全日制课程-高考专题-光学(初级版)

专题 光学知识导图教学目标1. 熟悉并记住光的基础知识，会做光的色散、波动性、粒子性的题目。

2. 理解并会应用折射率和双缝干涉解决实验题。

题型分类及方法技巧类型一 光的反射、折射和全反射方法点拨：这部分主要注意会画光路图，光密介质中的光线与法线的夹角大；发生全反射的条件：一是光线从光密介质到光疏介质；二是入射角要大于临界角C （sinC=1n ）.例题1：如图所示，有一束平行于等边三棱镜截图ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是（）A．该棱镜的折射率为√3B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变短D．光从空气进入棱镜，波速变小E．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行练习1.如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，对其中a、b两种色光，下列说法正确的是（）A．a色光的频率大于b色光的频率B．b色光在该玻璃三棱镜中的速度大于a色光的速度C．a色光的波长大于b色光的波长D．若分别让a、b两种色光通过同一双缝干涉装置，则a色光形成的干涉条纹的间距较大E．若让a、b两种色光以相同的入射角从某介质射向真空，b色光恰能发生全反射，则a色光也一定能发生全反射练习2.如图所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P，根据该光路图，下列说法正确的是（）A．该玻璃体对A光的折射率比对B光的折射率小B．A光的频率比B光的频率高C．在该玻璃体中，A光比B光的波长长D．在真空中，A光的波长比B光的波长长E．A光从空气进入该玻璃体后，其频率变高类型二光的色散和电磁波谱方法点拨：光的色散：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫（红光：三小【折射率小，偏折角小，频率小】；三大【临界角大，波长大，波速大】）；电磁波谱：无线电波（广播、通讯），红外线（遥控、遥感、热效应），可见光（照相），紫外线（杀菌、消毒），X射线（医学），γ射线（穿透能力最强）。

例题2：如图，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束光A 从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间，则错误的是（）A．从a点射出的是红光，从b点射出的是紫光B．从a点射出的是紫光，从b点射出的是红光C．从a点和b点射出的都是红光，从ab中点射出的是紫光D．从a点和b点射出的都是紫光，从ab中点射出的是红光E．光在ab面上不可能发生全反射练习1：关于电磁波，下列说法正确的是（）A．可见光属于电磁波B．只有有变化的电场就能产生电磁波C．电磁波在任何介质中的传播速率都相同D．使电磁波随各种信号而改变的技术叫做调制E．电磁波能发生反射、折射、干涉和衍射现象，也能在真空中传播练习2：关于电磁波，下列说法正确的是（）A．电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B．周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C．利用电磁波传递信号可以实现无线通信，但电磁波不能通过电缆、光缆传输D．电磁波在真空中自由传播时，其传播方向与电场强度、磁感应强度均垂直E．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失类型三光的波动性（干涉、衍射和偏振现象）方法点拨：干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。

①干涉：图样宽度均匀，明暗相间；频率相同，振动方向一致时，波程差是半个波长的偶数倍是加强点，奇数倍是减弱点；②衍射：图样宽度不一致，中间又宽又亮；发生明显衍射条件：波长比小孔或障碍物的宽度大或者差不多③偏振现象：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动，这种光叫做偏振光；只有横波才有偏振现象. 光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光；自然光在玻璃等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光.例题3：下列说法中正确的是（）A．看立体电影时，所戴眼镜的两个镜片是偏振片B．在太阳光照射下，肥皂泡呈现彩色，这是光的衍射现象C．光的衍射现象是光波相互叠加的结果，说明了光具有波动性D．在城市交通中，用红灯表示禁止通行，这是因为红光更容易产生干涉E．在双缝干涉实验中，用红光代替黄光作为入射光可增大干涉条纹的间距练习1：下列说法正确的是（）A．肥皂泡呈现的彩色是光的干涉现象，露珠呈现的彩色是光的色散现象，通过狭缝看太阳光呈现的彩色是光的衍射现象B．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象C．全息照相、光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D．光的偏振现象说明光是横波E．X射线比无线电波更容易发生干涉和衍射现象练习2：下列说法正确的是（）A．光在介质中传播的速度仅由介质本身所决定B．雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的C．杨氏双缝干涉实验中，当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时，红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小D．光的偏振特征说明光是横波E．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故类型四几何光学的计算方法点拨：这类题主要会画光学电路图，利用光的折射率公式计算。

