1、2020高考物理二轮复习题型归纳与训练专题十七 光学题型一折射定律和折射率的理解及应用【规律方法】解答几何光学题的一般步骤(1)根据题意准确作出光路图，注意作准法线。(2)利用数学知识找到入射角或折射角。(3)利用折射定律列方程。【典例1】(2019四川内江三模) 如图所示，一单色细光束AB从真空中以入射角i45，入射到折射率n的某透明球体的表面上B点。经研究发现光束在过球心O的平面内，从B点折射进入球内后，又经球的内表面只反射一次，再经球表面上的C点折射后，以光线CD射出球外，真空中的光速为3108 m/s。则：(1)光束在球内的传播速度是多少？(2)出射光线CD相对入射光线AB方向改变的角
2、度是多少？【答案】(1)1.5108 m/s(2)150【解析】(1)根据公式n光束在球内的传播速度v1.5108 m/s。(2)作出光路图如图，由折射定律得n由几何关系及对称性得2ri由以上各式解得30出射光线CD相对入射光线AB方向改变的角度为180150。题型二 全反射现象的理解与应用【规律方法】解答全反射类问题的技巧(1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件。光必须从光密介质射入光疏介质。入射角大于或等于临界角。(2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。【典例2】 (2019湖北武汉二模)内径为r，外径为r的
3、透明介质半球壳折射率n2，如图为其截面示意图。(1)将点光源放在球心O处，求光射出球壳的最短时间；(2)将光源移至O点正上方内壳上的P点，使其发出的光射向球壳外，求透明球壳外表面发光区域在截面上形成的弧长。【答案】(1)(2)【解析】(1)光线从O点沿直线传播出来，在空气中传播的时间为t1在介质中传播的时间为：t2介质中传播的速度满足n所以：t。(2)光由介质射向空气，临界角满足sinC，得：C30恰好发生全反射的光路图如图，由正弦定理得：得：APO135，AOP180APOC15介质球壳外表面发光区域在界面上形成的弧长为sr。题型三 色散现象【典例3】 (2019山东青岛二模)(多选)如图，
4、光源S从水下向空气中射出一束由红光、黄光和蓝光组成的复色光，在水面上的P点分裂成a、b、c三束单色光，下列说法正确的是()Ac光为红色光B在水中传播时a光速度最大，c光波长最小C逐渐增大入射角，c光最先发生全反射Db光比a光更容易发生明显的衍射现象Ea、b、c三种色光分别用同一双缝干涉实验装置发生干涉，a光相邻亮条纹间距最大【答案】BCE【解析】由图中a、b、c光线的偏折角大小可知nanbvbvc，而光在水中的波长，结合fafbbc，B正确；由sinC及nanbnc可知Cc最小，即c光的全反射临界角最小，所以增大入射角时，c光最先发生全反射，C正确；光在真空中的波长0，结合fafb0b0c，所
5、以a光比b光更容易发生明显的衍射现象，故D错误；由公式x可知，波长越长的，间距越大，所以a光相邻亮条纹间距最大，故E正确。题型四 光的干涉与衍射【典例4】(2019全国卷)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可_。A将单缝向双缝靠近B将屏向靠近双缝的方向移动C将屏向远离双缝的方向移动D使用间距更小的双缝(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为x，则单色光的波长_。(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300
6、mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为_ nm(结果保留三位有效数字)。【答案】(1)B(2)(3)630【解析】(1)相邻明(暗)干涉条纹的间距x，要增加观察到的条纹个数，即减小x，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，或使用间距更大的双缝，B正确，A、C、D错误。(2)第1条暗条纹到第n条暗条纹间的距离为x，则相邻暗条纹间的距离x，又x，解得。(3)由，代入数据解得630 nm。【强化训练】1.(多选)以下说法正确的是()A图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b
7、束光在水珠中传播的速度B图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb面射出C图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离l，两相邻亮条纹间距离x将减小D图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的2.(2019辽宁卓越名校联盟二模)(多选)用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，其中光源为白炽灯泡，调整实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是()A取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹B若单缝向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大C若将双缝间的距离d增
