2025年高中物理复习讲解热点专题十九 几何光学与物理光学的综合.doc

热点专题十九几何光学与物理光学的综合

【专题解读】1.本专题是光的折射定律、全反射、色散等几何光学知识与光的本性结合的内容，高考主要以选择题形式考查。2.学好本专题可以帮助同学们学会通过作图分析光路知识，并以物理光学的角度理解光的本性。

热点一光的折射现象和物理光学

【例1】(2020·名校新高考研究联盟联考)如图1所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是()

图1

A.a光的频率小于b光的频率

B.出射光束a、b一定相互平行

C.a、b两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角大

D.用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距

答案B

解析作出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，故A错误；因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知出射光束一定相互平行，故B正确；因为a光的折射率较大，根据sinC＝eq\f(1,n)，则知a光的临界角小，故C错误；a光的频率较大，则波长较小，根据干涉条纹间距公式Δx＝eq\f(l,d)λ知，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，故D错误。

【例2】(2021·连云港适应性演练)明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图2所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是()

图2

A.若增大入射角i，则b光先消失

B.在该三棱镜中a光波长小于b光

C.a光能发生偏振现象，b光不能发生

D.若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低

答案D

解析设折射角为α，在右界面的入射角为β，如图所示，根据几何关系有α＋β＝A，根据折射定律n＝eq\f(sini,sinα)，增大入射角i，折射角α增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率(na＜nb)，则a光的波长大于b光的波长(λa＞λb)，故B错误；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误；根据光电效应方程和遏止电压的概念可得，最大初动能Ek＝hν－W0，再根据动能定理－eUc＝0－Ek，即遏止电压Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，na＜nb，则a光的频率小于b光的频率(νa＜νb)，a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确。

【针对训练1】(2021·泰州期末)如图3所示，一束复色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b，下列判断正确的是()

图3

A.a光在玻璃中的速度大于b光在玻璃中的速度

B.a、b两束光遇到同样的障碍物时，a光更容易发生明显衍射

C.增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是a光

D.用a、b两束光分别照射到同一金属表面，b光更容易使金属发生光电效应

答案C

解析根据光路可知，单色光a在空气中的角度较大，所以根据折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知，a光对玻璃的折射率较大。根据折射率与速度的关系式n＝eq\f(c,v)可知，a光在玻璃中的速度小于b光在玻璃中的速度，A错误；折射率越大的光，其频率越大，用a、b两束光分别照射到同一金属表面，a光更容易使金属发生光电效应，根据频率与波长的关系式c＝λν可知，a光的波长小于b光的波长，而波长越短，越难发生明显衍射，所以a、b两束光遇到同样的障碍物时，a光更难发生明显衍射，B、D错误；根据全反射公式sinC＝eq\f(1,n)，可知a光对玻璃的临界角较小，所以增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是a光，C正确。

【针对训练2】如图4，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为45°和30°，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ，下列说法正确的是()

图4

A.在玻璃砖中的折射率之比为nⅠ∶nⅡ＝eq\r(2)∶1

B.在玻璃砖中的传播时间之比为tⅠ∶tⅡ＝1∶eq\r(2)

C.在玻璃砖中的波长之比为λⅠ∶λⅡ＝eq\r(2)∶1

D.由该玻璃砖射向真空时临界角正弦之比为sinCⅠ∶sinCⅡ＝1∶eq\r(2)

答案B

解析假设两单色光Ⅰ、Ⅱ折射角为θ，则Ⅰ光折射率为nⅠ＝eq\f(sinθ,sin45°)，Ⅱ光折射率为nⅡ＝eq\f(sinθ,sin30°)，解得nⅠ∶nⅡ