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第14課時　光　電磁波
【知識網絡】
熱點一　光的折射與全反射
1.求解折射率的三個公式
(1)n12＝。(2)n＝。(3)n＝。
2.折射率的理解
(1)折射率與介質和光的頻率有關，與入射角的大小無關。
(2)光密介質指折射率大的介質，而不是指密度大的介質。
(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
(4)同一種光在不同介質中的折射率不同。
例1 (多選)(2024·天津南開二模)如圖1甲所示，我國航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環境下的神奇現象。液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以在液體球內部形成一個同心球形氣泡。假設此液體球其內外半徑之比為1∶3，由a、b、c三種顏色的光組成的細復色光束在過球心的平面內，從A點以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三條折射光線如圖乙所示，其中b光的折射光線剛好與液體球內壁相切。下列說法正確的是(　　)
圖1
A.該液體材料對a光的折射率小于對c光的折射率
B.c光在液體球中的傳播速度最大
C.該液體材料對b光的折射率為
D.若繼續增大入射角i，b光可能因發生全反射而無法射出液體球
訓練1 (2024·江蘇卷，6)現有一束光以相同的入射角θ，打在兩杯不同濃度的NaCl溶液甲、乙中，折射光線如圖2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率隨NaCl濃度的增大而增大。則(　　)
圖2
A.甲溶液折射率較大
B.甲溶液的NaCl濃度較小
C.光在甲溶液中的傳播速度較大
D.光在甲中發生全反射的臨界角較大
訓練2 (2024·湖南永州三模)如圖3所示為三棱鏡的截面△ABC，∠A＝105°、∠B＝45°。某細單色光束從AC邊上的D點射入三棱鏡，折射光線射到BC邊上的E點，剛好發生全反射，反射光線垂直射到AB邊的F點，光線在D點的入射角為α，折射角為β，已知B、E兩點之間的距離為L，sin 15°＝，光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是(　　)
圖3
A.sin α＝
B.sin β＝
C.光從E到F的傳播時間為
D.介質對此單色光的折射率為
熱點二　光的波動性　電磁波
1.光的雙縫干涉和單縫衍射的比較
雙縫干涉 單縫衍射
產生條件 兩束光頻率相同、相位差恒定 障礙物或狹縫的尺寸足夠小(明顯衍射現象)
圖樣不同點 條紋寬度 條紋寬度相等 條紋寬度不等，中央最寬
條紋間距 各相鄰條紋間距相等 各相鄰條紋間距不等
亮度情況 清晰條紋，亮度基本相同 中央條紋最亮，兩邊變暗
與光的偏振的區別 干涉、衍射都是波特有的現象；光的偏振現象說明光是橫波
2.電磁振蕩和電磁波
(1)電磁振蕩：周期T＝2π，電流為0時電場能最大，電流最大時磁場能最大。
(2)關于電磁波的產生的兩點說明
①能否產生電磁波，要看變化的電場和磁場是否能持續地再產生變化的磁場和電場，也就是說，所產生的磁場或電場必須是變化的，而不能是穩定的。
②明確是怎樣變化的電場(磁場)產生怎樣變化的磁場(電場)。振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場；LC振蕩電路產生的振蕩電場和振蕩磁場都能產生電磁波。
(3)電磁波傳播不需要介質，在介質中傳播時速度與介質材料和電磁波頻率有關。
例2 (2024·浙江湖州二模)某同學根據光的干涉原理設計了探究不同材料熱膨脹程度的實驗裝置，如圖4所示。材料甲置于玻璃平板之間，材料乙的上表面3與上層玻璃下表面2間形成空氣劈尖。單色光垂直照射到玻璃平板上，就可以觀察到干涉條紋。下列說法正確的是(　　)
圖4
A.表面3可以與表面2平行
B.該條紋是由上層玻璃上表面1與下層玻璃上表面4的反射光發生干涉形成的
C.僅溫度升高，若干涉條紋向左移動，則材料甲膨脹程度大
D.僅換用頻率更小的單色光，干涉條紋將向左移動
訓練3 (多選)某同學采用圖5甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現象，狹縫S1、S2的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(　　)
圖5
A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發生了衍射
B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大
C.照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大
D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數倍，P點處一定是暗條紋
訓練4 (2024·廣東惠州市一模)使用藍牙耳機接聽手機來電，信號傳輸示意圖如圖6所示，以下說法正確的是(　　)
圖6
A.藍牙通信的電磁波是可見光
B.在同種介質中，藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短
C.兩束藍牙通信的電磁波在任何情況下都不會發生干涉
D.藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度小于光速
熱點三　幾何光學與物理光學的綜合應用
1.含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質時，由于介質對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同。
2.各種色光的比較
顏色 紅橙黃綠青藍紫
頻率f 低→高
同一介質中的折射率 小→大
同一介質中速度 大→小
波長 大→小
臨界角 大→小
通過棱鏡的偏折角 小→大
例3 (2024·江蘇南京二模)為了裝點夜景，常在噴水池水下安裝彩燈。如圖7甲所示，水下有一點光源S，同時發出兩種不同顏色的a光和b光，在水面上形成了一個有光射出的圓形區域，俯視如圖乙所示，環狀區域只有b光，中間小圓為復色光，下列說法正確的是(　　)
圖7
A.a光發生全反射的臨界角大
B.a光的頻率小于b光
C.水對a光的折射率大于對b光的折射率
D.用同一裝置做雙縫干涉實驗，b光條紋間距更小
訓練5 (2024·河北衡水模擬預測)一束光照射到底面有涂層的平行玻璃磚上表面，在玻璃磚中傳播后分為a、b兩束從上表面射出，如圖8所示，下列說法正確的是(　　)
圖8
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的頻率小于b光的頻率
C.遇到障礙物時a光更容易發生明顯的衍射現象
D.增大空氣一側的入射角，a、b光線都不會消失
1.(2024·新課標卷，17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學獎，不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光，下列說法正確的是(　　)
A.藍光光子的能量大于紅光光子的能量
B.藍光光子的動量小于紅光光子的動量
C.在玻璃中傳播時，藍光的速度大于紅光的速度
D.藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
