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第14课时　光　电磁波
【知识网络】
热点一　光的折射与全反射
1.求解折射率的三个公式
(1)n12＝。(2)n＝。(3)n＝。
2.折射率的理解
(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。
(2)光密介质指折射率大的介质，而不是指密度大的介质。
(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(4)同一种光在不同介质中的折射率不同。
例1 (多选)(2024·天津南开二模)如图1甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为1∶3，由a、b、c三种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是(　　)
图1
A.该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率
B.c光在液体球中的传播速度最大
C.该液体材料对b光的折射率为
D.若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球
训练1 (2024·江苏卷，6)现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则(　　)
图2
A.甲溶液折射率较大
B.甲溶液的NaCl浓度较小
C.光在甲溶液中的传播速度较大
D.光在甲中发生全反射的临界角较大
训练2 (2024·湖南永州三模)如图3所示为三棱镜的截面△ABC，∠A＝105°、∠B＝45°。某细单色光束从AC边上的D点射入三棱镜，折射光线射到BC边上的E点，刚好发生全反射，反射光线垂直射到AB边的F点，光线在D点的入射角为α，折射角为β，已知B、E两点之间的距离为L，sin 15°＝，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是(　　)
图3
A.sin α＝
B.sin β＝
C.光从E到F的传播时间为
D.介质对此单色光的折射率为
热点二　光的波动性　电磁波
1.光的双缝干涉和单缝衍射的比较
双缝干涉 单缝衍射
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)
图样不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相同 中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波
2.电磁振荡和电磁波
(1)电磁振荡：周期T＝2π，电流为0时电场能最大，电流最大时磁场能最大。
(2)关于电磁波的产生的两点说明
①能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的。
②明确是怎样变化的电场(磁场)产生怎样变化的磁场(电场)。振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场；LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波。
(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关。
例2 (2024·浙江湖州二模)某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图4所示。材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
图4
A.表面3可以与表面2平行
B.该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的
C.仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大
D.仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
训练3 (多选)某同学采用图5甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　)
图5
A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
训练4 (2024·广东惠州市一模)使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图6所示，以下说法正确的是(　　)
图6
A.蓝牙通信的电磁波是可见光
B.在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短
C.两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉
D.蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速
热点三　几何光学与物理光学的综合应用
1.含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同。
2.各种色光的比较
颜色 红橙黄绿青蓝紫
频率f 低→高
同一介质中的折射率 小→大
同一介质中速度 大→小
波长 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
例3 (2024·江苏南京二模)为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图7甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是(　　)
图7
A.a光发生全反射的临界角大
B.a光的频率小于b光
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小
训练5 (2024·河北衡水模拟预测)一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，在玻璃砖中传播后分为a、b两束从上表面射出，如图8所示，下列说法正确的是(　　)
图8
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的频率小于b光的频率
C.遇到障碍物时a光更容易发生明显的衍射现象
D.增大空气一侧的入射角，a、b光线都不会消失
1.(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
2.(2024·黑吉辽卷，4)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图9所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　　)
图9
A.换用更粗的头发丝
B.换用红色激光照射双缝
C.增大纸板与墙面的距离
D.减小光源与纸板的距离