例题4: 如图，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3.0m．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（i）求池内的水深；（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0m．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）．练习1：一个半圆柱形玻璃砖，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n=√2．（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？R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖（ii）一细束光线在O点左侧与O相距√32射出点的位置．练习2：如图，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A=30°，∠B=60°．一束平行于AC 边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出，若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等，（i）求三棱镜的折射率；（ii）在三棱镜的AC边是否有光线透出，写出分析过程．（不考虑多次反射）类型五测玻璃的折射率方法点拨：这个实验主要考查折射率n=sini/sinr，主要考查实验步骤和实验误差分析。

例题5在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确的操作，插好了4枚大头针P 1、P 2和P 3、P 4，如图所示。

①在坐标纸上画出完整的光路图，并标出入射角θ1和折射角θ2；② 对画出的光路图进行测量，求出该玻璃的折射率n =_________（结果保留2位有效数字）。

练习1：用“插针法”测定玻璃的折射率，所用的玻璃砖两面平行。

正确操作后，作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。

① 这块玻璃砖的折射率n=________（用图中字母表示）。

② 如果有几块宽度d 不同的玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度d 较_____（选填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。

练习2：（1）如图1所示，在测量玻璃折射率的实验中，两位同学先在白纸上放好截面是正三角形ABC 的三棱镜，并确定AB 和AC 界面的位置。

然后在棱镜的左侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P 1和P 2，再从棱镜的右侧观察P 1和P 2的像。

○1此后正确的操作步骤是 。

（选填选项前的字母） A ．插上大头针P 3，使P 3挡住P 2的像 B ．插上大头针P 3，使P 3挡住P 1、P 2的像 C ．插上大头针P 4，使P 4挡住P 3的像D ．插上大头针P 4，使P 4挡住P 3和P 1、P 2的像○2正确完成上述操作后，在纸上标出大头针P 3、 P 4的位置（图中已标出）。

为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线，如图甲、乙所示。

在图2中能够仅通过测量ED 、FG 的长度便可正确计算出折射率的是图 （选填“甲”或“乙”），所测玻璃折射率的表达式n = （用代表线段长度的字母ED 、FG 表示）。

甲P 1P 2P 3P 4璃类型六 双缝干涉测波长方法点拨：这个实验主要考察条纹间距公式Δx=Ld λ，注意实验器材的顺序，以及条纹间距Δx 的计算。

例题6 “用双缝干涉测量光的波长”的实验装置如图甲所示。

测量头由分划板、目镜、手轮等构成，已知双缝与屏的距离为L ，双缝间距为d 。

① 如图乙所示，移动测量头上的手轮，使分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心，记下此时手轮上螺旋测微器的读数x 1。

转动测量头，使分划板的中心刻线向右移动对准第4条亮纹的中心，此时手轮上螺旋测微器的读数x 2如图丙所示，则读数x 2=________mm ；②已知双缝与屏的距离为L ，双缝间距为d 。

计算波长的公式λ=_________； （用题目中给出的字母表示）③对于某种单色光，为增加相邻亮纹间的距离，可采取_________________或_________________的方法。