2.(2024·黑吉遼卷，4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置：在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖9所示。用綠色激光照射雙縫，能夠在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是(　　)
圖9
A.換用更粗的頭發絲
B.換用紅色激光照射雙縫
C.增大紙板與墻面的距離
D.減小光源與紙板的距離
3.(2024·山東卷，4)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖10甲所示，將標準滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標準滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是(　　)
圖10
A.滾珠b、c均合格
B.滾珠b、c均不合格
C.滾珠b合格，滾珠c不合格
D.滾珠b不合格，滾珠c合格
4.(2024·廣東卷，6)如圖11所示，紅綠兩束單色光，同時從空氣中沿同一路徑以角θ從MN面射入某長方體透明均勻介質。折射光束在NP面發生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐漸增大。兩束光在NP面上的全反射現象會先后消失。已知在該介質中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.在PQ面上，紅光比綠光更靠近P點
B.θ逐漸增大時，紅光的全反射現象先消失
C.θ逐漸增大時，入射光可能在MN面發生全反射
D.θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大
5.(多選)(2024·甘肅卷，10)如圖12為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面，一束紅光a從空氣沿半徑方向入射到圓心O，當θ＝30°時，反射光b和折射光c剛好垂直。下列說法正確的是(　　)
圖12
A.該材料對紅光的折射率為
B.若θ＝45°，光線c消失
C.若入射光a變為白光，光線b為白光
D.若入射光a變為紫光，光線b和c仍然垂直
6.(2024·山東卷，15)某光學組件橫截面如圖13所示，半圓形玻璃磚圓心為O點，半徑為R；直角三棱鏡FG邊的延長線過O點，EG邊平行于AB邊且長度等于R，∠FEG＝30°。橫截面所在平面內，單色光線以θ角入射到EF邊發生折射，折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5。
圖13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的單色光線，若第一次到達半圓弧AMB可以發生全反射，求光線在EF上入射點D(圖中未標出)到E點距離的范圍。
基礎保分練
1.(多選)(2024·山東菏澤二模)以下說法正確的是(　　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.將托馬斯·楊雙縫干涉實驗裝置放進水中，條紋間距會變大
C.用一個偏振片來觀察某光源發出的光，在垂直光的傳播方向上旋轉偏振片時，發現光的強度發生變化，說明該光是偏振光
D.為增加透射光的強度，在眼鏡、相機等鏡片表面涂有一層“薄膜”，使光學系統成像更清晰，這是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理
2.(多選)電磁波在科學研究和日常生活中有著廣泛的應用。如圖1所示，關于電磁波的應用，以下說法正確的是(　　)
圖1
A.圖甲中經過調制后的電磁波的波長不變
B.圖乙中天文學家利用射電望遠鏡接收無線電波，進行天體物理研究
C.圖丙中紅外線夜視儀是利用了紅外線熱效應強的特點
D.圖丁中CT機應用人體發射紅外線的原理拍攝人體組織
3.(2024·浙江縣域聯盟一模)地球大氣層對光線的折射會使地球上的人們看到的太陽位置與實際位置存在偏差，這種現象被稱為蒙氣差效應。為便于研究這一現象，現將折射率不均勻的大氣簡化成折射率為的均勻大氣，大氣層的厚度等效為地球半徑R，赤道上的人一天中能看到太陽的時間相比沒有大氣層時要多(　　)
圖2
A.3小時 B.2小時 C.1.5小時 D.1小時
4.(2024·江西南昌二模)如圖3所示，昌昌同學為了測量某濃度糖水的折射率，將圓柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再將圓柱體豎直插入水中，圓柱體的中軸線與圓桶的中軸線重合；用刻度尺測量圓柱體在糖水中成的像的直徑d2＝5.80 cm；已知圓柱體截面直徑為d1＝4.00 cm，透明圓桶直徑d3＝10.00 cm。則該糖水的折射率為(　　)
圖3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
5.(2023·湖北卷，6)如圖4所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為(　　)
圖4
A.d B.d C.d D.d
6.(多選)(2024·山東濟南二模)如圖5所示，一段彎成四分之一圓弧形狀的粗細均勻的玻璃棒截面圖，ME＝MO，一細束藍光由ME端面的中點A垂直射入，恰好能在弧面EF上發生全反射。下列說法正確的是(　　)
圖5
A.玻璃棒的折射率小于
B.發生全反射的臨界角小于45°
C.若藍光換成紫光，在弧面EF上發生全反射
D.若將入射光向E端平移，在弧面EF上不發生全反射
7.(多選)如圖6是半徑為R的玻璃半球體截面圖，O點為球心，左表面豎直，左表面下部為毛玻璃，在其右側豎直放置一平面鏡。小明同學用激光筆發出一細束與過球心的水平直線OO1平行且間距為OA＝R的激光，小明同學緩慢地向左移動平面鏡，發現當圖中L＝R時，在毛玻璃上觀察到清晰的亮點A′，且A′點與A點關于O點對稱，已知光在真空中的速度為c。則下列判斷正確的是(　　)
圖6
A.激光在該玻璃中的折射率n＝
B.激光在該玻璃中的折射率n＝
C.激光在該玻璃中的傳播速度為c
D.激光由A點射入到從A′點射出的時間t＝
8.(2024·安徽淮南二模)有兩種透明物質甲、乙，知道其中一種為玻璃，另一種為水晶。某同學利用圖7所示裝置根據光的干涉原理對甲、乙兩種物質進行鑒別，該同學上網查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物質甲和乙放置在雙縫和屏幕之間(充滿之間的區域)，通過單縫S0的某種單色光經過雙縫S1、S2后在屏幕上形成明暗相間的條紋，測得兩相鄰亮條紋的間距分別為x甲和x乙，且x甲圖7
A.透明物質甲為水晶
B.光在甲中的傳播速度大于在乙中的傳播速度
C.該單色光在透明物質甲、乙中傳播時的波長之比為
D.透明物質甲、乙對該單色光的折射率之比為
9.(多選)(2024·湖南長沙模擬預測)如圖8，有一邊長為2a的正方體玻璃磚，中心有一單色點光源O，該玻璃磚對該光源的折射率n＝，已知光在真空中傳播的速度為c。下列說法正確的是(　　)
圖8
A.該光在玻璃磚中傳播的速度為
B.光線從玻璃磚射出的最短時間為
C.若不考慮多次反射，從玻璃磚射出的光線在玻璃磚中傳播的最長時間為
D.從外面看玻璃磚被照亮的總面積為6a2
10.(多選)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗)，平面鏡沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時，平面鏡意外傾斜了某微小角度θ，如圖9所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　　)
圖9
A.沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋不移動