3.(2024·山东卷，4)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图10甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　)
图10
A.滚珠b、c均合格
B.滚珠b、c均不合格
C.滚珠b合格，滚珠c不合格
D.滚珠b不合格，滚珠c合格
4.(2024·广东卷，6)如图11所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角θ从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
图11
A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
5.(多选)(2024·甘肃卷，10)如图12为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是(　　)
图12
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ＝45°，光线c消失
C.若入射光a变为白光，光线b为白光
D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直
6.(2024·山东卷，15)某光学组件横截面如图13所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
图13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
基础保分练
1.(多选)(2024·山东菏泽二模)以下说法正确的是(　　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，条纹间距会变大
C.用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光
D.为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”，使光学系统成像更清晰，这是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理
2.(多选)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。如图1所示，关于电磁波的应用，以下说法正确的是(　　)
图1
A.图甲中经过调制后的电磁波的波长不变
B.图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究
C.图丙中红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点
D.图丁中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
3.(2024·浙江县域联盟一模)地球大气层对光线的折射会使地球上的人们看到的太阳位置与实际位置存在偏差，这种现象被称为蒙气差效应。为便于研究这一现象，现将折射率不均匀的大气简化成折射率为的均匀大气，大气层的厚度等效为地球半径R，赤道上的人一天中能看到太阳的时间相比没有大气层时要多(　　)
图2
A.3小时 B.2小时 C.1.5小时 D.1小时
4.(2024·江西南昌二模)如图3所示，昌昌同学为了测量某浓度糖水的折射率，将圆柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再将圆柱体竖直插入水中，圆柱体的中轴线与圆桶的中轴线重合；用刻度尺测量圆柱体在糖水中成的像的直径d2＝5.80 cm；已知圆柱体截面直径为d1＝4.00 cm，透明圆桶直径d3＝10.00 cm。则该糖水的折射率为(　　)
图3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
5.(2023·湖北卷，6)如图4所示，楔形玻璃的横截面POQ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，OQ边上有光射出部分的长度为(　　)
图4
A.d B.d C.d D.d
6.(多选)(2024·山东济南二模)如图5所示，一段弯成四分之一圆弧形状的粗细均匀的玻璃棒截面图，ME＝MO，一细束蓝光由ME端面的中点A垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射。下列说法正确的是(　　)
图5
A.玻璃棒的折射率小于
B.发生全反射的临界角小于45°
C.若蓝光换成紫光，在弧面EF上发生全反射
D.若将入射光向E端平移，在弧面EF上不发生全反射
7.(多选)如图6是半径为R的玻璃半球体截面图，O点为球心，左表面竖直，左表面下部为毛玻璃，在其右侧竖直放置一平面镜。小明同学用激光笔发出一细束与过球心的水平直线OO1平行且间距为OA＝R的激光，小明同学缓慢地向左移动平面镜，发现当图中L＝R时，在毛玻璃上观察到清晰的亮点A′，且A′点与A点关于O点对称，已知光在真空中的速度为c。则下列判断正确的是(　　)
图6
A.激光在该玻璃中的折射率n＝
B.激光在该玻璃中的折射率n＝
C.激光在该玻璃中的传播速度为c
D.激光由A点射入到从A′点射出的时间t＝
8.(2024·安徽淮南二模)有两种透明物质甲、乙，知道其中一种为玻璃，另一种为水晶。某同学利用图7所示装置根据光的干涉原理对甲、乙两种物质进行鉴别，该同学上网查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物质甲和乙放置在双缝和屏幕之间(充满之间的区域)，通过单缝S0的某种单色光经过双缝S1、S2后在屏幕上形成明暗相间的条纹，测得两相邻亮条纹的间距分别为x甲和x乙，且x甲图7
A.透明物质甲为水晶
B.光在甲中的传播速度大于在乙中的传播速度
C.该单色光在透明物质甲、乙中传播时的波长之比为
D.透明物质甲、乙对该单色光的折射率之比为
9.(多选)(2024·湖南长沙模拟预测)如图8，有一边长为2a的正方体玻璃砖，中心有一单色点光源O，该玻璃砖对该光源的折射率n＝，已知光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是(　　)
图8
A.该光在玻璃砖中传播的速度为
B.光线从玻璃砖射出的最短时间为
C.若不考虑多次反射，从玻璃砖射出的光线在玻璃砖中传播的最长时间为
D.从外面看玻璃砖被照亮的总面积为6a2
10.(多选)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图9所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　)
图9
A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动
B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动
培优高分练
11.(2023·山东卷，16)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图10所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n＜)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
