專題18 光學(xué)【高考命題熱點(diǎn)】光學(xué)分為幾何光學(xué)和物理光學(xué)，近年新課標(biāo)高考中幾何光學(xué)多考查以“折射率和全反射”為核心的綜合計(jì)算問題，處理的一般思路是：作光路圖；找?guī)缀侮P(guān)系；結(jié)合“折射率和全反射”的知識(shí)靈活求解問題。物理光學(xué)多考查有關(guān)“光的波動(dòng)性”的選擇題，光的波動(dòng)性包括光的干涉、衍射和偏振，近年高考考查雙縫干涉的相鄰明（暗）條紋間距問題頻率較高，復(fù)習(xí)過程考生可有所側(cè)重?！局R(shí)清單】考點(diǎn)一 光的折射與全反射1. 光的折射光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的折射。折射定律：折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線、入射光線分居法線兩側(cè)；入射角的正弦值與折射角的正弦值成正比。在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。2. 折射率 （1）定義：光從真空射入某種介質(zhì)，入射角的正弦值與折射角的正弦值之比，叫做這種介質(zhì)的折射率。 （2）定義式：（表示真空中光線與法線的夾角，表示介質(zhì)中光線與法線的夾角）。 （3）實(shí)驗(yàn)證明：（表示光在真空中的速度，表示光在介質(zhì)中的速度）。特別需要注意的是：任何介質(zhì)中的折射率均大于1。幾種常見折射模型類別項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)光的折射圖通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向3. 全反射 光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)的界面上時(shí)，全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象稱為全反射。發(fā)生全反射的條件：（1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）入射角大于或等于臨界角。（光線從某介質(zhì)射向真空時(shí)臨界角為）全反射與光導(dǎo)纖維全反射光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)兩種介質(zhì)相比較，折射率較大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)，折射率較小的介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)（1）光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角； 光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角（2）光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大于在光密介質(zhì)中的的傳播速度（3）光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。單獨(dú)一種介質(zhì)無法確定它是光密介質(zhì)還是光疏介質(zhì)全反射定義光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射角達(dá)到，折射光完全消失，只剩下反射光，這種現(xiàn)象叫做全反射臨界角定義：折射角為時(shí)的入射角叫做全反射的臨界角公式：光由折射率為的介質(zhì)射入空氣（真空）時(shí)，條件光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角光導(dǎo)纖維原理光的全反射構(gòu)造由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上上發(fā)生全反射傳播途徑 光纖通信方法光也是一種電磁波，也可以像無線電波那樣，作為載體來傳遞信息優(yōu)點(diǎn)光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大。此外，光纖傳輸還有衰減小、抗干擾性強(qiáng)等多方面的優(yōu)點(diǎn)二 光的色散的特點(diǎn)在色散現(xiàn)象中，紅光偏向角最小，即棱鏡對(duì)紅光的折射率最小。由公式可知紅光在介質(zhì)中的傳播速度最大。將各種色光的情況列表統(tǒng)計(jì)如下：物理量紅橙黃綠藍(lán)靛紫原理同種介質(zhì)中的折射率（）同種介質(zhì)中的光速（）同種介質(zhì)中的波長(zhǎng)（）頻率（）波動(dòng)理論同種介質(zhì)中的臨界角（）考點(diǎn)二 光的波動(dòng)性一 光的干涉頻率相同的兩列光波相疊加，某些區(qū)域的光被加強(qiáng)，出現(xiàn)亮紋，某些區(qū)域的光被減弱，出現(xiàn)暗紋，且光被加強(qiáng)和減弱的區(qū)域互相間隔的現(xiàn)象叫做光的干涉現(xiàn)象。1 雙縫干涉：在用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，若雙縫處兩列光的振動(dòng)情況完全相同，則在光屏上距雙縫的路程差是光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍的地方光被加強(qiáng)，將出現(xiàn)亮條紋；路程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的地方光被減弱，將出現(xiàn)暗條紋。 