B.沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距減小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距不變
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋向A處移動
培優高分練
11.(2023·山東卷，16)一種反射式光纖位移傳感器可以實現微小位移測量，其部分原理簡化如圖10所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為2a，折射率為n(n＜)。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內多次全反射后從下端面射向被測物體，經被測物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離有關。
圖10
(1)從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為θ，求θ的正弦值；
(2)被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍(只考慮在被測物體表面反射一次的光線)。
熱點一　光的折射與全反射
1.求解折射率的三個公式
(1)n12＝。(2)n＝。(3)n＝。
2.折射率的理解
(1)折射率與介質和光的頻率有關，與入射角的大小無關。
(2)光密介質指折射率大的介質，而不是指密度大的介質。
(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
(4)同一種光在不同介質中的折射率不同。
例1 (多選)(2024·天津南開二模)如圖1甲所示，我國航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環境下的神奇現象。液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以在液體球內部形成一個同心球形氣泡。假設此液體球其內外半徑之比為1∶3，由a、b、c三種顏色的光組成的細復色光束在過球心的平面內，從A點以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三條折射光線如圖乙所示，其中b光的折射光線剛好與液體球內壁相切。下列說法正確的是(　　)
圖1
A.該液體材料對a光的折射率小于對c光的折射率
B.c光在液體球中的傳播速度最大
C.該液體材料對b光的折射率為
D.若繼續增大入射角i，b光可能因發生全反射而無法射出液體球
答案　BC
解析　根據折射率的公式n＝可知，以相同的入射角射入球中時，a光的折射角較小，故其折射率較大，A錯誤；以相同的入射角射入球中時，c光的折射角最大，折射率最小，故在液體球中傳播的速度最大，B正確；如圖所示，可知b光線折射角的正弦值sin r＝，故該液體對b光的折射率n＝＝＝，C正確；若繼續增大入射角i，b光的折射角增大，光線遠離同心球形氣泡，光線從液體材料射出時的入射角與射入液體材料時的折射角大小相等，根據光的可逆性可知不會發生全反射，D錯誤。
求解光的折射和全反射問題的思路
(1)根據題意畫出正確的光路圖，特別注意全反射的臨界光線。
(2)利用幾何關系確定光路中的邊、角關系。
(3)利用折射定律等公式求解。
(4)注意折射現象中光路的可逆性。
訓練1 (2024·江蘇卷，6)現有一束光以相同的入射角θ，打在兩杯不同濃度的NaCl溶液甲、乙中，折射光線如圖2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率隨NaCl濃度的增大而增大。則(　　)
圖2
A.甲溶液折射率較大
B.甲溶液的NaCl濃度較小
C.光在甲溶液中的傳播速度較大
D.光在甲中發生全反射的臨界角較大
答案　A
解析　
訓練2 (2024·湖南永州三模)如圖3所示為三棱鏡的截面△ABC，∠A＝105°、∠B＝45°。某細單色光束從AC邊上的D點射入三棱鏡，折射光線射到BC邊上的E點，剛好發生全反射，反射光線垂直射到AB邊的F點，光線在D點的入射角為α，折射角為β，已知B、E兩點之間的距離為L，sin 15°＝，光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是(　　)
圖3
A.sin α＝
B.sin β＝
C.光從E到F的傳播時間為
D.介質對此單色光的折射率為
答案　C
解析　設光線在介質中發生全反射的臨界角為θ，折射光線射到BC邊上的E點，剛好發生全反射，反射光線垂直射到AB邊的F點，由幾何關系可得θ＝45°，由折射率的定義可得n＝＝，D錯誤；已知∠A＝105°、∠B＝45°，由幾何關系可得∠ADE＝75°，則β＝15°，代入得sin β＝，由折射率公式知n＝，解得sin α＝，A、B錯誤；E、F兩點之間的距離為d＝Lsin 45°，由n＝，光從E到F的傳播時間為t＝＝，C正確。
熱點二　光的波動性　電磁波
1.光的雙縫干涉和單縫衍射的比較
雙縫干涉 單縫衍射
產生條件 兩束光頻率相同、相位差恒定 障礙物或狹縫的尺寸足夠小(明顯衍射現象)
圖樣不同點 條紋寬度 條紋寬度相等 條紋寬度不等，中央最寬
條紋間距 各相鄰條紋間距相等 各相鄰條紋間距不等
亮度情況 清晰條紋，亮度基本相同 中央條紋最亮，兩邊變暗
與光的偏振的區別 干涉、衍射都是波特有的現象；光的偏振現象說明光是橫波
2.電磁振蕩和電磁波
(1)電磁振蕩：周期T＝2π，電流為0時電場能最大，電流最大時磁場能最大。
(2)關于電磁波的產生的兩點說明
①能否產生電磁波，要看變化的電場和磁場是否能持續地再產生變化的磁場和電場，也就是說，所產生的磁場或電場必須是變化的，而不能是穩定的。
②明確是怎樣變化的電場(磁場)產生怎樣變化的磁場(電場)。振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場；LC振蕩電路產生的振蕩電場和振蕩磁場都能產生電磁波。
(3)電磁波傳播不需要介質，在介質中傳播時速度與介質材料和電磁波頻率有關。
例2 (2024·浙江湖州二模)某同學根據光的干涉原理設計了探究不同材料熱膨脹程度的實驗裝置，如圖4所示。材料甲置于玻璃平板之間，材料乙的上表面3與上層玻璃下表面2間形成空氣劈尖。單色光垂直照射到玻璃平板上，就可以觀察到干涉條紋。下列說法正確的是(　　)
圖4
A.表面3可以與表面2平行
B.該條紋是由上層玻璃上表面1與下層玻璃上表面4的反射光發生干涉形成的
C.僅溫度升高，若干涉條紋向左移動，則材料甲膨脹程度大
D.僅換用頻率更小的單色光，干涉條紋將向左移動
答案　C
解析　該條紋是由上層玻璃下表面2與材料乙的上表面3的反射光發生干涉形成的，由空氣劈尖薄膜干涉原理可知，若表面3與表面2平行，則兩表面的反射光之間的光程差始終恒定，不會形成明暗相間的條紋，故A、B錯誤；若溫度升高，干涉條紋向左移動，則上層玻璃下表面2與材料乙的上表面3之間的空氣膜厚度增加，即材料甲膨脹程度大，故C正確；若換用頻率更小的單色光，則波長變長，根據條紋間距公式Δx＝λ可知，干涉條紋間距增大，對應空氣膜厚度增加，干涉條紋向右移動，故D錯誤。
訓練3 (多選)某同學采用圖5甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現象，狹縫S1、S2的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(　　)
圖5
A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發生了衍射
B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大
