2020屆高考物理一輪 專題35 光 電磁波學(xué)案 新課標(biāo)

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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題35 光 電磁波 教學(xué)目標(biāo)：1．掌握光的折射定律，應(yīng)用折射定律解決光的傳播問(wèn)題 2．理解折射率的概念，掌握折射率和光速的關(guān)系 3．知道光的全反射、干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象 本講重點(diǎn)：光的折射定律及其應(yīng)用 本講難點(diǎn)：1．光的折射定律及其應(yīng)用 2．折射率公式即應(yīng)用 考點(diǎn)點(diǎn)撥：1．折射定律及其應(yīng)用 2．光的色散 全反射 3．光的干涉、衍射、偏振 第一課時(shí) 一、考點(diǎn)掃描 （一）知識(shí)整合 3．全反射 （1）光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)：兩種介質(zhì)比較，折射率小的介質(zhì)叫_______介質(zhì)，折射率大的介質(zhì)叫_________介質(zhì)；“光疏”和“光密

2、”具有相對(duì)性。 （2）全反射現(xiàn)象：光從_______介質(zhì)入射到_______介質(zhì)的分界面上時(shí)，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，光全部反射回_______介質(zhì)，這一現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象。 （3）臨界角：折射角等于________時(shí)的_______叫做臨界角。用C表示， （4）發(fā)生全反射的條件：①光從_______介質(zhì)入射到_______介質(zhì)；②入射角______臨界角。 （5）光導(dǎo)纖維：實(shí)際用的光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特質(zhì)玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米之間，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射。 5．光的干涉現(xiàn)象 （1）現(xiàn)象：兩列相干光波在相遇的區(qū)域內(nèi)疊加干涉，形成“有明有暗，明暗相間”的干涉紋。 （

3、2）意義：光的干涉現(xiàn)象充分證實(shí)了光具有波動(dòng)的特性。 （3）相干條件：頻率相同；相差恒定。 （4）雙縫干涉：由同一光源發(fā)出的光經(jīng)雙縫后獲得的兩列相干光波疊加而形成的干涉現(xiàn)象。若從雙縫射出的是頻率相同，相差為零的光波，則屏上到達(dá)雙縫的路程差等于光的半波長(zhǎng)的偶（奇）數(shù)倍處，將出現(xiàn)明（暗）紋。若雙縫間距為d，雙縫屏到光屏的距離為L(zhǎng)，入射光波長(zhǎng)為λ，則相鄰明（暗）紋間距為 △x= 上述關(guān)系式給出了一種“測(cè)量光波長(zhǎng)”的方法。 （5）薄膜干涉：由透明膜的前、后表面反射的相干光波疊加而形成的干涉現(xiàn)象。利用薄膜干涉可以檢驗(yàn)工件平面是否平整，還可以作為光學(xué)鏡頭上的增透膜。 6．光的衍射現(xiàn)象 （1）現(xiàn)

4、象：光繞過(guò)障礙物的現(xiàn)象。 （2）意義：光的衍射現(xiàn)象進(jìn)一步表明光是波。 （3）條件：從理論上講衍射是無(wú)條件的，但需發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，其條件是阻礙物（或孔）的尺寸與光波可比（接近光波長(zhǎng)或小于光波長(zhǎng)）。 （4）單縫衍射：光通過(guò)單縫照射到屏上時(shí)，屏上將出現(xiàn)“有明有暗，明暗相間”的衍射條紋，與雙縫干涉的干涉條紋不同的是：干涉條紋均勻分布，而衍射條紋的中央明紋較寬，較亮。 （5）泊松亮斑：光照射到不透光的小圓板上時(shí)，在圓板陰影中心處出現(xiàn)的衍射亮斑。 7．光的偏振現(xiàn)象 （1）自然光與偏振光：沿著各個(gè)方向振動(dòng)的強(qiáng)度均相同的光稱自然光；只沿某一特定方向振動(dòng)的光稱偏振光。 （2）偏振現(xiàn)象：自然光經(jīng)

5、過(guò)某一偏振片（起偏器）A后即變?yōu)槠窆?；若再使光?jīng)過(guò)另一偏振片（檢偏器）B并逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片B使A與B的偏振化方向相互垂直，則光就完全不能透過(guò)偏振片B。這樣的現(xiàn)象叫做光的偏振現(xiàn)象。 （3）意義：光的偏振現(xiàn)象充分表明光波是橫波。因?yàn)槠瘳F(xiàn)象是橫波所特有的現(xiàn)象。 （二）重難點(diǎn)闡釋 1．視深問(wèn)題 分析光的折射時(shí)，一般需作出光路圖，以便于應(yīng)用折射定律及光路圖中提供的幾何關(guān)系來(lái)解答。在實(shí)際應(yīng)用中，常見(jiàn)的方法是①三角形邊角關(guān)系。②近似法，即利用小角度時(shí)，θ≈tanθ≈sinθ的近似關(guān)系求解。 2．全反射現(xiàn)象 全反射現(xiàn)象要記住產(chǎn)生全反射的條件，光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角。

