2024届高考物理一轮复习热点题型归类训练专题31光学(原卷版+解析)

专题31光学目录TOC\o"1-3"\h\u题型一几何光学 1类型1折射定律和折射率的理解及应用 1类型2全反射现象的理解和综合分析 13题型二物理光学 27类型1光的干涉现象 27类型2光的衍射和偏振现象 33类型3电磁振荡、电磁波 38题型三几何光学与物理光学的综合 45类型1光的折射现象和物理光学 45类型2全反射现象和物理光学 49类型3光学与其他知识的综合问题 55题型一几何光学【解题指导】1．光的折射和全反射的三个公式：(1)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)；(2)n＝eq\f(c,v)；(3)sinC＝eq\f(1,n).2.解题关键：准确作出光路图；充分运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似三角形等知识．类型1折射定律和折射率的理解及应用1.对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq\f(c,n)。(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。2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。3.解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意折射现象中光路是可逆的。4.常见介质对光路的控制类别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，出射光线向棱镜底边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【例1】（2023·安徽·校联考模拟预测）一块玻璃砖的横截面为直角三角形，如图所示，，，直角边的长度为。一束蓝光平行于从斜边上的点射向玻璃砖，与夹角，光线经面折射后从面上的点射出。已知该玻璃砖对蓝光的折射率，真空中的光速为，则蓝光从点传播到点所用时间为（）

A． B． C． D．【例2】（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）现要测量一玻璃圆盘的折射率，但是由于手边没有角度测量工具，一同学想到用表盘辅助测量。使一束单色光从11点处水平射入，发现从7点处水平射出，则玻璃折射率n为（）

A．1.5 B．2 C． D．【例3】．（2023·湖南·模拟预测）一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它可视为由半径为的四分之一圆与直角三角形组成，，。现有一束单色光从边上的点以入射角射入玻璃砖，折射光线与平行，再经圆弧界面反射后从点垂直边界射出。已知光在真空中的速率为，则（）

A．该单色光在玻璃砖材料中的折射率为B．C．D．该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为【例3】（2023春·河南南阳·高三南阳中学校考阶段练习）如图所示，某透明材料的横截面是半径为的半圆，为直径，O为圆心。P为圆周上的一点，P到的距离为；透明材料的折射率为，底面用吸光材料涂黑。入射光平行于射向圆面上的P点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为，求：（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角；（2）光通过透明材料的时间。

【例4】．（2023·四川成都·统考三模）如图为放置在水平面上的某矩形容器的剖面图，右侧壁为镀银镜面，左侧壁为屏幕，容器底部处发射一束与夹角为的激光束，光束经反射后打到上的点。已知，。（ⅰ）求的距离；（ⅱ）向容器内缓慢注入某溶液至上的光点位置下降至点，已知的距离，溶液对该光束的折射率，求液面的深度。

【例5】．（2023春·陕西汉中·高三校联考阶段练习）图为一个透明的玻璃圆柱体的横截面，其半径，是过圆心的一条水平直径。有一激光源S，发射出一条很细的水平激光束，恰好与玻璃圆柱体顶部相切。现将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动时，水平激光束第一次从B点射出。求（ⅰ）玻璃的折射率n；（ⅱ）经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间t（从进入玻璃圆柱体开始计时，只考虑一次反射，真空中的光速）。

【例6】．（2023春·全国·高三期末）2021年12月9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象课后张同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是R，外径是2R。假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角，经折射后恰好与内球面在B点相切，最后到达C点，已知光速为c，求：（1）单色光在水球内的折射率n；（2）单色光从A点到C点在水球内传播的时间t。类型2全反射现象的理解和综合分析1.分析综合问题的基本思路(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等于临界角，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，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。2.求光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化。即v＝eq\f(c,n)。(2)全反射现象中。光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。(3)利用t＝eq\f(l,v)求解光的传播时间。【例1】（2023·黑龙江哈尔滨·哈师大附中校考三模）如图所示，取一个半径为的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在下面的长度为。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。则液体的折射率为（）

A． B． C． D．【例2】．（2023·山西阳泉·统考三模）水底某处有个红色的点光源，在水面上形成的红色的圆形光亮区域的面积为，若把该处的红色点光源换成蓝色点光源，其它条件不变，则在水面上形成的蓝色的圆形光亮区域的面积为，已知水对红、蓝两种光的折射率分别为和，则等于（

）A． B． C． D．【例3】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）如图所示，横截面为圆环的柱形容器由折射率为n的玻璃制成，其外径为，内径为，MN为一条直径。有两束光线，其中光线A在纸平面内传播，从M点射向容器，经一次折射后，恰好与容器内壁相切，另一束光线B平行于MN射向容器，经过一次折射后，恰好在容器内壁发生全反射，则下列说法正确的是（）

A．光线A的入射角正弦值为B．光线B到MN的距离等于C．光线A的入射角大于光线B的入射角D．光线B从射入柱形容器外壁到第一次到达内壁的时间为【例4】（2023·四川成都·成都七中校考模拟预测）如图所示，透明玻璃体的下半部分是圆柱体，上半部分是半球体，圆柱体的底面半径和高均为，半球体的半径也为为半球体的球心，为圆柱体底面圆心。现有一束光从处射向玻璃体，入射光与的夹角为，逐渐增大，使得光线从半球体点射出，射出方向与平行，点距半球体底面的距离为，已知光在真空中传播速度为。求：（ⅰ）透明玻璃体的折射率；（ⅱ）逐渐增大，求光在玻璃体里面的最短传播时间。

【例5】．（2023·江西南昌·统考三模）如图所示，半圆玻璃砖的半径，直径AB与光屏MN垂直并接触于A点。一束激光a从半圆弧表面上射向半圆玻璃砖的圆心O，光线与竖直直径AB之间的夹角为，最终在光屏MN上出现两个光斑，且两个光斑之间距离为。求：（i）玻璃砖的折射率；（ⅱ）改变激光Q的入射方向，使光屏MN上只剩一个光斑，求此光斑离A点的最远距离。

