专题20 光 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用）

这是一份专题20 光 课件-2026年高考物理二轮复习优质课件（全国通用），共62页。
波动性和粒子性是光的两面,理解和运用是学习的两面。用努力折射知识之光,以积累实现能力跃 迁,将所有的烦恼全反射!
　 (2021北京,2,3分)如图所示的平面内,光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖,出射光为b、c两束单色光。下 列说法正确的是 (　　　)A.这是光的干涉现象B.在真空中光束b的波长大于光束c的波长C.玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率D.在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度
解析　光从一种介质进入另一种介质,传播方向发生改变的现象是光的折射现象,A错误。光束b、c入 射角相同,b的折射角小,由折射定律可知,玻璃砖对光束b的折射率大,C正确。由折射率大的光波长短, 可知真空中光束b的波长小于光束c的波长,B错误。由v= 知,折射率大的光在介质中的传播速度小,故光束b传播速度小,D错误。
　 探究1　拓展设问①设问1:常见的折射、干涉现象有哪些?②设问2:光在介质中的传播速度v、频率f、波长λ之间有什么关系?③设问3:单色光从一种介质进入另一种介质,哪些物理量不变?哪些物理量会发生变化?如何变化?④设问4:不同颜色的可见光,在同种介质中,频率、波长、折射率、波速、全反射临界角的大小关系分 别如何?⑤设问5:改变入射光a的入射角,b、c两束单色光会在玻璃砖圆形界面上发生全反射吗?⑥设问6:不同颜色的可见光,光子的能量相同吗?当发生光电效应时,光电子最大初动能和光子频率有 什么关系?⑦设问7:用b、c两束单色光照射同一金属材料,若c光能使金属材料发生光电效应,则b光也一定能使该
金属材料发生光电效应吗?
答案　①折射现象:海市蜃楼、沙漠蜃景、雨后彩虹、筷子在水中“折断”的现象等。干涉现象:肥皂泡上的彩色条纹、水面上的彩色油膜、杨氏双缝干涉实验条纹、牛顿环。②v=λf。③光的频率由光本身决定,所以光从一种介质进入另一种介质,频率不变,即周期不变。根据v= ,若光从光疏介质进入光密介质,光的传播速度变小,波长变短;反之,光的传播速度变大,波长变长。④
⑤不会。b、c两束单色光只会沿径向射出玻璃砖,从玻璃砖射入空气的入射角始终为0°。⑥不同颜色的可见光,光子的能量不同,光的频率越大,光子的能量越大。发生光电效应时,光电子最大 初动能与光子频率之间的关系满足爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,W0为发生光电效应材料对应的逸 出功,W0=hν0,ν0为发生光电效应材料对应的截止频率。⑦玻璃砖对b光的折射率较大,则b光的频率较大,b光对应的光子能量较大,若c光能使该金属材料发生 光电效应,则b光也一定能使该金属材料发生光电效应。
探究2　举一反三一题多问深挖透,考点拿捏快准稳!一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其横截面如图所示。一激光器从 罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45° 角时,恰好观察不到射向空气的折射光束。已知光在真空中的传播速度为c。求:
　 (1)液体的折射率n。(2)激光在液体中的传播速度v。(3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中(发生全反射之前),对应空气中折射角如何 变化?折射光的强度如何变化?
　 (4)若换成波长更长的激光,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗?(5)若换成折射率更大的液体,其他条件不变,当光束与竖直方向成45°角时,会有光束折射向空气中吗?(6)此情境中,若恰好观察不到射向空气的折射光束时,光束与竖直方向夹角未知,能利用测量长度的工 具测出液体的折射率吗? 