C.照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大
D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數倍，P點處一定是暗條紋
答案　ACD
解析　題圖乙中間部分為等間距條紋，所以題圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，同時也發生衍射，故A正確；狹縫越小，衍射范圍越大，衍射條紋越寬，遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，則衍射現象減弱，題圖丙中亮條紋寬度減小，故B錯誤；根據條紋間距公式Δx＝λ可知，照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，題圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大，故C正確；照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數倍，P點處一定是暗條紋，故D正確。
訓練4 (2024·廣東惠州市一模)使用藍牙耳機接聽手機來電，信號傳輸示意圖如圖6所示，以下說法正確的是(　　)
圖6
A.藍牙通信的電磁波是可見光
B.在同種介質中，藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短
C.兩束藍牙通信的電磁波在任何情況下都不會發生干涉
D.藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度小于光速
答案　B
解析　藍牙通信的電磁波是無線電波，不是可見光，故A錯誤；在同種介質中，藍牙通信與手機通信的電磁波傳播速度相等，但藍牙通信的電磁波頻率高于手機通信的電磁波頻率，所以藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短，故B正確；兩束藍牙通信的電磁波若頻率相同，相位差恒定，就會發生干涉，故C錯誤；藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度等于光速，故D錯誤。
熱點三　幾何光學與物理光學的綜合應用
1.含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質時，由于介質對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同。
2.各種色光的比較
顏色 紅橙黃綠青藍紫
頻率f 低→高
同一介質中的折射率 小→大
同一介質中速度 大→小
波長 大→小
臨界角 大→小
通過棱鏡的偏折角 小→大
例3 (2024·江蘇南京二模)為了裝點夜景，常在噴水池水下安裝彩燈。如圖7甲所示，水下有一點光源S，同時發出兩種不同顏色的a光和b光，在水面上形成了一個有光射出的圓形區域，俯視如圖乙所示，環狀區域只有b光，中間小圓為復色光，下列說法正確的是(　　)
圖7
A.a光發生全反射的臨界角大
B.a光的頻率小于b光
C.水對a光的折射率大于對b光的折射率
D.用同一裝置做雙縫干涉實驗，b光條紋間距更小
答案　C
解析　作出光路圖，如圖所示，在被照亮的圓形區域邊緣光線恰好發生了全反射，入射角等于臨界角，由于a光照射的面積較小，則a光的臨界角較小，故A錯誤；根據n＝可知，水對a光的折射率大于對b光的折射率，則a光的頻率大于b光的頻率，故B錯誤，C正確；a光的頻率較高，則波長較小，根據Δx＝λ可知，用同一裝置做雙縫干涉實驗，a光條紋間距更小，故D錯誤。
訓練5 (2024·河北衡水模擬預測)一束光照射到底面有涂層的平行玻璃磚上表面，在玻璃磚中傳播后分為a、b兩束從上表面射出，如圖8所示，下列說法正確的是(　　)
圖8
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的頻率小于b光的頻率
C.遇到障礙物時a光更容易發生明顯的衍射現象
D.增大空氣一側的入射角，a、b光線都不會消失
答案　D
解析　光路圖如圖所示，在玻璃磚上表面折射時，a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，故A錯誤；由a光的折射率較大，可得a光的頻率較大，故B錯誤；b光的頻率較小，則b光的波長較長，遇到障礙物時波長較長的b光更容易發生明顯的衍射現象，故C錯誤；兩列光折射后經反射再從玻璃進入空氣折射，由幾何關系可知第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角，根據光路的可逆性可知兩列光均不能發生全反射，故增大空氣一側的入射角，兩列光不會消失，故D正確。
1.(2024·新課標卷，17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學獎，不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光，下列說法正確的是(　　)
A.藍光光子的能量大于紅光光子的能量
B.藍光光子的動量小于紅光光子的動量
C.在玻璃中傳播時，藍光的速度大于紅光的速度
D.藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
答案　A
解析　藍光頻率大于紅光頻率，光子能量E＝hν，ν越大，E越大，可知藍光光子的能量大于紅光光子的能量，A正確；光子動量p＝＝，ν越大，p越大，可知藍光光子的動量大于紅光光子的動量，B錯誤；同一介質對藍光的折射率大于對紅光的折射率，根據v＝可知，在玻璃中傳播時，藍光的速度小于紅光的速度，C錯誤；光從真空進入介質，頻率不變，D錯誤。
2.(2024·黑吉遼卷，4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置：在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖9所示。用綠色激光照射雙縫，能夠在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是(　　)
圖9
A.換用更粗的頭發絲
B.換用紅色激光照射雙縫
C.增大紙板與墻面的距離
D.減小光源與紙板的距離
答案　A
解析　雙縫干涉中相鄰兩亮條紋的間距Δx＝λ，若換用更粗的頭發絲，d增大，Δx減小，A正確；換用紅色激光照射雙縫，λ增大，Δx增大，B錯誤；增大紙板與墻面的距離，l增大，Δx增大，C錯誤；減小光源與紙板的距離對產生的亮條紋間距無影響，D錯誤。
3.(2024·山東卷，4)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖10甲所示，將標準滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標準滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是(　　)
圖10
A.滾珠b、c均合格
B.滾珠b、c均不合格
C.滾珠b合格，滾珠c不合格
D.滾珠b不合格，滾珠c合格
答案　C
解析　單色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面與下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面發生干涉，形成干涉條紋，光程差為兩塊玻璃間距離的兩倍，根據光的干涉知識可知，同一條干涉條紋位置處光的波程差相等，即滾珠a的直徑與滾珠b的相等，即滾珠b合格，不同的干涉條紋位置處光的波程差不同，則滾珠a的直徑與滾珠c的不相等，即滾珠c不合格，C正確。
