第14章光物理新高考適用第1節(jié)運(yùn)動(dòng)的描述第1課時(shí)光的折射全反射

五年高考

三年模擬第2課時(shí)光路分析

五年高考

三年模擬第2節(jié)光的波動(dòng)性

五年高考

三年模擬目錄實(shí)驗(yàn)15測(cè)量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)16用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)第1節(jié)光的折射全反射第1課時(shí)光的折射全反射光的折射T1、3、4、5◆全反射T2、6、7、8考法領(lǐng)航·數(shù)理結(jié)合

交叉貫通素養(yǎng)提升(全反射與幾何知識(shí)的結(jié)合)城市公園亮化設(shè)計(jì)為城市樹(shù)立了良好形象,如圖所示,某公

園水池底面有一半徑為r的圓形線光源,圓面到水面的距離為h,在水面上形成一個(gè)亮環(huán),

已知水對(duì)該光的折射率為n,則亮環(huán)的面積大小為

(

)

A.

B.

C.

D.

C解析

根據(jù)題意,作出圓形線光源上某點(diǎn)發(fā)出的光恰好在A點(diǎn)和B點(diǎn)發(fā)生全反射的光路

圖,如圖所示,其中AB部分有光射出,設(shè)圓形線光源在水面上形成的亮環(huán)的外圓半徑為R1,內(nèi)圓半徑為R2。

根據(jù)幾何關(guān)系可得R1=r+h

tanC,R2=r-h

tanC,又sinC=

,可得cosC=

=

,則

有tanC=

=

,亮環(huán)的面積大小S=π

-π

,聯(lián)立解得S=

,C正確?？挤c(diǎn)睛

若光源為點(diǎn)光源,“折射面”為曲面,則其發(fā)光面積如何求解?1.★(2023江蘇,5,4分)地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大,太陽(yáng)光斜射向地

面的過(guò)程中會(huì)發(fā)生彎曲。下列光路圖中能描述該現(xiàn)象的是

(

)

五年高考A解析

在離地某一高度處取一水平面,由題意可知該水平面上方的空氣折射率小于其下方空氣折射率,由折射定律可知該平面附近光路如圖所示,A正確。2.★(2024海南,4,3分)如圖為一截面為正三角形OPQ的玻璃磚,某束光線垂直面OP射入,

恰好在PQ界面發(fā)生全反射,則玻璃磚的折射率為

(

)

A.

B.

C.

D.2C解析

作出部分光路圖如圖所示,光線在PQ界面發(fā)生全反射,且入射角為60°,根據(jù)全反

射臨界角與折射率的關(guān)系有sin60°=

,解得n=

,C正確。

3.★★(2024重慶,5,4分)某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種測(cè)量液體折射率的方案。容器過(guò)中心軸線

的剖面圖如圖所示,其寬度為16cm,讓單色光在此剖面內(nèi)從空氣入射到液體表面的中

心。調(diào)整入射角,當(dāng)反射光與折射光垂直時(shí),測(cè)出豎直器壁上的反射光點(diǎn)與液體表面的

距離h,就能得到液體的折射率n。忽略器壁厚度,由該方案可知

(

)

A.若h=4cm,則n=

B.若h=6cm,則n=

C.若n=

,則h=10cmD.若n=

,則h=5cmB解析

如圖所示,設(shè)入射角為θ1,折射角為θ2,根據(jù)幾何關(guān)系和折射定律可得n=

=

=

,代入選項(xiàng)數(shù)據(jù)可知,B正確。

4.★★(2024江蘇,6,4分)現(xiàn)有一束光以相同的入射角θ,打在兩杯不同濃度的NaCl溶液

甲、乙中,折射光線如圖所示(β1<β2),已知折射率隨NaCl濃度增大而增大。則

(

)

A.光在甲中折射率較大B.甲中NaCl濃度較小C.光在甲中的傳播速度較大D.光在甲中發(fā)生全反射的臨界角較大A解析

由于入射角相同,又β1<β2,根據(jù)折射定律可知n甲>n乙,故光在甲中的折射率較大,甲

中NaCl濃度較大,A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)v=

,可知光在甲中的傳播速度較小,C錯(cuò)誤;由sinC=

可知,折射率越大發(fā)生全反射的臨界角越小,故光在甲中發(fā)生全反射的臨界角較小,D錯(cuò)誤。5.★★(2024屆河北大數(shù)據(jù)調(diào)研)如圖所示,長(zhǎng)方形水池內(nèi)存有清水(水池底面水平),一束

單色光以α=53°的入射角照射到水面上的O點(diǎn),單色光進(jìn)入水池后照到水池底部的A點(diǎn),

在其他條件不變的情況下,取走一些水,使得水面下降,當(dāng)水面平靜后發(fā)現(xiàn)光束照射到了

A點(diǎn)右側(cè)的B點(diǎn),經(jīng)測(cè)量A、B兩點(diǎn)間距離是水面下降高度的

,已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,則清水對(duì)這種單色光的折射率為

(

)

三年模擬A.

B.

C.

D.

