江苏专用2019版高考物理大一轮复习第15单元光学电磁波相对论学案.doc

江苏专用2019版高考物理大一轮复习第15单元光学电磁波相对论学案高考热点统计要求xx年xx年xx年xx年高考基础要求及冷点统计光的折射定律34(2)34(2)34(1)34(2)34(2)34(2)34(2)34(2)狭义相对论的基本假设、质能关系()实验:测定玻璃的折射率电磁波的产生包括了麦克斯韦电磁波理论,需要引起注意.相对论在近些年全国卷考查中是冷点.折射率、全反射、光导纤维、光的干涉、衍射和偏振现象34(2)34(2)34(1)34(2)34(2)34(2)34(2)34(2)电磁波的产生、发射、传播和接收、电磁波谱34(1)实验:用双缝干涉测量光的波长34(1)34(1)考情分析1.本章考查的热点有光的折射定律、折射率的计算、全反射的应用等,题型有选择、填空、计算等,难度中等偏下,光的折射与全反射的综合,以计算题的形式考查的居多。2.对于光学部分,分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时,应注意与实际应用的联系,作出正确的光路图;3.电磁波和相对论部分,以考查基本概念及对规律的简单理解为主,不可忽视任何一个知识点.4.应用:全反射棱镜、.四、光的色散1.光的色散:含有多种颜色的光被分解为的现象叫作光的色散.白光通过三棱镜会分解为红、橙、绿、靛、紫七种单色光.2.光谱:含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的排列.【思维辨析】(1)无论是折射光路,还是全反射光路都是可逆的.()(2)光线从光疏介质进入光密介质,入射角等于临界角时发生全反射现象.()(3)若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大.()(4)在同一种介质中,光的频率越大,折射率越大.()(5)折射率跟折射角的正弦成正比.()(6)只要入射角足够大,就能发生全反射.()(7)折射定律是托勒密发现的.()(8)密度大的介质一定是光密介质.()考点一全反射现象的理解及应用1.对全反射的理解(1)光的反射和全反射现象均遵循光的反射定律,光路均是可逆的.(2)光线射向两种介质的界面时,往往同时发生折射和反射现象,但在全反射现象中只发生反射现象,不发生折射现象,当折射角等于90时,实际上就已经没有折射光线了.(3)从能量角度分析,光从光密介质射向光疏介质时,随着入射角增大,反射光的能量增强,折射光的能量减弱,当入射角增大到临界角时,折射光的能量减小到零,发生全反射现象,折射光线消失.2.解题思路(1)画出恰好发生全反射的光路图;(2)利用几何关系找出临界角;(3)判断发生全反射的范围.1 如图37-1所示,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.图37-1式题1 xx全国卷 一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面,在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上,已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.式题2 xx全国卷 如图37-2所示,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.(1)求三棱镜的折射率;(2)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)图37-2考点二光的色散1.光速与波长、频率的关系光速v与波长、频率f的关系为v=f.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,波长改变,光速改变.2.各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率低高同一介质中折射率小大同一介质中速度大小波长大小临界角大小通过棱镜的偏折角小大2 (多选)xx全国卷 如图37-3所示,一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖,在玻璃砖底面上的入射角为,经折射后射出a、b两束光线,则()图37-3A.在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D.若改变光束的入射方向使角逐渐变大,则折射光线a首先消失E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距式题 xx四川卷 直线P1P2过均匀玻璃球球心O,细光束a、b平行且关于P1P2对称,由空气射入玻璃球的光路如图37-4所示.a、b光相比()图37-4A.