即光程差 出現(xiàn)亮條紋；光程差 出現(xiàn)暗條紋。相鄰的明條紋(或暗條紋)之間距離x與波長(zhǎng)、雙縫間距d及屏到雙縫距離l的關(guān)系為x。在用白光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)光屏?xí)r，光屏上除中央亮條紋為白色外，兩側(cè)均為彩色的干涉條紋。2薄膜干涉：光照射到薄膜上時(shí)，薄膜的前、后表面反射的兩列光相疊加，也可發(fā)生干涉現(xiàn)象。若入射光為單色光，可形成明暗相間的干涉條紋；若入射光為白光，可形成彩色的干涉條紋。在薄膜干涉中，同一級(jí)亮條紋（或暗條紋）出現(xiàn)在摸的厚度相同處，故此種干涉又常稱為等厚干涉。二 光的衍射1光的衍射現(xiàn)象光在遇到障礙物時(shí)，偏離直線傳播方向而照射到陰影區(qū)域的現(xiàn)象叫做光的衍射2光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件當(dāng)孔或障礙物的尺寸比光波波長(zhǎng)小，或者跟光波波長(zhǎng)相差不多時(shí)，光才能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。3單縫衍射圖樣和雙縫衍射圖樣的區(qū)別a. 條紋寬度有區(qū)別：雙縫干涉條紋是等寬的，相鄰亮（暗）條紋間的距離是相等的，而單縫衍射的條紋，中央亮紋最寬，兩側(cè)對(duì)稱的亮紋是等寬的。b. 光強(qiáng)分布不同：雙縫干涉條紋如果不考慮距離分遠(yuǎn)近造成傳播上的損失，每條亮紋的光強(qiáng)分布是相同的，而單縫衍射的條紋的光強(qiáng)分布主要集中在中央亮紋，中央亮紋的光強(qiáng)占整個(gè)光強(qiáng)的95%。三 光的偏振1偏振現(xiàn)象：橫波只沿某一特定方向振動(dòng)，稱為波的偏振現(xiàn)象。2自然光：太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿各個(gè)方向振動(dòng)的光，而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光叫做自然光。3偏振光：在垂直于光傳播方向的平面上，只沿一個(gè)特定方向振動(dòng)的光，叫偏振光。4. 光的偏振現(xiàn)象充分說明光是橫波，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。除了從光源直接發(fā)出的光以外，我們通常見到的大部分光都是不同程度的偏振光。5. 偏振光的簡(jiǎn)單應(yīng)用：拍攝水面下的景物，玻璃櫥窗里陳列物時(shí)，加偏振片濾去水面或玻璃表面的反射光，使影響清晰。立體電影也是應(yīng)用光的偏振現(xiàn)象的例子。答案P92熱點(diǎn)突破提升練十八1（多選）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法中正確的是()A用光導(dǎo)纖維束傳送信息是光的衍射的應(yīng)用B太陽(yáng)光通過三棱鏡形成彩色光譜是光的干涉現(xiàn)象C在照相機(jī)鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時(shí)的景物，可使景象更清晰D經(jīng)過同一雙縫所得干涉條紋，紅光條紋寬度大于綠光條紋寬度E激光測(cè)距是應(yīng)用了激光平行性好的特點(diǎn)2（多選）下列說法正確的是()A用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)是利用了光的全反射B偏振光可以是橫波，也可以是縱波C光速不變?cè)碇赋龉庠谡婵罩袀鞑ニ俣仍诓煌瑧T性參考系中都是相同的D光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象E聲源與觀察者相對(duì)靠近時(shí)，觀察者所接收的頻率等于聲源振動(dòng)的頻率3.（多選）在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，用綠色激光照射在雙縫上，在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣。若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距，可選用的方法是_。A改用紅色激光 B改用藍(lán)色激光C減小雙縫間距 D將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)E將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)4.（多選）如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A增大S1與S2的間距B減小雙縫屏到光屏的距離C將綠光換為紅光 D將綠光換為紫光5.（多選）兩種單色光束a,b分別照射在同一套雙縫干涉演示實(shí)驗(yàn)裝置上,得到的干涉圖樣分別如圖(a),(b)所示,則( )A.調(diào)試該實(shí)驗(yàn)裝置時(shí),要注意使單縫與雙縫相互平行B.a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)C.a光的頻率大于b光的頻率D.a光在真空中的速度大于b光在真空中的速度E.