4.(2024·廣東卷，6)如圖11所示，紅綠兩束單色光，同時從空氣中沿同一路徑以角θ從MN面射入某長方體透明均勻介質。折射光束在NP面發生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐漸增大。兩束光在NP面上的全反射現象會先后消失。已知在該介質中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.在PQ面上，紅光比綠光更靠近P點
B.θ逐漸增大時，紅光的全反射現象先消失
C.θ逐漸增大時，入射光可能在MN面發生全反射
D.θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大
答案　B
解析　紅光的頻率比綠光的頻率小，則紅光的折射率小于綠光的折射率，在MN面，入射角相同，根據折射定律n＝，可知綠光在MN面的折射角較小，根據幾何關系可知綠光比紅光更靠近P點，故A錯誤；根據全反射發生的條件sin C＝可知，紅光發生全反射的臨界角較大，θ逐漸增大時，折射光線與NP面的交點左移過程中，在NP面的入射角先達到紅光發生全反射的臨界角，所以紅光的全反射現象先消失，故B正確；在MN面，光是從光疏介質到光密介質，無論θ多大，在MN面都不可能發生全反射，故C錯誤；根據折射定律n＝可知，θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸減小，故D錯誤。
5.(多選)(2024·甘肅卷，10)如圖12為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面，一束紅光a從空氣沿半徑方向入射到圓心O，當θ＝30°時，反射光b和折射光c剛好垂直。下列說法正確的是(　　)
圖12
A.該材料對紅光的折射率為
B.若θ＝45°，光線c消失
C.若入射光a變為白光，光線b為白光
D.若入射光a變為紫光，光線b和c仍然垂直
答案　ABC
解析　如圖所示，根據幾何關系可知，當入射角θ＝30°時，折射角β＝90°－θ＝60°，根據折射定律可得n＝＝，A正確；根據全反射臨界角公式可知sin C＝＝，由于sin 45°＝>，則45°>C，因此θ＝45°時，光在O點發生全反射，光線c消失，B正確；光在界面處發生反射時，不改變光的顏色，則入射光的顏色與反射光的顏色相同，C正確；若入射光a變為紫色，則折射角增大，反射角不變，根據幾何關系可知，光線b和c的夾角將小于90°，D錯誤。
6.(2024·山東卷，15)某光學組件橫截面如圖13所示，半圓形玻璃磚圓心為O點，半徑為R；直角三棱鏡FG邊的延長線過O點，EG邊平行于AB邊且長度等于R，∠FEG＝30°。橫截面所在平面內，單色光線以θ角入射到EF邊發生折射，折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5。
圖13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的單色光線，若第一次到達半圓弧AMB可以發生全反射，求光線在EF上入射點D(圖中未標出)到E點距離的范圍。
答案　(1)0.75　(2)
解析　(1)設光在三棱鏡中的折射角為α，則根據折射定律有n＝
根據幾何關系可得α＝30°
代入數據解得sin θ＝0.75。
(2)作出單色光線第一次到達半圓弧AMB恰好發生全反射的光路圖如圖，則由幾何關系可知FE上從P點到E點以θ角入射的單色光線第一次到達半圓弧AMB都可以發生全反射，根據全反射臨界角公式有
sin C＝
設P點到FG的距離為l，則根據幾何關系有l＝Rsin C
又xPE＝
聯立解得xPE＝R
故光線在EF上的入射點D到E點的距離范圍為。
基礎保分練
1.(多選)(2024·山東菏澤二模)以下說法正確的是(　　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.將托馬斯·楊雙縫干涉實驗裝置放進水中，條紋間距會變大
C.用一個偏振片來觀察某光源發出的光，在垂直光的傳播方向上旋轉偏振片時，發現光的強度發生變化，說明該光是偏振光
D.為增加透射光的強度，在眼鏡、相機等鏡片表面涂有一層“薄膜”，使光學系統成像更清晰，這是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理
答案　ACD
解析　泊松亮斑是光繞過障礙物形成的，屬于光的衍射現象，故A正確；將托馬斯·楊雙縫干涉實驗裝置放進水中，根據n＝可知，光的波長變小，結合條紋間距與波長之間的關系Δx＝λ可知條紋間距變小，故B錯誤；自然光在各個振動方向上的強度相同，所以旋轉偏振片時透射光的亮度不變，而用一個偏振片來觀察某光源發出的光，在垂直光的傳播方向上旋轉偏振片時，發現光的強度發生變化，說明該光是偏振光，故C正確；根據薄膜干涉原理，為增加透射光的強度，在眼鏡、相機等鏡片表面涂有一層“薄膜”， 薄膜前后表面反射光相互干涉而消弱，使光學系統成像更清晰，故D正確。
2.(多選)電磁波在科學研究和日常生活中有著廣泛的應用。如圖1所示，關于電磁波的應用，以下說法正確的是(　　)
圖1
A.圖甲中經過調制后的電磁波的波長不變
B.圖乙中天文學家利用射電望遠鏡接收無線電波，進行天體物理研究
C.圖丙中紅外線夜視儀是利用了紅外線熱效應強的特點
D.圖丁中CT機應用人體發射紅外線的原理拍攝人體組織
答案　AB
解析　圖甲中為調幅波，不影響頻率，故波長不變，A正確；圖乙中天文學家利用射電望遠鏡接收無線電波，進行天體物理研究，B正確；紅外線夜視儀利用的是紅外遙感技術，C錯誤；CT機通過X射線拍攝人體組織，D錯誤。
3.(2024·浙江縣域聯盟一模)地球大氣層對光線的折射會使地球上的人們看到的太陽位置與實際位置存在偏差，這種現象被稱為蒙氣差效應。為便于研究這一現象，現將折射率不均勻的大氣簡化成折射率為的均勻大氣，大氣層的厚度等效為地球半徑R，赤道上的人一天中能看到太陽的時間相比沒有大氣層時要多(　　)
圖2
A.3小時 B.2小時 C.1.5小時 D.1小時
答案　B
解析　太陽光是平行光，臨界光路圖如圖所示。由幾何關系可得臨界光線的折射角滿足sin r＝＝，可知臨界光線的折射角為30°；根據折射定律可得n＝＝，解得i＝45°，由幾何關系可知，地球多轉α角度便看不見太陽了，則有α＝60°－45°＝15°，一個住在赤道上的人在太陽“落山”后還能看到太陽的時間為t＝×24 h＝1 h，同理可知，在太陽升起時也能提早1小時看到太陽，所以赤道上的人一天中能看到太陽的時間相比沒有大氣層時要多2小時，故B正確。
4.(2024·江西南昌二模)如圖3所示，昌昌同學為了測量某濃度糖水的折射率，將圓柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再將圓柱體豎直插入水中，圓柱體的中軸線與圓桶的中軸線重合；用刻度尺測量圓柱體在糖水中成的像的直徑d2＝5.80 cm；已知圓柱體截面直徑為d1＝4.00 cm，透明圓桶直徑d3＝10.00 cm。則該糖水的折射率為(　　)
圖3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
答案　A
解析　作出對應的光路圖如圖所示，根據幾何關系可得
sin i＝，sin r＝
則該糖水的折射率為n＝＝＝＝1.45，故A正確。
5.(2023·湖北卷，6)如圖4所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為(　　)
圖4
A.d B.d C.d D.d
答案　C
解析　設光線在OQ界面的入射角為α，折射角為β，由幾何關系可知α＝30°，由折射定律得n＝＝，光線在OQ界面的臨界條件為恰好發生全反射，光路圖如圖，其中OB⊥CS，光線在A、B兩點恰好發生全反射，由sin C＝＝得A、B兩處的臨界角為45°，A、B之間有光線射出，由幾何關系可知AB＝2AC＝2CS＝OS＝d，故C正確。
