专题16光学电磁波（讲义）（解析版）.docx

专题16光学电磁波目录考点一光学4真题研析规律探寻.4核，1提炼考向探究81 .平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点82 .单缝衍射与双缝干涉的比较83 .干涉图样与衍射图样的比较84 .各种色光的儿何光学与物理光学比较9.题型特训.例圆I9考向一折射定律、折射率、光的传播问题及色散9考向二全反射及其应用10考向三光的干涉与衍射12考向四几何光学与物理光学综合问题13考点二电磁振动及电磁波14真题研析规律探寻I4核，阳炼考向探究I41 .LC振荡电路中物理量的变化周期及充放电的判断方法142 .电磁波与机械波的比较15逝型特训.命题侬I15考向一电磁振荡电磁波15考点要求考题统计光学考向一折射定律、折射率、光的传播问题及色散：2023全国高考真题（2题）、2023湖南高考真题、2023江苏高考真题、2023浙江高考真题、2022海南高考真题、2022浙江高考真题、2021浙江高考真题、2022江苏高考真题、2022湖北高考真题、2022全国高考真题（2题）、2021重庆高考真题、2021湖南高考真题、2021全国高考真题、考向二全反射及其应用：2023福建高考真题、2023浙江高考真题、2023-湖北高考真题、2023山东高考真题、2022重庆高考真题、2022广东高考真题、2022河北高考真题、2022湖南高考真题、2022全国高考真题、2022辽宁高考真题、2022浙江高考真题、2022山东高考真题、2021江苏高考真题、2021海南高考真题、2021辽宁高考真题、2021山东高考真题、2021广东高考真题、2021河北高考真题、考向三光的干涉与衍射：2023河北高考真题、2023天津高考真题、2023-北京高考真题、2023山东高考真题、2023江苏高考真题、2022北京高考真题、2022浙江高考真题、2022山东高考真题、2021江苏高考真题、2021湖北高考真题、2021山东高考真题、2021浙江高考真题、考向四几何光学与物理光学综合问题：2023重庆高考真题、2023浙江高考真题、2022天津高考真题、2021天津高考真题、2021北京高考真题（2题）电磁振动及电磁波考向一电磁振荡电磁波：2021福建高考真题、2021浙江高考真题考情分析【命题规律及方法指导】1.命题重点：本专题就是高考的基础热点问题，突出考察光的折射及折射率、全反射、及光传播的计算，光干涉和衍射的现象及应用，对电磁波谱、电磁波等基础知识也不能忽略2.常用方法：图像法、对称法。3.常考题型：选择题，填空题，计算题.【命题预测】1 .本专题属于热点、基础内容；2 .高考命题考察方向光学：几何光学方面重点考察光的折射及折射率、全反射相结合的光传播相关问题的计算，几何知识也非常重要，物理光学方面重点考察光的干涉、衍射现象及相关的应用。电磁波：考察电磁振荡、电磁波谱等相对基础的知识，平行玻璃&专.三愤镜和圆柱体（球）对光路的控制特点缝衍射与双缝干涉的比蛟、干涉图仔与折射图样的比蛟.各种色光的几何光学.LC振荡电路中物理的变化蕈F乎?帝胃Ir周期及殛制判断方法iJ9I电sis闾Otcisme考点一光学真题研析规律探寻1. (2023全国高考真题)如图，一折射率为四的棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,AB=AC=I,8C边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经45边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。【考向】折射定律、折射率、光的传播问题计算【答案】史叵/3【详解】由题意可知做出光路图如图所示光线垂直于BC方向射入，根据几何关系可知入射角为45。；由于棱镜折射率为J,根据=列巴Sinr七.1¾snr=-则折射角为30。；ZfiW=60,因为/8=45,所以光在BC面的入射角为9=90-(180-60-45)=15根据反射定律可知NMQA=2<9=30根据几何关系可知NB4O=30，即例O为等腰三角形，则蛇=立AO3MO AO又因为ABQM与ACAo相似，故有器=iaC-由题知AH=AC=I联立可得BM=立AC=333所以M到A点的距离为X=MA=JBM=上32. （2023浙江高考真题）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m,水的折射率=?,细灯带到水面的距离/7=也m,则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（）【考向】全反射及其应用【答案】C133【详解】灯带发出的光从水面射出时发生全反射临界角的正弦值SinC=L=,则tanC=-,灯带上的一n47个点发出的光发生全反射的临界角如图所示hXR根据几何关系可得/=zlanC=E2m=0.3m,则一个点发出的光在水面上能看到的r=0.3m的圆，光记万射出的水面形状边缘为弧形，如图所示=0.9等腰直角三角形发光体的内切圆半径r满足r'=2asl,解得尸=2d。0=厂，故"J间无空缺223故选C。3. （2023山东高考真题）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（）¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾A.劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B,劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C,劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动【考向】光的干涉与衍射【答案】A【详解】由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动。故选A04. （2021湖北高考真题）如图所示，由波长为力和方的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。是两单色光中央亮条纹的中心位置，P/和P2分别是波长为力和；h的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（）A.<2,M是波长为，,的光出射位置B.<2,N是波长为力的光出射位置C.>z2,M是波长为2/的光出射位置D.>2,N是波长为力的光出射位置【考向】几何光学与物理光学综合问题【答案】D【详解】由双缝I涉条纹间距的公式Ar=与，可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知44反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小,又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于4>4,则仆<乙，所以N是波长为l的光出射位置，故D正确，ABC错误。故选D。5. （2023浙江高考真题）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I,从能级3跃迁到能级2产生可见光H。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的紫红图1Iiiiiuiiuiiiiu实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（）图2IllllllIlm图3A.图1中的Ha对应的是IB.图2中的干涉条纹对应的是11C. I的光子动量大于II的光子动量D. P向移动，电流表示数为零时I对应的电压表示数比11的大【考向】几何光学与物理光学综合问题【答案】CD【详解】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得邑-纥=尿=?,可知，可见光I的频率大,A波长小，可见光11的频率小，波长大。A.可知，图1中的Ha对应的是可见光II,故A错误；B.由公式有，干涉条纹间距为=由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I,故B错误；dhvhC.根据题意，由公式打得，光;动量为可知，I的光了动量大于II的光了动量，故C正确:CD.根据光电效应方程及动能定理可得eq=配-%,可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时I对应的电压表示数比II的大，故D正确。故选CDo核心提炼考向探究1 .平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球）对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球）结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用h限、通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移ABlC通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线,光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率>全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向2 .单缝衍射与双缝干涉的比较,-一单缝衍射双缝干涉不条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等同条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，有明暗相间的条纹属于波的叠加；干涉、衍射都3 .干涉图样与衍射图样的比较1）光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉（油膜、空气膜、增透膜、牛顿环）；光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、圆盘衍射（泊松亮斑）.2）条纹宽度的区别：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射的中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄.3）条纹亮度的区别：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗.【技巧点拨】光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上登加形成的.4.各种色光的几何光学与物理光学比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率彳氐f高同一介质中的折射率小一大同一介质中的速度大f小波长大f小通过棱镜的偏折角小f大临界角大f小双缝干涉时的条纹间距大f小4题型特训命题预测考向一折射定律、折射率、光的传播问题及色散1. （2024四川雅安统考一模）如图，边长为4的等边三角形一ABC是一中空玻璃棱镜的横截面，中空部分是圆心在三角形垂心。处、半径为我的圆。让一束激光从A8边的。点以45的入射角射入棱镜，光线恰能沿平行于Be边的宜线，经O点后从AC边射出。（I）求玻璃的折射率；（2）若保持入射角45不变，使入射点沿AB边向A点缓慢移动，当入射点移至E点（图中未画出）时，恰好没有光线进入中空部分，求A、E两点间的距离人【详解】（1）根据几何关系可得折射角为6=90-60=30，根据折射定律，玻璃的折射率为=旦粤=,sin（2）当入射点移至E点，发生全反射,恰好没有光线进入中空部分,做出光路图如图所示,临界角为SinC=Ln解得C=45,O为等边三角形的垂心，则QA=走,根据几何关系有/GO”=C=45,则3O7=rsinC=-a,AH=OA-OH=a,A、E两点间的距离X=124cos302考向二全反射及其应用2. （2024河南校联考模拟预测）如图所示为一潜水员在水下用相机竖直向上拍摄的一张照片。照片中，4水面外的场景呈现在半径r=15cm的圆形范围内，水面上一条小船的长度=13cm,已知水的折射率=石,船的实际长度约为L=2.4m,72.6,则该潜水员所在水深约为（【详解】根据全反射临界角公式可知SinC=B=：,又SmC=Jr，+瓜，y=p联立解得人n2.4m故选B。3. (2024陕西渭南统考一模)如图所示，楔形玻璃的横截面。0。的顶角为30。，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d,垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45。不考虑多次反射，设真空中光速为c,求能从OQ边上射出的光在玻璃中的传播时间范围。【详解】设光线在OQ界面的入射角为,折射角为,几何关系可知=30%则由折射定律=4，sina又由公式=:,解得光在玻璃中传播速度V=击，如答图所示，光垂直于OQ边界射出，即沿SD方向，在玻璃中传播距离最小，有SZ)=SOsin30=g,光线射到OQ界面的A、B两点恰发力.全反射，则临界角C(1SinC=-=-,解得C=45。，在ASAD中有SA=&S。=自，此为从OQ射出光在玻璃中行进的最大距n22离。光在玻璃中传播距离范围3s<与，光在玻璃中传播有SK3将V=宏代入解得光在玻璃中传播时间范围为四<W,2cc考向三光的干涉与衍射4. （2024浙江校联考模拟预测）如图所示是一种脉冲激光展宽器的截面图，其构造为四个相同的顶角为。的直角三棱镜，对称放置在空气中。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm,脉冲激光中包含频率不同的光1和2,它们在棱镜中的折射率分别为A.光1和2通过相同的双缝干涉装置后1对应条纹间距更大B.为使光1和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，需0>45。C.减小d后光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差不变D.若9=37。则光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差约为14.4mm【答案】D【详解】A.由于外>%,可知两束激光的频率关系为工>后,根据c=义/,可知波长关系为4<4,双缝干涉相邻条纹间距为-=4%,可得光1和2通过相同的双缝干涉装置后2对应条纹间距更大,A错误;B.只d要光1能从棱镜中射出，光2就定能射出，设光1临界角为C,则SinC=可得0=45"，因此要使光仆I和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，根据几何关系可知。VC=45。B错误；C.减小d后光1和2通过整个展览器过程中在空气中的路程差减小，C错误；D.根据光的折射定律可知产粤-小=吗,在sinsin。空气中的路程差6=2（»-$2）=2（-）,代入数据可得As74.4mm,D正确。cosalCoSa2故选D。考向四几何光学与物理光学综合问题5. （2024陕西安康校联考模拟预测）（多选）如图所示，有一玻璃直角三棱镜ABC,AB=AC.由两种单色光甲和乙组成的-细光束，从AB边射入三棱镜，调整入射方向发现，当入射光束垂直AB边入射时，恰好只有单色光甲从8C边射出，且出射光线和BC边的夹角为30,则下列判断正确的是（）A.甲、乙两种单色光的折射率分别为0和5B.甲、乙两种单色光在该玻璃中的传播速度之比为2:6C.