图10
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
热点一　光的折射与全反射
1.求解折射率的三个公式
(1)n12＝。(2)n＝。(3)n＝。
2.折射率的理解
(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。
(2)光密介质指折射率大的介质，而不是指密度大的介质。
(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(4)同一种光在不同介质中的折射率不同。
例1 (多选)(2024·天津南开二模)如图1甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为1∶3，由a、b、c三种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是(　　)
图1
A.该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率
B.c光在液体球中的传播速度最大
C.该液体材料对b光的折射率为
D.若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球
答案　BC
解析　根据折射率的公式n＝可知，以相同的入射角射入球中时，a光的折射角较小，故其折射率较大，A错误；以相同的入射角射入球中时，c光的折射角最大，折射率最小，故在液体球中传播的速度最大，B正确；如图所示，可知b光线折射角的正弦值sin r＝，故该液体对b光的折射率n＝＝＝，C正确；若继续增大入射角i，b光的折射角增大，光线远离同心球形气泡，光线从液体材料射出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光的可逆性可知不会发生全反射，D错误。
求解光的折射和全反射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系。
(3)利用折射定律等公式求解。
(4)注意折射现象中光路的可逆性。
训练1 (2024·江苏卷，6)现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则(　　)
图2
A.甲溶液折射率较大
B.甲溶液的NaCl浓度较小
C.光在甲溶液中的传播速度较大
D.光在甲中发生全反射的临界角较大
答案　A
解析　
训练2 (2024·湖南永州三模)如图3所示为三棱镜的截面△ABC，∠A＝105°、∠B＝45°。某细单色光束从AC边上的D点射入三棱镜，折射光线射到BC边上的E点，刚好发生全反射，反射光线垂直射到AB边的F点，光线在D点的入射角为α，折射角为β，已知B、E两点之间的距离为L，sin 15°＝，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是(　　)
图3
A.sin α＝
B.sin β＝
C.光从E到F的传播时间为
D.介质对此单色光的折射率为
答案　C
解析　设光线在介质中发生全反射的临界角为θ，折射光线射到BC边上的E点，刚好发生全反射，反射光线垂直射到AB边的F点，由几何关系可得θ＝45°，由折射率的定义可得n＝＝，D错误；已知∠A＝105°、∠B＝45°，由几何关系可得∠ADE＝75°，则β＝15°，代入得sin β＝，由折射率公式知n＝，解得sin α＝，A、B错误；E、F两点之间的距离为d＝Lsin 45°，由n＝，光从E到F的传播时间为t＝＝，C正确。
热点二　光的波动性　电磁波
1.光的双缝干涉和单缝衍射的比较
双缝干涉 单缝衍射
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)
图样不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相同 中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波
2.电磁振荡和电磁波
(1)电磁振荡：周期T＝2π，电流为0时电场能最大，电流最大时磁场能最大。
(2)关于电磁波的产生的两点说明
①能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电场，也就是说，所产生的磁场或电场必须是变化的，而不能是稳定的。
②明确是怎样变化的电场(磁场)产生怎样变化的磁场(电场)。振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场；LC振荡电路产生的振荡电场和振荡磁场都能产生电磁波。
(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关。
例2 (2024·浙江湖州二模)某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图4所示。材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
图4
A.表面3可以与表面2平行
B.该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的
C.仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大
D.仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
答案　C
解析　该条纹是由上层玻璃下表面2与材料乙的上表面3的反射光发生干涉形成的，由空气劈尖薄膜干涉原理可知，若表面3与表面2平行，则两表面的反射光之间的光程差始终恒定，不会形成明暗相间的条纹，故A、B错误；若温度升高，干涉条纹向左移动，则上层玻璃下表面2与材料乙的上表面3之间的空气膜厚度增加，即材料甲膨胀程度大，故C正确；若换用频率更小的单色光，则波长变长，根据条纹间距公式Δx＝λ可知，干涉条纹间距增大，对应空气膜厚度增加，干涉条纹向右移动，故D错误。
训练3 (多选)某同学采用图5甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　　)
图5
A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
答案　ACD
解析　题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝λ可知，照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。
训练4 (2024·广东惠州市一模)使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图6所示，以下说法正确的是(　　)
图6
A.蓝牙通信的电磁波是可见光
B.在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短
