2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí)熱點題型歸納與變式演練專題38光的折射、全反射及光的本性【專題導(dǎo)航】目錄TOC\o"1-3"\h\u熱點題型一折射定律及其應(yīng)用 1熱點題型二對全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用 4熱點題型三光的色散現(xiàn)象 7熱題題型四實驗：測定玻璃的折射率 10熱點題型五光的干涉現(xiàn)象 12熱點題型六光的衍射和光的偏振現(xiàn)象 14熱點題型七實驗：用雙縫干涉測光的波長 15熱點題型八電磁波與相對論 18【題型演練】 19【題型歸納】熱點題型一折射定律及其應(yīng)用1．對折射率的理解(1)折射率大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領(lǐng)，也反映了光在介質(zhì)中傳播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)．同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小．(3)同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同．2．光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射．3.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形的三棱鏡橫截面是圓對光線的作用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【例1】(2019·山西呂梁模擬)如圖所示是一透明半圓柱體的橫截面，O為橫截面的圓心，其半徑為R，折射率為eq\r(3)，OA水平且垂直于橫截面，從A點射出一條光線AB經(jīng)折射后水平射出半圓柱體，已知OA＝eq\r(3)R，光速為c.求：(1)光沿AO直線進(jìn)入透明半圓柱體中，從A傳到O點的時間；(2)入射點B到OA的垂直距離BC.【答案】：(1)eq\f(2\r(3)－1R,c)(2)eq\f(1,2)R【解析】：(1)由n＝eq\f(c,v)得v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c因為t1＝eq\f(R,v)，t2＝eq\f(\r(3)－1R,c)又知道t＝t1＋t2，聯(lián)立解得t＝eq\f(2\r(3)－1R,c)(2)如圖所示，設(shè)入射點B到OA的垂直距離BC＝h，∠BOA＝β，入射角為α，對△OAB，由正弦定理得eq\f(AB,sinβ)＝eq\f(\r(3)R,sinπ－α)又eq\f(sinα,sinβ)＝eq\r(3)，得AB＝R所以△OAB為等腰三角形，cosβ＝eq\f(\f(OA,2),OB)＝eq\f(\r(3),2)，故β＝30°所以B到OA的垂直距離h＝Rsinβ＝eq\f(1,2)R.【變式】(2018·高考全國卷Ⅲ)如圖，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標(biāo)記“?”(圖中O點)，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標(biāo)記上，小標(biāo)記位于AC邊上．D位于AB邊上，過D點做AC邊的垂線交AC于F.該同學(xué)在D點正上方向下順著直線DF的方向觀察，恰好可以看到小標(biāo)記的像；過O點做AB邊的垂線交直線DF于E；DE＝2cm，EF＝1cm.求三棱鏡的折射率．(不考慮光線在三棱鏡中的反射)【答案】：見解析【解析】：過D點作AB邊的法線NN′，連接OD，則∠ODN＝α為O點發(fā)出的光線在D點的入射角；設(shè)該光線在D點的折射角為β，如圖所示．根據(jù)折射定律有nsinα＝sinβ ①式中n為三棱鏡的折射率由幾何關(guān)系可知β＝60° ②∠EOF＝30° ③在△OEF中有EF＝OEsin∠EOF ④由③④式和題給條件得OE＝2cm ⑤根據(jù)題給條件可知，△OED為等腰三角形，有α＝30° ⑥由①②⑥式得n＝eq\r(3). ⑦熱點題型二對全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用1．求解光的折射、全反射問題的四點提醒(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對而言的．同一種介質(zhì)，相對于其他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)．(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射現(xiàn)象．(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均是可逆的．(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時，往往同時發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射．2．解決全反射問題的一般方法(1)確定光是光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)．(2)應(yīng)用sinC＝eq\f(1,n)確定臨界角．(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時是否發(fā)生全反射．(4)如發(fā)生全反射，畫出入射角等于臨界角時的臨界光路圖．(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判斷、運(yùn)算，解決問題．3．