【例6】．（2023春·山西晋中·高三统考阶段练习）我国航天员王亚平在空间站进行太空授课时，往水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象．一同学画了过球心的截面图，如图所示，内径是，外径是．假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与直线所成夹角，经折射后恰好与内球面相切。已知光在真空中传播速度为c，求：（1）单色光在水球中的折射率和传播时间；（2）入射角的正弦值为多大时，光束在内球恰好发生全反射。【例7】．（2023·河北·校联考模拟预测）如图所示，三角形是直角三棱镜的横截面，其中。当光线垂直于边由中点射入时，刚好在边上发生全反射。已知边的长度为，光在真空中的传播速度为。（1）求棱镜的折射率为多大；（2）若使光线从边的中点平行于边射入，求光在棱镜中的传播时间（不考虑由面返回的光）。

【例8】．（2023·贵州毕节·统考三模）如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱棱镜的横截面图，只有CD面镀上银，其中，，，，截面内有一束光从图示的位置E点垂直AB边射入棱镜，，不考虑AB界面的反射。（i）画出光路图；（ⅱ）确定光线最终从哪个界面射出，射出点距B点的距离为多少?

题型二物理光学类型1光的干涉现象1．双缝干涉(1)条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。(2)明暗条纹的判断方法如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。当Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。2．薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。(2)亮暗条纹的判断方法两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。在Q处，Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。【例1】（2023春·全国·高三期末）如图甲所示为双缝干涉实验的原理图，屏上的点位于双缝和的中垂线上，在双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质。用一单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹，屏上点是一条暗条纹的中心，点到点的距离为x。已知该单色光在真空中的波长为，双缝与屏之间的距离为L，则双缝和间的距离为（）A． B．C． D．【例2】．（2023·山东青岛·统考三模）如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是（）

A．光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B．相邻亮条纹的间距为C．若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变D．若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变【例3】．（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端加入四张纸片，形成一个空气薄膜。当红光从上方玻璃垂直射入后，从上往下看到的条纹如图乙所示。下列说法正确的是（）A．图乙是光的衍射形成的图案B．任意相邻两条亮条纹中心所对应的薄膜厚度差等于入射光的波长C．若仅将红光换为紫光，则相邻两条亮条纹的中心间距变大D．若抽出两张纸片，则相邻两条亮条纹的中心间距变大【例4】．（2023·湖北襄阳·襄阳四中校考模拟预测）趁着微风不燥阳光正好，约三五好友去户外郊游是一件十分惬意的事情。在户外的时候要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。如果所要消除的紫外线的频率为9.0×1014Hz，他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为，那么这种“增反膜”的最小厚度为（

）

A．5.0×10－8m B．8.3×10－8m C．1.0×10－7m D．1.7×10－7m【例5】（2023·海南·统考模拟预测）某同学利用双缝干涉实验装置测量红光的波长，当测量头分划板中心刻线分别与第1条和第6条亮纹中心对齐时，测量头的读数分别为，则下列说法正确的是（）A．相邻两条亮条纹的间距为B．相邻两条亮条纹的间距为C．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将增加D．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将减少类型2光的衍射和偏振现象1．对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。2．单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距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，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加，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，在屏上叠加形成的。4．光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。【例1】(2022·北京顺义区统考)以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到()A．黑白相间的条纹，这是光的干涉B．黑白相间的条纹，这是光的衍射C．彩色的条纹，这是光的干涉D．彩色的条纹，这是光的衍射【例2】(多选)(2022·江苏名校3月联考)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ【例3】(多选)(2022·天津市等级考模拟)下列关于光的性质说法正确的是()A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的干涉现象D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象【例4】（2023春·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）下列关于光的偏振的说法中正确的是（）A．自然光通过偏振片后就变成了偏振光B．自然光通过偏振片后就变成了单色光C．光的偏振现象说明光波是横波D．光的偏振现象说明光波是纵波【例5】（2023春·全国·高三期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，下列说法正确的是（

）A．甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心确实有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【例6】．（2023春·广东揭阳·高三校考期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（

）A．甲图属于圆孔衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【例7】．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）图示为通过3D眼镜看电脑显示屏的照片，下列说法正确的是（）A．左侧镜片上涂有增反膜B．右侧镜片上涂有增透膜C．两侧镜片为透振方向不同的偏振片D．电脑显示屏发出的光为自然光类型3电磁振荡、电磁波1．电磁振荡的特点LC电路工作过程具有对称性和周期性。(1)两个物理过程①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。(2)两个特殊状态①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解3．对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直。(2)电磁波与机械波的比较名称项目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)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能【例1】（2023春·黑龙江哈尔滨·高三校考期中）下列关于电磁场和电磁波说法正确的是（）A．变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场B．电磁波是横波，不能在真空中传播C．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量D．变化的电场在周围的空间一定产生变化的磁场【例2】．（2023春·山东·高三济南市章丘区第四中学校联考阶段练习）LC振荡电路的振荡周期为T，时刻线圈中的磁场最强，方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i，电容器极板a带的电荷量为q，线圈中储存的磁场能为（与通过线圈的电流的平方成正比），极板间储存的电场能为（与电容器所带的电荷量的平方成正比），以a板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是（）

