玻璃罩边缘时沿直线射向水中,然后射到空气和水的分界面,若恰能发生全反射,则sin C=则光斑直径为d=2htan C代入数据解得d=4.5 m。(2)因红光的折射率最小,则临界角最大,则出射水面的光斑边缘颜色为红色。
角度拓展2 (2021河北省实验中学高三下学期调研)如图甲所示,某汽车大灯距水平地面的高度为81 cm,图乙为该大灯结构的简化图。现有一束光从焦点处射出,经旋转抛物面反射后,垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射
答案 300 cm解析 如图所示设光线从C点水平射向半球透镜时的入射角为α,从半球透镜折射后的出射光线与水平面成β角,依题意有
典例示范(7分)(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
(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)
原生态样卷剖析学生答卷及批阅展示
教师点评1.(1)中必要的文字说明不完整,当然由于结果正确,可以得分。技巧:必要的文字说明需要用简短的语言指明研究对象、研究过程和应用的规律,题干中没有的符号要做出说明。2.⑥式路程差的表达式忘记乘以2,不能得分。3.由于⑥式路程差的表达式错误,导致最终结果⑦式错误,不能得分。技巧:列表达式时,要分步列式,不要列连等式或总式,这样即便最终结果错误,前面正确的表达式依然得分。总评:该题满分7分,该考生实际得分为5分,没找准路程差ΔL的表达式,主要原因可能还是审题不细致,没有看到四棱镜“对称放置”,只考虑左侧光路的路程差,遗漏了右侧光路的路程差。由此可见,认真审题、准确把握题干信息的重要性。