求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時間的一般思路(1)全反射現(xiàn)象中，光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，即v＝eq\f(c,n).(2)全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行確定．(3)利用t＝eq\f(l,v)求解光的傳播時間．【例2】.(2019·河北衡水中學(xué)十次模擬)如圖所示，一束平行單色光照射到半圓形玻璃磚的平面上，入射光線的方向與玻璃磚平面呈45°角，玻璃磚對該單色光的折射率為eq\r(2)，入射到A點的光線折射后，折射光線剛好射到圓弧的最低點B，照射到C點的光線折射后在圓弧面上的D點剛好發(fā)生全反射，半圓形玻璃磚的半徑為R，求：(1)在B點的光線反射與折射后，反射光線與折射光線間的夾角大小；(2)OA間的距離及∠CDO各為多少？【答案】：(1)105°(2)eq\f(\r(3),3)R45°【解析】：(1)光線在玻璃磚平面上發(fā)生折射，設(shè)入射角為i，折射角為r，由折射定律可知n＝eq\f(sini,sinr)，求得sinr＝eq\f(sini,n)＝eq\f(1,2)，r＝30°，在A點發(fā)生折射的光線在B點處發(fā)生反射和折射，反射角為30°，根據(jù)對稱性可知，折射角為45°，因此反射光線和折射光線的夾角為60°＋45°＝105°.(2)由幾何關(guān)系知，AO＝Rtan30°＝eq\f(\r(3),3)R，由于在C點入射的光線折射后在D點剛好發(fā)生全反射，則sin∠CDO＝sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，∠CDO＝45°.【變式1】(2019·廣東廣州二模)如圖，某三棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC，BC長度為d，O為BC中點。在ABC所在平面內(nèi)，光線PO垂直BC邊入射，恰好在AB邊界發(fā)生全反射。(ⅰ)求該三棱鏡的折射率；(ⅱ)保持光線PO入射點O不變，入射方向逐漸向CO方向偏轉(zhuǎn)，求AB邊有光線射出的區(qū)域?qū)挾?。【答案】eq\r(2)(ⅱ)eq\f(\r(2),4)d【解析】(ⅰ)光線PO恰好在AB邊界發(fā)生全反射，臨界角C＝45°，設(shè)三棱鏡的折射率為n，有：sinC＝eq\f(1,n)解得折射率n＝eq\r(2)。(ⅱ)光線PO垂直BC邊入射的光線，進(jìn)入棱鏡后在AB邊上的E點發(fā)生全反射。光線PO入射方向逐漸轉(zhuǎn)向CO方向時，光線從棱鏡的出射點對應(yīng)由E點逐漸向B點移動。當(dāng)光線幾乎沿CO方向入射時，光線折射后沿OD方向，由折射定律有n＝eq\f(sin90°,sin∠DOE)解得∠DOE＝45°由幾何關(guān)系得：OE＝OB＝eq\f(d,2)光線出射區(qū)域的寬度DE＝OEsin∠DOE解得區(qū)域?qū)挾菵E＝eq\f(\r(2),4)d?！咀兪?】(2019·山東淄博一模)某種透明材料制成的空心球體外徑是內(nèi)徑的2倍，其過球心的某截面(紙面內(nèi))如圖所示。一束單色光(在紙面內(nèi))從外球面上A點入射，入射角為45°時，光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面相切。(1)求該透明材料的折射率；(2)欲使光束從A點入射后，恰好在內(nèi)球面上發(fā)生全反射，則應(yīng)將入射角變?yōu)槎嗌俣?？【答案?1)eq\r(2)(2)30°【解析】(1)作光路圖如圖甲，設(shè)光束經(jīng)折射后到達(dá)內(nèi)球面上B點，由題意知，入射角i＝45°，折射角r＝∠BAO由幾何關(guān)系有：sinr＝eq\f(BO,AO)＝0.5由折射定律有：n＝eq\f(sini,sinr)代入數(shù)據(jù)解得：n＝eq\r(2)。(2)作光路圖如圖乙，設(shè)在A點的入射角為i′時，光束經(jīng)折射后到達(dá)內(nèi)球面上C點，并在C點恰好發(fā)生全反射，則光束在內(nèi)球面上的入射角∠ACD等于臨界角C。由sinC＝eq\f(1,n)代入數(shù)據(jù)得：∠ACD＝C＝45°由正弦定理有eq\f(sin∠ACO,AO)＝eq\f(sin∠CAO,CO)AO＝2R，CO＝R，∠ACO＝180°－∠ACD，解得：sin∠CAO＝eq\f(sin∠ACD,2)＝eq\f(\r(2),4)由折射定律有：n＝eq\f(sini′,sin∠CAO)解得：sini′＝0.5，即此時的入射角i′＝30°。熱點題型三光的色散現(xiàn)象1．光的色散(1)現(xiàn)象：一束白光通過三棱鏡后在屏上會形成彩色光帶．(2)成因：棱鏡材料對不同色光的折射率不同，對紅光的折射率最小，紅光通過棱鏡后的偏折程度最小，對紫光的折射率最大，紫光通過棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象．2．各種色光的比較顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫頻率ν低→高同一介質(zhì)中的折射率小→大同一介質(zhì)中速度大→小波長大→小臨界角大→小通過棱鏡的偏折角小→大【例3】(2019·武漢十一中學(xué)高三模考)如圖所示，一束復(fù)合光垂直玻璃磚界面進(jìn)入球形氣泡后分為a、b兩種色光，下列說法正確的是()A．玻璃磚的氣泡缺陷處顯得更亮是光的全反射現(xiàn)象B．a(chǎn)光在玻璃中的傳播速度比b光在玻璃中的傳播速度大C．a(chǎn)光的頻率比b光的頻率大D．若保持復(fù)合光的方向不變僅將入射點上移，則a光最先消失E．