解析　(1)当入射角达到45°时,恰好等于全反射临界角C,根据 sin C= ,可得液体的折射率n= = = 。(2)根据n= ,可得激光在液体中的传播速度v= = c。(3)激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动过程中,光从液体射入空气中的入射角增大,对应空 气中折射角也增大,反射光的强度增大,而入射光的能量不变,所以折射光的强度减小。(4)若换成波长更长的光,在该液体中的折射率更小,对应的全反射临界角更大,当光束与竖直方向成45° 角时,并未发生全反射,所以会有光束折射向空气中。(5)若换成折射率更大的液体,光对应的全反射临界角更小,当光束与竖直方向成45°角时,已经发生全反 射,所以不会有光束折射向空气中。
(6)标记出恰好发生全反射时激光器的位置,设为Q。测出圆柱形罐体的直径D以及Q点与水平液面的距 离h,则sin C= ,n= = = ,代入测量数据即可求出液体的折射率。
　　通过上述“真题解码”,我们初步熟悉了本单元的部分核心知识。本单元专题1主要包括几何光 学和波动光学两大部分。几何光学中,光的折射是基础,光的全反射是难点,全反射临界角是核心,准确 地画出光路图然后利用几何知识解决问题是关键;波动光学中,光的干涉、衍射是重点,光的干涉条 件、发生明显衍射的条件、光的干涉现象中明暗条纹的判断及间距计算是基础,光的干涉现象的应用 是难点。本单元专题2为近代物理初步,高考对这部分内容的考查主要集中在爱因斯坦光电效应方程 的理解及应用、原子核的衰变、半衰期、核反应方程、核能的计算等方面,对于氢原子的能级图、能 级跃迁公式的应用也有涉及,题型多为选择题。本单元设立的几个“真题试练”可以帮助大家在备考 复习中清晰梳理和融会贯通相关的知识和方法。
(2022湖北,14,9分)如图所示,水族馆训练员在训练海豚时,将一发光小球高举在水面上方的A位置,海豚 的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距离为d,A位置离水面的高度为 d。训练员将小球向左水平抛出,入水点在B位置的正上方,入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水 面折射后到达B位置,折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率n= ,求:(1)tan θ的值;(2)B位置到水面的距离H。
解析　(1)小球做平抛运动,设初速度为v0、在空中飞行时间为t,则水平方向上有d=v0t,竖直方向上有 = t再由速度的分解有tan θ= ,解得tan θ= 。(2)设光线在水面的入射角为θ1,由折射定律有n= 再由图中几何关系有d= +  tan θ1联立解得H= d。
答案　(1) 　(2) d
　 探究1　拓展设问①设问1:保持小球入水瞬间速度方向及折射光线与水平方向的夹角不变,且小球入水点仍在B位置的正 上方,若A位置离水面的高度变为d,A位置和B位置的水平距离应为多少?B位置到水面的距离应为多少?②设问2:假设光在空气中的传播速度近似为c,求小球在A位置发出的某束光,传播到B位置所需的时 间。
答案　①保持小球入水瞬间速度方向不变,且小球入水点仍在B位置的正上方,由tan θ= 可知,若A位置离水面的高度hA变为d,即变为原来的 倍,则A位置和B位置的水平距离xAB也变为原来的 倍,即 d,又因为折射光线与水平方向的夹角θ不变,则入射角θ1也不变,由xAB= +hA tan θ1可知,H也变为原来的 倍,即变为 d。②光从A传播到水面的距离s1= ,时间t1= ;光从水面传播到B点的距离s2= ,时间t2= ,n= ,联立可得t=t1+t2= 。
1.条件变异·临界点　[2021湖南,16(2),8分]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。 (ⅰ)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?
(ⅱ)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?
解析　(ⅰ)填充透明介质后,人通过小孔恰能成完整的像的光路图如图所示 sin θ= =0.8sin α= 
答案　(ⅰ)1.4　(ⅱ)1.7
由折射定律得n= = 因此透明介质的最小折射率nmin= ≈1.4。(ⅱ)因掠射是光从光疏介质到光密介质,入射角接近90°,光路如图所示,故由折射定律得 sin C= 
nmin= = ≈1.7。
2.情境变异·运动过程　[2019课标Ⅰ,34(2),10分]如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅 杆顶端高出水面3 m。距水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射 光束与竖直方向的夹角为53°(取sin 53°=0.8)。已知水的折射率为 。(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离;(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射 出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。
解析　(ⅰ)如图1,设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P 点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有 =tan 53° ① =tan θ ②由折射定律有sin 53°=n sin θ ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2 ④联立①②③④式并代入题给数据得x=7 m⑤
答案　(ⅰ)7 m　(ⅱ)5.5 m
 　 (ⅱ)如图2,设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i',由折射 定律有sin i'=n sin 45° ⑥设船向左行驶的距离为x',此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1',到P点的水平距离为x2',则x1'+x2'=x'+x ⑦ =tan i' ⑧
 =tan 45° ⑨联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x'=(6 -3)m≈5.5 m⑩
(2022山东,7,3分)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) (　　　) 
真题试练2:光的全反射
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
解析　当细激光束从A点垂直于AB面入射时,激光沿直线传播到O点,经第一次反射后沿半径方向射出 光学器件,如图1所示。 　　 依题意,保持光的入射方向不变,入射点从A向B移动,如图2所示,激光沿直线传播到CO面,经反射后射向 PM面,入射点从A向B移动过程中,光线在PM面的入射角逐渐增大。当入射点为B点时,根据光的反射定律及几何关系可知,光线刚好传播到PM面的P点,此时光线在PM面 上的入射角最大,设为α,如图3所示,
 由几何关系知α=45°。根据全反射临界角公式得sin Ca= =  ,两种频率的细激光束的全反射临界角的关系为Ca