玻璃对a光的折射率较大B.玻璃对a光的临界角较小C.b光在玻璃中的传播速度较小D.b光在玻璃中的传播时间较短考点三折射定律与全反射综合求解光的折射与全反射的综合问题时,要抓住折射定律和发生全反射的条件这两个关键.基本思路如下:(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)判断入射角是否大于临界角,明确是否发生全反射现象.(3)画出反射、折射或全反射的光路图,必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图,然后结合几何知识进行推断和求解相关问题.(4)折射率n是讨论折射和全反射问题的重要物理量,是联系各物理量的桥梁,对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握.3 xx全国卷 如图37-5所示,一玻璃工件的上半部是半径为R的半球体,O点为球心;下半部是半径为R、高为2R的圆柱体,圆柱体底面镀有反射膜.有一平行于中心轴OC的光线从半球面射入,该光线与OC之间的距离为0.6R.已知最后从半球面射出的光线恰好与入射光线平行(不考虑多次反射).求该玻璃的折射率.图37-5式题 xx陕西五校三模 如图37-6所示为一巨大的玻璃容器,容器底部有一定的厚度,容器中装一定量的水,在容器底部有一单色点光源,已知水对该光的折射率为,玻璃对该光的折射率为1.5,容器底部玻璃的厚度为d,水的深度也为d.求:(1)该光在玻璃和水中传播的速度;(光在真空中的传播速度为c)(2)水面形成的光斑的面积.(仅考虑直接由光源发出的光线)图37-6考点四测定玻璃的折射率考向一实验原理与步骤1.实验原理实验原理图如图37-7所示,当光线AO1以一定的入射角1穿过两面平行的玻璃砖时,通过插针法找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B,从而求出折射光线O1O2和折射角2,再根据n=算出玻璃的折射率.图37-72.实验步骤(1)用图钉把白纸固定在木板上.(2)在白纸上画一条直线aa,并取aa上的一点O1为入射点,作过O1点的法线NN.(3)画出线段AO1作为入射光线,并在AO1上插上P1、P2两根大头针.(4)在白纸上放上玻璃砖,使玻璃砖的一条长边与直线aa对齐,并画出另一条长边的对齐线bb.(5)眼睛在bb的一侧透过玻璃砖观察两根大头针并调整视线方向,使P1的像被P2的像挡住,然后在眼睛这一侧插上大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,再插上P4,使P4挡住P1、P2的像和P3.(6)移去玻璃砖,拔去大头针,由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线O2B及出射点O2,连接O1、O2得线段O1O2.(7)用量角器测量入射角1和折射角2,并查出其正弦值sin 1和sin 2.(8)改变入射角,重复实验,算出不同入射角时的,并取平均值.4 在“测定玻璃的折射率”实验中,某同学经正确操作插好了4枚大头针,如图37-8所示.图37-8(1)在图37-9中画出完整的光路图.图37-9(2)对你画出的光路图进行测量和计算,求得该玻璃砖的折射率n=(保留三位有效数字).(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象,某同学做了两次实验,经正确操作插好了8枚大头针,如图37-10所示.图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针,其对应出射光线上的2枚大头针是P3和(选填“A”或“B”).图37-10式题 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图37-11所示).实验的主要过程如下:图37-11A.把白纸用图钉固定在木板上,在白纸上作出直角坐标系xOy,在白纸上画一条线段AO表示入射光线.B.把半圆形玻璃砖M放在白纸上,使其底边aa与x轴重合.C.用一束平行于纸面的激光从y0区域沿y轴负方向射向玻璃砖,并沿x轴方向调整玻璃砖的位置,使这束激光从玻璃砖底面射出后,仍沿y轴负方向传播.D.在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2.E.在坐标系y0方向侧移了一些,这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比(选填“偏大”“不变”或“偏小”).