A．

B．

C．

D．

【例3】．（2023春·上海浦东新·高二上海市进才中学校考阶段练习）麦克斯韦通过对电磁场统一理论的研究，预言了电磁波的存在。下列有关电磁波的理解正确的是（）A．电磁波在任何介质中传播速度都是相同的B．电磁波和机械波一样，都依靠介质传播振动形式和能量C．太空中传送至地面的无线电波是横波D．电磁波与机械波一样可以发生反射、折射等现象，但不会产生干涉现象【例4】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）正是人类对电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。下列说法正确的是（）A．奥斯特发现电流的磁效应，并创造性地用“磁感线”形象地描述“场”的物理图景B．麦克斯韦建立了电磁场理论，并在实验中捕捉到了电磁波C．普朗克认为振动着的带电微粒的能量是连续的D．爱因斯坦认为光是一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫作光子【例5】．（2023春·江苏淮安·高三淮阴中学校考阶段练习）电磁波谱及其相关应用如图所示，下列说法不正确的是（）A．电磁波是一种物质 B．可见光中红光光子的能量最大C．紫外线可以用来灭菌消毒 D．电磁波中最容易发生衍射现象的是无线电波【例6】．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，电流计G可视为理想电表，先将开关S置于a处，待电路稳定后将开关S移至b处同时开始计时，电感线圈L和电容器C组成振荡电路，其振荡周期为T。下列说法正确的是（）A．开关S刚移至b处，电流计G中将有从左向右的电流经过B．过程中，电容器C放电，电容减小C．时刻，电感线圈L中磁场能最大D．过程中，电流计G的读数逐渐变大【例7】．（2023春·安徽合肥·高三校联考期中）LC振荡电路中某时刻的磁场方向如图所示。下列说法正确的是（

）

A．若磁场正在减弱，则电容器的上极板带负电B．若电容器的上极板带正电，则线圈中电流正在减小C．若电容器正在放电，则电容器的上极板带正电D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流减小【例8】．（2023春·江西上饶·高三校联考阶段练习）如图所示是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对回路情况的判断正确的是（）

A．若电路中电容的上板带正电，则该电路中电流在增大B．若电路中电容的下板带正电，则电感产生的磁场在增强C．若电路中电流i正在增大，则该电路中电容上的电荷量也在增大D．若电路中电流i正在减小，则该电路中电容器里的电场必定向下题型三几何光学与物理光学的综合类型1光的折射现象和物理光学【例1】（2023·辽宁丹东·统考二模）如图甲所示，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，如图乙所示。假设此液体球其内外半径之比为，当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内，从A点以的入射角射入球中，其中光的折射光线刚好与液体球内壁相切，则下列说法正确的是（）A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率B．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C．该液体材料对光的折射率为D．光在液体球中的传播速度最小【例2】．（2023·北京海淀·北大附中校考三模）一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图所示。对于两束单色光来说（）

A．玻璃对a光的折射率较小 B．a光在玻璃中传播的速度较大C．b光的波长较长 D．b光光子的能量较大【例3】．（2023·广东深圳·校考模拟预测）彩虹的形成是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次折射形成。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。关于a光和b光的说法中，正确的是（

）A．a光是红光 B．a光的波长更长C．b光更容易发生衍射 D．在真空中传播时，b光的速度更大【例4】．（2023·北京·高三专题练习）如图所示，一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在玻璃砖与空气的界面上发生反射和折射，入射角为，折射角为。下列说法正确的是（）A．反射光的频率大于入射光的频率 B．折射光的波长等于入射光的波长C．若增大入射角，则折射角将减小 D．若增大入射角，则折射光将减弱类型2全反射现象和物理光学【例1】（2023·天津红桥·高三统考期中）频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一上下表面平行等厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是（）

A．单色光1的波长大于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度C．改变空气中光线的入射角，在玻璃板下表面可能发生全反射D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角【例2】．（2023·天津和平·统考三模）每年夏季，我国多地会出现日晕现象如图甲，日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（）A．在冰晶中，a光的传播速度小B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小D．照射同一金属发生光电效应，b光使其逸出的光电子最大初动能大【例3】．（2023春·湖北武汉·高三统考阶段练习）一包含有两种频率光的激光束，从真空中垂直射入截面为直角三角形的玻璃棱镜，光路如图所示。激光从棱镜的斜边面出射时被分为a、b两束光。已知，截面顶角为，棱镜对这两种频率光的折射率分别为和。下列说法正确的是（）A．a光的频率大于比b光的频率B．a光与b光在三棱镜中的传播速度之比是C．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹比a光的宽D．为使这两种频率的光都能从棱镜斜边射出，角的取值范围是【例4】．（2023秋·广东深圳·高三深圳市罗湖外语学校校考期末）某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b得到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法中正确的是（）

A．a光子的能量大于b光子的能量B．b光更容易发生明显的衍射现象C．单色光a在水中的传播速度比b光快D．从同一种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角小于b光的临界角【例5】．（2023·天津和平·耀华中学校考二模）用a、b两束单色光照射同一单缝做衍射实验，观察衍射图样发现：a光的中央亮纹比b光的中央亮纹窄，下列说法正确的是（）A．a、b两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，b光的折射角小B．a、b两束单色光在水下同一深度处，b光照亮水面的面积较大C．用同一装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较大D．用a光照射某金属，不能发生光电效应，用b光照射有可能发生光电效应类型3光学与其他知识的综合问题【例1】(多选)一束复色光射到平行玻璃砖的上表面，经玻璃砖下表面射出后分为a、b两束光，下列说法正确的是()A．在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度B．若从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光的大C．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距Δxa＞ΔxbD．a、b两束光分别照射到同种金属上，相应的遏止电压分别为Ua和Ub，则Ua＞Ub【例2】(2022·北京海淀区一模)由a和b两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。a光是氢原子由n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是()A．该三棱镜对a光的折射率较大B．在该三棱镜中，a光的传播速度小于b光的传播速度C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距D．b光可能是氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时发出的【例3】（2023·湖北省直辖县级单位·统考模拟预测）1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏双缝干涉实验的结果，利用的基本装置如图所示，单色缝光源S与平面镜M平行。某次实验，S发射波长为的单色光a，光屏上形成干涉条纹，虚线上方的第二条亮条纹出现在N处；若S发射波长为的单色光b，光屏上N处出现第三条亮条纹。已知单色光源S与镜面所在直线间的距离为h，与光屏间的距离为l，不考虑半波损失，下列说法正确的是（）