8、大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小D若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小E测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹的间距为x3.(多选)(2019河南信阳高三上学期期末)下列说法正确的是()A变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场B全息照相的拍摄利用了光的干涉原理C电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来换频道的D在杨氏双缝干涉实验中，用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹4(多选)OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面，ONOM，a、b两束可见单色光(关于OO)对称，从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图
9、所示，则下列说法正确的是()A在棱镜中a光束的折射率小于b光束的折射率B在棱镜中，a光束的传播速度小于b光束的传播速度C若a、b两光束从棱镜中射向空气，则b光束的临界角比a光束的临界角小D用同样的装置做双缝干涉实验，a光束的条纹间距小5如图所示，一束复色光射到三棱镜上，从三棱镜另一面射出两单色光A、B，两种色光中折射率较小的是_；如果增大入射角，则先发生全反射的是_；如果A、B两种光使用同一装置做双缝干涉实验，条纹间距较大的是_6.如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射光线的方向与玻璃砖平面成45角，玻璃砖对该单色光的折射率为，入射到A点的光线折射后，折射光线刚好射到圆弧的最
10、低点B，照射到C点的光线折射后在圆弧面上的D点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的半径为R，求：(1)在B点的光线反射与折射后，反射光线与折射光线间的夹角大小；(2)OA间的距离及CDO的大小7如图所示为一个半径为R、折射率为的透明玻璃半球体，O为球心，轴线OA水平且与半球体的左边界垂直，位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角为60的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c.求光线第一次从玻璃半球体出射时的方向以及光线在玻璃半球内传播的时间 8.(2019河南开封高三第一次模拟)一半径为R的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌
11、面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示已知入射光线与桌面的距离为.求出射角9.如图所示，P、M为一截面为等腰梯形的透明棱镜ABCD的两条棱边的中点，ABBCAD2l，棱镜底角ADC60，EF为平行于CD的光屏，两束相同单色光同时垂直CD分别从P、M竖直射入棱镜，已知从P点射入的光从CD边射出时与CD的夹角为30，且光屏上只有一个点(不考虑光在界面的反射)，c为单色光在真空中的传播速度，求：(1)该单色光在棱镜中的折射率n及从P点射入的光在棱镜中传播的时间；(2)光屏EF到CD边的距离参考答案【强化训练】1.(多选)以下说法正确的是()A图甲是一束复色光进入水珠后传播的示意图，
12、其中a束光在水珠中传播的速度一定大于b束光在水珠中传播的速度B图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i逐渐增大到某一值后不再会有光线从bb面射出C图丙是双缝干涉示意图，若只减小屏到挡板间的距离l，两相邻亮条纹间距离x将减小D图丁是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的【解析】：根据折射率和光的传播速度之间的关系n可知，折射率越大，传播速度越小，从图中可以看出，b光线在水中偏折得厉害，即b的折射率大于a的折射率，则a在水中的传播速度大于b的传播速度，故A正确；当入射角i逐渐增大时，折射角逐渐增大，由于折射角始终小于入射角，不论入
13、射角如何增大，玻璃砖中的光线不会消失，故肯定有光线从bb面射出，故B错误；根据双缝干涉相邻两亮条纹的间距x与双缝间距离d及光的波长的关系式x可知，只减小屏到挡板间距离l，两相邻亮条纹间距离x将减小，故C正确；由于不知道被测工件表面的放置方式，故不能判断此处是凸起的，故D错误【答案】：AC2.(2019辽宁卓越名校联盟二模)(多选)用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，其中光源为白炽灯泡，调整实验装置使光屏上能观察到清晰的干涉条纹。关于该实验，下列说法正确的是()A取下滤光片，光屏上将出现彩色的干涉条纹B若单缝向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大C若将双缝间的距离d增大，光屏上
14、相邻两条暗纹中心的距离减小D若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小E测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹的间距为x【答案】ACD【解析】取下滤光片，不同色光的干涉图样叠加，在光屏上将出现彩色的干涉条纹，故A正确；若单缝向右平移一小段距离，由于双缝到光屏的距离不变，则光屏上相邻两条亮纹中心的距离不变，故B错误；根据x知，将双缝的距离d增大，则光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故C正确；若将滤光片由红色换成绿色，色光的波长减小，根据x知，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小，故D正确；测出n条亮条纹间的距离a，则相邻两条亮条纹的间距为x，故E错误。3.(多选)(2019河南信