若用单色光甲照射某金属表面，能使该金属发射光电子，则用单色光乙照射该金属表面，也一定能使该金属发射光电子D.甲单色光的全反射临界角大于乙单色光的全反射临界角E.用完全相同的杨氏双缝干涉仪做双缝干涉实验，单色光甲的条纹宽度要比单色光乙的条纹宽度窄【答案】BCD【详解】A.根据折射定律，甲、乙两种单色光的折射率分别为一=.（W-30）=述,喀=虚，故A错误；B.根据-=甲、乙两种单色光在该玻璃中的传播速废之比为怜：巳=乙：你=2:有，故B正确；C.甲单色光的折射率小于乙单色光的折射率，则甲单色光的频率小于乙单色光的频率，根据光电效应方程纥=加-吗，可知若用单色光甲照射某金属表面，能使该金属发射光电子，则用单色光乙照射该金属表面，也一定能使该金属发射光电子，故C正确；D.全反射临界角SinC=甲单色光的折射率小广乙n单色光的折射率，甲单色光的全反射临界角大于乙单色光的全反射临界角，故D正确；E.单色光在真空中的波长为=；,则甲单色光的波长大于乙单色光的波长，根据双健干涉条纹间距公式-=则单色光甲的条纹宽度要比单色光乙的条纹宽度宽，故E错误。故选BCDo考点二电磁振动及电磁波真题研析规律探寻1. （2021福建高考真题）（多选）以声波作为信息载体的水声通信是水下长距离通信的主要手段。2020年11月10日，中国载人潜水器“奋斗者”号创造了10909米深潜纪录。此次深潜作业利用了水声通信和电磁通信等多种通信方式进行指令传输或数据交换，如图所示。下列说法正确的是（）通信卫星探索一号卫星实时通信7?回无线Sf 4t探索二号水声力“沧海”号通信士无线蓝绿光“奋斗者”号靛通皇上A. “奋斗者”号与“探索一号”通信的信息载体属于横波B. “奋斗者”号与“沧海”号通信的信息载体属于横波C. “探索一号”与通信卫星的实时通信可以通过机械波实现D. “探索一号”与“探索二号”的通信过程也是能量传播的过程【答案】BD【详解】A.由题知，“奋斗者”号与“探索一号”通信是通过水声音通信，由下而上，故信息载体属于纵波，故A错误；B.由题知，"奋斗者号与“沧海”号通信是通过水声音通信，由左向右，故信息载体属于横波，故B正确；C.因为太空中没有介质，故机械波无法传播，所以“探索一号''与通信卫星的实时通信只能通过电磁通信来实现，故C错误；D.在传递信息的过程也是传递能量的过程，故“探索一号''与"探索二号''的通信过程也是能量传播的过程，故D正确。故选BDo核心提炼考向探究1 .LC振荡电路中物理量的变化周期及充放电的判断方法1）周期变化LC回路中的电流i、线圈中的磁感应强度3、电容器极板间的电场强度E的变化周期就是LC同路的振荡周期T=2LC,在一个周期内上述各量方向改变两次.电容器极板上所带的电荷量，其变化周期也是振荡周期T=2位,极板上电荷的电性在一个周期内改变两次.电场能、磁场能也在做周期性变化，但是它们是标量，没有方向，所以变化周期T'是振荡周期T的一半，即T'=工=yLC.22）充、放电过程的判断方法根据电流流向判断当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程根据物理量的变化趋势判断当电容器的带电荷量式电压U、电场强度E）增大或电流i（磁感应强度B）减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程根据能量判断电场能增加时充电，磁场能增加时放电2 .电磁波与机械波的比较项电磁波机械波产生由周期性变化的电场、磁场产生由质点（波源）的振动产生传播介质不需要介质（在真空中仍可传播）必须有介质（真空中不能传播）波的种类横波既有横波也有纵波速度特点由介质和频率决定,在真空中等于光速（c=3X10bms）仅由介质决定能量都能携带能量并传播能量速度公式V=f遵循规律都能发生反射、折射、干涉、衍射等现象题型特训命题预测考向一电磁振荡电磁波1. （2023江苏盐城统考三模）把线圈、电容器、电源和单刀双掷开关按照图示连成电路。把示波器的两端连在电容器的两个极板上。先把开关置于电源一侧为电容器充电；稍后再把开关置于线圈一侧，从此刻开始计时，电容器通过线圈放电（规定逆时针方向为电流的正方向）。电路工作过程中，同时会向外辐射电磁波，则电压U,力和电流随时间1变化的波形正确的是（）【答案】D【详解】电容器放电时，电流由a通过线圈流向b,为正方向。起始时刻电流最大，电路向外辐射电磁波的过程中，电路中的能量减小，则电容器两极板的最大电压逐渐减小。故选D。2. （2024浙江嘉兴统考一模）（多选）下列说法正确的是（）A.电磁波发射时需要用到调谐技术B.真空中的光速在不同的惯性系中大小都相同是相对论时空观的基本假设之一C.照相机镜头表面涂上增透膜是利用光的偏振原理D.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉原理【答案】BD【详解】A.电磁波发射时需要调制，接收时需要调谐和解调，故A错误；B.爱因斯坦对狭义相对论的最基本假设是：在不同的惯性参考系中，真空中光速都是不变的，故BlE确；C.照相机增透膜，利用膜的内外表面反射光，相同的频率，相互叠加，从而增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故C错误；D.用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象。故D正确。故选BDo