C解析

清水對(duì)這種單色光的折射率不變,兩次光線以相同的入射角射入,可得折射角相

同,故兩次的折射光線平行,如圖所示,設(shè)折射角為β,水面下降的高度為Δh,根據(jù)幾何知

識(shí)得AB=CD,則Δhtanα-Δhtanβ=CD=AB=

Δh,解得tanβ=

,β=37°,故折射率n=

=

,C正確。

6.★★★(2025屆陜西部分學(xué)校開(kāi)學(xué)考)如圖所示為一種嵌在地面下的彩燈簡(jiǎn)化示意圖,

橫截面規(guī)格為6L×7L的透明材料中央豎線上有間隔均勻的7個(gè)燈槽,現(xiàn)有M、N兩顆不

同顏色的燈珠,已知該透明材料對(duì)M發(fā)出的光的折射率為

,對(duì)N發(fā)出的光的折射率為

,將M、N兩燈珠放入燈槽內(nèi),接通電源后,兩燈珠發(fā)出的光均能從材料上表面邊緣射出。不考慮光在介質(zhì)中的多次反射,則下列安裝方法可能滿足條件的是(

)

A解析

若M發(fā)出的光恰好在材料上表面邊緣發(fā)生全反射,如圖所示。

根據(jù)幾何知識(shí)可得tanC1=

,又nM=

,聯(lián)立解得hM=4L。同理可知,若N發(fā)出的光恰好在材料上表面邊緣發(fā)生全反射,則tanC2=

,nN=

,解得hN=

,所以接通電源后,兩燈珠發(fā)出的光均能從材料上表面邊緣射出需要滿足的條件是hM>4L,hN>

,A正確。7.★★★(2025屆云南昆明三中開(kāi)學(xué)考)為了研究某種透明新材料的光學(xué)性質(zhì),先將其壓

制成半圓柱體,如圖甲所示。一束激光由真空沿半圓柱體的徑向與其底面過(guò)O點(diǎn)的法

線成θ角射入,CD為光學(xué)傳感器,可以探測(cè)光的強(qiáng)度。從AB面反射回來(lái)的光的強(qiáng)度隨θ

變化的情況如圖乙所示。又將這種新材料制成的一根光導(dǎo)纖維束彎成半圓環(huán),暴露于

空氣中(假設(shè)該激光在空氣中的折射率與其在真空中的相同),此半圓環(huán)外半徑為R,光導(dǎo)

纖維束橫截面的半徑為r,如圖丙所示。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列說(shuō)法正確的是

(

)A.該激光在此新材料中的折射率n=1.25B.圖甲中若減小入射角θ,則反射光線和折射光線之間的夾角也將變小C.用同種激光垂直于光導(dǎo)纖維束端面EF且通過(guò)F點(diǎn)射入,若該束激光恰好不從光導(dǎo)纖

維束側(cè)面外泄,則彎成的半圓環(huán)外半徑R與光導(dǎo)纖維束橫截面的半徑r應(yīng)滿足的關(guān)系為R=5rD.如果用紅色激光垂直于光導(dǎo)纖維束端面EF且通過(guò)F點(diǎn)射入時(shí)該激光不會(huì)從側(cè)面外泄,則換成紫色激光時(shí)將可能會(huì)從側(cè)面外泄答案

C

解析

從題圖乙中可以看出,當(dāng)θ=37°時(shí)發(fā)生全反射,則有n=

=

,A錯(cuò)誤;題圖甲中若減小入射角θ,根據(jù)反射定律和折射定律可知反射角和折射角都減小,則反射光線和

折射光線之間的夾角將變大,B錯(cuò)誤;激光不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄的臨界條件是入射

光在外側(cè)面處恰好發(fā)生全反射,臨界光路如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系有sin37°=

,解

得R=5r,C正確;如果用紅色激光垂直于光導(dǎo)纖維束端面EF且通過(guò)F點(diǎn)射入時(shí)該激光不會(huì)從側(cè)面外泄,則換成紫色激光時(shí)也將不會(huì)從側(cè)面外泄(點(diǎn)撥:紫光比紅光的折射率大,則紫光發(fā)生全反射的臨界角比紅光的小,即紫光更容易發(fā)生全反射),D錯(cuò)誤。8.(考法訓(xùn)練)(2024屆豫南名校二檢)如圖甲所示為某透明介質(zhì)材料制成的長(zhǎng)方體棱鏡,

上下兩面為邊長(zhǎng)為6R的正方形,棱鏡高為2R,O、S分別為上下面的中心,在上表面挖走

一個(gè)以O(shè)點(diǎn)為球心、R為半徑的半球,在S處放置一點(diǎn)光源,已知該材料的折射率n=

,且只有上表面及半球面為光學(xué)面,圖乙為俯視圖,圖丙為過(guò)O、S兩點(diǎn)的剖面圖,則俯視

看棱鏡被照亮的區(qū)域面積(俯視看半球內(nèi)表面被照亮的部分可等效成水平面)為(

)A.4πR2

B.

πR2C.

πR2

D.