15、阳高三上学期期末)下列说法正确的是()A变化的电场一定产生变化的磁场，变化的磁场一定产生变化的电场B全息照相的拍摄利用了光的干涉原理C电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来换频道的D在杨氏双缝干涉实验中，用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距相等的条纹【解析】：变化的电场一定产生磁场，变化的磁场一定产生电场；均匀变化的电场产生稳定的磁场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，选项A错误全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，选项B正确电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来换频道的，选项C正确用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，不能发生干涉现象而会发生单缝衍射现象，屏上出现中间宽、两侧窄的衍射条纹，故
16、D错误【答案】：BC4(多选)OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面，ONOM，a、b两束可见单色光(关于OO)对称，从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图所示，则下列说法正确的是()A在棱镜中a光束的折射率小于b光束的折射率B在棱镜中，a光束的传播速度小于b光束的传播速度C若a、b两光束从棱镜中射向空气，则b光束的临界角比a光束的临界角小D用同样的装置做双缝干涉实验，a光束的条纹间距小【解析】：a、b两光在侧面上的入射角相同，但是b光发生全反射，说明b光的临界角小于a光的临界角，根据sin C知，a光的折射率小，故A、C正确根据v知，a光的折射率小，则a光在棱镜中的传
17、播速度大，故B错误a光的折射率小，其波长长，根据干涉条纹间距公式x知，a光的干涉条纹宽度大，故D错误【答案】：AC5如图所示，一束复色光射到三棱镜上，从三棱镜另一面射出两单色光A、B，两种色光中折射率较小的是_；如果增大入射角，则先发生全反射的是_；如果A、B两种光使用同一装置做双缝干涉实验，条纹间距较大的是_【解析】：由题图可知，B光折射率较大，B光的频率大，A光折射率较小，A光的频率小由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，如果增大入射角，则B光先发生全反射在同种介质中，A光的波长比B光的波长长，如果A、B两种光使用同一装置做双缝干涉实验，根据x知，条纹间距较大的是A光【答案】：AB
18、A6.如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射光线的方向与玻璃砖平面成45角，玻璃砖对该单色光的折射率为，入射到A点的光线折射后，折射光线刚好射到圆弧的最低点B，照射到C点的光线折射后在圆弧面上的D点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的半径为R，求：(1)在B点的光线反射与折射后，反射光线与折射光线间的夹角大小；(2)OA间的距离及CDO的大小【解析】：(1)光线在平面上发生折射，设入射角为i，折射角为r，由折射定律可知n，求得sin r，r30，在A点发生折射的光线在B点处发生反射和折射，反射角为30，根据对称性可知，折射角为45，因此反射光线和折射光线的夹角为6045105；(2
19、)由几何关系知，AORtan 30R，由于在C点入射的光线折射后在D点刚好发生全反射，连接OD，则 sinCDOsin C，CDO45.【答案】：(1)105(2)R457如图所示为一个半径为R、折射率为的透明玻璃半球体，O为球心，轴线OA水平且与半球体的左边界垂直，位于轴线上O点左侧处的点光源S发出一束与OA夹角为60的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c.求光线第一次从玻璃半球体出射时的方向以及光线在玻璃半球内传播的时间 【解析】：作如图所示的光路图， lOBtan R，n，解得30.在OBC中，解得30.又n，解得60，由几何知识知出射光线CD方向与OA平行光在玻璃半球体中传播的
20、距离lBClOBR，由速度v可得传播的时间t.【答案】：出射方向与OA平行8.(2019河南开封高三第一次模拟)一半径为R的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示已知入射光线与桌面的距离为.求出射角【解析】：设入射光线与球体的交点为C，连接OC，OC即为入射面的法线，因此，图中的角为入射角过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B，依题意，COB.又由OBC知 sin 设光线在C点的折射角为，由折射定律得由以上两式解得30由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角(如图所示)为30，由
21、折射定律得 因此 sin 解得60.【答案】：609.如图所示，P、M为一截面为等腰梯形的透明棱镜ABCD的两条棱边的中点，ABBCAD2l，棱镜底角ADC60，EF为平行于CD的光屏，两束相同单色光同时垂直CD分别从P、M竖直射入棱镜，已知从P点射入的光从CD边射出时与CD的夹角为30，且光屏上只有一个点(不考虑光在界面的反射)，c为单色光在真空中的传播速度，求：(1)该单色光在棱镜中的折射率n及从P点射入的光在棱镜中传播的时间；(2)光屏EF到CD边的距离【解析】：(1)因为从CD边射出的光线与CD边夹角为30，则从CD边射出光线的折射角为60，由对称性可知，光线第一次的折射角与第二次的入射角相等，即第一次的折射角30由折射定律可得n从P点射入的单色光在棱镜中传播的时间为t(2)光屏上只有一个点，即从P、M两点射入的两束相同单色光在EF上重合，设光屏EF到CD的距离为x，由几何关系可得xltan 30l.【答案】：(1)(2) l