A．单色光波长为λ时光屏上干涉条纹间距为B．两单色光的光子动量之比C．若将平面镜M右移一小段距离，光屏上的条纹间距变小D．若撤去平面镜M，光屏上仍然能出现明暗相间的条纹专题31光学目录TOC\o"1-3"\h\u题型一几何光学 1类型1折射定律和折射率的理解及应用 1类型2全反射现象的理解和综合分析 13题型二物理光学 27类型1光的干涉现象 27类型2光的衍射和偏振现象 33类型3电磁振荡、电磁波 38题型三几何光学与物理光学的综合 45类型1光的折射现象和物理光学 45类型2全反射现象和物理光学 49类型3光学与其他知识的综合问题 55题型一几何光学【解题指导】1．光的折射和全反射的三个公式：(1)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)；(2)n＝eq\f(c,v)；(3)sinC＝eq\f(1,n).2.解题关键：准确作出光路图；充分运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似三角形等知识．类型1折射定律和折射率的理解及应用1.对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v＝eq\f(c,n)。(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。2.光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。3.解决光的折射问题的思路(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。(3)利用折射定律、折射率公式求解。(4)注意折射现象中光路是可逆的。4.常见介质对光路的控制类别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，出射光线向棱镜底边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【例1】（2023·安徽·校联考模拟预测）一块玻璃砖的横截面为直角三角形，如图所示，，，直角边的长度为。一束蓝光平行于从斜边上的点射向玻璃砖，与夹角，光线经面折射后从面上的点射出。已知该玻璃砖对蓝光的折射率，真空中的光速为，则蓝光从点传播到点所用时间为（）

A． B． C． D．【答案】A【详解】作出光路图如图所示：

由几何关系可得，光在AC面上的入射角为根据折射率得解得根据几何关系可得该蓝光在玻璃砖中的传播速度所以蓝光从P点传播到Q点所用时间故选A。【例2】（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）现要测量一玻璃圆盘的折射率，但是由于手边没有角度测量工具，一同学想到用表盘辅助测量。使一束单色光从11点处水平射入，发现从7点处水平射出，则玻璃折射率n为（）

A．1.5 B．2 C． D．【答案】D【详解】根据题意，由折射定律和反射定律画出光路图，如图所示

由几何关系可得，光线在点处的入射角为，折射角为，则折射率为故选D。【例3】．（2023·湖南·模拟预测）一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它可视为由半径为的四分之一圆与直角三角形组成，，。现有一束单色光从边上的点以入射角射入玻璃砖，折射光线与平行，再经圆弧界面反射后从点垂直边界射出。已知光在真空中的速率为，则（）

A．该单色光在玻璃砖材料中的折射率为B．C．D．该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为【答案】C【详解】从点将光线反向延长交圆弧于点，连接，得到玻璃砖内的光路如图所示

A．折射光线与平行，由几何关系可知折射角为则折射率为故A错误；BC．因、都垂直，所以；则有，，可得则有，故B错误，C正确；D．该单色光在玻璃砖材料中的传播距离为所以该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为故D错误。故选C。【例3】（2023春·河南南阳·高三南阳中学校考阶段练习）如图所示，某透明材料的横截面是半径为的半圆，为直径，O为圆心。P为圆周上的一点，P到的距离为；透明材料的折射率为，底面用吸光材料涂黑。入射光平行于射向圆面上的P点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为，求：（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角；（2）光通过透明材料的时间。

【答案】（1）30°；（2）【详解】（1）设光在射入圆面时入射角为i，折射角为α，如图所示

由几何关系可得解得由折射定律射出圆面时，入射角为β，折射角为r，有由几何关系可得解得由几何关系可得（2）设光在透明材料中通过的距离为l，由几何关系可得光在透明材料中的速度为光通过透明材料的时间【例4】．（2023·四川成都·统考三模）如图为放置在水平面上的某矩形容器的剖面图，右侧壁为镀银镜面，左侧壁为屏幕，容器底部处发射一束与夹角为的激光束，光束经反射后打到上的点。已知，。（ⅰ）求的距离；（ⅱ）向容器内缓慢注入某溶液至上的光点位置下降至点，已知的距离，溶液对该光束的折射率，求液面的深度。

【答案】（ⅰ）；（ⅱ）【详解】（ⅰ）光束经右侧壁反射的光路如图1

由反射定律知：反射角为，由数学关系有将代入解得（ⅱ）光束经液面折射，再经右侧壁反射的光路如图2

其中O点、点分别为折射点、反射点。设液面深度为，过O点的法线与的交点为。光束在O点的入射角为由折射定律有代入数据解得折射角为故光束在点的入射角也等于。由数学关系有又代入数据解得液面深度为【例5】．（2023春·陕西汉中·高三校联考阶段练习）图为一个透明的玻璃圆柱体的横截面，其半径，是过圆心的一条水平直径。有一激光源S，发射出一条很细的水平激光束，恰好与玻璃圆柱体顶部相切。现将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动时，水平激光束第一次从B点射出。求（ⅰ）玻璃的折射率n；（ⅱ）经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间t（从进入玻璃圆柱体开始计时，只考虑一次反射，真空中的光速）。

【答案】（ⅰ）；（ⅱ）【详解】（i）光线SC经折射后经过B点，光在玻璃圆柱体中的光路如图所示

由折射定律得由几何关系得，解得（ii）光线SC折射后经B点反射后射出玻璃，由数学知识得 光在玻璃中传播的速度为光束从射入圆柱体到射出圆柱体所用的时间为解得【例6】．（2023春·全国·高三期末）2021年12月9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象课后张同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是R，外径是2R。假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角，经折射后恰好与内球面在B点相切，最后到达C点，已知光速为c，求：（1）单色光在水球内的折射率n；（2）单色光从A点到C点在水球内传播的时间t。【答案】（1）；（2）【详解】（1）根据题意，设单色光在A点折射角为，由几何关系可得则此单色光在该水球内的折射率为（2）根据题意，由几何关系可知，单色光在水球内的传播距离为由可得，单色光在水球内的传播速度为则单色光从A点到C点的运动时间为类型2全反射现象的理解和综合分析1.分析综合问题的基本思路(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等于临界角，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，应熟练掌握跟折射率有关的所有关系式。2.求光的传播时间的一般思路(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化。即v＝eq\f(c,n)。(2)全反射现象中。光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。(3)利用t＝eq\f(l,v)求解光的传播时间。【例1】（2023·黑龙江哈尔滨·哈师大附中校考三模）如图所示，取一个半径为的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在下面的长度为。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。则液体的折射率为（）