πR2

D解析

由題知,材料的折射率n=

,又sinC=

,可得C=45°,過(guò)S點(diǎn)作與半球相切的光線,切點(diǎn)為a,如圖所示。

則由幾何關(guān)系得∠OSa=30°,該光線不能從半球面射出,但能從上表面射出,出射點(diǎn)為b,

則Ob=SOtan30°=

R作出剛好在上表面發(fā)生全反射的臨界光線Sd,如圖所示,則Od=SO=2R從上向下看上表面被照亮的區(qū)域?yàn)榄h(huán)形,其面積S1=π(Od)2-π(Ob)2=

πR2(點(diǎn)撥:不要遺漏上表面被照亮區(qū)域的面積)作出剛好在半球面上發(fā)生全反射的臨界光線Sc,如圖所示,則∠OcS=135°,在△OcS中,由

正弦定理得

=

解得sin∠cSO=

又由余弦定理得SO2=cO2+Sc2-2cO·Sccos135°解得Sc=

R過(guò)c點(diǎn)作SO的垂線,垂足為e,則ce=Scsin∠cSO解得ce=

R結(jié)合題意知,從上向下看半球面被照亮的區(qū)域面積S2=π(ce)2=

πR2所以俯視看棱鏡被照亮的區(qū)域面積S=S1+S2=

πR2D正確。第2課時(shí)光路分析考法領(lǐng)航·物理本質(zhì)

明晰規(guī)律思維回歸(2024山東,15,8分)某光學(xué)組件橫截面如圖所示,半圓形玻璃磚圓心為O點(diǎn),半徑為R;直角

三棱鏡FG邊的延長(zhǎng)線過(guò)O點(diǎn),EG邊平行于AB邊且長(zhǎng)度等于R,∠FEG=30°。橫截面所在

平面內(nèi),單色光線以θ角入射到EF邊發(fā)生折射,折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和

三棱鏡對(duì)該單色光的折射率均為1.5。(1)求sinθ;(2)以θ角入射的單色光線,若第一次到達(dá)半圓弧AMB可以發(fā)生

全反射,求光線在EF上入射點(diǎn)D(圖中未標(biāo)出)到E點(diǎn)距離的范圍。答案

(1)

(2)ED≤

解析

(1)光線垂直EG邊射出,從題圖中幾何關(guān)系可得折射角β=30°,由折射定律有

=n,解得sinθ=

。(2)設(shè)單色光與AB邊交于N點(diǎn),第一次到達(dá)圓弧上P點(diǎn)時(shí)恰好發(fā)生全反射,臨界角為C,作

出光路圖如圖所示,射到圓弧AP段上的光可以發(fā)生全反射。由sinC=

,解得sinC=

,在△ONP中ON=RsinC,可得AN=R-RsinC=

,此時(shí)ED=

=

,則要使第一次到達(dá)半圓弧的光線發(fā)生全反射,只需滿足ED≤

即可。考法點(diǎn)睛

不同光學(xué)元件組合,利用折射和全反射規(guī)律,還能求解哪些問(wèn)題?1.★★(2024廣東,6,4分)如圖所示,紅綠兩束單色光,同時(shí)從空氣中沿同一路徑以θ角從

MN面射入某長(zhǎng)方體透明均勻介質(zhì)。折射光束在NP面發(fā)生全反射,反射光射向PQ面。

若θ逐漸增大,兩束光在NP面上的全反射現(xiàn)象會(huì)先后消失。已知在該介質(zhì)中紅光的折

射率小于綠光的折射率。下列說(shuō)法正確的是(

)

A.在PQ面上,紅光比綠光更靠近P點(diǎn)B.θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失五年高考C.θ逐漸增大時(shí),入射光可能在MN面發(fā)生全反射D.θ逐漸減小時(shí),兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大B解析

由于紅光折射率更小,則折射角r更大,紅光在NP面上的入射角更小,離P點(diǎn)更遠(yuǎn),

A錯(cuò)誤。由n=

知,紅光的全反射臨界角更大,當(dāng)入射角大于或等于臨界角,且由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射,故當(dāng)θ逐漸增大時(shí),紅光的全反射現(xiàn)象先消失,B

正確,C錯(cuò)誤。由n=

知,θ逐漸減小時(shí),折射角r也逐漸減小,D錯(cuò)誤。2.★★(2024甘肅,10,5分)(多選)如圖為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面,一束紅光a

從空氣沿半徑方向入射到圓心O,當(dāng)θ=30°時(shí),反射光b和折射光c剛好垂直。下列說(shuō)法正

確的是

(

)

A.該材料對(duì)紅光的折射率為

B.若θ=45°,光線c消失C.若入射光a變?yōu)榘坠?光線b為白光D.若入射光a變?yōu)樽瞎?光線b和c仍然垂直ABC解析

根據(jù)幾何關(guān)系可知紅光從材料內(nèi)射出時(shí)光線的折射角為60°,故材料對(duì)紅光的折

射率n=

=

,A正確。設(shè)發(fā)生全反射的臨界角為C,則有sinC=

=

<

,C<45°,若θ=45°,會(huì)發(fā)生全反射,光線c消失,B正確。由于光線b為反射光線,所有光線在界面上均

會(huì)發(fā)生反射,故當(dāng)入射光a變?yōu)榘坠?光線b為白光,C正確。對(duì)同種介質(zhì),紫光的折射率比

紅光的大,故若入射光a變?yōu)樽瞎?折射角將變大,反射角不變,則光線b和c不會(huì)垂直,D錯(cuò)誤。3.★★★(2022山東,7,3分)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑

為R的

圓,左側(cè)是直角梯形,AP長(zhǎng)為R,AC與CO夾角45°,AC中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束,垂直AB面入射,器件介質(zhì)對(duì)a、b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入

射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過(guò)程中,能在PM面全反射后,從OM面出射的光是(不考

慮三次反射以后的光)

(

)

A.僅有a光

B.僅有b光C.a、b光都可以

D.a、b光都不可以A解析

a光的全反射臨界角C1滿足sinC1=

<

,即C1<45°,b光的全反射臨界角C2滿足sinC2=

>

,即C2>45°。當(dāng)光線垂直AB射入之后,部分光路如圖,光在介質(zhì)中OC界面的入射角為45°,則a光發(fā)生全反射,b光既有折射又有反射。當(dāng)入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)時(shí),

經(jīng)OC面反射后的光線,在PM上的入射點(diǎn)從Q向P移動(dòng),根據(jù)幾何關(guān)系可知,光線在PQ界

面的入射角從Q處的0°一直增大到P處的45°,所以b光不會(huì)發(fā)生全反射,a光可以在P點(diǎn)發(fā)生全反射,恰好從M射出,A正確。4.★★★[2024全國(guó)甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=

,其橫截面為四分之一圓,圓的半徑為R,如圖所示。截面所在平面內(nèi),一束與AB邊平行的光線從圓弧入射。入射光線

與AB邊的距離由小變大,距離為h時(shí),光線進(jìn)入柱體后射到BC邊恰好發(fā)生全反射。求此

時(shí)h與R的比值。

答案

解析設(shè)AC邊上入射角為α,折射角為β,在BC邊上發(fā)生全反射,臨界角為C',畫(huà)出光路圖

如圖所示則n=

,n=

由幾何關(guān)系知α=β+C'則n=

聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得sinα=

sinα-cosα,即sinα=

可知

=sinα=

。5.★★★(2024屆雅禮中學(xué)月考)(多選)如圖甲所示,航天員在天宮課堂上演示了微重力

環(huán)境下的神奇現(xiàn)象,液體呈球狀,往其中央注入空氣,可以在液體球內(nèi)部形成一個(gè)同心球

形氣泡,如圖乙所示。假設(shè)此液體球內(nèi)外半徑之比為1∶3,當(dāng)由a、b、c三種顏色的光

組成的細(xì)光束在過(guò)球心的平面內(nèi),從A點(diǎn)以i=37°的入射角射入球中,b光的折射光線剛

好與液體球內(nèi)壁相切,已知真空中光速為3×108m/s,則下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.該液體材料對(duì)a光的折射率小于對(duì)c光的折射率三年模擬B.若繼續(xù)增大入射角i,b光肯定能從液體球中射出C.該液體材料對(duì)a光的折射率可能為

D.c光在液體球中的傳播速度可能為

×108m/sBC解析

根據(jù)題圖乙可知,a光的折射角小于c光的折射角,二者入射角相同,根據(jù)折射定律

可知該液體材料對(duì)a光的折射率大于對(duì)c光的折射率,A錯(cuò)誤。若繼續(xù)增大入射角i,b光

的折射角也將增大,光線將遠(yuǎn)離同心球形氣泡,光線從液體材料射出時(shí)的入射角與射入

液體材料時(shí)的折射角大小相等,根據(jù)光路的可逆性原理可知不會(huì)發(fā)生全反射,即b光肯

定能從液體球中射出,B正確。根據(jù)幾何關(guān)系可知,b光射入該液體材料時(shí)的折射角的正

弦值sinrb=

,根據(jù)折射定律可知,該液體材料對(duì)b光的折射率nb=

=

,由題圖乙可知,該液體材料對(duì)三種顏色的光的折射率大小關(guān)系為na>nb>nc,由于

>

=nb,因此,該液體材料對(duì)a光的折射率可能為

,C正確。b光在液體球中的傳播速度vb=

=

×108

m/s,由于nb>nc,則vc>vb,c光在液體球中的傳播速度一定大于

×108m/s,D錯(cuò)誤。6.★★★(2024屆湖北智學(xué)聯(lián)盟三模)如圖甲為一玻璃半球的截面圖,其半徑為R,O點(diǎn)為

球心,AB為直徑,現(xiàn)有均勻分布的紅光垂直入射到半球的底面。已知球冠(不含圓底面)

的表面積S=2πRh(如圖乙,其中R為球的半徑,h為球冠的高),光在真空中傳播的速度為c,

玻璃對(duì)紅光的折射率n=1.25,若只考慮首次射到球面的光,則下列說(shuō)法正確的是(

)