6、3．光的色散問(wèn)題 光的色散問(wèn)題常與光的折射現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)。關(guān)鍵物理量是n（n=c/v） 分析計(jì)算時(shí)，要掌握好n的應(yīng)用及有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)。著重應(yīng)用以下幾點(diǎn) ：（1）光的頻率（顏色）由光源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)；（2）同一介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大；（3）n=c/v。正確應(yīng)用以上幾點(diǎn)就能準(zhǔn)確地判斷有關(guān)色光在介質(zhì)中的傳播速度、波長(zhǎng)、折射光線的偏折程度等問(wèn)題。 時(shí)，兩束光疊加干涉減弱，據(jù)此不難推算出 （1）明紋坐標(biāo) x=±kλ，（k=0，1，2，…） （2）暗紋坐標(biāo) x=±（2k－1）· （k=1，2，…） （3）條紋間距 △x=λ. 上述條紋間距

7、表達(dá)式提供了一種測(cè)量光波長(zhǎng)的方法。 二、高考要點(diǎn)精析 （一）折射定律及其應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 介質(zhì)的折射率，與光速的關(guān)系： 解題的關(guān)鍵：根據(jù)題意畫(huà)出光路圖，挖掘幾何關(guān)系，由數(shù)學(xué)知識(shí)求解。 點(diǎn)評(píng)：本題考查光的反射和折射。題中有一個(gè)難點(diǎn)，就是通過(guò)做光路圖挖掘幾何關(guān)系，從而求解透明體的厚度以及光在透明體里運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。做光路圖也是解此類題的關(guān)鍵所在。 【例2】一條光線從空氣射入某介質(zhì)中，已知入射角為45°，折射角為30°，求光在此介質(zhì)中的速度。 解析：n= 又n=，所以v ==m/s （二）光的色散 全反射 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 （1）色散的實(shí)質(zhì)是由于各種色光在同一介質(zhì)中傳播的速率不同，或

8、同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同而引起的。光的頻率越大，折射率越大。紅光折射率最小，紫光折射率最大。 （2）全反射的條件是，光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，且入射角達(dá)到臨界角。 【例4】某棱鏡頂角θ=41.30°，一束白光以較大的入射角從棱鏡的一個(gè)側(cè)面射入，通過(guò)棱鏡后從另一個(gè)側(cè)面射出，在光屏上形成由紅到紫的彩色光帶如右圖所示，當(dāng)入射角i逐漸減小到零的過(guò)程中，彩色光帶變化情況是（ ） 色光 紫 藍(lán) 綠 黃 橙 紅 折射率 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513 臨界角 40.75° 40.88° 41.17° 41.2

9、3° 41.34° 41.37° A．紫光最先消失，最后只剩下橙光、紅光 B．紫光最先消失，最后只剩下黃光、橙光和紅光 C．紅光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和藍(lán)光 D．紅光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和藍(lán)光和綠光 解析：屏上的彩色光帶最上端為紅色，最下端為紫色，當(dāng)入射角i減小時(shí)，光線在棱鏡右側(cè)面的入射角變大，因紫光臨界角最小，所以紫光最先達(dá)到臨界而發(fā)生全反射，故紫色最先在屏上消失，當(dāng)入射角減小到i′=0時(shí)，僅剩下紅光和橙光未達(dá)到臨界角而射出，到達(dá)光屏，故選A。 【例5】 在一個(gè)圓形輕木塞的中心插上一根大頭針，然后把它倒放在水面上，調(diào)節(jié)針插入的深度，使觀察者不論在什么位置都剛

10、好不能看到水下的大頭針，如圖所示，量出針露出的長(zhǎng)度為d，木塞得半徑為r，求水的折射率。 第二課時(shí) （三）光的干涉、衍射、偏振 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是電磁波。光的干涉有雙縫干涉和薄膜干涉兩種，現(xiàn)象是觀察到明暗相間的條紋，條紋間距離與波長(zhǎng)成正比，紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，條紋間距離最大。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，條紋間的距離x與雙縫間的距離d、雙縫到屏的距離L間的定量關(guān)系是：，利用此關(guān)系式可以測(cè)定光的波長(zhǎng)。光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明光是橫波。 【例6】能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的兩束光是（ ） A．頻率相同、振幅相同的兩束光 B．頻率相同、相位差恒定的兩束光 C．兩只完全相同的燈光發(fā)出的光 D

11、．同一光源的兩個(gè)發(fā)光部分發(fā)出的光 【例8】用紅光做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光屏上出現(xiàn)明、暗相間直間距均勻的紅色的干涉條紋，今用不透光的障礙物堵起一條縫，則屏上（ ） A．一片黑暗； B．一片紅色； C．仍然是紅色的干涉條紋，只是亮相減弱； D．仍然是明、暗相間的紅色條紋，但條紋間距不相同 解：堵起一條縫后紅光只能透過(guò)單縫而射到屏上發(fā)生單縫衍射現(xiàn)象，也應(yīng)將在屏上產(chǎn)生明、暗相間的紅色條紋，只是單縫衍射所產(chǎn)生的衍射條紋間距不均勻，由此知：此例應(yīng)選D。 ☆考點(diǎn)精煉 考點(diǎn)精煉參考答案 1．解析：（1）。 （2）設(shè)b光在玻璃磚中折射角為θ，則由折射定律可得， 所以

