光学和电磁波（解析版）

重难点15光学和电磁波

工命题趋势

考点分析三年考情分析2025命题热点

2024：广东卷、甘肃卷、江苏卷、全国甲卷

2023：江苏卷、湖南卷、湖北卷、山东卷、浙

光的折射和全反射江6月选考卷

2022：山东卷、广东卷、湖南卷、河北卷、江13k虹口人ua

廿兴▼…去1、光的折射和全反射

办看、辽丁看

而*由士、7生上―2、光的干涉、衍射和偏

2024：江西卷、山东卷、黑口辽卷、广西卷、

湖南卷振

光的波动性

2023：江苏卷、山东卷

2022：山东卷、浙江卷

电磁波仅在21年出现过

【课标要求】

1.能利用光的折射和全反射规律解决光的传播问题。

2.理解光的干涉、衍射和偏振现象。

3.了解电磁振荡规律，知道电磁波谱。

【考查方向】

本章属于选择性热点，是必考点。高考命题突出考查光的折射、折射率、全反射的计算。

【备考建议】

(1)重点理解光的折射定律和全反射的内涵，这是考查的重点。

(2)平时多注重数学能力的训练和培养，重点突出与数学知识中三角函数部分知识相关联

的训练，这往往是解决问题的关键所在。

(3)理解光的干涉、衍射和偏振的概念及相关现象的解释。

(4)重点掌握测量折射率、用双缝干涉测量光的波长实验，理解双缝干涉实验中各物理量

的含义。关注前沿科技、生活实际等情境中与光学知识相联系的部分。

-----------------------h

重难诠释

【情境解读】

1.几何光学命题情境

光的折射与全反射：

常以玻璃砖、三棱镜等为介质，考查光的折射定律的应用。例如，光线从空气进入玻璃砖，

已知入射角，求折射角；或者已知玻璃砖的折射率和折射光线的方向，求入射角。

全反射现象的考查也很常见，如光纤通信的原理。给出光在某种介质中的传播情况，要求考生

根据临界角公式判断是否发生全反射，并计算相关角度和光线传播的路径长度。

光路图的绘制与光学仪器原理：

要求考生绘制简单的光路图，如通过透镜的光路图。对于凸透镜，包括平行光会聚、物像关系

等光路；对于凹透镜，考查发散光线的光路。

结合光学仪器，如显微镜、望远镜的原理进行考查。考生需要理解物镜和目镜的成像特点，以

及它们是如何组合起来放大物体的。

2.物理光学命题情境

光的干涉、衍射和偏振：

光的干涉方面，以双缝干涉实验为背景，考查条纹间距公式的应用。例如，已知双缝间距、

光屏与双缝的距离和条纹间距，求光的波长。

光的衍射情境下，考查单缝衍射和圆孔衍射的特点，如比较不同波长的光在同一单缝或圆孔中

衍射条纹的宽窄，或者根据衍射现象判断光的波长范围。

偏振现象主要考查对自然光和偏振光的理解，以及偏振片的作用。例如，在一些利用偏振现象

来减少反射光等实际应用场景中的考查。

3.电磁波命题情境

电磁波的产生与传播：

以LC振荡电路为背景，考查电磁波是如何产生的，包括电场能和磁场能的相互转化。要求考

生理解振荡周期公式，并能根据电路参数计算周期等相关参数。

考查电磁波在不同介质中的传播速度和频率不变、波长变化的特点。例如，已知电磁波在真空

中的波长和频率，求在某种介质中的波长。

电磁波谱及其应用：

考查电磁波谱（无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、丁射线）中各频段的特点和主

要应用。如红外线的热效应在遥感中的应用，紫外线的杀菌消毒作用，X射线在医疗透视中的

应用等。

【高分技巧】

、三种光学模型的光路特点

1、平行玻璃砖

结构：玻璃砖上下表面是平行的。

光路图的特点为通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移，如下图所示。

应用：测定玻璃的折射率。

2、三棱镜

结构：横截面为三角形的三棱镜。

光路图的特点为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，如下图所示。