若讓a、b兩種色光通過一雙縫干涉裝置，則a光形成的干涉條紋的間距更大【答案】ACD【解析】玻璃磚的氣泡缺陷處顯得更亮是光的全反射現(xiàn)象，A正確；由題圖知，兩種光射向氣泡時，玻璃對a光的偏折程度較大，因此a光的折射率較大，則a光的頻率比b光的頻率大，再依據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，a光在玻璃中的傳播速度比b光在玻璃中的傳播速度小，故C正確，B錯誤；因a光的折射率較大，由sinC＝eq\f(1,n)知，a光的全反射臨界角較小，且根據(jù)幾何關(guān)系可得，a光從氣泡射向玻璃磚的入射角較大，若保持復(fù)合光的方向不變僅將入射點上移，則a光最先達(dá)到全反射的條件，從而a光最先消失，D正確；讓a、b兩種色光通過一雙縫干涉裝置，因a光的折射率較大，其波長較短，根據(jù)干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，則b光形成的干涉條紋的間距更大，E錯誤。【變式】(2019·湖北荊門模擬)三束單色光a、b、c沿圖示方向射向圓形玻璃磚，經(jīng)兩次折射后變成復(fù)色光d，以下說法正確的是()A．b光的頻率比c光小B．在真空中，a光傳播速度比b、c大C．在玻璃磚中，a光傳播速度比b、c小D．a(chǎn)光的光子能量最小E．若以a、b、c三種單色光分別用相同的裝置做“用雙縫干涉測定單色光的波長”的實驗，則a光觀察到的條紋間距最大【答案】：ADE【解析】：從光的偏折程度看a光的偏折程度最小，c光最大，故a光的折射率最小，c光的折射率最大，則a光的頻率最小，c光的頻率最大，b光的頻率比c光小，故A正確；任何單色光在真空中傳播速度均為光速，故B錯誤；由光在介質(zhì)中傳播速度公式：v＝eq\f(c,n)可知，a光的折射率最小，在玻璃磚中傳播速度最大，故C錯誤；光子能量與光的頻率成正比，則知a光的光子能量最小，故D正確；三種單色光中a光的波長最長，干涉條紋間距與波長成正比，則在同樣的裝置做雙縫干涉實驗時觀察到的條紋間距a光的干涉條紋間距最大，故E正確．【變式2】(2019·西安長安區(qū)一中模擬)如圖所示，從點光源S發(fā)出的一束復(fù)色光，以一定的角度入射到玻璃三棱鏡的表面，經(jīng)過三棱鏡的兩次折射后分為a、b兩束光．下面的說法中正確的是 ()A．在三棱鏡中a光的傳播速率大于b光的傳播速率B．a(chǎn)光頻率大于b光頻率C．若改變復(fù)色光的入射角，可在入射面發(fā)生全反射D．a(chǎn)、b兩束光分別通過同一雙縫干涉裝置產(chǎn)生的干涉條紋的間距Δxa<ΔxbE．真空中的a、b兩束光的光速相對于不同的慣性參考系是相同的【答案】：BDE【解析】：經(jīng)過三棱鏡，b光的偏折角小于a光的偏折角，所以可以得b光的折射率小于a光的折射率，由公式v＝eq\f(c,n)知，在三棱鏡中a光傳播速率小于b光的傳播速率，故A錯誤；由于a光的折射率大于對b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，故B正確；當(dāng)光線由光疏介質(zhì)射到光密介質(zhì)時，不會發(fā)生全反射，所以改變復(fù)色光的入射角，不可能在入射面發(fā)生全反射，故C錯誤；由于a光的頻率大于b光的頻率，所以a光的波長小于b光，根據(jù)公式Δx＝eq\f(l,d)λ，a、b兩束光分別通過同一雙縫干涉時a光條紋間距小于b光條紋間距，故D正確；根據(jù)光速不變原理可知E正確．熱題題型四實驗：測定玻璃的折射率1．實驗原理：用插針法找出與入射光線AO對應(yīng)的出射光線O′B，確定出O′點，畫出折射光線OO′，然后測量出角θ1和θ2，代入公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)計算玻璃的折射率．2．實驗過程(1)鋪白紙、畫線．①如圖所示，將白紙用圖釘按在平木板上，先在白紙上畫出一條直線aa′作為界面，過aa′上的一點O畫出界面的法線MN，并畫一條線段AO作為入射光線．②把玻璃磚平放在白紙上，使它的長邊跟aa′對齊，畫出玻璃磚的另一條長邊bb′.(2)插針與測量．①在線段AO上豎直地插上兩枚大頭針P1、P2，透過玻璃磚觀察大頭針P1、P2的像，調(diào)整視線的方向，直到P1的像被P2擋住，再在觀察的這一側(cè)依次插兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P1、P2的像及P3，記下P3、P4的位置．②移去玻璃磚，連接P3、P4并延長交bb′于O′，連接OO′即為折射光線，入射角θ1＝∠AOM，折射角θ2＝∠O′ON.③用量角器測出入射角和折射角，查出它們的正弦值，將數(shù)據(jù)填入表格中．④改變?nèi)肷浣铅?，重復(fù)以上實驗步驟，列表記錄相關(guān)測量數(shù)據(jù)．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)計算法：用量角器測量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sinθ1和sinθ2.算出不同入射角時的eq\f(sinθ1,sinθ2)，并取平均值．(2)作sinθ1－sinθ2圖象：改變?nèi)肷浣铅?，測出不同的折射角θ2，作sinθ1－sinθ2圖象，由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知圖象應(yīng)為直線，如圖所示，其斜率為折射率．(3)“單位圓”法確定sinθ1、sinθ2，計算折射率n：以入射點O為圓心，以一定的長度R為半徑畫圓，交入射光線OA于E點，交折射光線OO′于E′點，過E作NN′的垂線EH，過E′作NN′的垂線E′H′.如圖所示，sinθ1＝eq\f(EH,OE)，sinθ2＝eq\f(E′H′,OE′)，OE＝OE′＝R，則n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(EH,E′H′).只要用刻度尺量出EH、E′H′的長度就可以求出n.