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2020高考物理一轮复习第15章光学、电磁波与相对论（4份）
2020高考物理一轮复习第15章光学、电磁波与相对论（4份）
资料简介
专题十五 光学、电磁波与相对论
考点内容
要求
热点考向
1.
光的折射定律
Ⅱ
本部分高考主要考查
几何光学中的光的折
射、折射率、全反射
及各种物理量的关
系，一般以计算题的
形式考查
.
有时也以选
择题的形式考查麦克
斯韦的电磁场理论、
电磁波的传播和电磁
波谱以及相对论
.
2.
折射率
Ⅰ
3.
全反射、光导纤维
Ⅰ
4.
光的干涉、衍射和偏振现象
Ⅰ
5.
电磁波的产生
Ⅰ
6.
电磁波的发射、传播和接收
Ⅰ
7.
电磁波谱
Ⅰ
8.
狭义相对论的基本假设
Ⅰ
9.
质能关系
Ⅰ
10.
实验十五：测定玻璃的折射率
—
11.
实验十六：用双缝干涉测量光的波长
—
第
1
讲
光的折射、全反射
考点
1
光的折射定律
1.
折射现象：光从一种介质进入另一种介质时传播方向
________
的现象
.
2.
折射定律
(1)
内容：折射光线
与入射光线、法线处在同一平面内，折
射光线与入射光线分别位于法线的
_________
；入射角的正弦与
_______________
成正比
.
是比例常数
).
改变
两侧
折射角的正弦
考点
2
折射率
入射角的正弦
折射角的正弦
1.
定义：光从真空射入某种介质发生折射时，
____________
与
____________
_
_
之比，叫做这种介质的折射率
.
2.
定义式：
n
＝
________.
折射率由介质本身
的光学性质和光
的频率决定
.
1
光密
光疏
偏折程度
3.
计算公式：
n
＝
________
，因为
v
＜
c
，所以任何介质的折
射率都大于
________.
对两种介质来说，若
n
1
>
n
2
，则折射率为
n
1
的介质称为
____
介质，折射率为
n
2
的介质称为
________
介质
.
4.
物理意义：折射率是表示光从一种介质进入另一种介质
时，发生
____________
的物理量，与入射角
θ
1
及折射角
θ
2
的大
小无关
.
考点
3
全反射
1.
定义：光从光密介质入射到光疏介质的分界面上时，当
________
增大到某一角度时，折射光线消失，只剩下反射光线
的现象
.
入射角
光密
光疏
2.
条件：①光从
________
介质射向
________
介质；②入射
角
____________
临界角
.
大于或等于
3.
临界角：折射角等于
90°
时的入射角
.
若光从光密介质
(
折
射率为
n
)
射向真空或空气时，发生全反射的临界角为
C
，则
s
in
C
＝
________.
4.
应用：全反射棱镜、
____________.
光导纤维
考点
4
光的色散、棱镜
1.
光的色散：含有多种颜色的光被分解为
________
的现象
叫做光的色散
.
白光通过三棱镜会分解为红、橙、
_______
、绿、
________
、靛、紫七种单色光
.
单色光
黄
蓝
2.
光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长
的
________
排列
.
3.
棱镜
有序
三角形
折射率
(1)
定义：截面是
________
的玻璃仪器，可以使
光发生色散，
白光的色散表明各色光在同一介质中的
________
不同
.
(2)
三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发
生色散
.
【
基础自测
】
1.(
多选
)
如图
15-1-1
所示，光在真空和某介质的界面
MN
上
发生折射，由图可知
(
)
A.
光是从真空射入介质的
B.
光是由介质射入真空的
图
15-1-1
E.
反射光线与折射光线的夹角为
90°
答案：
BDE
2.(
多选
)
下列说法正确的是
(
)
A.
在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的
像将比物体所处的实际位置高
B.
光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原
理来传递信息的
C.
玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显亮，是
由于光的全反射
D.
海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下
层空气的折射率大
E.
小孔成像是根据光的全反射
解析：
由于光的折射，当水中的潜水员斜向上看岸边的物
体时，看到的物体的像比物体的实际位置高，
A
正确；光纤通
信是利用光的全反射原理来传递信息的，
B
正确；玻璃杯裂缝
处在光的照射下，看上去比周围明显
亮是由于光在裂缝处发生
全反射造成的，
C
正确；海市蜃楼产生的原因是海面上方上层
空气的折射率比下层空气的折射率小，
D
错误
.
小孔成像是光的
直线传播，
E
错误
.
故
A
、
B
、
C
正确
.
答案：
ABC
3.(
多选
)
如图
15-1-2
所示，
ABCD
是两面平行的透明玻璃，
AB
面和
CD
面平行，它们是玻璃和空气的界面，设为界面
1
和
界面
2.
光线从界面
1
射入玻璃砖，再从界面
2
射出，回到空气
)
中，如果改变光到达界面
1
时的入射角，则
(
图
15-1-2
A.
只要入射角足够大，光线在界面
1
上可能发生全反射
现象
B.
只要入射角足够大，光线在界面
2
上可能发生全反射
现象
C.
不管入射角多大，光线在界面
1
上都不可能发生全反射
现象
D.
