2023版高考物理步步高大二轮复习讲义第一篇 专题五 第13讲　光学　电磁波【学生版】

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第13讲　光学　电磁波命题规律　1.命题角度：(1)光的折射与全反射；(2)光的干涉和衍射；(3)电磁波；(4)几何光学与物理光学的综合分析.2.常用方法：几何分析法，光路可逆.3.常考题型：选择题、计算题．考点一　光的折射与全反射1．常用的三个公式＝n，n＝，sin C＝.2．折射率的理解(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关．(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质．(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小．3．求解光的折射和全反射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线．(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系．(3)利用折射定律等公式求解．(4)注意折射现象中光路的可逆性．例1　(多选)(2022·湖北省八市二模)一种“光开关”的“核心区”如图中虚线框区域所示，其中1、2是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚线框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能．单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折射率为2，下列说法正确的是(　　)A．若不充入介质，则能实现“关”功能B．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，则有可能实现“开”功能C．若充入的介质相对棱镜是光密介质，则有可能实现“关”功能D．单色光a通过“光开关”后传播方向一定改变学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________例2　(2022·山东卷·7)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光都不可以学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________例3　(2022·河北省模拟)如图所示，AOB为半径为R的扇形玻璃砖，一束细光照射到AO面上的C点，入射角为60°，折射光线平行于BO边，C点到BO面的距离为，AD⊥BO，∠DAO＝30°，光在空气中的传播速度为c，求：(1)玻璃砖的折射率；(2)光在玻璃砖中传播的时间．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________考点二　光的波动性　电磁波1．光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)；光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑．2．光的双缝干涉和单缝衍射的比较 双缝干涉单缝衍射发生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)图样不同点条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗与光的偏振的区别干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波3.电磁振荡和电磁波(1)电磁振荡：T＝2π，电流为0时电场能最大，电流最大时磁场能最大．(2)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．(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关．(4)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．例4　(多选)(2020·江苏卷·13B(1))电磁波广泛应用在现代医疗中．下列属于电磁波应用的医用器械有(　　)A．杀菌用的紫外灯B．拍胸片的X光机C．治疗咽喉炎的超声波雾化器D．检查血流情况的“彩超”机学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________例5　(2021·山东卷·7)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(　　)学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________例6　(2022·山东泰安市期末)如图实验装置，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平放置在桌面上．单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是(　　)A．光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象B．光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象C．将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻亮条纹间距增大D．将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻亮条纹间距减小学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________考点三　几何光学与物理光学的综合应用1．含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同．2．各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大 例7　(多选)(2022·山西晋中市榆次区一模)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”．如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光．下列说法正确的是(　　)A．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹B．水滴对a光的临界角小于对b光的临界角C．在水滴中，a光的波长大于b光的波长D．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小学习笔记：______________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1．(多选)(2022·甘肃省第一次诊断)用同一双缝干涉实验装置分别做甲、乙两种光的双缝干涉实验，获得的双缝干涉条纹如图甲、乙所示．下列说法正确的是(　　)A．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度B．在同一种介质中，甲光的折射率小于乙光的折射率C．从同种介质射向空气，且发生全反射时，甲光的临界角小于乙光的临界角D．遇到同一障碍物，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象2．(2022·浙江精诚联盟联考)如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在B处有一点光源，该材料对该光的折射率n＝，只考虑首次从圆弧AC全反射与折射的光线．则下列说法中正确的是(　　)A．从D点观察，圆弧AC被照亮的弧长有B．AD边和CD边有一部分接收不到点光源经圆弧AC折射的光线C．点光源经圆弧AC全反射射到AB边，这部分长度为D．从D点观察，看到B处点光源的像比实际位置更远离AC面3．(2022·安徽省二模)如图(a)所示电视机遥控器中有一个用透明介质封装的发光二极管，它发出红外光来控制电视机的各种功能．一兴趣小组找来一个用此种材料制成的半圆柱体，利用插针法测定该透明介质的折射率．实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路．P和Q分别是入射点和出射点，且AB⊥MN，如图(b)所示．测得半圆柱体的半径R＝5 cm，OP＝1 cm，DQ＝4 cm，D到法线OQ的距离DG＝2 cm.已知光速c＝3.0×108 m/s.(1)求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度大小；(2)实际测得封装二极管的半球直径d＝5 mm，发光二极管的发光面是以EF为直径的发光圆盘，其圆心位于半球的球心点O，如图(c)所示．为确保发光面发出的红外光第一次到达半球面时都不发生全反射，发光二极管的发光面半径r最大应为多大？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________