A.從半球面射出的光中,在玻璃內(nèi)的傳播時(shí)間最短為

B.整個(gè)半球面透光的面積為

πR2C.所有入射到半球底面的光,有

的光會(huì)發(fā)生全反射D.若將入射光由紅光換成紫光,則半球面透光的面積增大A解析

由sinC=

,n=

,解得C=53°,v=

,由題意得,從半球面射出的光中,最短路程對(duì)應(yīng)剛好發(fā)生全反射,由幾何關(guān)系有L=Rcos53°=

R,則光在玻璃內(nèi)的傳播時(shí)間最短為t=

=

,A正確。整個(gè)半球面透光的面積S=2πRh=2πR·

=

πR2,B錯(cuò)誤。發(fā)生全反射的光入射到半球底面時(shí)對(duì)應(yīng)的面積與所有光入射到半球底面時(shí)對(duì)應(yīng)的面積之比為

=

,即所有入射到半球底面的光,有

的光會(huì)發(fā)生全反射,C錯(cuò)誤。若將入射光由紅光換成紫光,折射率變大,臨界角變小,則半球面透光的面積減小,D錯(cuò)誤。方法歸納

利用t=

求解光在某種介質(zhì)中的傳播時(shí)間,同一種光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化,且v=

,應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系確定光的傳播路程L。7.(考法訓(xùn)練)(2024屆河南T8聯(lián)盟聯(lián)考)超強(qiáng)超短光脈沖產(chǎn)生方法曾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),

其中用到的一種脈沖激光展寬器部分元件截面如圖所示。兩個(gè)相同的頂角為θ的直角

三棱鏡A、B的斜面相互平行放置,兩斜面間的距離為d。一束包含兩種頻率光的激光,

從A棱鏡上的P點(diǎn)垂直入射,它們?cè)诶忡R中的折射率分別為n1=

,n2=

,在B棱鏡下方有一平行于下表面的光屏,P'點(diǎn)為P點(diǎn)在光屏上的投影。(1)若在A棱鏡斜面上只有一種頻率的激光直接出射,求頂角θ的取值范圍;(2)若θ=30°,求兩種頻率的激光通過(guò)兩棱鏡后,打在光屏上的光點(diǎn)間距。答案

(1)45°≤θ<60°

(2)

解析

(1)(關(guān)鍵:若在A棱鏡斜面上只有一種頻率的激光直接出射,則臨界角較小的那一

種激光恰好發(fā)生全反射時(shí),頂角具有最小值,臨界角較大的那一種激光恰好不發(fā)生全反

射時(shí),頂角具有最大值)根據(jù)臨界角與折射率的關(guān)系式,可得sinC1=

,sinC2=

解得C1=45°,C2=60°由幾何關(guān)系可知頂角θ的取值范圍為45°≤θ<60°。(2)作出一種頻率的激光光路圖,如圖所示根據(jù)折射率的公式,有n=

由幾何關(guān)系可得CD=

則該激光通過(guò)兩棱鏡后,打在光屏上的光點(diǎn)與P'點(diǎn)的距離x=CDsin(θ'-θ)=

兩種頻率的激光通過(guò)兩棱鏡后,打在光屏上的光點(diǎn)間距Δx=x1-x2=

。第2節(jié)光的波動(dòng)性光的干涉和衍射T2、3、5、6、8、9◆光的偏振T1◆幾何光學(xué)與物理光學(xué)的綜合應(yīng)用T4、7考法領(lǐng)航·新穎情境

突破情境模型建構(gòu)(2024廣西,9,6分)(多選)如圖,S為單色光源,S發(fā)出的光一部分直接照在光屏上,一部分通

過(guò)平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當(dāng)于S在平面鏡中的虛像發(fā)出的,由此形

成了兩個(gè)相干光源。設(shè)光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和l,a?l,鏡面與光屏垂

直,單色光波長(zhǎng)為λ。下列說(shuō)法正確的是

(

)A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為

λB.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為

λC.若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中,此時(shí)單色光的波長(zhǎng)變?yōu)閚λD.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中,光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx,則該液體的折射率為

λ答案

AD解析作出干涉現(xiàn)象的原理圖如圖所示,根據(jù)光的反射對(duì)稱性可知光源S與平面鏡中的虛像距離為2a,根據(jù)相鄰兩條亮(暗)條紋

間距公式可知Δx=

λ=

λ,A正確,B錯(cuò)誤;整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中,光的頻率不變,根據(jù)λf=c,v=fλ1=

(其中c為真空中的光速),可得λ1=

,C錯(cuò)誤;整套裝置完全浸入某種透明溶液中,設(shè)溶液的折射率為n',光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Δx,

有Δx=

λ2,可得該單色光在該透明溶液中的波長(zhǎng)λ2=

,又λ2=

,解得n'=

λ,D正確?？挤c(diǎn)睛

利用鏡面反射,可觀察到干涉現(xiàn)象,利用反射和折射能否實(shí)現(xiàn)?1.★★(2024江蘇,2,4分)用立體影院的特殊眼鏡去觀看手機(jī)液晶屏幕,左鏡片明亮,右鏡

片暗,現(xiàn)在將手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)90度,會(huì)觀察到(

)A.兩鏡片都變亮B.兩鏡片都變暗C.兩鏡片沒(méi)有任何變化D.左鏡片變暗,右鏡片變亮五年高考D解析

立體影院的特殊眼鏡是利用了光的偏振,左、右兩鏡片為透振方向相互垂直的

偏振片,用特殊眼鏡去觀看手機(jī)液晶屏幕,左鏡片明亮,右鏡片暗,可知手機(jī)液晶屏幕發(fā)