不管入射角多大，光线在界面
2
上都不可能发生全反射
现象
E.
光线穿过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移
解析：
在界面
1
，光由空气进入
玻璃砖，是由光疏介质进
入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，
A
错
误；在界面
2
，光由玻璃砖进入空气，是由光密介质进入光疏
介质，由于界面
1
和界面
2
平行，光由界面
1
进入玻璃后再到
达界面
2
，在界面
2
上的入射角等于在界面
1
上的折射角，因
此入射角总是小于临界角，也不会发生全反射现象，
B
错误
.
故
C
、
D
、
E
正确
.
答案：
CDE
4.(
多选
)
白光通过三棱镜
发生色散现象，下列说法正确的是
(
)
A.
不同颜色的光在真空中的光速不同
B.
在同一介质中红光的折射率比紫光小
C.
在同一介质中红光的光速比紫光大
D.
每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜
色的光
E.
只有复色光才会出现色散现象
介质中波速是：
n
越大，
v
越小；
n
越小，
v
越大
.
答案：
BCE
热点
1
折射现象与折射率
[
热点归纳
]
1.
对折射率的理解
(1)
折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了
(2)
折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关
.
同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小
.
(3)
同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频
率相同
.
项目
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
通过平行玻璃砖的
光线不改变传播方
向，但要发生侧移
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，经过两次折射后向圆心偏折
2.
平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体
(
球
)
对光路的控制：
项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体
(
球
)
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
(
续表
)
考向
1
平行玻璃砖对光路的控制
【
典题
1
】
人造树脂是常用的眼镜镜片材料
.
如图
15-1-3
所
示，光线射在一人造树脂立方体上，经折射后
，射在桌面上的
P
点
.
已知光线的入射角为
30°
，
OA
＝
5 cm
，
AB
＝
20 cm
，
BP
＝
12 cm
，求该人造树脂材料的折射率
n
.
图
15-1-3
考向
2
三棱镜对光路的控制
【
典题
2
】
(2018
年新课标
Ⅲ
卷
)
如图
15-1-4
，某同学在一张
水平放置的白纸上画了一个
小标记
“
·”(
图中
O
点
)
，然后用横
截面为等边三角形
ABC
的三棱镜压在这个标记上，小标记位于
AC
边上
.
D
位于
AB
边上，过
D
点做
AC
边的垂线交
AC
于
F
.
该同学在
D
点正上方向下顺着直线
DF
的方向观察
恰好可以看到小标记的像；过
O
点做
AB
边的垂线
交直线
DF
于
E
；
DE
＝
2 cm
，
EF
＝
1 cm.
求三棱镜
的折射率
.(
不考虑光线在三棱镜中的反射
)
图
15-1-4
解：
过
D
点作
AB
边的垂线
NN
′
，连接
OD
，则∠
ODN
＝
α
为
O
点发出的光纤在
D
点的入射角；设该光线在
D
点的折射
角为
β
，如图
D
73
所示
.
根据折射定律有
图
D73
n
sin
α
＝
sin
β
①
式中
n
为三棱
镜的折射率
由几何关系可知
②
③
∠
β
＝
60°
∠
EOF
＝
30°
在△
OEF
中有
④
EF
＝
OE
sin ∠
EOF
由③④
式和题给条件得
OE
＝
2 cm
⑤
根据题给条件可知，△
OED
为等腰三角形，有
α
＝
30°
⑥
由①②⑥式得
n
＝
⑦
考向
3
透明球对光的控制
【
典题
3
】
(2018
届广东汕头模拟
)
现行高速公路的标志牌
常贴有“逆反射
膜
”
，采用高折射率玻璃微珠后半表面镀铝作
为后向反射器，具有极强的逆向回归反射性能，能将大部分光
线直接
“
反射
”
回来，造成反光亮度
.
如图
15-1-5
甲为该反光膜
的结构示意图，镶嵌于膜内的玻璃微珠由均匀透明的介质组成，
球体直径极小，约为
10
微米
.
如图乙，玻璃微珠的球心位于
O
点，半径为
R
，有一平行于中心轴
AO
的光线射入，该光线与
AO
之间的距离为
H
，最后从球面射出的光线恰好与入射光线平
行
(
不考虑多次反射
).
(1)
若玻璃微珠折射率
n
＝
，则入射光离
AO
的距离
H
为
多大，才能使入射光经玻璃珠折射后到达
B
点？
(2)
要使射向玻璃珠的光线总有部分光线能平行“反射”
出玻璃珠，求制作“逆反射膜”所用的玻璃珠折射率
n
′
至少
为多少？
甲
乙
图
15-1-5
解：
(1)
设入射光射入玻璃珠时的入射角为
i
，折射角为
r
，
图
D74
考向
4
组合体对光路的控制
【
典题
4
】
(2017
年新课标
Ⅰ
卷
)
如图
15-1-6
所示，一玻璃
工件的上半部是半径为
R
的半球体，
O
点为球心；下半部是半
径为
R
、高为
2
R
的圆柱体，圆柱体底面镀有反射膜
.