应用：全反射棱镜，改变光的传播方向。

3、圆柱体（球）

结构：横截面是圆。

光路图的特点为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，如下图

应用：改变光的传播方向。

二、七色光的比较

颜色红橙黄绿青蓝紫

频率V低一

同一介质中的折射率小一大

同一介质中的速度大T小

同一介质中的波长大一小

通过同一棱镜的偏折角小一大

同一介质中的临界角大一小

同一装置的双缝干涉条纹间距大一小

三、单缝衍射与双缝干涉的比较

类型单缝衍射双缝干涉

不产生条件只要狭缝足够窄，任何光都能频率相同的两列光波相遇

同发生叠加

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

亮度中央条纹最亮，两边最暗条纹清晰，亮度基本相等

相成因都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的

同结果

点

意义都是波特有的现象，表明光是一种波

<1

限时提升练

一、单选题

1.（2024.福建.一模）肥皂膜看起来常常是彩色的，雨后公路积水上漂浮的油膜，也经常显现

出彩色条纹。下列现象的原理与之相同的是（）

A.杨氏双缝干涉实验

B.影子的形成

C.利用光导纤维传递信息，实现光纤通信

D.泊松亮斑

【答案】A

【知识点】用光沿直线传播解释生活中的现象、光导纤维、薄膜干涉现象和原理、泊松亮斑

【详解】彩色肥皂膜和油膜是由于光在此薄层上形成薄膜干涉，呈现彩色花纹。

A.杨氏双缝实验为光的干涉，故A正确；

B.影子的形成为光沿直线传播，故B错误；

C.光导纤维原理为光的全反射，故C错误；

D.泊松亮斑为光的衍射，故D错误。

故选Ao

2.（2024.贵州遵义.一模）某匀质透明材料的横截面为半圆形，圆心为。。一激光束沿AO方向

从空气中射入该材料，5为出射点。4?与界面夹角为与法线夹角为夕，光在真空中传

播速度为c,部分光路如图所示。则（）

B.该材料的折射率为8组

C0S6Z

C.若改变a角，光可能在3点发生全反射

D.光束在该材料中的传播速度为黑。

【答案】D

【知识点】光的折射定律、折射率、折射率的波长表达式和速度表达式、发生全反射的条件、

临界角

【详解】AB.该材料的折射率为

sin(90°-a)cosa

n=---------------=--------

sinPsin0

故AB错误；

C.由于在3点出射的光线一定与8点处的界面垂直，即光线沿着法线方向，所以光不可能在

3点发生全反射，故C错误；

D.根据

C

v=—

n

可得光束在该材料中的传播速度为

sin夕

v=-----c

cosa

故D正确。

故选D。

3.（2023・河北•三模）牛顿在剑桥大学读书时，对光的颜色问题颇感兴趣，于是在1664年初做

了一个三角形玻璃棱镜，对太阳光进行了实验研究。牛顿的实验如图甲所示，太阳光通过三角

形玻璃棱镜后，在光屏上形成一条彩色的光带。图乙为其中一种单色光在三角形玻璃棱镜中传

播的情况，角A为棱镜顶角，。称为偏向角。下列说法正确的是（）

A.根据牛顿的实验可知，同种介质对不同波长的光的折射率不同

B.折射率越大，偏向角。越小

C.偏向角。与棱镜顶角A无关

D.入射角越大，折射角〃越大，所以光一定能够在图乙中棱镜右侧表面发生全反射

【答案】A

【知识点】光的折射定律、折射率、折射和全反射的综合问题

【详解】A.根据图甲可知，太阳光（白光）通过三角形玻璃棱镜后，光的入射角相同，但不

同波长的光的折射角不同，根据光的折射定律可知，不同波长的光，尽管通过同样的介质，光

的折射率不同，故A正确；

B.根据折射定律

n=-si-nz=-s-inz-.

sin%sinz3

可知，折射率越大，偏向角越大，故B错误;