12、θ=30° 這根光線在MN界面的入射角也為30°，能從MN射出。 由幾何關(guān)系得 。 點(diǎn)評(píng)：解本題的關(guān)鍵是，作出光路圖，挖掘幾何關(guān)系，將光學(xué)問(wèn)題化歸為數(shù)學(xué)問(wèn)題，由數(shù)學(xué)知識(shí)求解。 三、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練 3．在水底同一深度處并排放著三種顏色的球，如果從水面上方垂直俯視色球，感覺(jué)最淺的是 A．紫色球 B．藍(lán)色球 C．紅色球 D．三種色球視深度相同 4．一束白光通過(guò)雙縫后在屏上觀察到干涉條紋，除中央白色條紋外，兩側(cè)還有彩色條紋，其原因是 A．各色光的波長(zhǎng)不同，因而各色光分別產(chǎn)生的干涉條紋間距不同 B．各色光的速度不同，造成條紋的間距不同 C．各色光的強(qiáng)度不

13、同 D．各色光通過(guò)雙縫的距離不同 5．對(duì)衍射現(xiàn)象的定性分析，不正確的是 A．光的衍射是光在傳播過(guò)程中繞過(guò)障礙物發(fā)生彎曲傳播的現(xiàn)象 B．衍射花紋圖樣是光波相互疊加的結(jié)果 C．光的衍射現(xiàn)象為光的波動(dòng)說(shuō)提供了有力的證據(jù) D．光的衍射現(xiàn)象完全否定了光的直線傳播結(jié)論 6．下列現(xiàn)象哪些是光衍射產(chǎn)生的 A．著名的泊松亮斑 B．陽(yáng)光下茂密樹(shù)蔭中地面上的圓形亮斑 C．光照到細(xì)金屬絲上后在其后面屏上的陰影中間出現(xiàn)亮線 D．陽(yáng)光經(jīng)凸透鏡后形成的亮斑 9．太陽(yáng)光照射在平坦的大沙漠上，我們?cè)谏衬邢蚯翱慈?，發(fā)現(xiàn)前方某處射來(lái)亮光，好像太陽(yáng)光從遠(yuǎn)處水面反射來(lái)的一樣，我們認(rèn)為前方有水，但走到該處仍是干

14、燥的沙漠，這現(xiàn)象在夏天城市中太陽(yáng)光照射瀝青路面時(shí)也能觀察到，對(duì)這種現(xiàn)象正確的解釋是（ ） A．越靠近地面空氣的折射率越大 B．這是光的干涉形成的 C．越靠近地面空氣的折射率越小 D．這是光的衍射形成的 10．有關(guān)光現(xiàn)象的下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．在平靜的湖面上出現(xiàn)岸邊樹(shù)的倒影是光的折射現(xiàn)象 B．在太陽(yáng)光照射下，水面上的油膜上出現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象 C．光導(dǎo)纖維傳遞信號(hào)的基本物理原理是光的折射 D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，只將入射光由綠光改為黃光，則條紋間距變寬 11．某學(xué)生在觀察雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，分別用紅色、綠色、紫色三種單色光做實(shí)驗(yàn)，經(jīng)同一干涉儀觀察到

15、如圖所示的明顯干涉條紋，那么甲、乙、丙依次表示的顏色是 （ ） A．紅色 綠色 紫色 B．紅色 紫色 綠色 C．紫色 綠色 紅色 D．綠色 紫色 紅色 甲 丙 乙 L d 12．一個(gè)軍事設(shè)施的觀察孔如圖所示，其寬度L=30cm，厚度d=30cm，為了擴(kuò)大向外的觀察視野，將折射率n=的某種玻璃磚完全嵌入觀察孔內(nèi)（圖中為觀察孔的俯視圖）。 （1）嵌入玻璃磚后，視野的最大張角是__________ （2）如果要使視野的最大水平張

16、角接近180°，則要求嵌入折射率至少______的玻璃磚。 14．用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（甲）所示，已知單縫與雙縫間的距離L1=100mm，雙縫與屏的距離L2=700mm，雙縫間距d=0.25mm。用測(cè)量頭來(lái)測(cè)量亮紋中心的距離。測(cè)量頭由分劃板、目鏡、手輪等構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板左右移動(dòng)，讓分劃板的中心刻線對(duì)準(zhǔn)亮紋的中心（如圖（乙）所示），記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量頭，使分劃板中心刻線對(duì)準(zhǔn)另一條亮紋的中心，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)。 （1）分劃板的中心刻線分別對(duì)準(zhǔn)第1條和第4條亮紋的中心時(shí)，手輪上的讀數(shù)如圖（丙）所示，則對(duì)準(zhǔn)第1條時(shí)讀數(shù)x1=_______mm、對(duì)準(zhǔn)第4條時(shí)讀數(shù)x2=_______mm （2）寫(xiě)出計(jì)算波長(zhǎng)λ的表達(dá)式，λ=_________（用符號(hào)表示），λ=_____nm