同一種介質(zhì)對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率6. （多選）如圖2所示，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線則() A在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B在真空中，a光的波長(zhǎng)小于b光的波長(zhǎng)C玻璃磚對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率D若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線a首先消失 E分別用a、b光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距7.（多選）如圖所示，是半圓柱形玻璃體的對(duì)稱面和紙面的交線，A、B是關(guān)于軸等距且平行的兩束不同單色細(xì)光束，從玻璃體右方射出后的光路如圖所示，MN是垂直于放置的光屏，沿方向不斷左右移動(dòng)光屏，可在屏上得到一個(gè)光斑P，根據(jù)該光路圖，下列說法正確的是( )A該玻璃體對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的折射率小BA光的頻率比B光的頻率高C在該玻璃體中，A光比B光的速度大D在真空中，A光的波長(zhǎng)比B光的波長(zhǎng)長(zhǎng)EA光從空氣進(jìn)入該玻璃體后，其頻率變高8.“道威棱鏡”廣泛地應(yīng)用在光學(xué)儀器當(dāng)中，如圖所示，將一等腰直角棱鏡截去棱角，使其平行于底面，可制成“道威棱鏡”，這樣就減小了棱鏡的重量和雜散的內(nèi)部反射。從M點(diǎn)發(fā)出的一束平行于底邊CD的單色光從AC邊射入，已知棱鏡玻璃的折射率n。求光線進(jìn)入“道威棱鏡”時(shí)的折射角，并通過計(jì)算判斷光線能否從CD邊射出。9.細(xì)束平行光以一定的入射角從空氣射到直角棱鏡的側(cè)面AB，光線進(jìn)入棱鏡后直接射向另一側(cè)面AC。逐漸調(diào)整光線在AB面的入射角，使AC面恰好無光線射出，測(cè)得此時(shí)光線在AB面的入射角為。畫出光線在AB面的入射角為時(shí)，在AB面、AC面兩次折射的光路圖；計(jì)算該棱鏡的折射率。10.如圖乙所示，ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面，位于截面所在平面內(nèi)的一束光線由O點(diǎn)垂直AD邊射入。已知棱鏡的折射率n，ABBC8 cm，OA2 cm，OAB60°。求光線第一次射出棱鏡時(shí)，出射光線的方向。第一次的出射點(diǎn)距C多遠(yuǎn)。11.如圖所示，AOB是截面為扇形的玻璃磚的橫截面圖，其頂角76°，今有一細(xì)束單色光在橫截面內(nèi)從OA邊上的點(diǎn)E沿垂直于OA的方向射入玻璃磚，光線直接到達(dá)AB面且恰好未從AB面射出已知OEOA，cos 53°0.6，試求：(1)玻璃磚的折射率n；(2)光線第一次從OB射出時(shí)折射角的正弦值。12.如圖所示，直角三角形ABC是一玻璃磚的橫截面，ABL，C90°，A60°,一束單色光PD從AB邊上的D點(diǎn)射入玻璃磚，入射角為45°，DB，折射光DE恰好射到玻璃磚BC邊的中點(diǎn)E，已知光在真空中的傳播速度為c.求： (1)玻璃磚的折射率；(2)該光束從AB邊上的D點(diǎn)射入玻璃磚到第一次射出玻璃磚所需的時(shí)間13.如圖，一玻璃工件的上半部是半徑為的半球體，點(diǎn)為球心：下半部是半徑為、高為的圓柱體，圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸的光線從半球面射入，該光線與之間的距離為。已知最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行（不考慮多次反射）。求該玻璃的折射率。14.如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線表示光軸（過球心與半球底面垂直的直線）。已知玻璃的折射率為?，F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出（不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線）。求（i）從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值；（ii）距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到點(diǎn)的距離。15.一個(gè)半圓柱形玻璃磚，其橫截面是半徑為R的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示玻璃的折射率為n.(1)一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，都能從該表面射出，則入射光束在AB上的最大寬度為多少？(2)一細(xì)束光線在O點(diǎn)左側(cè)與O相距R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點(diǎn)的位置16.如圖，玻璃球冠的折射率為，其底面鍍銀，底面的半徑是球半徑的倍；在過球心O且垂直于底面的平面(紙面)內(nèi)，有一與底面垂直的光線射到玻璃球冠上的M點(diǎn)，該光線的延長(zhǎng)線恰好過底面邊緣上的A點(diǎn)，求該光線從球面射出的方向相對(duì)于其初始入射方向的偏角- 10 -