C.通过几何关系有

8=i—i?+一‘3

+z3=A

解得

0=i+i4—A

说明偏向角。与折射率与棱镜顶角A有关，故C错误；

D.白最大为4若A小于临界角，则不会发生全反射，故D错误。

故选Ao

4.（2024.浙江绍兴.一模）为模拟光在光导纤维中的传播原理，取一圆柱形长直玻璃丝进行实

验。如图所示，纸面内有一束激光由空气中以a=45。的入射角射向玻璃丝的A3端面圆心。，

恰好在玻璃丝的内侧面发生全反射，此时内侧面入射角为6。下列说法正确的是（）

A.sin6=

4

B.玻璃丝只能传播特定频率的光

C.激光由空气中进入玻璃丝后，其波长不变

D.减小入射角a,激光在玻璃丝中仍能发生全反射

【答案】D

【知识点】发生全反射的条件、临界角

【详解】A.根据折射定律有

sinasina

n=---------------=-------

sin（90°-0）cos6

1

n=------

sin。

解得

sin0=

3

故A错误；

B.玻璃丝可以传播不同频率的光，故B错误；

C.激光由空气中进入玻璃丝后，传播速度改变，则波长改变，故C错误；

D.减小入射角a,则折射角减小，光在玻璃丝的内侧面入射角增大，大于临界角，发生全反

射，故D正确。

故选D。

5.（2024.河北.模拟预测）把镀过增透膜的玻璃作为墙面来代替有色玻璃，黄绿光能畅通无阻

地进入室内，使得建筑物内的人可对外面景物一览无余，而外面的人只能从蓝紫色的反射光看

到天光云影，对建筑物内部的情况却难窥一斑。关于此现象，下列说法正确的是（）

A.该现象与光的干涉有关B.该现象与海市蜃楼的成因相同

C.该现象是由于蓝紫色的光发生了全反射D.该现象与泊松亮斑的成

因相同

【答案】A

【知识点】发生全反射的条件、临界角、增透膜与增反膜、泊松亮斑

【详解】A.增透膜的工作原理是光的干涉现象。光具有波粒二象性，即光波和机械波一样可

发生干涉,在镜头前面涂上一层增透膜（一般是氟化钙），当光线照射到这层膜上时，如果膜的

厚度等于入射光在增透膜中波长的四分之一，那么光线在膜的前后表面反射的光会发生干涉，

从而相互抵消，减少反射光，A正确；

B.海市蜃楼是由于空气不均匀，光在不均匀介质中不沿直线传播，发生光的折射和全反射造

成的，B错误；

C.发生全反射的条件是光由光密介质进入光疏介质，所以由空气（光疏介质）射入玻璃（光

密介质）的蓝、紫光无法发生全反射，c错误；

D.泊松亮斑是由于光的衍射而产生的一种光学现象，是指当单色光照射直径小于或等于光源

波长的不透光的小圆板时，会在小圆板之后的光屏上出现环状的明暗相间的衍射条纹，并且在

圆心处会出现一个较小的亮斑，D错误。

故选Ao

6.（24-25高三上•广东•开学考试）某同学用红色光从真空对着一正方体透明玻璃砖的A3边似

与法线成夕角入射，在玻璃成内AD边的中点发生全反射，如图所示，下列说法正确的是（）

8

5

透明

璃

玻

砖

DC

A.该光线还会在CD边全反射

B.该光线不会在CD边全反射，出射光线与开始入射的光线平行

C.若。角度增大到一定程度，则会在A3边全反射

D.若。角不变，换用折射率大一点的紫色光入射，则在AD边全反射点下移靠近。点

【答案】D

【知识点】发生全反射的条件、临界角

【详解】AB.如图所示

红色光线从玻璃病内通过CD边发生折射时，人射角与光线从边入射发生折射时的折射角相

同，根据光路可逆原理，光线一定会从CD边出射，且折射角为6,从CD边出射的光线与从A3

边入射的光线不平行，故AB错误；

C.全反射的条件为从光密介质进入光疏介质，光线从空气经过A3边进入玻璃的过程中不会发

生全反射，故C错误；

D.紫光的折射率大于红光的折射率，故紫光的折射光线较红光的折射光线更低，在池边全

反射点更靠近。点，故D正确。

故选D。

7.（2024.全国.模拟预测）利用牛顿环可以测量微小位移。如图所示，将一个曲率半径很大的

凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，入射光线分别在凸透镜下表面和平面玻璃上表面反射产生的

光线发生干涉，已知在图示P位置产生亮条纹，入射光线波长为2,图中两次反射位置间的距

离为d,固定平面玻璃板，当向上平移凸透镜时，亮条纹将周期性出现，下列说法正确的是()

入射光

,p

A.两次反射位置间的距离满足1=N〃N=1,2,3,4,)

B.更换形状相同、折射率更大的凸透镜，尸点亮条纹可能消失

C.若将入射光波长调整为，=1几(。=1,2,3,4,),则尸点仍为亮条纹

a

D.若向上移动距离为尸点相邻两次出现亮条纹时，凸透镜移动的距离Ad=4

【答案】C

【知识点】薄膜干涉现象和原理

【详解】A.两束光发生干涉，在尸位置产生亮条纹时，光程差为2d,满足

2d=NA(N=l,2,3,4,)

解得

N

(N=l,2,3,4,)

