2020物理高考备考专题《光学》(附答案解析版)

专题十二光学

熟练利用反射定律、折射定律及光路可逆作光路图．加深对折射率、全反射、临界角概念的理解．并

能结合实际，解决问题．同时应注意对物理规律的理解和对物理现象、物理情景和数学几何知识结合的分析能力的培养．

物理光学部分应遵循历史发展线索，理解干涉、衍射、偏振等现象，并能解释生活中的相关物理现象．光的偏振、激光这些内容，与生产、生活、现代科技联系密切，应学以致用．

知识点一、几何光学的常见现象

决定式:n＝

临界角：sin C＝

知识点二、光的干涉、衍射和偏振现象

出现明暗条纹的条件:路程差Δs＝nλ,明条纹;Δs＝(n＋)λ,暗条纹

相邻条纹间距:Δx＝λ

应用:(1)光干涉法检查平面的平整度

(2)在光学镜头上涂增透膜d＝λ

【特别提醒】

(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性,光的偏振现象说明光是横波.

(2)光的干涉条纹和光的衍射条纹的最大区别是研究条纹间距是否均匀,中央条纹和两侧条纹的亮度是否相同.

知识点三、光电效应及光的波粒二象性

物质波的波长λ＝

高频考点一、光的折射、全反射

例1．（2019·天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。

①下列哪些措施能够提高实验准确程度______。

A．选用两光学表面间距大的玻璃砖

B．选用两光学表面平行的玻璃砖

C．选用粗的大头针完成实验

D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

②该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是______。

③该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n=______。（用图中线段的字母表示）

【答案】①AD ②D ③AC BD

【解析】①采用插针法测定光的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此AD正确，光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误，应选用细一点的大头针因此C错误。

②根据光的折射定律可知当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向左平移，因此D正确，ABC错误；

③由折射定律可知折射率sin sin AOC n BOD ∠=

∠，sin AC AOC R ∠=，sin BD BOD R ∠=，联立解得AC

n BD

=。

【变式探究】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n.如图甲所示，O 是圆心，MN 是法线，AO 、BO 分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i 和折射角r ，作出sin i －sin r 图象如图乙所示，则( )

A ．光由A 经O 到

B ，n ＝1.5 B ．光由B 经O 到A ，n ＝1.5

C ．光由A 经O 到B ，n ＝0.67

D ．光由B 经O 到A ，n ＝0.67 【答案】B

【解析】在题图乙中任取一点，对应sin r>sin i ，即折射角大于入射角，可知光由B 经O 到A ，A 、C 错误．由折射定律和题图乙可知，n ＝sin r sin i ＝1

k ，当sin r ＝0.9时，sin i ＝0.6，代入数据得n ＝1.5，B 正确，D

错误．

【变式探究】直线P 1P 2过均匀玻璃球球心O ，细光束a 、b 平行且关于P 1P 2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示．a 、b 光相比( )

A ．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 【答案】C

【解析】从题图中看出，b 光线进入玻璃后偏折程度较大，因此玻璃对b 光折射率大，A 错误．根据sin C ＝1n 知，折射率大的临界角小，B 错误．根据v ＝c

n 知，折射率大的传播速度小，C 正确．由几何关系知，b

在玻璃中运动路程长，结合b 的传播速度小，可知b 在玻璃中的传播时间较长，D 错误．

高频考点二、光的折射、全反射的计算

例2. （2019·新课标全国Ⅲ卷）如图，直角三角形ABC 为一棱镜的横截面，∠A =90°，∠B =30°。一束光线平行于底边BC 射到AB 边上并进入棱镜，然后垂直于AC 边射出。

（1）求棱镜的折射率；

（2）保持AB 边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC 边上恰好有光线射出。求此时AB 边上入射角的正弦。

【答案】（1 （2 【解析】（1）光路图及相关量如图所示。光束在AB 边上折射，由折射定律得

sin sin i

n α

=① 式中n 是棱镜的折射率。由几何关系可知 α+β=60°②

由几何关系和反射定律得 ==B ββ'∠③

联立①②③式，并代入i =60°得

④

（2）设改变后的入射角为i '，折射角为α'，由折射定律得

sin sin i α'

'

=n ⑤ 依题意，光束在BC 边上的入射角为全反射的临界角c θ，且 sin c θ=1

n

⑥ 由几何关系得

c θ=α'+30°⑦

由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为

sin i ' 【举一反三】(2018·高考全国卷Ⅱ)如图，△ABC 是一直角三棱镜的横截面，∠A ＝90°，∠B ＝60°.一细光束从BC 边的D 点折射后，射到AC 边的E 点，发生全反射后经AB 边的F 点射出．EG 垂直于AC 交BC 于G ，D 恰好是CG 的中点．不计多次反射．

(1)求出射光相对于D 点的入射光的偏角；

(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？ 【解析】(1)光线在BC 面上折射，由折射定律有 sin i 1＝n sin r 1 ①

式中，n 为棱镜的折射率，i 1和r 1分别是该光线在BC 面上的入射角和折射角．光线在AC 面上发生全反射，由反射定律有

i 2＝r 2

②

式中i 2和r 2分别是该光线在AC 面上的入射角和反射角 光线在AB 面上发生折射，由折射定律有 n sin i 3＝sin r 3 ③

式中i 3和r 3分别是该光线在AB 面上的入射角和折射角 由几何关系得

i 2＝r 2＝60°，r 1＝i 3＝30° ④