C.两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉
D.蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速
答案　B
解析　蓝牙通信的电磁波是无线电波，不是可见光，故A错误；在同种介质中，蓝牙通信与手机通信的电磁波传播速度相等，但蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率，所以蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确；两束蓝牙通信的电磁波若频率相同，相位差恒定，就会发生干涉，故C错误；蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D错误。
热点三　几何光学与物理光学的综合应用
1.含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同。
2.各种色光的比较
颜色 红橙黄绿青蓝紫
频率f 低→高
同一介质中的折射率 小→大
同一介质中速度 大→小
波长 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
例3 (2024·江苏南京二模)为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图7甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是(　　)
图7
A.a光发生全反射的临界角大
B.a光的频率小于b光
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小
答案　C
解析　作出光路图，如图所示，在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于a光照射的面积较小，则a光的临界角较小，故A错误；根据n＝可知，水对a光的折射率大于对b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，故B错误，C正确；a光的频率较高，则波长较小，根据Δx＝λ可知，用同一装置做双缝干涉实验，a光条纹间距更小，故D错误。
训练5 (2024·河北衡水模拟预测)一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，在玻璃砖中传播后分为a、b两束从上表面射出，如图8所示，下列说法正确的是(　　)
图8
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的频率小于b光的频率
C.遇到障碍物时a光更容易发生明显的衍射现象
D.增大空气一侧的入射角，a、b光线都不会消失
答案　D
解析　光路图如图所示，在玻璃砖上表面折射时，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，故A错误；由a光的折射率较大，可得a光的频率较大，故B错误；b光的频率较小，则b光的波长较长，遇到障碍物时波长较长的b光更容易发生明显的衍射现象，故C错误；两列光折射后经反射再从玻璃进入空气折射，由几何关系可知第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角，根据光路的可逆性可知两列光均不能发生全反射，故增大空气一侧的入射角，两列光不会消失，故D正确。
1.(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
答案　A
解析　蓝光频率大于红光频率，光子能量E＝hν，ν越大，E越大，可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量，A正确；光子动量p＝＝，ν越大，p越大，可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，B错误；同一介质对蓝光的折射率大于对红光的折射率，根据v＝可知，在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，C错误；光从真空进入介质，频率不变，D错误。
2.(2024·黑吉辽卷，4)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图9所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　　)
图9
A.换用更粗的头发丝
B.换用红色激光照射双缝
C.增大纸板与墙面的距离
D.减小光源与纸板的距离
答案　A
解析　双缝干涉中相邻两亮条纹的间距Δx＝λ，若换用更粗的头发丝，d增大，Δx减小，A正确；换用红色激光照射双缝，λ增大，Δx增大，B错误；增大纸板与墙面的距离，l增大，Δx增大，C错误；减小光源与纸板的距离对产生的亮条纹间距无影响，D错误。
3.(2024·山东卷，4)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图10甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　)
图10
A.滚珠b、c均合格
B.滚珠b、c均不合格
C.滚珠b合格，滚珠c不合格
D.滚珠b不合格，滚珠c合格
答案　C
解析　单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面与下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃间距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的不相等，即滚珠c不合格，C正确。
4.(2024·广东卷，6)如图11所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角θ从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
图11
A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
答案　B
解析　红光的频率比绿光的频率小，则红光的折射率小于绿光的折射率，在MN面，入射角相同，根据折射定律n＝，可知绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误；根据全反射发生的条件sin C＝可知，红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移过程中，在NP面的入射角先达到红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；在MN面，光是从光疏介质到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；根据折射定律n＝可知，θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。
5.(多选)(2024·甘肃卷，10)如图12为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是(　　)