出的光的偏振方向與左鏡片的透振方向趨于平行,與右鏡片的透振方向的夾角接近

90°,則將手機(jī)屏幕旋轉(zhuǎn)90度后左鏡片變暗,右鏡片變亮,D正確。2.★★(2024山東,4,3分)檢測(cè)球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示,將標(biāo)準(zhǔn)滾珠a與

待測(cè)滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間,用單色平行光垂直照射平板玻璃,形成如圖乙

所示的干涉條紋。若待測(cè)滾珠與標(biāo)準(zhǔn)滾珠的直徑相等為合格,下列說(shuō)法正確的是(

)

A.滾珠b、c均合格B.滾珠b、c均不合格C.滾珠b合格,滾珠c不合格D.滾珠b不合格,滾珠c合格C解析

兩塊平板玻璃之間的薄膜干涉條紋相互平行,滾珠a、b在同一條紋上,說(shuō)明兩滾

珠位置薄膜厚度相同,即a、b直徑相同;滾珠c在另一條紋上,說(shuō)明滾珠c所在位置處薄膜

厚度與滾珠a處不同,即滾珠a、c直徑不同,C正確。3.★★(2023山東,5,3分)如圖所示為一種干涉熱膨脹儀原理圖。G為標(biāo)準(zhǔn)石英環(huán),C為待

測(cè)柱形樣品,C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間存在劈形空氣層。用單色平行光

垂直照射上方石英板,會(huì)形成干涉條紋。已知C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),當(dāng)溫度

升高時(shí),下列說(shuō)法正確的是(

)

A.劈形空氣層的厚度變大,條紋向左移動(dòng)B.劈形空氣層的厚度變小,條紋向左移動(dòng)C.劈形空氣層的厚度變大,條紋向右移動(dòng)D.劈形空氣層的厚度變小,條紋向右移動(dòng)A解析

當(dāng)溫度升高時(shí),由于C的膨脹系數(shù)小于G的膨脹系數(shù),故待測(cè)柱狀樣品C的上表面與上方標(biāo)準(zhǔn)平面石英板之間的劈形空氣層厚度變大,如圖所示。故新空氣層厚度為d的位置在原位置左側(cè),原空氣層厚度為d處出現(xiàn)的條紋隨之向左移動(dòng),A正確。4.★★(2023重慶,5,4分)某實(shí)驗(yàn)小組利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置分別觀察a、b兩單色光的

干涉條紋,發(fā)現(xiàn)在相同的條件下光屏上a光相鄰兩亮條紋的間距比b光的小。他們又

將a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣,發(fā)現(xiàn)a光的折射角比b光的大。則

(

)A.在空氣中傳播時(shí),a光的波長(zhǎng)比b光的大B.在水中傳播時(shí),a光的速度比b光的大C.在水中傳播時(shí),a光的頻率比b光的小D.由水射向空氣時(shí),a光的全反射臨界角比b光的小D解析

由題意Δxa<Δxb,根據(jù)相鄰兩條亮條紋的間距Δx=

λ,可知λa<λb,由于光的波長(zhǎng)越大,頻率越小,故a光的頻率比b光的大,同種色光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率相同,A、C錯(cuò)

誤。a、b光以相同的入射角由水斜射入空氣,a光的折射角比b光的大,根據(jù)折射定律可

知na>nb,根據(jù)n=

可得在水中傳播時(shí),a光的速度比b光的小,B錯(cuò)誤。根據(jù)n=

可得由水射向空氣時(shí),a光的全反射臨界角比b光的小,D正確。5.★★(2025屆黑龍江大慶一檢)甲、乙兩圖是某同學(xué)在做光的單縫衍射和楊氏雙縫干

涉實(shí)驗(yàn)時(shí),利用光傳感器得到的條紋光強(qiáng)隨水平位置x的分布圖像。有關(guān)光的衍射和干

涉現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.甲對(duì)應(yīng)的是干涉現(xiàn)象B.乙對(duì)應(yīng)的是衍射現(xiàn)象C.發(fā)生甲、乙對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象,說(shuō)明光具有波動(dòng)性D.當(dāng)所用光源由紅光變成藍(lán)光時(shí),乙對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象條紋間距不變?nèi)昴MC解析

單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,中央條紋寬度最大且最亮,可知中間光強(qiáng)最大,而在雙縫干涉實(shí)

驗(yàn)中,形成的明暗條紋間距相等,根據(jù)波的疊加原理可知,明條紋中心處光強(qiáng)最大,暗條

紋中心處光強(qiáng)最小,即題圖甲對(duì)應(yīng)的是衍射現(xiàn)象,題圖乙對(duì)應(yīng)的是干涉現(xiàn)象,A、B錯(cuò)

誤。光的干涉和衍射是光的波動(dòng)性的體現(xiàn),C正確。由雙縫干涉條紋間距Δx=

λ可知,當(dāng)所用光源由紅光變成藍(lán)光時(shí),波長(zhǎng)變短,題圖乙對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象條紋間距變小,D錯(cuò)誤。6.★★(2024屆山東日照二模)小明利用同一實(shí)驗(yàn)裝置在真空中進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。僅

