1、热点13 光学考向一光的全反射和光的折射【真题研磨】【典例】(2022辽宁选择考)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内,用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是()A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射【审题思维】题眼直击信息转化频率由光源决定，与介质无关由图中光线可知，光线1
2、在水球外表面折射后的折射角小于光线2【答题要素】解题方法【多维演练】1.维度：复色光折射梦溪笔谈是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。如图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是()A.a、b两种单色光在真空中的传播速度不同B.水滴对a光的临界角大于对b光的临界角C.a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小D.在水滴中a光的频率小于b光的频率2.维度：全反射光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一
3、复色光以入射角0从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光的折射率为n，真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.内芯材料对b光的折射率小于nB.在内芯中a光传播速度比b光小C.若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为t=nLcD.当sin0逐渐增大到n2-1时，开始有光从纤维侧壁射出考向二光的干涉和衍射【真题研磨】【典例】(2022浙江6月选考) 关于双缝干涉实验，下列说法正确的是()A.用复色光投射就看不到条纹B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C.把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D.蓝光干涉条纹
4、的间距比红光的大【审题思维】题眼直击信息转化可以看到彩色条纹干涉条纹的间距公式【模型转化】【失分警示】牢记双缝干涉条纹特点及条纹间距公式，切勿与单缝衍射条纹混淆。【答题要素】1.光的干涉和衍射常见模型2.光的干涉和衍射解题思路【多维演练】1.维度：双缝干涉a，b两种单色光用同一双缝干涉装置在空气中实验得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，则下列说法正确的是()A.在水中，单色光a比单色光b传播速度大B.从水中斜射进入空气，单色光a比单色光b全反射临界角大C.将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，得到的干涉图样条纹间距变大D.将原双缝干涉实验装置放入水中做实验，适当调小双缝间距，可使干涉图样条纹间距不
5、变2.维度：薄膜干涉用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干涉条纹。关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是()3.维度：衍射图甲和图乙所示是a、b两束单色光分别用同一单缝装置进行实验，在距装置恒定距离的屏上得到的图样，图甲是a光照射时形成的图样，图乙是b光照射时形成的图样。下列说法正确的是()A.甲、乙图样是a、b两单色光的干涉图样B.b光光子的能量较小C.在水中a光的传播速度较大D.若b光照射某金属有光电子逸出，则a光照射该金属也有光电子逸出1.(折射)某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是60，则光路图中正确的是(图中为空气，为介质)
6、 ()2.(复色光折射)如图甲所示，每年夏季我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的。一束太阳光射到截面为六边形的冰晶上发生折射，其光路图如图乙所示，a、b为其折射出的光线中两种单色光，下列说法正确的是()A.在冰晶中，b光的传播速度较大B.从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较小D.用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽3.(全反射)如图所示，一束光与某材料表面成45角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0k1)。若这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1-k2)倍。设真空中的光速为c
7、，则()A.该材料折射率至少为62B.该材料折射率至少为2C.光在该材料中的传播速度为(1+k)cD.光从空气进入该材料，光的频率变小4.(光纤)如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间t2从另一端射出。则内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为()A.t1t2B.t2t1C.t1t2D.t2t15.(双缝干涉)如图所
8、示为双缝干涉的原理图，单缝S0、屏上的P0点均位于双缝S1和S2的中垂线上，当双缝与屏之间的介质为空气时，屏上P点处是P0上方的第4条暗条纹的中心，屏上P0点与P点间的干涉条纹间距为x1。已知入射光在空气中的波长为，空气中的光速近似为c，双缝与屏之间的距离为L，则双缝S1和S2的距离为()A.Lx1B.4Lx1C.7L2x1D.9L2x16.(薄膜干涉)将一矩形玻璃板MN水平固定，另一矩形玻璃板放在MN玻璃板上，一端放入两张纸片，侧视图如图所示。用单色平行光a从上方竖直射入，从上方可以观察到明暗相间的条纹。换用单色平行光b从上方竖直射入，观察到条纹间距变小，下列说法正确的是()A.明暗条纹与M
9、N平行B.抽去一张纸片，条纹间距变小C.a光的频率大于b光的频率D.遇到相同障碍物时，a光比b光产生的衍射现象更明显7.(泊松亮斑)用平行光照射小孔得到的衍射图样与得到的泊松亮斑比较，下列说法中正确的是()A.泊松亮斑是光绕过不透光的圆盘形成的衍射现象B.圆孔的尺寸越大，衍射现象越明显C.圆孔衍射的衍射图样的中心是暗斑D.圆孔衍射的衍射图样中亮暗条纹的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮暗条纹的间距是不均匀的8.(衍射)用如图甲所示装置做圆孔衍射实验，衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是()A.此实验说明了光不沿直线传播且具有粒子性B.用不同波长的光做