图12
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ＝45°，光线c消失
C.若入射光a变为白光，光线b为白光
D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直
答案　ABC
解析　如图所示，根据几何关系可知，当入射角θ＝30°时，折射角β＝90°－θ＝60°，根据折射定律可得n＝＝，A正确；根据全反射临界角公式可知sin C＝＝，由于sin 45°＝>，则45°>C，因此θ＝45°时，光在O点发生全反射，光线c消失，B正确；光在界面处发生反射时，不改变光的颜色，则入射光的颜色与反射光的颜色相同，C正确；若入射光a变为紫色，则折射角增大，反射角不变，根据几何关系可知，光线b和c的夹角将小于90°，D错误。
6.(2024·山东卷，15)某光学组件横截面如图13所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
图13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
答案　(1)0.75　(2)
解析　(1)设光在三棱镜中的折射角为α，则根据折射定律有n＝
根据几何关系可得α＝30°
代入数据解得sin θ＝0.75。
(2)作出单色光线第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图，则由几何关系可知FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有
sin C＝
设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有l＝Rsin C
又xPE＝
联立解得xPE＝R
故光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为。
基础保分练
1.(多选)(2024·山东菏泽二模)以下说法正确的是(　　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，条纹间距会变大
C.用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光
D.为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”，使光学系统成像更清晰，这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　泊松亮斑是光绕过障碍物形成的，属于光的衍射现象，故A正确；将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，根据n＝可知，光的波长变小，结合条纹间距与波长之间的关系Δx＝λ可知条纹间距变小，故B错误；自然光在各个振动方向上的强度相同，所以旋转偏振片时透射光的亮度不变，而用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光，故C正确；根据薄膜干涉原理，为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”， 薄膜前后表面反射光相互干涉而消弱，使光学系统成像更清晰，故D正确。
2.(多选)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。如图1所示，关于电磁波的应用，以下说法正确的是(　　)
图1
A.图甲中经过调制后的电磁波的波长不变
B.图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究
C.图丙中红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点
D.图丁中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
答案　AB
解析　图甲中为调幅波，不影响频率，故波长不变，A正确；图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究，B正确；红外线夜视仪利用的是红外遥感技术，C错误；CT机通过X射线拍摄人体组织，D错误。
3.(2024·浙江县域联盟一模)地球大气层对光线的折射会使地球上的人们看到的太阳位置与实际位置存在偏差，这种现象被称为蒙气差效应。为便于研究这一现象，现将折射率不均匀的大气简化成折射率为的均匀大气，大气层的厚度等效为地球半径R，赤道上的人一天中能看到太阳的时间相比没有大气层时要多(　　)
图2
A.3小时 B.2小时 C.1.5小时 D.1小时
答案　B
解析　太阳光是平行光，临界光路图如图所示。由几何关系可得临界光线的折射角满足sin r＝＝，可知临界光线的折射角为30°；根据折射定律可得n＝＝，解得i＝45°，由几何关系可知，地球多转α角度便看不见太阳了，则有α＝60°－45°＝15°，一个住在赤道上的人在太阳“落山”后还能看到太阳的时间为t＝×24 h＝1 h，同理可知，在太阳升起时也能提早1小时看到太阳，所以赤道上的人一天中能看到太阳的时间相比没有大气层时要多2小时，故B正确。
4.(2024·江西南昌二模)如图3所示，昌昌同学为了测量某浓度糖水的折射率，将圆柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再将圆柱体竖直插入水中，圆柱体的中轴线与圆桶的中轴线重合；用刻度尺测量圆柱体在糖水中成的像的直径d2＝5.80 cm；已知圆柱体截面直径为d1＝4.00 cm，透明圆桶直径d3＝10.00 cm。则该糖水的折射率为(　　)
图3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
答案　A
解析　作出对应的光路图如图所示，根据几何关系可得
sin i＝，sin r＝
则该糖水的折射率为n＝＝＝＝1.45，故A正确。
5.(2023·湖北卷，6)如图4所示，楔形玻璃的横截面POQ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，OQ边上有光射出部分的长度为(　　)
图4
A.d B.d C.d D.d
答案　C
解析　设光线在OQ界面的入射角为α，折射角为β，由几何关系可知α＝30°，由折射定律得n＝＝，光线在OQ界面的临界条件为恰好发生全反射，光路图如图，其中OB⊥CS，光线在A、B两点恰好发生全反射，由sin C＝＝得A、B两处的临界角为45°，A、B之间有光线射出，由几何关系可知AB＝2AC＝2CS＝OS＝d，故C正确。
6.(多选)(2024·山东济南二模)如图5所示，一段弯成四分之一圆弧形状的粗细均匀的玻璃棒截面图，ME＝MO，一细束蓝光由ME端面的中点A垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射。下列说法正确的是(　　)
图5
A.玻璃棒的折射率小于
B.发生全反射的临界角小于45°
C.若蓝光换成紫光，在弧面EF上发生全反射
D.若将入射光向E端平移，在弧面EF上不发生全反射