換用甲、乙兩種不同的單色光,在屏上分別觀察到的干涉條紋如圖所示,圖中虛線是亮

紋中心的位置。則甲、乙兩種不同單色光的頻率之比為

(

)

A.2∶1

B.1∶2

C.3∶1

D.1∶3A解析

根據(jù)題圖可知2Δx甲=Δx乙,根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式有Δx甲=

λ甲,Δx乙=

λ乙,根據(jù)光速與波長(zhǎng)的關(guān)系有c=λ甲f甲,c=λ乙f乙,解得f甲∶f乙=2∶1,A正確。7.★★★(2024屆黑龍江佳木斯一中三模)如圖甲所示,a、b兩束激光分別通過(guò)同一套雙

縫干涉裝置,它們的第5條亮條紋分別在屏上的Pa點(diǎn)和Pb點(diǎn);如圖乙所示,由a、b兩束激

光組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡后形成Ⅰ、Ⅱ兩束光,則下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.a激光的波長(zhǎng)較大B.光束Ⅰ對(duì)應(yīng)的是b激光C.a激光在三棱鏡中傳播時(shí)間較短D.激光a與b分別經(jīng)同一薄膜干涉,b的干涉條紋間距較小B解析

由題圖甲可知,a激光對(duì)應(yīng)的干涉條紋間距比b激光對(duì)應(yīng)的小,則由Δx=

λ可知,a激光的波長(zhǎng)較小,A錯(cuò)誤。a激光的波長(zhǎng)比b激光的小,則三棱鏡對(duì)a激光的折射率比對(duì)b

激光的大,由題圖乙知,光束Ⅰ對(duì)應(yīng)的折射角較大,則光束Ⅰ對(duì)應(yīng)的折射率較小,光束Ⅰ

對(duì)應(yīng)的是b激光,B正確。a激光的波長(zhǎng)比b激光的小,則b激光在三棱鏡中的傳播速度較

大,又由題圖乙及B項(xiàng)分析可知,b激光在三棱鏡中傳播的路程較短,所以b激光在三棱鏡

中傳播時(shí)間較短,C錯(cuò)誤。由于b激光波長(zhǎng)較大,則相鄰兩條亮條紋中心對(duì)應(yīng)的薄膜厚度

之差較大,即條紋間距較大,D錯(cuò)誤。8.★★★(2024屆山東濰坊一模)制造半導(dǎo)體元件,需要精確測(cè)定硅片上涂有的二氧化硅

(SiO2)薄膜的厚度,把左側(cè)二氧化硅薄膜腐蝕成如圖甲所示的劈尖,用波長(zhǎng)λ=630nm的

激光從上方照射劈尖(不考慮光在反射過(guò)程中的半波損失),觀察到在腐蝕區(qū)域內(nèi)有8條

暗紋(如圖乙),且斜面轉(zhuǎn)為平面的棱MN處是亮紋,二氧化硅的折射率為1.5,則二氧化硅

薄膜的厚度為(

)

A.1680nm

B.1890nm

C.2520nm

D.3780nmA解析

激光在二氧化硅中的波長(zhǎng)λ1=

,設(shè)二氧化硅薄膜的厚度為d,有2d=8λ1(點(diǎn)撥:從斜面底端到棱MN處,亮紋對(duì)應(yīng)的光程差變化了8倍波長(zhǎng)),聯(lián)立解得d=1680nm。A正確。9.(考法訓(xùn)練)(2024屆廣西玉林高中模擬)雅明干涉儀可以利用光的干涉來(lái)測(cè)定氣體在

各種溫度和壓強(qiáng)下的折射率,其光路圖如圖所示。圖中S為光源,G1、G2為兩塊完全相

同的玻璃板,彼此平行放置,T1、T2為兩個(gè)等長(zhǎng)的玻璃管,長(zhǎng)度均為d。測(cè)量時(shí),先將T1、T2

兩管抽空,然后將氣體徐徐充入一管中,在E處觀察干涉條紋的變化,即可測(cè)得該氣體的

折射率。某次測(cè)量時(shí),將待測(cè)氣體充入T2管中,從開(kāi)始進(jìn)氣至到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的過(guò)程中,在

E處看到恰好移過(guò)N條干涉亮紋,待測(cè)光在真空中的波長(zhǎng)為λ。該氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的

折射率為(

)

A.

-1

B.

C.

+1

D.