【例4】(2019·鄭州質(zhì)量預(yù)測)某同學(xué)利用“插針法”測定平行玻璃磚的折射率，在坐標(biāo)紙上記錄的情況如圖所示，虛線為以入射點O為圓心作出的圓，由此計算出玻璃磚的折射率為________，光在玻璃中的傳播速度為________m/s.(光在真空中的傳播速度為c＝3.0×108m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【答案】1.52.0×108【解析】(1)玻璃磚的折射率為n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(\f(x1,R),\f(x2,R))＝eq\f(x1,x2)＝eq\f(3,2)＝1.5.(2)光在玻璃中的傳播速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3×108,1.5)m/s＝2.0×108m/s.【變式】某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率．開始時玻璃磚的位置如圖中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像．如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失．此時只需測量出________________________________，即可計算出玻璃磚的折射率．請用你的測量值表示出折射率n＝________.【答案】：玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度θeq\f(1,sinθ)【解析】：由題意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過某一角度θ時，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，作出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過角度θ時有n＝eq\f(1,sinθ).熱點題型五光的干涉現(xiàn)象1．雙縫干涉(1)光能夠發(fā)生干涉的條件：兩光的頻率相同，振動步調(diào)相同．(2)雙縫干涉形成的條紋是等間距的，兩相鄰亮條紋或相鄰暗條紋間距離與波長成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ.(3)用白光照射雙縫時，形成的干涉條紋的特點：中央為白條紋，兩側(cè)為彩色條紋．2．亮暗條紋的判斷方法(1)如圖所示，光源S1、S2發(fā)出的光到屏上某點的路程差r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)時，光屏上出現(xiàn)亮條紋．(2)光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0,1,2，…)時，光屏上出現(xiàn)暗條紋．3．條紋間距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l(wèi)是雙縫到光屏的距離，d是雙縫間的距離，λ是光波的波長．4．薄膜干涉(1)如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形．(2)光照射到薄膜上時，在膜的前表面AA′和后表面BB′分別反射出來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加，兩列光波同相疊加，出現(xiàn)明紋；反相疊加，出現(xiàn)暗紋．(3)條紋特點：①單色光：明暗相間的水平條紋；②白光：彩色水平條紋．【例5】(2017·全國高考卷Ⅱ)在雙縫干涉實驗中，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E．將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動【答案】ACD【解析】根據(jù)條紋間距表達(dá)式Δx＝eq\f(l,d)λ可知：因紅光的波長大于綠光的波長，則改用紅色激光可增大條紋間距，選項A正確；因藍(lán)光的波長小于綠光的波長，則改用藍(lán)色激光可減小條紋間距，選項B錯誤；減小雙縫間距d可增加條紋間距，選項C正確；將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動，即增加l可使條紋間距變大，選項D正確；光源與雙縫間的距離不影響條紋間距，選項E錯誤．【變式】如圖所示是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣，則 ()A．在同種均勻介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的大B．在真空中a、b兩光傳播速度相同C．從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時，a光全反射臨界角小D．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時，a光全反射臨界角小E．在相同的條件下，b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象【答案】：BDE【解析】：根據(jù)題圖可知，b光的干涉條紋間距大于a光的干涉條紋間距．由雙縫干涉條紋間距公式Δx＝eq\f(l,d)λ可知，b光的波長比a光的大．