6.(多選)(2024·山東濟南二模)如圖5所示，一段彎成四分之一圓弧形狀的粗細均勻的玻璃棒截面圖，ME＝MO，一細束藍光由ME端面的中點A垂直射入，恰好能在弧面EF上發生全反射。下列說法正確的是(　　)
圖5
A.玻璃棒的折射率小于
B.發生全反射的臨界角小于45°
C.若藍光換成紫光，在弧面EF上發生全反射
D.若將入射光向E端平移，在弧面EF上不發生全反射
答案　AC
解析　如圖所示，玻璃的折射率n＝＝＝<，故A正確；因sin C＝＞＝sin 45°，所以臨界角C＞45°，故B錯誤；由于紫光頻率大于藍光頻率，則紫光臨界角小于藍光臨界角，紫光在弧面EF上發生全反射，故C正確；入射光向E端平移，在弧面EF上入射角大于臨界角，發生全反射，故D錯誤。
7.(多選)如圖6是半徑為R的玻璃半球體截面圖，O點為球心，左表面豎直，左表面下部為毛玻璃，在其右側豎直放置一平面鏡。小明同學用激光筆發出一細束與過球心的水平直線OO1平行且間距為OA＝R的激光，小明同學緩慢地向左移動平面鏡，發現當圖中L＝R時，在毛玻璃上觀察到清晰的亮點A′，且A′點與A點關于O點對稱，已知光在真空中的速度為c。則下列判斷正確的是(　　)
圖6
A.激光在該玻璃中的折射率n＝
B.激光在該玻璃中的折射率n＝
C.激光在該玻璃中的傳播速度為c
D.激光由A點射入到從A′點射出的時間t＝
答案　BD
解析　光路圖如圖所示，根據光路的對稱性與光路的可逆性，依題意有sin α＝＝，所以α＝30°，根據余弦定理得A1O＝R2＋L2－2LRcos α，解得A1O1＝R，所以θ＝α＝30°，β＝60°，根據折射定律可得n＝＝，故A錯誤，B正確；激光在該玻璃中的傳播速度為v＝＝c，激光在該玻璃中通過的路程s1＝2AA1＝R，激光由A點射入到從A′點射出的時間t＝＋＝，故C錯誤，D正確。
提能增分練
8.(2024·安徽淮南二模)有兩種透明物質甲、乙，知道其中一種為玻璃，另一種為水晶。某同學利用圖7所示裝置根據光的干涉原理對甲、乙兩種物質進行鑒別，該同學上網查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物質甲和乙放置在雙縫和屏幕之間(充滿之間的區域)，通過單縫S0的某種單色光經過雙縫S1、S2后在屏幕上形成明暗相間的條紋，測得兩相鄰亮條紋的間距分別為x甲和x乙，且x甲圖7
A.透明物質甲為水晶
B.光在甲中的傳播速度大于在乙中的傳播速度
C.該單色光在透明物質甲、乙中傳播時的波長之比為
D.透明物質甲、乙對該單色光的折射率之比為
答案　A
解析　雙縫干涉時，相鄰兩亮條紋的間距Δx＝λ，λ為光在介質中傳播時的波長，介質對光的折射率n＝＝，其中v為光在介質中傳播時的速度，λ0為光在真空中傳播時的波長，因x甲n乙，v甲9.(多選)(2024·湖南長沙模擬預測)如圖8，有一邊長為2a的正方體玻璃磚，中心有一單色點光源O，該玻璃磚對該光源的折射率n＝，已知光在真空中傳播的速度為c。下列說法正確的是(　　)
圖8
A.該光在玻璃磚中傳播的速度為
B.光線從玻璃磚射出的最短時間為
C.若不考慮多次反射，從玻璃磚射出的光線在玻璃磚中傳播的最長時間為
D.從外面看玻璃磚被照亮的總面積為6a2
答案　AB
解析　當光在玻璃磚內傳播的距離最短即垂直立方體各個面射出時，光所經歷的時間最短，光在玻璃磚內傳播的速度為v＝，傳播的最短時間為tmin＝，聯立可得v＝，tmin＝，A、B正確；選取其中的一個面進行分析，光線發生全反射的臨界角為sin C＝，當入射角大于臨界角C時將不會有光線射出，光在各個面上照亮的部分為圓形，設半徑為r，根據幾何關系有tan C＝，解得r＝，從玻璃磚射出的光線在玻璃磚中傳播的最長時間tm＝＝，圓的面積為S′＝πr2，照亮的總面積為S＝6S′，聯立解得S＝3πa2，C、D錯誤。
10.(多選)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗)，平面鏡沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時，平面鏡意外傾斜了某微小角度θ，如圖9所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　　)
圖9
A.沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋不移動
B.沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距減小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距不變
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋向A處移動
答案　BC
解析　畫出平面鏡略與水平面有微小夾角的干涉光路圖，如圖甲所示，其中S、S1或S、S2相當于雙縫干涉實驗中的雙縫。沿AO向左略微平移平面鏡，即圖中從②位置→①位置，由圖可看出干涉條紋向上移動，故A錯誤；同理可知，沿OA向右略微平移平面鏡，即圖中從①位置→②位置，相當于雙縫的間距d增大，雙縫到光屏間的距離l不變，由Δx＝λ可知，干涉條紋間距減小，故B正確；畫出θ＝0°時的干涉光路圖，如圖乙所示，其中S、S′相當于雙縫干涉實驗中的雙縫，沿OA向右或沿AO向左略微平移平面鏡，虛像S′位置不變，即雙縫的間距d不變，雙縫到光屏間的距離l不變，由Δx＝λ可知，干涉條紋間距不變，也不會移動，故C正確，D錯誤。
培優高分練
11.(2023·山東卷，16)一種反射式光纖位移傳感器可以實現微小位移測量，其部分原理簡化如圖10所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為2a，折射率為n(n＜)。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內多次全反射后從下端面射向被測物體，經被測物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離有關。
圖10
(1)從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為θ，求θ的正弦值；
(2)被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍(只考慮在被測物體表面反射一次的光線)。
答案　(1) (2)≤b≤
解析　(1)由題意可知，當激光在兩側剛好發生全反射時，從M下端面出射光與豎直方向夾角最大，設出射光與豎直方向偏角最大時的入射角為α，由幾何關系有C＋α＝90°
又因為sin C＝，n＝
聯立解得sin θ＝。
(2)根據題意要使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路圖如圖所示
則玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍為b1≤b≤b2
當距離最近時有tan θ＝
當距離最遠時有tan θ＝
根據(1)可知tan θ＝
聯立可得b1＝，b2＝
所以滿足條件的范圍為≤b≤。(共65張PPT)
第14課時　光　電磁波
專題五　機械振動與機械波　光　電磁波
知識網絡
目 錄
CONTENTS
突破高考熱點
01
課時跟蹤訓練
03
鏈接高考真題
02
突破高考熱點
1
熱點二　光的波動性　電磁波
熱點一　光的折射與全反射
熱點三　幾何光學與物理光學的綜合應用
熱點一　光的折射與全反射
1.求解折射率的三個公式
2.折射率的理解
(1)折射率與介質和光的頻率有關，與入射角的大小無關。
(2)光密介質指折射率大的介質，而不是指密度大的介質。