A． B． C． D．【答案】B【详解】调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，则恰好针底部射向软木塞下边沿的光线在水和空气的表面发生全反射。画出光路图如图。由几何关系有解得故选B。

【例2】．（2023·山西阳泉·统考三模）水底某处有个红色的点光源，在水面上形成的红色的圆形光亮区域的面积为，若把该处的红色点光源换成蓝色点光源，其它条件不变，则在水面上形成的蓝色的圆形光亮区域的面积为，已知水对红、蓝两种光的折射率分别为和，则等于（

）A． B． C． D．【答案】C【详解】设点光源距水面的深度为h，被光照亮的圆形区域的半径为r，光路如图所示：

由几何关系有又有，联立可得可知故选C。【例3】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）如图所示，横截面为圆环的柱形容器由折射率为n的玻璃制成，其外径为，内径为，MN为一条直径。有两束光线，其中光线A在纸平面内传播，从M点射向容器，经一次折射后，恰好与容器内壁相切，另一束光线B平行于MN射向容器，经过一次折射后，恰好在容器内壁发生全反射，则下列说法正确的是（）

A．光线A的入射角正弦值为B．光线B到MN的距离等于C．光线A的入射角大于光线B的入射角D．光线B从射入柱形容器外壁到第一次到达内壁的时间为【答案】C【详解】A．光线与容器内壁相切，光路图如图1所示，设光线在M点的入射角为i，折射角为r，由折射定律得由几何关系得解得故A错误；

C．平行于MN的光线B射向容器，在容器外壁的入射角为i′，折射角为r′，如图2所示，由折射定律得光线恰好在容器内壁发生全反射，入射角等于临界角C，光路图如图所示，则根据正弦定理可得解得即则故C正确；B．设光线B到MN的距离为d，根据几何关系可得d=R1sini′=R2故B错误。D．光线B从射入柱形容器外壁到第一次到达内壁，根据正弦定理可得时间为选项D错误。故选C。【例4】（2023·四川成都·成都七中校考模拟预测）如图所示，透明玻璃体的下半部分是圆柱体，上半部分是半球体，圆柱体的底面半径和高均为，半球体的半径也为为半球体的球心，为圆柱体底面圆心。现有一束光从处射向玻璃体，入射光与的夹角为，逐渐增大，使得光线从半球体点射出，射出方向与平行，点距半球体底面的距离为，已知光在真空中传播速度为。求：（ⅰ）透明玻璃体的折射率；（ⅱ）逐渐增大，求光在玻璃体里面的最短传播时间。

【答案】（ⅰ）（ⅱ）【详解】（ⅰ）因为射出方向与平行，由几何关系可知，出射角为，入射角为，根据折射率定义有解得（ⅱ）发生全反射的临界角为，有，得出故光不会入射到圆柱体侧面，从半球体表面出射的最短传播时间即在球面刚好发生全反射的光，设为B点，则，玻璃中传播速度传播时间【例5】．（2023·江西南昌·统考三模）如图所示，半圆玻璃砖的半径，直径AB与光屏MN垂直并接触于A点。一束激光a从半圆弧表面上射向半圆玻璃砖的圆心O，光线与竖直直径AB之间的夹角为，最终在光屏MN上出现两个光斑，且两个光斑之间距离为。求：（i）玻璃砖的折射率；（ⅱ）改变激光Q的入射方向，使光屏MN上只剩一个光斑，求此光斑离A点的最远距离。

【答案】（i）；（ⅱ）【详解】（i）光路如上图所示，由题意可得，激光在AB面上发生折射时的入射角

设半圆玻璃砖的折射率为n，折射角为，则其中，由于所以且解得（ⅱ）分析可得，当激光在AB面上恰好发生全反射时，光屏MN上只剩一个光斑，且光斑离A点的距离最远，光路如下图所示。设激光在AB上恰好发生全反射时的临界角为C，则由数学知识可得光斑离A点的最远距离【例6】．（2023春·山西晋中·高三统考阶段练习）我国航天员王亚平在空间站进行太空授课时，往水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象．一同学画了过球心的截面图，如图所示，内径是，外径是．假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与直线所成夹角，经折射后恰好与内球面相切。已知光在真空中传播速度为c，求：（1）单色光在水球中的折射率和传播时间；（2）入射角的正弦值为多大时，光束在内球恰好发生全反射。【答案】（1），；（2）【详解】（1）在A点时，由题意可知，入射角为由几何关系有由折射定律得该束单色光在该透明材料中的传播速度为单色光在该材料中的传播时间为代入数据解得（2）光束从A点入射，入射角为时光束经折射到达内球面的点，恰好发生全反射。如图：

此时有由正弦定理得又解得由折射定律得解得【例7】．（2023·河北·校联考模拟预测）如图所示，三角形是直角三棱镜的横截面，其中。当光线垂直于边由中点射入时，刚好在边上发生全反射。已知边的长度为，光在真空中的传播速度为。（1）求棱镜的折射率为多大；（2）若使光线从边的中点平行于边射入，求光在棱镜中的传播时间（不考虑由面返回的光）。

【答案】（1）2；（2）【详解】（1）当光线从垂直于边的中点射入时，在面上的入射角根据解得（2）光线从边的中点平行于边射入，光在棱镜中的光路图如图所示

光线经过两次全反射后，从面垂直射出根据几何关系可知光在棱镜中的传播距离光在棱镜中的传播速度光在棱镜中的传播时间解得【例8】．（2023·贵州毕节·统考三模）如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱棱镜的横截面图，只有CD面镀上银，其中，，，，截面内有一束光从图示的位置E点垂直AB边射入棱镜，，不考虑AB界面的反射。（i）画出光路图；（ⅱ）确定光线最终从哪个界面射出，射出点距B点的距离为多少?