由λ＝eq\f(c,f)可知，b光的頻率比a光的小，則在同種介質(zhì)中，b光的折射率小于a光，根據(jù)n＝eq\f(c,v)可知，在介質(zhì)中，a光的傳播速度比b光的小，選項A錯誤；在真空中a、b兩光傳播速度相同，均為光速，選項B正確；從真空射入同種介質(zhì)不會發(fā)生全反射，選項C錯誤；由介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射的臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知，a光折射率較大，從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時a光全反射臨界角小，選項D正確；由于b光的波長比a光的大，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，在相同的條件下，b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，選項E正確．熱點題型六光的衍射和光的偏振現(xiàn)象1．對光的衍射的理解(1)衍射是波的特征，波長越長，衍射現(xiàn)象越明顯．任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別．(2)衍射現(xiàn)象說明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在光的波長比障礙物小得多時，光才可以看作是沿直線傳播的．2．自然光和偏振光的比較自然光(非偏振光)偏振光光的來源直接從光源發(fā)出的光自然光通過起偏器后的光光的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿任意方向，且沿各個方向振動的光的強(qiáng)度相同在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動沿特定方向【例6】關(guān)于波的干涉和衍射，下列說法正確的是 ()A．衍射是一切波特有的現(xiàn)象B．兩列波發(fā)生干涉時，振動加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點的位移一定始終最大C．聲波容易發(fā)生衍射是因為聲波的波長較長D．觀察薄膜干涉時，應(yīng)該在入射光的同一側(cè)E．醫(yī)院中用于體檢的“B超”利用了超聲波的衍射原理【答案】ACD【解析】衍射是一切波特有的現(xiàn)象，選項A正確；兩列波發(fā)生干涉時，振動加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點振動始終加強(qiáng)，不是位移始終最大，選項B錯誤；聲波容易發(fā)生衍射是因為聲波的波長較長，選項C正確；薄膜干涉是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此應(yīng)在入射光的同一側(cè)觀察，選項D正確；醫(yī)院中用于體檢的“B超”利用了超聲波的反射原理，選項E錯誤．【變式1】(2019·重慶市模擬)下列說法正確的是 ()A．在慣性系中，不管光源與觀察者是否存在相對運(yùn)動，觀察者觀察到的光速是不變的B．水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象C．在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖像是利用光的色散現(xiàn)象D．聲源向靜止的觀察者運(yùn)動，觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率E．未見其人先聞其聲，是因為聲波波長較長，容易發(fā)生衍射現(xiàn)象【答案】：ABE【變式2】光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．下列現(xiàn)象中能反映光的偏振特性的是 ()A．一束自然光相繼通過兩個偏振片，以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個偏振片，透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B．一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上，當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90°時，反射光是偏振光C．日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰D．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋E．陽光在水面的反射光是自然光【答案】：ABC【解析】：在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定方向振動的光是偏振光，選項A、B反映了光的偏振特性；選項C是偏振現(xiàn)象的應(yīng)用；選項D是光的衍射現(xiàn)象，D項錯誤；陽光在水面的反射光是偏振光，故選項E錯誤．熱點題型七實驗：用雙縫干涉測光的波長1．實驗原理：單色光通過單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩條亮(暗)紋間距Δx與雙縫間距d、雙縫到屏的距離l、單色光的波長λ之間滿足λ＝eq\f(dΔx,l).2．實驗步驟(1)觀察干涉條紋①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上．如圖所示．②接好光源，打開開關(guān)，使燈絲正常發(fā)光．③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏．④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單縫的縫平行，二者間距約5～10cm，這時，可觀察白光的干涉條紋．⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋．(2)測定單色光的波長①安裝測量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋．②使分劃板中心刻線對齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)a1，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻線移動至另一亮條紋的中央，記下此時手輪上的讀數(shù)a2，將該條紋記為第n條亮紋．③用刻度尺測量雙縫到光屏的距離l(d是已知的)．④改變雙縫間的距離d，雙縫到屏的距離l，重復(fù)測量．3．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)條紋間距Δx＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(a2－a1,n－1))).(2)波長λ＝eq\f(d,l)Δx.(3)計算多組數(shù)據(jù)，求λ的平均值．4．注意事項(1)安裝時，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)．(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近．(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要是燈絲與單縫、雙縫，測量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)．【例7】(2019·北京海淀區(qū)模擬)如圖甲所示，在“用雙縫干涉測光的波長”實驗中，將實驗儀器按要求安裝在光具座上，并選用縫間距d＝0.20mm的雙縫屏．然后，接通電源使光源正常工作．已知像屏與雙縫屏間的距離l＝700mm.(1)已知測量頭上主尺的最小刻度是毫米，副尺(游標(biāo)尺)上有20分度．某同學(xué)調(diào)整手輪后，從測量頭的目鏡看去，使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對齊，如圖乙所示，此時測量頭上主尺和游標(biāo)尺的示數(shù)如圖丙所示，則此示數(shù)為________mm；接著再轉(zhuǎn)動手輪，使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對齊，測得A條紋到B條紋間的距離為8.40mm.利用上述測量結(jié)果，經(jīng)計算可得經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長λ＝________m(保留2位有效數(shù)字)．(2)另一同學(xué)按實驗裝置安裝好儀器后，觀察到光的干涉現(xiàn)象很明顯．若他對實驗裝置進(jìn)行改動后，在像屏上仍能觀察到清晰的條紋，且條紋數(shù)目有所增加．以下改動可能會實現(xiàn)這個效果的是________．A．僅將濾光片移至單縫和雙縫之間B．僅將單縫與雙縫間距增大少許C．僅將單縫與雙縫的位置互換D．僅將紅色濾光片換成綠色濾光片【答案】(1)0.254.8×10－7(2)D【解析】(1)測量頭上示數(shù)為5×0.05mm＝0.25mm；A條紋與B條紋間的中心距離為8.40mm，共5個條紋間隔，則相鄰條紋間隔Δx＝1.68mm，由Δx＝eq\f(L,d)λ，解得經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長λ＝4.8×10－7m.(2)根據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ知，若要使觀察到的清晰的條紋數(shù)目增加，即減小條紋間距，則可以減小濾光片射向雙縫的色光的波長λ，即可以將紅色濾光片換成綠色濾光片，選項D正確．【變式】在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實驗中：(1)將激光束照在如圖乙所示的雙縫上，在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖甲中的________．(2)換用間隙更小的雙縫，保持雙縫到光屏的距離不變，在光屏上觀察到的條紋寬度將________；保持雙縫間隙不變，減小光屏到雙縫的距離，在光屏上觀察到的條紋寬度將________．(以上均選填“變寬”“變窄”或“不變”)【答案】：(1)A(2)變寬變窄【解析】：(1)雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋，A圖正確；(2)根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ知，雙縫間的距離d減小時，條紋間距變寬；當(dāng)雙縫到屏的距離l減小時，條紋間距變窄．熱點題型八電磁波與相對論1．電磁波與機(jī)械波的主要區(qū)別(1)電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì)．(2)電磁波是橫波，機(jī)械波可能是橫波，也可能是縱波．2．電磁波譜的特性及應(yīng)用電磁波譜特性應(yīng)用遞變規(guī)律無線電波容易發(fā)生衍射通信和廣播紅外線熱效應(yīng)紅外線遙感可見光引起視覺照明等紫外線熒光效應(yīng)，能殺菌滅菌消毒、防偽X射線穿透能力強(qiáng)醫(yī)用透視、安檢γ射線穿透能力很強(qiáng)工業(yè)探傷、醫(yī)用治療【例8】(2016·高考全國卷Ⅱ)關(guān)于電磁波，下列說法正確的是 ()A．電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B．周期性變化的電場和磁場可以相互激發(fā)，形成電磁波C．電磁波在真空中自由傳播時，其傳播方向與電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D．