练习1：．在“用双缝干涉测光的波长”实验中：图1PP PPBAC图2BA CDEG F O甲BA C DEGO乙F20 25 15丙光源滤光片 单缝 双缝遮光管测量头甲乙（1）分别用红色和绿色的激光照射同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比△x1△x2（填“＞”“＜”或“=”）；（2）若实验中双缝之间的距离为1.50mm，双缝到屏幕的距离为1.00m，测得第1条到第4条亮条纹中心间的距离为0.980mm，则该光的波长为nm；（3）若实验中，将单缝s从双缝s1、s2的中央对称轴的位置稍微向下移动（如图2），则．A．不会出现干涉条纹B．仍然产生干涉条纹，且中央亮纹的位置不变C．仍然产生干涉条纹，且中央亮纹的位置略上移D．仍然产生干涉条纹，且中央亮纹的位置略下移．练习2：某同学用双缝干涉装罝测量某单色光的波长，实验装置如图（甲）所示．已知单缝与双缝间的距离L1=80mm，双缝与屏的距离L2=720mm，双缝间距d=0.36mm．用测量头来测量亮纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、游标尺等构成，移动游标尺，使分划板随之左右移动，让分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心如图（乙）所示，记下此时游标尺的读数，移动游标尺一段距离△x，使分划板的中心刻线对准第n条亮纹的中心．（1）写出单色光的波长λ的表达式（用字母表示）；（2）若分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心时，游标尺上的读数为x1=1.00cm；对准第10条亮纹的中心时，游标尺上的读数如图（丙）所示，则此时读数x2=cm，计算波长λ=nm（结果保留三位有效数字）巩固练习1．如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c，则下列说法正确的是（）A．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距B．a比b更容易发生衍射现象C．在水中a光的速度比b光的速度小D．在水中a光的临界角大于b光的临界角E．若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是a 光2．下列说法正确的是（）A．医生利用超声波探测病人血管中血液的流速时利用了多普勒效应B．发生全反射的条件是光由光疏介质射入光密介质C．两束单色光以相同角度斜射到同一平行玻璃砖，透过平行表面后，频率大的单色光侧移量大D．照相机的镜头表面镀有一层膜，能使照相效果更好，是利用了光的衍射现象E．两束单色光分别用同一装置进行双缝干涉实验时，频率小的单色光条纹间距大3．如图所示，杯中装满水，上方有一点A，杯底有一点B，A、B连线和水面的交点为O，现在A点用很细的一束红光照向水面上的P点，正好在B点形成亮点．若在A点用很细的另一颜色的光照向水面上的Q点，也正好在B点形成亮点．下列说法正确的是（）A．不管另一种光是什么颜色，P点和Q点都在O点的右边B．若另一种光是紫色，则Q点距O点较远C．若另一种光是蓝色，则Q点距O点较近D．若另一种光是黄色，P点和Q点都在O点的左边E．若另一种光是橙色，则Q点距O点较远4.下列说法中正确的是（）A．光的偏振现象说明光具有波动性，但并非所有的波都能发生偏振现象B．电磁波可以由电磁振荡产生，若波源的电磁振荡停止，空间的电磁波随即消失C．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为绿光，则干涉条纹间距变窄D．一束白光从空气射入玻璃三棱镜后形成彩色条纹，是因为玻璃三棱镜吸收了白光中的一些色光E．火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁5.如图所示，一束光a从水面上方斜射向O点，折射后分成光束b、c，则下列说法正确的是（）A．若入射角不断增大，c光先发生全反射B．b光比c光更容易发生衍射现象C．在水中b光的速度比c光的速度小D．用同一双缝干涉实验装置分别以b、c光做实验，b光的干涉条纹间距大于c光的干涉条纹间距E．若b光与c光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是c 光6.下列说法正确的（）A．在光的反射现象中，光路是可逆的，但在光的折射现象中，光路是不可逆的B．从接收到的高频信号中还原出所携带的声音或图象信号的过程称为解调C．当观察者相对波源运动时，观察者往往会发现接收到的波的频率发生了变化，这种现象叫多普勒效应D．光从空气射入水中，其波速减小，频率也减小E．在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的7.如图所示，一玻璃三棱镜置于空气中，一束光经折射后分为两束单色光a，b，则（）A．a光的频率大于b光的频率B．玻璃对a光的折射率小于b光的折射率C．a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度D．当a，b两束光从玻璃射入真空时，a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角E．a，b两束光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻暗条纹间距b光的较大8.如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，沿半径方向射入空气中的玻璃半圆柱后，被分成两光束OA和OB沿如图所示方向射出，则下列说法中正确的是（）A．黄光在真空中的传播速度大于紫光在真空中的传播速度B．OA为紫光，OB为黄光C．OA为黄光，OB为复色光D．在玻璃中，黄光的波长大于紫光的波长E．通过相同双缝干涉实验装置，黄光产生的干涉条纹间距比紫光大9.如图所示，一条红色光线和一条紫色光线，以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出，则可知（）A．BO光线是紫光，AO光线是红光B．BO光线是红光，AO光线是紫光C．AO光线比BO光线穿过玻璃柱体所需时间短D．将AO光线顺时针转动到BO光线与其重合，其透射光线仍然可能只沿OC方向射出E．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由AO光线变为BO光线，则干涉亮条纹间距变大10.a、b两种单色光形成细光束从水中射向水面，形成两束折射光和一束反射光，如图所示．下列说法正确的是（）A．a光的折射率大B．a光在水中的传播速度大C．保持入射点不变，顺时针方向旋转入射光，则b光先消失D．保持入射点不变，逆时针方向旋转入射光，则反射光旋转的角速度大于入射光的角速度．E．在空气中，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大11.如图为半圆形的玻璃砖，C为AB的中点，OO′过C点且与AB面垂直，a、b两束不同频率的单色可见细光束垂直AB边从空气射入玻璃砖，两束光在AB面上的入射点到C点的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（）A．a光的频率大于b光的频率B．b光比a光更容易发生衍射现象C．在半圆形的玻璃砖中，a光的折射率小于b光的折射率D．a光在此玻璃中的传播速度小于b光在此玻璃中的传播速度E．若a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角12.下列说法正确的是（）A．在潜水员看来，岸上的所以景物都出现在一个倒立的圆锥里B．光纤通信利用了全反射的原理C．泊松通过实验观察到的泊松亮斑支持了光的波动说D．电子表的液晶显示用到了偏振光的原理E．变化的磁场一定产生变化的电场13.下列说法正确的是（）A．