【答案】（i）见解析；（ii）光线从AB界面射出，【详解】（i）光路图如图所示

（ii）如图，全反射的临界角为当光线经DC面反射到BC面时，其入射角为，则有故光线在BC界面发生全发射，如图由几何关系得在直角中，有则有最终光线从AB界面的Q点垂直射出，射出点距B点的距离为题型二物理光学类型1光的干涉现象1．双缝干涉(1)条纹间距公式：Δx＝eq\f(l,d)λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。(2)明暗条纹的判断方法如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。当Δr＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。2．薄膜干涉(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。(2)亮暗条纹的判断方法两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2倍。在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。在Q处，Δr＝(2n＋1)eq\f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。【例1】（2023春·全国·高三期末）如图甲所示为双缝干涉实验的原理图，屏上的点位于双缝和的中垂线上，在双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质。用一单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹，屏上点是一条暗条纹的中心，点到点的距离为x。已知该单色光在真空中的波长为，双缝与屏之间的距离为L，则双缝和间的距离为（）A． B．C． D．【答案】A【详解】点到点的距离为x，根据图乙有双缝与屏之间充满折射率为n的均匀介质，则有根据干涉规律有解得故选A。【例2】．（2023·山东青岛·统考三模）如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是（）

A．光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B．相邻亮条纹的间距为C．若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变D．若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变【答案】C【详解】A．根据双缝干涉原理，当光程差为波长的整数倍时出现亮条纹，当光程差为半个波长的奇数倍时出现暗条纹，可知，光屏上的条纹与镜面平行，并非关于平面镜M上下对称，故A错误；B．根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式其中，，所以相邻两条亮条纹之间的距离为故B错误；C．若将平面镜向右移动一些，不影响光源的像的位置和L的大小，相邻亮条纹间距不变，故C正确；D．若将平面镜向右移动一些，射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动，宽度减小，而条纹间距不变，亮条纹数量减少，故D错误；故选C。【例3】．（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端加入四张纸片，形成一个空气薄膜。当红光从上方玻璃垂直射入后，从上往下看到的条纹如图乙所示。下列说法正确的是（）A．图乙是光的衍射形成的图案B．任意相邻两条亮条纹中心所对应的薄膜厚度差等于入射光的波长C．若仅将红光换为紫光，则相邻两条亮条纹的中心间距变大D．若抽出两张纸片，则相邻两条亮条纹的中心间距变大【答案】D【详解】A．图乙为明暗相间、等间距的干涉条纹，故A错误；B．设空气膜的厚度为d，则空气膜上下表面分别反射的两列光的光程差为该处表现为亮条纹，所以相邻两条亮条纹中心所对应的薄膜厚度差为故B错误；C．若仅将红光换为紫光，波长变小，则相邻两条亮条纹的中心间距变小，故C错误；D．若抽出两张纸片，空气膜的倾角减小，则相邻两条亮条纹的中心间距变大，故D正确。故选D。【例4】．（2023·湖北襄阳·襄阳四中校考模拟预测）趁着微风不燥阳光正好，约三五好友去户外郊游是一件十分惬意的事情。在户外的时候要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。如果所要消除的紫外线的频率为9.0×1014Hz，他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为，那么这种“增反膜”的最小厚度为（

）

A．5.0×10－8m B．8.3×10－8m C．1.0×10－7m D．1.7×10－7m【答案】C【详解】光程差2d=nλ，（n=1，2，3…）而波长膜的厚度至少是膜中波长的，即为1.0×10－7m。故选C。【例5】（2023·海南·统考模拟预测）某同学利用双缝干涉实验装置测量红光的波长，当测量头分划板中心刻线分别与第1条和第6条亮纹中心对齐时，测量头的读数分别为，则下列说法正确的是（）A．相邻两条亮条纹的间距为B．相邻两条亮条纹的间距为C．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将增加D．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将减少【答案】BC【详解】AB．根据题意第1条和第6条亮纹中心间距等于5段相邻两条亮条纹的间距，所以相邻两条亮条纹的间距为A错误，B正确；CD．根据双缝干涉实验条纹间距因为红光的波长大于紫光，所以仅将红色滤光片换成紫色滤光片则相邻两条条纹的间距变小，所以在目镜中观察到的条纹数目将增加，C正确，D错误。故选BC。类型2光的衍射和偏振现象1．对光的衍射的理解(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看做是沿直线传播的。2．单缝衍射与双缝干涉的比较单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距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，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹3.光的干涉和衍射的本质光的干涉和衍射都属于波的叠加，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，在屏上叠加形成的。4．光的偏振(1)自然光与偏振光的比较类别自然光(非偏振光)偏振光光的来源从普通光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光沿任意方向振动，且沿各个方向振动的光的强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光沿特定方向振动(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。【例1】(2022·北京顺义区统考)以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到()A．黑白相间的条纹，这是光的干涉B．黑白相间的条纹，这是光的衍射C．彩色的条纹，这是光的干涉D．彩色的条纹，这是光的衍射【答案】D【解析】由题可知该现象为光的衍射现象，故A、C错误；线状白炽灯发出的光是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，故B错误，D正确。【例2】(多选)(2022·江苏名校3月联考)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ【答案】ACD【解析】偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A或B转过的角度等于θ，故C、D正确。【例3】(多选)(2022·天津市等级考模拟)下列关于光的性质说法正确的是()A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的干涉现象D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象【答案】BC【解析】托马斯·杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波，A错误；在照相机镜头前装上偏振片可以滤掉反射光，使影像更清晰，B正确；马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的薄膜干涉现象，C正确；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的干涉现象，D错误。【例4】（2023春·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）下列关于光的偏振的说法中正确的是（）A．自然光通过偏振片后就变成了偏振光B．自然光通过偏振片后就变成了单色光C．光的偏振现象说明光波是横波D．光的偏振现象说明光波是纵波【答案】AC【详解】AB．自然光通过偏振片时，只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能通过，即自然光变成了偏振光，但不一定是单色光，A项正确，B项错误；CD．光的偏振现象说明光波是横波，C项正确、D项错误。故选AC。【例5】（2023春·全国·高三期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，下列说法正确的是（