利用電磁波傳遞信號可以實現(xiàn)無線通信，但電磁波不能通過電纜、光纜傳輸E．電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生，若波源的電磁振蕩停止，空間的電磁波隨即消失【答案】ABC【解析】電磁波在真空中傳播的速度均為光速，與頻率無關(guān)，選項A正確；電磁波是周期性變化的電場和周期性變化的磁場互相激發(fā)得到的，選項B正確；電磁波傳播方向與電場方向、磁場方向均垂直，選項C正確；光是一種電磁波，光可在光導(dǎo)纖維中傳播，選項D錯誤；電磁振蕩停止后，電磁波仍會在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播，選項E錯誤．【變式】(2019·河南開封定位考試)關(guān)于電磁波譜，下列說法正確的是 ()A．X射線對生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用，過量的X射線輻射會引起生物體的病變B．γ射線是波長最短的電磁波，它比X射線的頻率還要高C．紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D．在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是γ射線E．在電磁波譜中，無線電波一般可用于通信【答案】：ABE【解析】：紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生干涉和衍射，選項C錯誤；在電磁波譜中，最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波，選項D錯誤．【題型演練】1.(2019·江西省九校聯(lián)考)關(guān)于光現(xiàn)象及其應(yīng)用，下列說法正確的有 ()A．全息照片用激光來拍攝，主要是利用了激光與物光的相干性高的特點B．通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的偏振現(xiàn)象C．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片可以減小玻璃表面反射光的強(qiáng)度D．當(dāng)觀察者向靜止的聲源運(yùn)動時，觀察者接收到的聲波頻率低于聲源的頻率E．一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的速度變慢，波長變短【答案】：ACE【解析】：全息照片用激光來拍攝，主要是利用了激光與物光的相干性高的特點，選項A正確；通過手指間的縫隙觀察日光燈，可以看到彩色條紋，這是光的衍射現(xiàn)象，選項B錯誤；拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時，在鏡頭前加一個偏振片可以減小玻璃表面反射光的強(qiáng)度，選項C正確；當(dāng)觀察者向靜止的聲源運(yùn)動時，觀察者接收到的聲波頻率高于聲源的頻率，選項D錯誤；一束單色光由空氣射入玻璃，這束光的速度變慢，頻率和周期不變，故波長變短，選項E正確．2.(2019·遼寧省沈陽市一模)a、b、c三條平行光線垂直于半圓柱體玻璃磚的截面直徑從空氣射向玻璃磚，如圖所示，光線b正好過圓心O，光線a、c從光線b的兩側(cè)對稱入射，光線a、c從玻璃磚下表面進(jìn)入空氣后與光線b交于P、Q，則下列說法正確的是()A．玻璃對三種光的折射率關(guān)系為na>nb>ncB．玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率C．在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實驗，a光的條紋間距比c光窄D．a(chǎn)、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中，c光發(fā)生全反射時臨界角較小E．a(chǎn)光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間長【答案】BCE【解析】由圖可知，a光和c光入射角相同，但a光折射角較小，根據(jù)折射率公式可知，玻璃對a光的折射率大于對c光的折射率，由于b光入射角為0°，故無法判斷玻璃對b光的折射率大小，A錯誤，B正確；由于a光的折射率大，波長較短，則在相同條件下進(jìn)行雙縫干涉實驗，a光的條紋間距比c光窄，C正確；a、c光分別從空氣射入某種介質(zhì)中時，不能發(fā)生全反射，D錯誤；根據(jù)公式v＝eq\f(c,n)，由于a光的折射率大，則a光在玻璃中的傳播速度較小，又由圖可知a光在玻璃磚中的傳播路徑較長，故a光比c光穿過該半圓柱體玻璃磚所需時間長，E正確。3.(2019·濟(jì)南高三模擬)如圖甲所示，在平靜的水面下深h處有一個點光源s，它發(fā)出的兩種不同顏色的a光和b光在水面上形成了一個有光線射出的圓形區(qū)域，該區(qū)域的中間為由a、b兩種單色光所構(gòu)成的復(fù)色光圓形區(qū)域，周圍為環(huán)狀區(qū)域，且為a光的顏色(見圖乙)。設(shè)b光的折射率為nb，則下列說法正確的是()A．在水中，a光的波長比b光小B．水對a光的折射率比b光小C．在水中，a光的傳播速度比b光大D．復(fù)色光圓形區(qū)域的面積為S＝eq\f(πh2,n\o\al(2,b)－1)E．在同一裝置的楊氏雙縫干涉實驗中，a光的干涉條紋比b光窄【答案】BCD【解析】a光在水面上形成的圓形亮斑面積較大，知a光的全反射臨界角較大，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，知a光的折射率較小，頻率也小，再由v＝eq\f(c,n)＝λf可知，在水中a光的傳播速度比b光大，a光的波長比b光大，故B、C正確，A錯誤；設(shè)復(fù)色光圓形區(qū)域的半徑為r，根據(jù)sinC＝eq\f(1,n)，結(jié)合幾何關(guān)系可知，eq\f(r,\r(h2＋r2))＝eq\f(1,nb)，復(fù)色光圓形區(qū)域的面積為S＝πr2＝eq\f(πh2,n\o\al(2,b)－1)，故D正確；a光的波長長，根據(jù)雙縫干涉條紋寬度與波長的關(guān)系，可知相同條件下a光的干涉條紋比b光寬，故E錯誤。