(2)若实验中该同学在y”“=”或“c此光线在N点发生全反射,三棱镜的AC边没有光线透出.考点二例2ABD解析 a光的折射角更大,则玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度,在真空中,a光的波长小于b光的波长,A、B正确,C错误;a光的折射率大于对b光的折射率,a光的临界角小,改变光束的入射方向使角变大,则折射光线a首先消失,D正确;a光的波长小于b光的波长,通过同一双缝干涉实验装置,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,E错误.变式题C解析 由a、b的光路图知b光在玻璃球中偏离入射方向的程度大,故b光折射率较大,由公式n=,sin C=知A、B错误,C正确;b光在玻璃中的速度小,路程大,故b光在玻璃中传播的时间长,D错误.考点三例31.43解析 如图所示,根据光路的对称性和光路可逆性,与入射光线相对于OC轴对称的出射光线一定与入射光线平行.这样,从半球面射入的折射光线,将从圆柱体底面中心C点反射.设光线在半球面的入射角为i,折射角为r.由折射定律有sin i=nsin r由正弦定理有由几何关系,入射点的法线与OC的夹角为i.由题设条件和几何关系有sin i=式中L是入射光线与OC的距离.由式和题给数据得sin r=联立解得n=1.43点评 正确解答本题,首先需要作出光路图,然后合理设定一些未知量,充分利用物理和数学知识,找出各物理量之间的关系,并准确解出结果.下面的变式题属于相似问题.变式题(1)c(2) 解析 (1)由v=得,光在水中传播的速度为v1=c光在玻璃中传播的速度为v2=c.(2)根据几何关系画出光路图,如图所示.光恰好在水和空气的分界面发生全反射时,有sin C=在玻璃与水的分界面上,由相对折射关系可得解得sin =代入数据可计算出光斑的半径r=d(tan +tan C)=d水面形成的光斑的面积S=r2=考点四例4(1)如图所示(2)1.53(1.501.56均可)(3)A解析 (1)如图所示.(2)用量角器测出入射角i与折射角r,根据折射定律n=得出结果;或者利用坐标纸结合入射角和折射角画两个直角三角形,然后用刻度尺测出所对应的直角边和斜边的长度,进一步计算出正弦值,再代入折射定律公式即可.(3)由图可知,由于入射光线比较靠近玻璃砖的右边,经过上表面折射后,再经过右侧面折射出来,故应该通过A点.变式题(1)偏大(2)减小光线AO的入射角解析 (1)折射率n=,玻璃砖的底边aa与x轴未重合而向y0方向侧移了一些,导致测量的x2偏大,x1不变,所以玻璃的折射率的测量值与真实值相比偏大.(2)在y光线在玻璃砖内会发生三次全反射,最后由G点射出,如图所示,由反射定律和几何关系得OG=OC=R射到G点的光有一部分被反射,沿原路返回到达C点射出.3.xx江苏卷 人造树脂是常用的眼镜镜片材料. 如图所示,光线射在一人造树脂立方体上,经折射后,射在桌面上的P点.已知光线的入射角为30,OA=5 cm,AB=20 cm,BP=12 cm,求该人造树脂材料的折射率n.答案 (或1.5)解析 设折射角为,由折射定律得sin 30=nsin ,由几何关系知sin =且OP=解得n=(或n1.5).4.xx海南卷 一半径为R的半圆柱形玻璃砖,横截面如图所示,已知玻璃的全反射临界角为(0.300 解析 双缝干涉条纹间距x=,红光波长较长,所以红光的双缝干涉条纹间距较大,即x1x2.根据题中数据可得条纹间距x=2.1 mm=2.110-3 m,根据x= m=3.0010-4 m=0.300 mm.变式题(1)AD(2)0.700(3)大于解析 (1)为了获得清晰的干涉条纹,A正确.由干涉现象可知干涉条纹与双缝平行,B错误.干涉条纹的间距x=与单缝宽度无关,C错误,D正确.(2)手轮的读数为0.5 mm +20.00.01 mm=0.700 mm .(3)条纹与分划板不平行时,实际值x实=x测cos ,为条纹与分划板间的夹角,故x实x测.考点三1.BD解析 该装置利用B下表面反射光与A上表面反射光发生干涉的原理,若最亮,说明干涉加强,路程差x=n(n=0,1,2,),由于t1和t2两温度为连续变化,且出现两次最亮,所以两次路程差为一个波长,t1到t2过程中,A的高度应增加半个波长.2.ACD解析 光学镜头前的增透膜是为了减少光的反射损失,增加透射光的强度,选项A正确;根据光的干涉理论,增透膜的厚度等于入射光在薄膜中波长的,选项B错误,选项C正确;增透膜通常是针对人眼最敏感的绿光设计的,使从镜头反射的绿光干涉相消,而对太阳光中红光和紫光并没有显著削弱,所以看上去呈淡紫色,选项D正确.涂有增透膜的镜头,只能抵消某种色光的