有一平行于中心轴
OC
的光线从半球面射入，该光
线与
OC
之间的距离为
0.6
R
.
已知最后从半球面射出
的光线恰好与入射光线平行
(
不考虑多次反射
).
求该
玻璃的折射率
.
图
15-1-6
解：
如图
D75
所示，根据光路的对称性和光路可
逆性，与入射光线相对于
OC
轴对称的出射光线一定
与入射光线平行
.
这样，从半球面射入的折射光线，将
从圆柱体底面的中心
C
点反射
.
图
D75
设光线在半球面的入射角为
i
，折射角为
r
.
由折射定律有
sin
i
＝
n
sin
r
①
热点
2
全反射现象的理解及应用
[
热点归纳
]
1.
求解光的折射、全反射问题的四点提醒：
(1)
光密介质和光疏介质是相对而言的
.
同一种介质，相对于
其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质
.
(2)
如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多
大，都不会发生全反射现象
.
(3)
在光的反射和全反射现象中，均遵循光的反射定律，光
路均是可逆的
.
(4)
当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射
和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射
.
2.
解决全反射问题的一般方法：
(1)
确定光是从光密介质进入光疏介质
.
(3)
根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射
.
(4)
如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图
.
(5)
运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分
析、判断、运算，解决问题
.
3.
求解全反射现象中光的传播时间的一般思路：
考向
1
全反射中的临界问题
【
典题
5
】
(2018
届安徽
A10
联盟开年考
)
如图
15-1-7
甲所
示为一半圆形玻璃砖
ABC
，
AB
为直径且长为
6 cm
，
O
为
AB
的
中点，一条光线与
AB
成
30°
从
O
点射入玻璃，光线在
AB
所在
面上的反射光线与进入玻璃砖的光线夹角为
90°.
求：
(1)
该单色光在半圆形玻璃砖中的折射率
n
.
(2)
如图乙，现将一束平行的该单色光垂直于
AB
面射入，
则该单色光直接从
ACB
圆周上射出部分的光线宽度
L
.
乙
甲
图
15-1
-7
解：
(1)
由题意知：入射角
i
＝
60°
，折射角
γ
＝
30°
(2)
光线从
AB
进入玻璃砖刚好发生全反射时如图
D76
所示，
图
D76
设单色光在半圆形玻璃砖中的临界角为
θ
，光从
D
进入，
在
E
发生全反射，从对称点
F
进入，在
G
点发生全反射，射出
部分光线的宽度为
DF
间距，故有：
考向
2
折射定律与全反射综合
[
热点归纳
]
求解光的折射与全反射的综合问题时，要抓住折射定律和
发生全反射的条件这两个关键
.
基本思路如下：
(1)
判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质
进入光疏介质
.
(2)
判断入射角是否大于临界角，明确是否发生全反射现象
.
(3)
画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光
路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识进行推断和求解
相关问题
.
(4)
折射率
n
是讨论折射和全
反射问题的重要物理量，是联
系各物理量的桥梁，对跟折射率有关的所有关系式应熟练掌握
.
【
典题
6
】
(2018
年新课标
Ⅱ
卷
)
如图
15-1-8
，△
ABC
是一
直角三棱镜的横截面，∠
A
＝
90°
，∠
B
＝
60°
，一细光束从
BC
边的
D
点折射后，射到
AC
边的
E
点，发生全反射后经
AB
边
的
F
点射出
.
EG
垂直于
AC
交
BC
于
G
，
D
恰好是
CG
的中点
.
不计多次反射
.
(1)
求出射光相对于
D
点的入射光的偏角
.
(2)
为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
图
15-1-8
解：
(1)
光线在
BC
面上折射，由折射定律有
图
D77
sin
i
1
＝
n
sin
r
1
①
式中，
n
为棱镜的折射率，
i
1
和
r
1
，分别是该光线在
BC
面
上的
入射角和折射角
.
光线在
AC
面上发生全反射，由反射定
律有
i
2
＝
r
2
②
式中
i
2
和
r
2
分别是该光线在
AC
面上的入射角和反射角
.
光
线在
AB
面上发生折射，由折射定律有
n
sin
i
3
＝
sin
r
3
③
式中
i
3
和
r
3
分别是该光线在
AB
面上的入射角和折射角
.
由几何关系得
i
2
＝
r
2
＝
60°
，
r
1
＝
i
3
＝
30°
④
F
点的出射光相对于
D
点的入射光的偏角为
⑤
δ
＝
(
r
1
－
i
1
)
＋
(180°
－
i
2
－
r
2
)
＋
(
r
3
－
i
3
)
由①②③④⑤式得
δ
＝
60°
⑥
(2)
光线在
AC
面上发生全反射，光线在
AB
面上不发生全
反射，有
n
sin
i
2
≥
n
sin
C
>
n
sin
i
3
⑦
式中
C
是全反
射临界角，满足
n
sin
C
＝
1
⑧
由④⑦⑧式知，棱镜的折射率
n
的取值范围应为
(1)
光线从
BC
界面射出时的折射角
.
(2)
入射点
E
点到圆心
O
′
的距离
.
图
15-1-9
解：
(1)
画出光路图如图
D78
：
图
D78
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