4.(2019·貴州六校聯(lián)考)如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點．圖中O點為A、B連線與分界面的交點．下列說法正確的是()A．O1點在O點的右側(cè)B．藍(lán)光從空氣中射入水中時，速度變小C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點正下方的C點D．若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點E．若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過B點正上方的D點【答案】BCD.【解析】：據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點應(yīng)在O點的左側(cè)，故A錯；光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時，速度變小，故B對；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則可能通過B點正下方的C點，故C對；若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過B點正上方的D點，故D對；若藍(lán)光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線不可能過B點正上方的D點，故E錯．5.(2019·西安質(zhì)檢)如圖所示，從點光源S發(fā)出的一細(xì)束白光以一定的角度入射到三棱鏡的表面，經(jīng)過三棱鏡的折射后發(fā)生色散現(xiàn)象，在光屏的ab間形成一條彩色光帶．下面的說法中正確的是()A．a(chǎn)側(cè)是紅色光，b側(cè)紫色光B．在真空中a側(cè)光的波長小于b側(cè)光的波長C．三棱鏡對a側(cè)光的折射率大于對b側(cè)光的折射率D．在三棱鏡中a側(cè)光的傳播速率大于b側(cè)光的傳播速率E．在同種條件下做雙縫干涉實驗，a光的條紋間距小于b光【答案】BCE.【解析】：紅光的折射率小，所以偏折角小，故b側(cè)為紅色光，a側(cè)為紫色光，紅色光的波長比紫色光的波長長，干涉條紋間距也大，在玻璃中的傳播速率也大，B、C、E正確，A、D錯誤．6.(2019·浙江杭州高三上學(xué)期模擬)用雙縫干涉測光的波長，實驗中采用雙縫干涉儀，它包括以下元件(其中雙縫和光屏連在遮光筒上)：A．白熾燈B．單縫片C．光屏D．雙縫E．濾光片(1)把以上元件安裝在光具座上時，正確的排列順序是：____________；(2)在雙縫干涉實驗中，分別用紅色和綠色的激光照射同一雙縫，在雙縫后的屏幕上，紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1________(填“＞”“＝”或“＜”)Δx2。若實驗中紅光的波長為630nm，雙縫與屏幕的距離為1.00m，測得第1條到第6條亮條紋中心間的距離為10.5mm，則雙縫之間的距離為________mm?！敬鸢浮?1)AEBDC(2)＞0.3【解析】(1)在光具座上從左向右，應(yīng)該是光源、濾光片、單縫片、雙縫片、光屏，故合理的順序是：AEBDC。(2)紅光的波長大于綠光的波長，由公式Δx＝eq\f(L,d)λ，可知紅光的干涉條紋間距Δx1與綠光的干涉條紋間距Δx2相比，Δx1>Δx2；因λ＝630nm＝6.3×10－7m，x＝10.5mm＝1.05×10－2m，Δx＝eq\f(x,5)＝2.1×10－3m，由公式Δx＝eq\f(L,d)λ得：d＝eq\f(Lλ,Δx)＝3×10－4m＝0.3mm。7.一個半圓柱形玻璃磚，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＝eq\r(2).(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點左側(cè)與O相距eq\f(\r(3),2)R處垂直于AB從下方入射，求此光線從玻璃磚射出點的位置．【答案】：(1)eq\r(2)R(2)光線從玻璃磚射出點的位置在O點左、右側(cè)分別與O相距eq\f(\r(3),2)R處【解析】：(1)在O點左側(cè)，設(shè)從E點射入的光線進(jìn)入玻璃磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角θ，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從玻璃磚射出，如圖，由全反射條件有sinθ＝eq\f(1,n) ①由幾何關(guān)系有OE＝Rsinθ ②由對稱性可知，若光線都能從上表面射出，光束的寬度最大為l＝2OE ③聯(lián)立①②③式，代入已知數(shù)據(jù)得l＝eq\r(2)R. ④(2)設(shè)光線在距O點eq\f(\r(3),2)R的C點射入后，在上表面的入射角為α，由幾何關(guān)系及①式和已知條件得α＝60°>θ光線在玻璃磚內(nèi)會發(fā)生三次全反射，最后由G點射出，如圖，由反射定律和幾何關(guān)系得OG＝OC＝eq\f(\r(3),2)R射到G點的光有一部分被反射，沿原路返回到達(dá)C點射出．8.(2019·遼寧鞍山一中模擬)如圖甲所示，在空氣中放有一半徑為R、折射率為n＝eq\f(4,3)的透明球，離球心O相距eq\f(\r(3),2)R的A點處有一可向各個方向發(fā)光的點光源．求透明球表面有光射出部分的面積．[如圖乙所示球冠的面積公式為S