+2C解析

每恰好看到一條亮紋移過(guò),相當(dāng)于光程差增大了一個(gè)波長(zhǎng),時(shí)間差為一個(gè)周期T

(點(diǎn)撥:若將T1、T2兩管抽空,則被分開(kāi)的兩束光將同時(shí)傳播到E處所觀察的位置,會(huì)觀察

到亮紋,將待測(cè)氣體充入T2管中,會(huì)導(dǎo)致通過(guò)T2管的那束光的傳播速度變小,從而有了時(shí)

間差)。由于恰好移過(guò)N條干涉亮紋,則時(shí)間差為NT,有

-

=NT,又n=

,可得

-

=NT,即nd-d=NcT=Nλ,解得n=

+1,C正確。實(shí)驗(yàn)15測(cè)量玻璃的折射率1.(2024浙江6月,16-Ⅲ,3分)如圖所示,用“插針?lè)ā睖y(cè)量一等腰三角形玻璃磚(側(cè)面分

別記為A和B、頂角大小為θ)的折射率。

①在白紙上畫(huà)一條直線ab,并畫(huà)出其垂線cd,交于O點(diǎn);②將側(cè)面A沿ab放置,并確定側(cè)面B的位置ef;③在cd上豎直插上大頭針P1和P2,從側(cè)面B透過(guò)玻璃磚觀察

P1和P2,插上大頭針P3,要求P3能擋住

(選填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虛像;④確定出射光線的位置

(選填“需要”或“不需要”)第四枚大頭針;⑤撤去玻璃磚和大頭針,測(cè)得出射光線與直線ef的夾角為α,則玻璃磚折射率n=

。P1和P2不需要解析③P3如果擋住P1和P2的像,說(shuō)明經(jīng)過(guò)P1和P2的光線也經(jīng)過(guò)P3,只有這樣才能通過(guò)P3

確定出射光線。④如圖所示,光線垂直ab射入玻璃磚時(shí)不改變傳播方向,P1和P2的連線與ef的交點(diǎn)O'為

此光線在玻璃磚與空氣界面發(fā)生折射時(shí)的出射點(diǎn),連接P3與O'可得出射光線,所以不需

要第四枚大頭針確定出射光線的位置。

⑤由幾何關(guān)系可得玻璃磚的折射率n=

=

。2.(2024湖北,11,7分)某同學(xué)利用激光測(cè)量半圓柱體玻璃磚的折射率,具體步驟如下:

①平鋪白紙,用鉛筆畫(huà)兩條互相垂直的直線AA'和BB',交點(diǎn)為O。將半圓柱體玻璃磚的

平直邊緊貼AA',并使其圓心位于O點(diǎn),畫(huà)出玻璃磚的半圓弧輪廓線,如圖(a)所示。②將一細(xì)激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃磚,記錄折射光線與半圓弧的交

點(diǎn)M。③拿走玻璃磚,標(biāo)記CO光線與半圓弧的交點(diǎn)P。④分別過(guò)M、P作BB'的垂線MM'、PP',M'、P'是垂足,并用刻度尺分別測(cè)量MM'、PP'的

長(zhǎng)度x和y。⑤改變?nèi)肷浣?重復(fù)步驟②③④,得到多組x和y的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出y-x圖像,如

圖(b)所示。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是

(單選,填標(biāo)號(hào))。A.入射角越小,誤差越小B.激光的平行度好,比用插針?lè)y(cè)量更有利于減小誤差C.選擇圓心O點(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯(2)根據(jù)y-x圖像,可得玻璃磚的折射率為

(保留三位有效數(shù)字)。(3)若描畫(huà)的半圓弧輪廓線半徑略大于玻璃磚的實(shí)際半徑,則折射率的測(cè)量結(jié)果

(填“偏大”“偏小”或“不變”)。B1.58(1.56~1.60均可)

不變解析

(1)入射角太小,會(huì)導(dǎo)致折射角太小,測(cè)量的誤差會(huì)變大,A錯(cuò)誤;與插針?lè)y(cè)量相

比,激光的平行度好,能更準(zhǔn)確地確定入射光線和反射光線,從而更有利于減小誤差,B正

確;選擇圓心O點(diǎn)作為入射點(diǎn),是因?yàn)楸阌谟?jì)算,并不是因?yàn)榇颂幍恼凵洮F(xiàn)象最明顯,C錯(cuò)

誤。(2)設(shè)半圓柱體玻璃磚的半徑為R,根據(jù)幾何關(guān)系可得入射角的正弦值為sini=

,折射角的正弦值為sinr=

,折射率n=

=

,可知y-x圖線的斜率大小等于折射率,即n=

≈1.58。(3)根據(jù)(2)中數(shù)據(jù)處理方法可知折射率的表達(dá)式中沒(méi)有半圓弧輪廓線半徑R,所以描畫(huà)

的輪廓線半徑較大對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響,則折射率的測(cè)量結(jié)果不變。3.(2023海南,14,6分)如圖所示,在用激光測(cè)玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中,玻璃磚與光屏P平行

放置,從另一側(cè)用激光筆以一定角度照射,此時(shí)在光屏上的S1處有激光點(diǎn),移走玻璃磚,光

點(diǎn)移到S2處。

(1)請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出激光束經(jīng)玻璃磚折射后完整的光路圖;

(2)已經(jīng)測(cè)出AB=l1,OA=l2,S1S2=l3,則折射率n=

(用l1、l2、l3表示);(3)若改用寬度比ab更小的玻璃磚做實(shí)驗(yàn),則S1、S2間的

距離會(huì)

(填“變大”“變小”或“不變”)。變小解析

(1)光線穿過(guò)平行玻璃磚的出射光線和入射光線平行,過(guò)S1作BS2的平行線,交ad于

C點(diǎn),連接