）A．甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心确实有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【答案】D【详解】A．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射，故A错误；B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C错误；D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。故选D。【例6】．（2023春·广东揭阳·高三校考期末）某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，则下列说法错误的是（

）A．甲图属于圆孔衍射B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心的确有这个亮斑C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里【答案】B【详解】A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A正确；B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B错误；C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C正确；D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，故D正确。本题选择错误选项；故选B。【例7】．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）图示为通过3D眼镜看电脑显示屏的照片，下列说法正确的是（）A．左侧镜片上涂有增反膜B．右侧镜片上涂有增透膜C．两侧镜片为透振方向不同的偏振片D．电脑显示屏发出的光为自然光【答案】C【详解】D．手机、电脑、电视等电子显示设备发出的光是偏振光，D错误；ABC．3D眼镜的2个镜片是两个透振方向互相垂直的偏振片，图中电脑显示屏发出的偏振光的透振方向与左侧眼镜垂直，没有光穿过左侧眼镜，左侧眼镜看不见电脑显示屏，电脑显示屏发出的偏振光的透振方向与右侧眼镜平行，有光穿过右侧眼镜，右侧眼镜看得见电脑显示屏，AB错误，C正确。故选C。类型3电磁振荡、电磁波1．电磁振荡的特点LC电路工作过程具有对称性和周期性。(1)两个物理过程①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。(2)两个特殊状态①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成两次周期性变化。2．对麦克斯韦电磁场理论的理解3．对电磁波的理解(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直。(2)电磁波与机械波的比较名称项目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)的振动产生波的特点横波纵波或横波波速在真空中等于光速c＝3×108m/s在空气中不大(如声波波速在空气中一般为340m/s)是否需要介质不需要介质(在真空中仍可传播)必须有介质(真空中不能传播)能量传播电磁能机械能【例1】（2023春·黑龙江哈尔滨·高三校考期中）下列关于电磁场和电磁波说法正确的是（）A．变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场B．电磁波是横波，不能在真空中传播C．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量D．变化的电场在周围的空间一定产生变化的磁场【答案】C【详解】A．均匀变化的磁场在周围的空间产生稳定的电场，选项A错误；B．电磁波是横波，能在真空中传播，选项B错误；C．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量，选项C正确；D．均匀变化的电场在周围的空间产生稳定的磁场，选项D错误。故选C。【例2】．（2023春·山东·高三济南市章丘区第四中学校联考阶段练习）LC振荡电路的振荡周期为T，时刻线圈中的磁场最强，方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i，电容器极板a带的电荷量为q，线圈中储存的磁场能为（与通过线圈的电流的平方成正比），极板间储存的电场能为（与电容器所带的电荷量的平方成正比），以a板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是（）

A．

B．

C．

D．

【答案】C【详解】AB．由题意可知时刻线圈中的磁场最强，电路中电流最大，此时电容器电场能最小，电容器所带电荷量最小，根据右手螺旋定则可知，此时电流方向流向b板，电容器正在充电过程，电流为负方向，故AB错误；CD．时刻电容器所带电荷量为零，之后磁场能转化为电场能，由于能量是标量，因此线圈中磁场能、电场能均在横轴上方，且图像是平滑的，故C正确，D错误。故选C。【例3】．（2023春·上海浦东新·高二上海市进才中学校考阶段练习）麦克斯韦通过对电磁场统一理论的研究，预言了电磁波的存在。下列有关电磁波的理解正确的是（）A．电磁波在任何介质中传播速度都是相同的B．电磁波和机械波一样，都依靠介质传播振动形式和能量C．太空中传送至地面的无线电波是横波D．电磁波与机械波一样可以发生反射、折射等现象，但不会产生干涉现象【答案】C【详解】A．电磁波的传播速度不仅与介质有关，而且与频率有关，在不同介质中传播速度不同，故A错误；B．电磁波的传播不需要介质，机械波的传播必须要有介质，故B错误；C．太空中传送至地面的无线电波是电磁波，电磁波是横波，故C正确；D．电磁波与机械波一样可以发生反射、折射等现象，也会产生干涉现象，故D错误。故选C。【例4】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）正是人类对电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。下列说法正确的是（）A．奥斯特发现电流的磁效应，并创造性地用“磁感线”形象地描述“场”的物理图景B．麦克斯韦建立了电磁场理论，并在实验中捕捉到了电磁波C．普朗克认为振动着的带电微粒的能量是连续的D．爱因斯坦认为光是一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫作光子【答案】D【详解】A．奥斯特发现电流的磁效应，法拉第创造性地用“磁感线”形象地描述“场”的物理图景，故A错误；B．麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹在实验中捕捉到了电磁波，故B错误；C．普朗克认为振动着的带电微粒的能量是量子化的，故C错误；D．爱因斯坦认为光是一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫作光子，故D正确。故选D。【例5】．（2023春·江苏淮安·高三淮阴中学校考阶段练习）电磁波谱及其相关应用如图所示，下列说法不正确的是（）A．电磁波是一种物质 B．可见光中红光光子的能量最大C．紫外线可以用来灭菌消毒 D．电磁波中最容易发生衍射现象的是无线电波【答案】B【详解】A．电磁波是一种看不见、摸不着的特殊物质，故A正确，不符合题意；B．可见光中红光波长最长，频率最小，所以红光光子的能量最小，故B错误，符合题意；C．紫外线可以用来灭菌消毒，故C正确，不符合题意；D．电磁波中无线电波的波长最长，所以无线电波最容易发生衍射现象，故D正确，不符合题意。故选B。【例6】．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，电流计G可视为理想电表，先将开关S置于a处，待电路稳定后将开关S移至b处同时开始计时，电感线圈L和电容器C组成振荡电路，其振荡周期为T。下列说法正确的是（）A．开关S刚移至b处，电流计G中将有从左向右的电流经过B．过程中，电容器C放电，电容减小C．时刻，电感线圈L中磁场能最大D．过程中，电流计G的读数逐渐变大【答案】C【详解】A．开关S置于a处时，电容器C上极板接电源正极，开关S移至b处瞬间，电容器C开始放电，电流计G中将有从右向左的电流经过，故A错误；B．过程中，电容器C放电，带电量q减小，但是其电容不会发生变化，故B错误；C．时刻，电容器放电完毕，电容器极板上没有电荷，电场能全部转化为磁场能，所以此时电感线圈L中磁场能最大，故C正确；D．过程是电容器充电过程，此时电路中的电流逐渐变小，所以电流计G的读数逐渐变小，故D错误。故选C。【例7】．（2023春·安徽合肥·高三校联考期中）LC振荡电路中某时刻的磁场方向如图所示。下列说法正确的是（