答案　AC
解析　如图所示，玻璃的折射率n＝＝＝<，故A正确；因sin C＝＞＝sin 45°，所以临界角C＞45°，故B错误；由于紫光频率大于蓝光频率，则紫光临界角小于蓝光临界角，紫光在弧面EF上发生全反射，故C正确；入射光向E端平移，在弧面EF上入射角大于临界角，发生全反射，故D错误。
7.(多选)如图6是半径为R的玻璃半球体截面图，O点为球心，左表面竖直，左表面下部为毛玻璃，在其右侧竖直放置一平面镜。小明同学用激光笔发出一细束与过球心的水平直线OO1平行且间距为OA＝R的激光，小明同学缓慢地向左移动平面镜，发现当图中L＝R时，在毛玻璃上观察到清晰的亮点A′，且A′点与A点关于O点对称，已知光在真空中的速度为c。则下列判断正确的是(　　)
图6
A.激光在该玻璃中的折射率n＝
B.激光在该玻璃中的折射率n＝
C.激光在该玻璃中的传播速度为c
D.激光由A点射入到从A′点射出的时间t＝
答案　BD
解析　光路图如图所示，根据光路的对称性与光路的可逆性，依题意有sin α＝＝，所以α＝30°，根据余弦定理得A1O＝R2＋L2－2LRcos α，解得A1O1＝R，所以θ＝α＝30°，β＝60°，根据折射定律可得n＝＝，故A错误，B正确；激光在该玻璃中的传播速度为v＝＝c，激光在该玻璃中通过的路程s1＝2AA1＝R，激光由A点射入到从A′点射出的时间t＝＋＝，故C错误，D正确。
提能增分练
8.(2024·安徽淮南二模)有两种透明物质甲、乙，知道其中一种为玻璃，另一种为水晶。某同学利用图7所示装置根据光的干涉原理对甲、乙两种物质进行鉴别，该同学上网查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物质甲和乙放置在双缝和屏幕之间(充满之间的区域)，通过单缝S0的某种单色光经过双缝S1、S2后在屏幕上形成明暗相间的条纹，测得两相邻亮条纹的间距分别为x甲和x乙，且x甲图7
A.透明物质甲为水晶
B.光在甲中的传播速度大于在乙中的传播速度
C.该单色光在透明物质甲、乙中传播时的波长之比为
D.透明物质甲、乙对该单色光的折射率之比为
答案　A
解析　双缝干涉时，相邻两亮条纹的间距Δx＝λ，λ为光在介质中传播时的波长，介质对光的折射率n＝＝，其中v为光在介质中传播时的速度，λ0为光在真空中传播时的波长，因x甲n乙，v甲9.(多选)(2024·湖南长沙模拟预测)如图8，有一边长为2a的正方体玻璃砖，中心有一单色点光源O，该玻璃砖对该光源的折射率n＝，已知光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是(　　)
图8
A.该光在玻璃砖中传播的速度为
B.光线从玻璃砖射出的最短时间为
C.若不考虑多次反射，从玻璃砖射出的光线在玻璃砖中传播的最长时间为
D.从外面看玻璃砖被照亮的总面积为6a2
答案　AB
解析　当光在玻璃砖内传播的距离最短即垂直立方体各个面射出时，光所经历的时间最短，光在玻璃砖内传播的速度为v＝，传播的最短时间为tmin＝，联立可得v＝，tmin＝，A、B正确；选取其中的一个面进行分析，光线发生全反射的临界角为sin C＝，当入射角大于临界角C时将不会有光线射出，光在各个面上照亮的部分为圆形，设半径为r，根据几何关系有tan C＝，解得r＝，从玻璃砖射出的光线在玻璃砖中传播的最长时间tm＝＝，圆的面积为S′＝πr2，照亮的总面积为S＝6S′，联立解得S＝3πa2，C、D错误。
10.(多选)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图9所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　)
图9
A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动
B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动
答案　BC
解析　画出平面镜略与水平面有微小夹角的干涉光路图，如图甲所示，其中S、S1或S、S2相当于双缝干涉实验中的双缝。沿AO向左略微平移平面镜，即图中从②位置→①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误；同理可知，沿OA向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，相当于双缝的间距d增大，双缝到光屏间的距离l不变，由Δx＝λ可知，干涉条纹间距减小，故B正确；画出θ＝0°时的干涉光路图，如图乙所示，其中S、S′相当于双缝干涉实验中的双缝，沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜，虚像S′位置不变，即双缝的间距d不变，双缝到光屏间的距离l不变，由Δx＝λ可知，干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误。
培优高分练
11.(2023·山东卷，16)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图10所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n(n＜)。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
图10
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
答案　(1) (2)≤b≤
解析　(1)由题意可知，当激光在两侧刚好发生全反射时，从M下端面出射光与竖直方向夹角最大，设出射光与竖直方向偏角最大时的入射角为α，由几何关系有C＋α＝90°
又因为sin C＝，n＝
联立解得sin θ＝。
(2)根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示
则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围为b1≤b≤b2
当距离最近时有tan θ＝
当距离最远时有tan θ＝
根据(1)可知tan θ＝
联立可得b1＝，b2＝
所以满足条件的范围为≤b≤。(共65张PPT)
第14课时　光　电磁波
专题五　机械振动与机械波　光　电磁波
知识网络
目 录
CONTENTS
突破高考热点
01
课时跟踪训练
03
链接高考真题
02
突破高考热点
1
热点二　光的波动性　电磁波
热点一　光的折射与全反射
热点三　几何光学与物理光学的综合应用
热点一　光的折射与全反射
1.求解折射率的三个公式
2.折射率的理解
(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。
(2)光密介质指折射率大的介质，而不是指密度大的介质。
(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
(4)同一种光在不同介质中的折射率不同。
图1
BC