偏振光可以是横波，也可以是纵波B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象C．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理D．X射线在磁场中能偏转．穿透能力强，可用来进行人体透视E．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率14.下列说法正确的是（）A．光纤通信是利用了全反射的原理B．水面上的油膜在阳光照射下会呈现彩色，这是由于光的衍射造成的C．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，一定不会发生衍射现象D．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的单缝衍射图样E．水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故15.下列说法正确的是（）A．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉B．光线通信利用了全反射的原理C．对于同一障碍物，频率越大的光波越容易绕过去D．电子表的液晶显示用到了偏振光的原理E．变化的磁场一定产生变化的电场16.下列说法正确的是（）A．电磁波可以与机械波类比，它们的传播都需要一定的介质B．光纤通信利用了全反射原理C．照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用于光的衍射现象D．用声呐探测水中的暗礁、潜艇，是利用了波的反射现象E．当驱动力的频率等于振动物体的固有频率时，振幅最大17.下列说法中正确的是（）A．光的偏振现象说明光是横波B．波的图象表示介质中“某个质点”在“各个时刻”的位移C．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场，均匀变化的电场产生变化的磁场D．分别用红光和绿光在同一装置上进行双缝干涉实验，红光的干涉条纹间距较大E．狭义相对论认为，在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的，真空中的光速也是相同的．18.下列说法正确的是（）A．频率越高，振荡电路向外辐射电磁波的本领越大B．高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的偏振现象C．玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的干涉现象D．a、b两束光分布照射同一双缝干涉装置，在屏上得到的干涉图样中，a光的相邻亮条纹间距比b光小，由此可知，在同种玻璃中b光传播速度比a光大E．让黄光、蓝光分别以相同角度斜射向同一平行玻璃砖，光从对侧射出时，两种光的偏转角都为零，但蓝光的侧移量更大19.中国女科学家屠呦呦因发现青蒿素而获得2015年诺贝尔生理医学奖，屠呦呦也成为首位获得该奖的中国人．在研究青蒿素化学结构中，研究人员用比可见波长更短的X射线衍射方法最终确定了其化学结构．在做单缝衍射实验中，下列说法中正确的是（）A．将入射光由可见光换成X射线，衍射条纹间距变窄B．使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄C．换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽D．增大单缝到屏的距离，衍射条纹间距变窄E．衍射条纹中央条纹最宽20.关于光现象及其应用，下列说法正确的有（）A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光与物光的相干性高的特点B．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的偏振现象C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减小玻璃表面反射光的强度D．当观察者向静止的声源运动时，观察者接收到的声波频率低于声源的频率E．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短21.以下说法正确的是（）A．光的折射说明光时横波B．照相机的镜头上涂一层增透膜后，可提高成像质量C．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的14D．光的偏振现象说明光是纵波E．光纤通信应用了光的全反射原理．22.下列说法中正确的是（）A．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在，后来由他又用实验证实电磁波的存在B．简谐机械波在给定的介质中传播时，振动的频率越高，则波传播速度越大C．某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，开始计时时，秒表提前按下，他测得的g值偏小D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽E．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大23．图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c．（i）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；（ii）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间．24．一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银（图中粗线），O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点入射角为30°，∠MOA=60°，∠NOB=30°．求（ⅰ）光线在M点的折射角；（ⅰ）透明物体的折射率．25．（1）如图，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为A．（填入正确选项前的字母）A.√62B.√2 C.32D.√3（2）波源S1和S2振动方向相同，频率均为4Hz，分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处，OA=2m，如图所示．两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播，波速为4m/s．己知两波源振动的初始相位相同．求：（i）简谐横波的波长：（ii）OA间合振动振幅最小的点的位置．26．雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象．在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路．一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d，水的折射率为n．（1）在图上画出该束光线射入水珠内经一次反射后又从水珠中射出的光路图（2）求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度．27．如图所示．在折射率为n，厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从点光源S发出的光线SA，以角度θ入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与光在玻璃中传播的时间相等，则点光源S到玻璃板上表面的距离L应为多少？28．在“用插针法测玻璃砖折射率“的实验中，玻璃砖的ab边与a′b′边相互平行，aa′边与bb′边不平行．某同学在白纸上仔细画出了玻璃砖的两条边线aa′和bb′，如图所示．。