）

A．若磁场正在减弱，则电容器的上极板带负电B．若电容器的上极板带正电，则线圈中电流正在减小C．若电容器正在放电，则电容器的上极板带正电D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流减小【答案】B【详解】A．若磁场正在减弱，则电容器中电场能增加，电容器正在充电，根据右手螺旋定则可知电流方向流向上极板，则电容器的上极板带正电，故A错误；B．根据右手螺旋定则可知电流方向流向上极板，若电容器的上极板带正电，则电容器正在充电，电容器中电场能增加，线圈中的磁场能减小，线圈中电流正在减小，故B正确；C．根据右手螺旋定则可知电流方向流向上极板，若电容器正在放电，则电容器的上极板带负电，故C错误；D．若电容器正在放电，则电容器中电场能减小，线圈中的磁场能增加，线圈中电流正在增大，自感电动势正在阻碍电流增大，故D错误。故选B。【例8】．（2023春·江西上饶·高三校联考阶段练习）如图所示是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对回路情况的判断正确的是（）

A．若电路中电容的上板带正电，则该电路中电流在增大B．若电路中电容的下板带正电，则电感产生的磁场在增强C．若电路中电流i正在增大，则该电路中电容上的电荷量也在增大D．若电路中电流i正在减小，则该电路中电容器里的电场必定向下【答案】A【详解】A．若电路中电容的上板带正电，则电容器在放电，该电路中电流在增大，故A正确；B．若电路中电容的下板带正电，则电容器在充电，电感产生的磁场在减弱，故B错误；C．若电路中电流i正在增大，则电容器在放电，该电路中电容上的电荷量在减少，故C错误；D．若电路中电流i正在减小，则电容器在充电，电容的下板带正电，该电路中电容器里的电场向上，故D错误。故选A。题型三几何光学与物理光学的综合类型1光的折射现象和物理光学【例1】（2023·辽宁丹东·统考二模）如图甲所示，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，如图乙所示。假设此液体球其内外半径之比为，当由a、b、c三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面内，从A点以的入射角射入球中，其中光的折射光线刚好与液体球内壁相切，则下列说法正确的是（）A．该液体材料对a光的折射率小于对c光的折射率B．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C．该液体材料对光的折射率为D．光在液体球中的传播速度最小【答案】C【详解】A．由图乙可知，a光在液体材料中的折射角比c光的小，由折射率，可知该液体材料对a光的折射率大于对c光的折射率，故A错误；B．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，故B错误；C．由图乙可得，b光在液体材料中的折射角由折射率，可得该液体材料对光的折射率为故C正确；D．由图乙可知，a、b、c三种颜色的光的入射角相同，c光的折射角最大，由折射率公式，可知c光的折射率最小；由，可知光在液体球中的传播速度最大，故D错误。故选C。【例2】．（2023·北京海淀·北大附中校考三模）一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b两束平行单色光，如图所示。对于两束单色光来说（）

A．玻璃对a光的折射率较小 B．a光在玻璃中传播的速度较大C．b光的波长较长 D．b光光子的能量较大【答案】C【详解】A．由图可知玻璃对a光的折射率较大，故A错误；B．由可知a光在玻璃中传播的速度较小，故B错误；C．a光的折射率大，则a光的频率大，波长较短，故C正确；D．a光的频率大，由可知a光光子的能量较大，故D错误。故选C。【例3】．（2023·广东深圳·校考模拟预测）彩虹的形成是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再次折射形成。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。关于a光和b光的说法中，正确的是（

）A．a光是红光 B．a光的波长更长C．b光更容易发生衍射 D．在真空中传播时，b光的速度更大【答案】C【详解】A．a、b两条出射光线均在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，根据折射定律，可知折射率大则光的频率高，因此a光是紫光，b光是红光，故A错误；B．由于光的频率越大，波长越短，因此故B错误；C．根据光的衍射现象，遇到相同的障碍物，波长越长的光越容易发生明显衍射，因此b光更容易发生明显衍射，故C正确；D．在真空中传播时，a、b光的速度一样大，故D错误。故选C。【例4】．（2023·北京·高三专题练习）如图所示，一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在玻璃砖与空气的界面上发生反射和折射，入射角为，折射角为。下列说法正确的是（）A．反射光的频率大于入射光的频率 B．折射光的波长等于入射光的波长C．若增大入射角，则折射角将减小 D．若增大入射角，则折射光将减弱【答案】D【详解】A．光发生反射和折射后频率不变，所以反射光的频率等于入射光的频率，故A错误；B．折射光的传播速度大于入射光的传播速度，频率相同，由可知折射光的波长大于入射光的波长，故B错误；C．由可知若增大入射角，则折射角将增大，故C错误；D．若增大入射角，反射光增强，折射光将减弱。故D正确。故选D。类型2全反射现象和物理光学【例1】（2023·天津红桥·高三统考期中）频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一上下表面平行等厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是（）

A．单色光1的波长大于单色光2的波长B．在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度C．改变空气中光线的入射角，在玻璃板下表面可能发生全反射D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角【答案】B【详解】A．在上表面，单色光1比单色光2偏折厉害，则玻璃对单色光1的折射率大，单色光1的频率大，波长小，故A错误；B．根据知，单色光1的折射率大，则单色光1在玻璃中传播的速度小，故B正确；C．根据光传播的可逆性可知