例1 (多选)(2024·天津南开二模)如图1甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为1∶3，由a、b、c三种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以i＝45°的入射角射入球中，a、b、c三条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是(　　)
求解光的折射和全反射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系。
(3)利用折射定律等公式求解。
(4)注意折射现象中光路的可逆性。
图2
A
训练1 (2024·江苏卷，6)现有一束光以相同的入射角θ，打在两杯不同浓度的NaCl溶液甲、乙中，折射光线如图2所示(β1<β2)，已知NaCl溶液的折射率随NaCl浓度的增大而增大。则(　　)
A.甲溶液折射率较大
B.甲溶液的NaCl浓度较小
C.光在甲溶液中的传播速度较大
D.光在甲中发生全反射的临界角较大
解析　
图3
C
热点二　光的波动性　电磁波
1.光的双缝干涉和单缝衍射的比较
双缝干涉 单缝衍射
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)
图样不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相同 中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波
2.电磁振荡和电磁波
图4
C
例2 (2024·浙江湖州二模)某同学根据光的干涉原理设计了探究不同材料热膨胀程度的实验装置，如图4所示。材料甲置于玻璃平板之间，材料乙的上表面3与上层玻璃下表面2间形成空气劈尖。单色光垂直照射到玻璃平板上，就可以观察到干涉条纹。下列说法正确的是(　　)
A.表面3可以与表面2平行
B.该条纹是由上层玻璃上表面1与下层玻璃上表面4的反射光发生干涉形成的
C.仅温度升高，若干涉条纹向左移动，则材料甲膨胀程度大
D.仅换用频率更小的单色光，干涉条纹将向左移动
训练3 (多选)某同学采用图5甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是(　 　)
图5
A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C.照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D.照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
ACD
图6
B
训练4 (2024·广东惠州市一模)使用蓝牙耳机接听手机来电，信号传输示意图如图6所示，以下说法正确的是(　　)
A.蓝牙通信的电磁波是可见光
B.在同种介质中，蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短
C.两束蓝牙通信的电磁波在任何情况下都不会发生干涉
D.蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度小于光速
解析　蓝牙通信的电磁波是无线电波，不是可见光，故A错误；在同种介质中，蓝牙通信与手机通信的电磁波传播速度相等，但蓝牙通信的电磁波频率高于手机通信的电磁波频率，所以蓝牙通信的电磁波波长比手机通信的电磁波波长短，故B正确；两束蓝牙通信的电磁波若频率相同，相位差恒定，就会发生干涉，故C错误；蓝牙通信的电磁波在真空中的传播速度等于光速，故D错误。
热点三　几何光学与物理光学的综合应用
1.含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质时，由于介质对不同色光的折射率不同，各种色光的偏折程度不同。
2.各种色光的比较
颜色 红橙黄绿青蓝紫
频率f 低→高
同一介质中的折射率 小→大
同一介质中速度 大→小
波长 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
图7
C
例3 (2024·江苏南京二模)为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图7甲所示，水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是(　　)
A.a光发生全反射的临界角大
B.a光的频率小于b光
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小
图8
D
训练5 (2024·河北衡水模拟预测)一束光照射到底面有涂层的平行玻璃砖上表面，在玻璃砖中传播后分为a、b两束从上表面射出，如图8所示，下列说法正确的是(　　)
A.在玻璃中a光的折射率小于b光的折射率
B.a光的频率小于b光的频率
C.遇到障碍物时a光更容易发生明显的衍射现象
D.增大空气一侧的入射角，a、b光线都不会消失
解析　光路图如图所示，在玻璃砖上表面折射时，a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，故A错误；由a光的折射率较大，可得a光的频率较大，故B错误；b光的频率较小，则b光的波长较长，遇到障碍物时波长较长的b光更容易发生明显的衍射现象，故C错误；两列光折射后经反射再从玻璃进入空气折射，由几何关系可知第一次折射的折射角等于第二次折射的入射角，根据光路的可逆性可知两列光均不能发生全反射，故增大空气一侧的入射角，两列光不会消失，故D正确。
链接高考真题
2
A
1.(2024·新课标卷，17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖，不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是(　　)
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
A
2.(2024·黑吉辽卷，4)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图9所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是(　　)
图9
A.换用更粗的头发丝
B.换用红色激光照射双缝
C.增大纸板与墙面的距离
D.减小光源与纸板的距离
C
3.(2024·山东卷，4)检测球形滚珠直径是否合格的装置如图10甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠的直径相等为合格，下列说法正确的是(　　)
图10
A.滚珠b、c均合格
B.滚珠b、c均不合格
C.滚珠b合格，滚珠c不合格
D.滚珠b不合格，滚珠c合格
解析　单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃的下表面与下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，形成干涉条纹，光程差为两块玻璃间距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的波程差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的波程差不同，则滚珠a的直径与滚珠c的不相等，即滚珠c不合格，C正确。
