高中物理人教专题1.3 几何光学与物理光学问题（解析版）.docx

第一部分 保分模块前置
专题1.3 几何光学与物理光学问题
目录
【专题知识网络构建】 1
【专题高考定位】 2
【突破高考题型】 2
题型一　光的折射与全反射 2
题型二　光的干涉、衍射、多普勒效应 电磁波 5
题型三 电磁波与电磁振荡 7
题型四　几何光学与物理光学的综合应用 10
【专题突破练】 11
【专题知识网络构建】
【专题高考定位】
1．考查重点：光的折射与全反射，光的干涉与衍射，几何光学与物理光学的综合，LC振荡电路、电磁波谱的特性及应用。
2．考题形式：选择题。
【突破高考题型】
题型一　光的折射与全反射
1．光的折射与全反射的三个公式
(1)n＝
(2)n＝
(3)sin C＝。
2．光的色散
(1)同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。
(2)由n＝，n＝可知，光的频率越高，波长越小，在同一介质中的折射率越大，传播速度越小，全反射的临界角越小。
3．几何光学的解题思路
【例1】(2022·金丽衢十二校联考)在做测定玻璃折射率的实验时，某同学发现实验室有一块半圆形的玻璃砖，他用一束自然红光沿平行于直径AB方向，从AB的上方照射该玻璃砖，调整入射点的位置，当光从C点入射，可使折射光线恰好打在B点，此时入射点到直径AB的距离刚好等于玻璃砖半径的一半，则(　　)
A．玻璃的折射率为2cos 15°
B．从C点反射的光线仍然为自然光
C．换用绿光从C点入射，其折射光线可能打在E点
D．改变光线的入射位置和颜色，折射光线可能过O点
【答案】　A
【解析】　C点到直径AB的距离刚好等于玻璃砖半径的一半，由几何关系可知，∠COA＝30°，则入射角为30°，折射角为15°，折射率为n＝＝2cos 15°，A正确；自然光被玻璃反射后，反射光是偏振光，故B错误；绿光折射率大于红光，换用绿光从C点入射，折射光线打在OB上，不可能在E点，故C错误；折射光线过O点时，折射角为0，沿平行于直径AB方向，从AB的上方照射该玻璃砖，入射角不为0，折射光线不可能过O点，故D错误。
【总结提炼】解决光的折射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。
(3)利用折射定律、折射率公式求解。
(4)注意折射现象中光路是可逆的。　　
【例2】(2022·山东临沂市等级考模拟)如图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率n＝2，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面的圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，能从AB、BC面直接射出的部分占整个圆弧的(　　)
A. B.
C. D.
【答案】　C
【解析】　设该种材料的临界角为C，则sin C＝，解得C＝30°，如图所示。
若沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠ADF＝30°；同理，若沿DG方向射出的光线刚好在BC面上发生全反射，则∠CDG＝30°，因此∠FDH＝30°，根据几何关系可得＝×2πR，解得＝，则能从AB、BC面直接射出的部分为－＝，故能从AB、BC面直接射出的部分占整个圆弧的比值为＝，C正确。
【例3】(2022·七彩阳光3月联考)2021年12月9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课。如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象。课后小明同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是R，外径是R。假设一束单色光(纸面内)从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角i＝30°，经折射后恰好与内球面相切。已知光速为c。则(　　)
A．单色光在材料中的折射率为
B．单色光在该材料中的传播时间为
C．只要调整好A点射入的单色光与AO直线的夹角，就能够在内球面发生全反射
D．只要调整好A点射入的单色光与AO直线的夹角，就能够在外球面发生全反射
【答案】　C
【解析】　在A点时，由题意可知，入射角为30°，则由几何关系有sin ∠BAO＝＝，由折射定律得n＝＝，A错误；该束单色光在该透明材料中的传播速度为v＝，单色光在该材料中的传播时间为
t＝，解得t＝，B错误；光束从A点入射，入射角为i′时光束经折射到达内球面的C点，如图
恰好发生全反射，由于sin ∠DCA＝＝，由正弦定理得＝，解得sin ∠CAO＝，由折射定律得n＝，解得sin i′＝，可见只要调整好A点射入的单色光与AO直线的夹角，就能够在内球面发生全反射，则C正确；根据对称性和光路可逆