10、实验，衍射图样完全相同C.若只将圆孔变小，则中央亮斑和亮纹的亮度反而变大D.若只将圆孔变小，则屏上得到的衍射图样的范围将会变大参考答案与解析考向一光的全反射和光的折射【典例】C光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，A、B错误；由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为、光线进入气泡的入射角为，根据几何关系有sin(-)R=sinr，则可得出光线2的角大于光线1的角，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。1
11、.C由题图看出第一次折射时，b光的折射角较大，其折射率较小，频率较小，波长较长。由sinC=1n分析临界角的大小；双缝干涉条纹的间距与波长成正比，故C正确。2.D设折射角为，根据折射定律有n=sin0sin，a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对b光的折射率大于对a光的折射率n，A错误；根据速度与折射率的关系有v=cn，内芯对a光的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中a光传播速度比b光大，B错误；光线a的临界角为C，且有sinC=1n，若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为t=sv=LsinCcn=n2Lc，C错误；随着入射角0逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到
12、临界角时，根据几何关系C+=2而n=sin0sin，整理得sin0=n2-1，此时开始有光从纤维侧壁射出，D正确。考向二光的干涉和衍射【典例】B用复色光投射同样能看到条纹，A错误；双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，B正确；由条纹间距x=Ld知，把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还能看到明暗相间条纹，C错误；由条纹间距x=Ld且蓝红知，蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误。1.D根据双缝干涉条纹的间距公式比较出两束光的波长大小关系，从而得出频率关系和折射率关系，根据临界角与折射率的关系判断。2.D用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，从透明薄膜的上下表面分别反射的
13、两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹，所以此条纹是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射光叠加后形成的，其光程差为透明薄膜厚度的2倍，当光程差x=n(n=1，2，3)时此处表现为亮条纹，即当薄膜的厚度：d=n2(n=1，2，3)时对应的条纹为亮条纹，在题目的干涉条纹中，从左向右条纹的间距逐渐增大，结合干涉条纹公式对应的厚度公式可知从左向右薄膜厚度的变化率逐渐减小，则四个选项中，只有D选项符合题意，故D正确，A、B、C错误。3.C由于图甲和图乙是由同一条单缝照射而形成的图样，且中央宽，故形成的图样是单缝衍射图样，故A错误；由于图甲和图乙是由同一条单缝照射而形成的图样，波长越短的，中央亮条
14、纹的宽度越小，由图可知单色光b的波长较短，根据c=可知b光的频率较高，由于光子的能量为E=h，故a光光子的能量较小，故B错误；对于同一种介质来说，由于波长越大的单色光折射率越小，则有navb，即在水中a光的传播速度较大，故C正确；根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大于金属的极限频率时，发生光电效应现象，a光光子的频率低，故用b光照射该金属时有光电子逸出，a光照射该金属时不一定有光电子逸出，故D错误。1.D由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sin C=1n=12，得C=4560，故光在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故D正确，A、B、C错误。2.B设入射角为，折
15、射角为，由图乙可知，a光和b光入射角相等，a光折射角大于b光折射角，根据n=sinsin可得a光折射率小于b光折射率，由v=cn，可得a光在冰晶中的传播速度大，A错误；由临界角公式sinC=1n可得从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较大，B正确；由于a光折射率小于b光折射率，所以a光频率小于b光频率，由c=f，可得a光波长大于b光波长，根据双缝干涉条纹间距公式x=Ld，可知当通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，C错误；用同一装置做单缝衍射实验，由于a光波长较长，所以a光的中央亮条纹更宽，D错误。3.A这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1-k2)倍，说明光经过两次
16、反射进入材料后会发生全反射，光路图如图所示设折射率为n，在B点的折射角为 ，设在C点刚好发生全反射，则全反射角为90- ，根据折射定律知sin45sin=n，1sin(90-)=n，联立解得n=62，则该材料折射率至少为62，故A正确，B错误；光从空气进入材料，频率不变，速度变小，由v=cn知光在材料中传播的速度与材料的折射率有关，与入射角大小以及反射光的能量无关，故C、D错误。4.C设光导纤维长为l，对红光而言sinC1=1n1，红光通过光导纤维路程l1=lsinC1，红光的光速为v1=cn1，因此所用时间t1=l1v1整理得t1=lcn12，同理绿光通过光导纤维所用时间t2=lcn22，因
17、此n1n2=t1t2，故选C。5.C根据题意，设相邻干涉条纹间距为x1，则有x1=72x1，由公式x=ld可得，双缝S1和S2的距离为d=Lx1=7L2x1，故A、B、D错误，C正确。6.D薄膜干涉的光程差s=2d(d为薄膜厚度)，厚度相同处产生的条纹明暗情况相同，因此条纹应沿着倾斜玻璃板向里，而不是与MN平行，故A错误；由x=ld可得抽去一张纸片后，条纹间距变大，a光的波长大于b光的波长，则a光的频率小于b光的频率，遇到相同障碍物，波长越大的衍射现象更明显，故D正确，B、C错误。故选D。7.A泊松亮斑是用光照射很小的不透光圆盘时，光绕过不透光的圆盘而形成的一亮点，是一种衍射现象，故A正确；根据衍射的特点可知，圆孔的尺寸越大，衍射现象越不明显，故B错误；由题图可知，圆孔衍射图样和泊松亮斑的中心处都是亮斑，故C错误；由题图可知，圆孔衍射图样中亮暗条纹的间距是不均匀的，泊松亮斑图样中亮暗条纹的间距也是不均匀的，故D错误。故选A。8.D此实验说明了光的衍射现象，且光具有波动性，A错误；用不同波长的光做实验，衍射图样并不相同，因为波长越长，对同一圆孔而言，衍射现象越明显，B错误；圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变低，C错误；圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围变大，D正确。