(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。
(4)同一種光在不同介質中的折射率不同。
圖1
BC
例1 (多選)(2024·天津南開二模)如圖1甲所示，我國航天員王亞平在天宮課堂上演示了微重力環境下的神奇現象。液體呈球狀，往其中央注入空氣，可以在液體球內部形成一個同心球形氣泡。假設此液體球其內外半徑之比為1∶3，由a、b、c三種顏色的光組成的細復色光束在過球心的平面內，從A點以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三條折射光線如圖乙所示，其中b光的折射光線剛好與液體球內壁相切。下列說法正確的是(　　)
求解光的折射和全反射問題的思路
(1)根據題意畫出正確的光路圖，特別注意全反射的臨界光線。
(2)利用幾何關系確定光路中的邊、角關系。
(3)利用折射定律等公式求解。
(4)注意折射現象中光路的可逆性。
圖2
A
訓練1 (2024·江蘇卷，6)現有一束光以相同的入射角θ，打在兩杯不同濃度的NaCl溶液甲、乙中，折射光線如圖2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率隨NaCl濃度的增大而增大。則(　　)
A.甲溶液折射率較大
B.甲溶液的NaCl濃度較小
C.光在甲溶液中的傳播速度較大
D.光在甲中發生全反射的臨界角較大
解析　
圖3
C
熱點二　光的波動性　電磁波
1.光的雙縫干涉和單縫衍射的比較
雙縫干涉 單縫衍射
產生條件 兩束光頻率相同、相位差恒定 障礙物或狹縫的尺寸足夠小(明顯衍射現象)
圖樣不同點 條紋寬度 條紋寬度相等 條紋寬度不等，中央最寬
條紋間距 各相鄰條紋間距相等 各相鄰條紋間距不等
亮度情況 清晰條紋，亮度基本相同 中央條紋最亮，兩邊變暗
與光的偏振的區別 干涉、衍射都是波特有的現象；光的偏振現象說明光是橫波
2.電磁振蕩和電磁波
圖4
C
例2 (2024·浙江湖州二模)某同學根據光的干涉原理設計了探究不同材料熱膨脹程度的實驗裝置，如圖4所示。材料甲置于玻璃平板之間，材料乙的上表面3與上層玻璃下表面2間形成空氣劈尖。單色光垂直照射到玻璃平板上，就可以觀察到干涉條紋。下列說法正確的是(　　)
A.表面3可以與表面2平行
B.該條紋是由上層玻璃上表面1與下層玻璃上表面4的反射光發生干涉形成的
C.僅溫度升高，若干涉條紋向左移動，則材料甲膨脹程度大
D.僅換用頻率更小的單色光，干涉條紋將向左移動
訓練3 (多選)某同學采用圖5甲所示的實驗裝置研究光的干涉與衍射現象，狹縫S1、S2的寬度可調，狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫，實驗中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是(　 　)
圖5
A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣，當光通過狹縫時，也發生了衍射
B.遮住一條狹縫，另一狹縫寬度增大，其他條件不變，圖丙中亮條紋寬度增大
C.照射兩條狹縫時，增加L，其他條件不變，圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大
D.照射兩條狹縫時，若光從狹縫S1、S2到屏上P點的路程差為半波長的奇數倍，P點處一定是暗條紋
ACD
圖6
B
訓練4 (2024·廣東惠州市一模)使用藍牙耳機接聽手機來電，信號傳輸示意圖如圖6所示，以下說法正確的是(　　)
A.藍牙通信的電磁波是可見光
B.在同種介質中，藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短
C.兩束藍牙通信的電磁波在任何情況下都不會發生干涉
D.藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度小于光速
解析　藍牙通信的電磁波是無線電波，不是可見光，故A錯誤；在同種介質中，藍牙通信與手機通信的電磁波傳播速度相等，但藍牙通信的電磁波頻率高于手機通信的電磁波頻率，所以藍牙通信的電磁波波長比手機通信的電磁波波長短，故B正確；兩束藍牙通信的電磁波若頻率相同，相位差恒定，就會發生干涉，故C錯誤；藍牙通信的電磁波在真空中的傳播速度等于光速，故D錯誤。
熱點三　幾何光學與物理光學的綜合應用
1.含有多種顏色的光從一種介質進入另一種介質時，由于介質對不同色光的折射率不同，各種色光的偏折程度不同。
2.各種色光的比較
顏色 紅橙黃綠青藍紫
頻率f 低→高
同一介質中的折射率 小→大
同一介質中速度 大→小
波長 大→小
臨界角 大→小
通過棱鏡的偏折角 小→大
圖7
C
例3 (2024·江蘇南京二模)為了裝點夜景，常在噴水池水下安裝彩燈。如圖7甲所示，水下有一點光源S，同時發出兩種不同顏色的a光和b光，在水面上形成了一個有光射出的圓形區域，俯視如圖乙所示，環狀區域只有b光，中間小圓為復色光，下列說法正確的是(　　)
A.a光發生全反射的臨界角大
B.a光的頻率小于b光
C.水對a光的折射率大于對b光的折射率
D.用同一裝置做雙縫干涉實驗，b光條紋間距更小
圖8
D
訓練5 (2024·河北衡水模擬預測)一束光照射到底面有涂層的平行玻璃磚上表面，在玻璃磚中傳播后分為a、b兩束從上表面射出，如圖8所示，下列說法正確的是(　　)
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的頻率小于b光的頻率
C.遇到障礙物時a光更容易發生明顯的衍射現象
D.增大空氣一側的入射角，a、b光線都不會消失
解析　光路圖如圖所示，在玻璃磚上表面折射時，a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，故A錯誤；由a光的折射率較大，可得a光的頻率較大，故B錯誤；b光的頻率較小，則b光的波長較長，遇到障礙物時波長較長的b光更容易發生明顯的衍射現象，故C錯誤；兩列光折射后經反射再從玻璃進入空氣折射，由幾何關系可知第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角，根據光路的可逆性可知兩列光均不能發生全反射，故增大空氣一側的入射角，兩列光不會消失，故D正確。
鏈接高考真題
2
A
1.(2024·新課標卷，17)三位科學家由于在發現和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學獎，不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。現有兩種量子點分別發出藍光和紅光，下列說法正確的是(　　)
A.藍光光子的能量大于紅光光子的能量
B.藍光光子的動量小于紅光光子的動量
C.在玻璃中傳播時，藍光的速度大于紅光的速度
D.藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率
A
2.(2024·黑吉遼卷，4)某同學自制雙縫干涉實驗裝置：在紙板上割出一條窄縫，于窄縫中央沿縫方向固定一根拉直的頭發絲形成雙縫，將該紙板與墻面平行放置，如圖9所示。用綠色激光照射雙縫，能夠在墻面上觀察到干涉條紋。下列做法可以使相鄰兩條亮條紋中心間距變小的是(　　)
圖9
A.換用更粗的頭發絲
B.換用紅色激光照射雙縫
C.增大紙板與墻面的距離
D.減小光源與紙板的距離
C
3.(2024·山東卷，4)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖10甲所示，將標準滾珠a與待測滾珠b、c放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與標準滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是(　　)