B
4.(2024·广东卷，6)如图11所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角θ从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是(　　)
图11
A.在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B.θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C.θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D.θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
ABC
5.(多选)(2024·甘肃卷，10)如图12为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ＝30°时，反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是(　 　)
图12
6.(2024·山东卷，15)某光学组件横截面如图13所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
图13
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
根据几何关系可得α＝30°
代入数据解得sin θ＝0.75。
(2)作出单色光线第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图，则由几何关系可知FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有
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3
ACD
1.(多选)(2024·山东菏泽二模)以下说法正确的是(　 　)
A.泊松亮斑是由光的衍射形成的
B.将托马斯·杨双缝干涉实验装置放进水中，条纹间距会变大
C.用一个偏振片来观察某光源发出的光，在垂直光的传播方向上旋转偏振片时，发现光的强度发生变化，说明该光是偏振光
D.为增加透射光的强度，在眼镜、相机等镜片表面涂有一层“薄膜”，使光学系统成像更清晰，这是利用了薄膜前后表面反射光相互干涉的原理
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AB
2.(多选)电磁波在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。如图1所示，关于电磁波的应用，以下说法正确的是(　　)
图1
A.图甲中经过调制后的电磁波的波长不变
B.图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究
C.图丙中红外线夜视仪是利用了红外线热效应强的特点
D.图丁中CT机应用人体发射红外线的原理拍摄人体组织
解析　图甲中为调幅波，不影响频率，故波长不变，A正确；图乙中天文学家利用射电望远镜接收无线电波，进行天体物理研究，B正确；红外线夜视仪利用的是红外遥感技术，C错误；CT机通过X射线拍摄人体组织，D错误。
B
图2
A.3小时 B.2小时 C.1.5小时 D.1小时
A
4.(2024·江西南昌二模)如图3所示，昌昌同学为了测量某浓度糖水的折射率，将圆柱形透明薄桶放在水平桌面上，倒入半桶糖水；再将圆柱体竖直插入水中，圆柱体的中轴线与圆桶的中轴线重合；用刻度尺测量圆柱体在糖水中成的像的直径d2＝5.80 cm；已知圆柱体截面直径为d1＝4.00 cm，透明圆桶直径d3＝10.00 cm。则该糖水的折射率为(　　)
图3
A.1.45 B.1.72 C.2.00 D.2.50
解析　作出对应的光路图如图所示，根据几何关系可得
C
5.(2023·湖北卷，6)如图4所示，楔形玻璃的横截面POQ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，OQ边上有光射出部分的长度为(　　)
图4
AC
6.(多选)(2024·山东济南二模)如图5所示，一段弯成四分之一圆弧形状的粗细均匀的玻璃棒截面图，ME＝MO，一细束蓝光由ME端面的中点A垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射。下列说法正确的是(　　)
图5
BD
图6
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8.(2024·安徽淮南二模)有两种透明物质甲、乙，知道其中一种为玻璃，另一种为水晶。某同学利用图7所示装置根据光的干涉原理对甲、乙两种物质进行鉴别，该同学上网查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，他先后把透明物质甲和乙放置在双缝和屏幕之间(充满之间的区域)，通过单缝S0的某种单色光经过双缝S1、S2后在屏幕上形成明暗相间的条纹，测得两相邻亮条纹的间距分别为x甲和x乙，且x甲图7
AB
图8
BC
10.(多选)(2024·湖南卷，9)1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验)，平面镜沿OA放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度θ，如图9所示。S为单色点光源。下列说法正确的是(　　)
图9
A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动
B.沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小
C.若θ＝0°，沿OA向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
D.若θ＝0°，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动
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图10
(1)从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
(2)被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围(只考虑在被测物体表面反射一次的光线)。
解析　(1)由题意可知，当激光在两侧刚好发生全反射时，从M下端面出射光与竖直方向夹角最大，设出射光与竖直方向偏角最大时的入射角为α，由几何关系有C＋α＝90°
(2)根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示
则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围为b1≤b≤b2

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