圖10
A.滾珠b、c均合格
B.滾珠b、c均不合格
C.滾珠b合格，滾珠c不合格
D.滾珠b不合格，滾珠c合格
解析　單色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面與下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面發生干涉，形成干涉條紋，光程差為兩塊玻璃間距離的兩倍，根據光的干涉知識可知，同一條干涉條紋位置處光的波程差相等，即滾珠a的直徑與滾珠b的相等，即滾珠b合格，不同的干涉條紋位置處光的波程差不同，則滾珠a的直徑與滾珠c的不相等，即滾珠c不合格，C正確。
B
4.(2024·廣東卷，6)如圖11所示，紅綠兩束單色光，同時從空氣中沿同一路徑以角θ從MN面射入某長方體透明均勻介質。折射光束在NP面發生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐漸增大。兩束光在NP面上的全反射現象會先后消失。已知在該介質中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.在PQ面上，紅光比綠光更靠近P點
B.θ逐漸增大時，紅光的全反射現象先消失
C.θ逐漸增大時，入射光可能在MN面發生全反射
D.θ逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大
ABC
5.(多選)(2024·甘肅卷，10)如圖12為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面，一束紅光a從空氣沿半徑方向入射到圓心O，當θ＝30°時，反射光b和折射光c剛好垂直。下列說法正確的是(　 　)
圖12
6.(2024·山東卷，15)某光學組件橫截面如圖13所示，半圓形玻璃磚圓心為O點，半徑為R；直角三棱鏡FG邊的延長線過O點，EG邊平行于AB邊且長度等于R，∠FEG＝30°。橫截面所在平面內，單色光線以θ角入射到EF邊發生折射，折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5。
圖13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的單色光線，若第一次到達半圓弧AMB可以發生全反射，求光線在EF上入射點D(圖中未標出)到E點距離的范圍。
根據幾何關系可得α＝30°
代入數據解得sin θ＝0.75。
(2)作出單色光線第一次到達半圓弧AMB恰好發生全反射的光路圖如圖，則由幾何關系可知FE上從P點到E點以θ角入射的單色光線第一次到達半圓弧AMB都可以發生全反射，根據全反射臨界角公式有
課時跟蹤訓練
3
ACD
1.(多選)(2024·山東菏澤二模)以下說法正確的是(　 　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.將托馬斯·楊雙縫干涉實驗裝置放進水中，條紋間距會變大
C.用一個偏振片來觀察某光源發出的光，在垂直光的傳播方向上旋轉偏振片時，發現光的強度發生變化，說明該光是偏振光
D.為增加透射光的強度，在眼鏡、相機等鏡片表面涂有一層“薄膜”，使光學系統成像更清晰，這是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理
基礎保分練
AB
2.(多選)電磁波在科學研究和日常生活中有著廣泛的應用。如圖1所示，關于電磁波的應用，以下說法正確的是(　　)
圖1
A.圖甲中經過調制后的電磁波的波長不變
B.圖乙中天文學家利用射電望遠鏡接收無線電波，進行天體物理研究
C.圖丙中紅外線夜視儀是利用了紅外線熱效應強的特點
D.圖丁中CT機應用人體發射紅外線的原理拍攝人體組織
解析　圖甲中為調幅波，不影響頻率，故波長不變，A正確；圖乙中天文學家利用射電望遠鏡接收無線電波，進行天體物理研究，B正確；紅外線夜視儀利用的是紅外遙感技術，C錯誤；CT機通過X射線拍攝人體組織，D錯誤。
B
圖2
A.3小時 B.2小時 C.1.5小時 D.1小時
A
4.(2024·江西南昌二模)如圖3所示，昌昌同學為了測量某濃度糖水的折射率，將圓柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再將圓柱體豎直插入水中，圓柱體的中軸線與圓桶的中軸線重合；用刻度尺測量圓柱體在糖水中成的像的直徑d2＝5.80 cm；已知圓柱體截面直徑為d1＝4.00 cm，透明圓桶直徑d3＝10.00 cm。則該糖水的折射率為(　　)
圖3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
解析　作出對應的光路圖如圖所示，根據幾何關系可得
C
5.(2023·湖北卷，6)如圖4所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為(　　)
圖4
AC
6.(多選)(2024·山東濟南二模)如圖5所示，一段彎成四分之一圓弧形狀的粗細均勻的玻璃棒截面圖，ME＝MO，一細束藍光由ME端面的中點A垂直射入，恰好能在弧面EF上發生全反射。下列說法正確的是(　　)
圖5
BD
圖6
提能增分練
8.(2024·安徽淮南二模)有兩種透明物質甲、乙，知道其中一種為玻璃，另一種為水晶。某同學利用圖7所示裝置根據光的干涉原理對甲、乙兩種物質進行鑒別，該同學上網查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物質甲和乙放置在雙縫和屏幕之間(充滿之間的區域)，通過單縫S0的某種單色光經過雙縫S1、S2后在屏幕上形成明暗相間的條紋，測得兩相鄰亮條紋的間距分別為x甲和x乙，且x甲圖7
AB
圖8
BC
10.(多選)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面鏡得到楊氏雙縫干涉的結果(稱洛埃鏡實驗)，平面鏡沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同學重復此實驗時，平面鏡意外傾斜了某微小角度θ，如圖9所示。S為單色點光源。下列說法正確的是(　　)
圖9
A.沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋不移動
B.沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距減小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面鏡，干涉條紋間距不變
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面鏡，干涉條紋向A處移動
培優高分練
圖10
(1)從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為θ，求θ的正弦值；
(2)被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍(只考慮在被測物體表面反射一次的光線)。
解析　(1)由題意可知，當激光在兩側剛好發生全反射時，從M下端面出射光與豎直方向夾角最大，設出射光與豎直方向偏角最大時的入射角為α，由幾何關系有C＋α＝90°
(2)根據題意要使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路圖如圖所示
則玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應范圍為b1≤b≤b2

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