2

故A错误；

B.根据A选项推导出的公式可知，光程差与凸透镜的折射率无关，故B错误;

C.当入射光波长调整为

力=L2(。=1,2,3,4,•)

a

时

NNa

d=—A=—Af(N=l,2,3,4,；a=l,2,34)

22

依然满足产生亮条纹的条件，故C正确；

D.再次出现亮条纹时，光程差增大X,移动距离满足

2Ad=4

解得

故D错误。

故选c。

8.（2022.浙江台州.模拟预测）下列说法错误的是（)

A.用偏振镜头拍摄水面下游鱼与观看立体电影的原理相同

B.应用超声波多普勒效应可测量星球上某些元素发出的光波频率

C.筷子竖直插入装有水的薄圆柱形玻璃杯中，筷子发生了侧移是光的折射现象

D.收音机LC接收电路的固有频率与某信号电磁波频率不相等时，也会接收该电磁波

【答案】B

【知识点】产生机械波的条件、生活中的波动现象、光的折射现象、光路的可逆性、偏振的应

用、电磁波的发射和接收

【详解】A.用偏振镜头拍摄水面下游鱼与观看立体电影的原理相同，都是利用了光的偏振，

故A正确，不符合题意；

B.超声波属于波长极短得机械波，而机械波得传播需要依靠介质，其在真空中不能传播，因

此，应用超声波多普勒效应不能测量星球上某些元素发出的光波频率，故B错误，符合题意；

C.筷子竖直插入装有水的薄圆柱形玻璃杯中，人眼看到筷子发生了侧移是光的折射现象，故

c正确，不符合题意；

D.收音机LC接收电路的固有频率与某信号电磁波频率相等时，接收电路发生电谐振，电流

最强，不相等时，也会接收该电磁波，只是接收电路中得电流较弱，故D正确，不符合题意。

故选B。

二、多选题

9.（2024.四川德阳.模拟预测）如图为一折射率〃=2的玻璃砖截面示意图，其截面一侧是以。

点为圆心、半径为R的四分之一圆弧，其余两侧为直面AC与3C,且AC=3C=R。仅靠。点

下方有一单色激光发射器S,能在玻璃砖截面所在的平面内发出过。点的光束，现让激光发射

器S绕过。点垂直于纸面的轴开始顺时针匀速转动，转动周期为T,观察到玻璃砖AC面和BC

面上有光斑移动，光在真空中速度大小为c,不考虑光线的多次反射，下列说法正确的是（）

A.光线透过玻璃砖最长时间为虫匚竺

B.光斑从玻璃砖AC面消失到3c面出现的时间间隔为!T

C.光斑在玻璃砖AC面上刚要消失的瞬时速度为等

D.在发射器S开始转动的一个周期内，能观察到AC面和3C面上有光斑的时间为!

0

【答案】CD

【知识点】斜牵引运动的运动分解、折射率的波长表达式和速度表达式、折射和全反射的综

合问题

【详解】A.光线透过玻璃砖最长时间为从C点射出的光线，则

t42R-R

V

又

C

n=—

v

联立，解得

f2(72-1)7;

C

故A错误；

BD.若射到E点和G点的光线恰能发生全反射，可知射到AE之间和G3之间的光线都能从透

明光学部件中射出，如图所示

由

1

sinC=—

n

解得

/C=30°

根据几何关系可知

/EOG=90°-2x30°=30°

可知光斑从玻璃砖AC面消失到面出现的时间间隔为

30°

T=—T

360°12

在发射器S开始转动的一个周期内，能观察到AC面和面上有光斑的时间为

60°

T=-T

360°6

故B错误；D正确;

C.把光斑在玻璃砖AC面上刚要消失的瞬时速度分解为沿光线方向和垂直光线方向，可得

vcos30°=o)rOE

又

2%R

a)=——rE

T°~cos30°

联立，解得

8兀H

v=----

3T

故C正确。

故选CDo

10.（2024.山东.模拟预测）如图所示，A、B两束不同颜色的光在同一平面内以相同入射角射

入厚度为L的玻璃砖，入射点间的距离为力两束光恰好在玻璃成下边沿交于一点，现增加玻

璃砖厚度，使两束光在下边沿的出射位置间的距离等于4。则（）

A.A光的频率较大

B.B光在玻璃砖中传播的速度小

C.两束光能在交点产生干涉现象

D.玻璃砖厚度增加了g

【答案】BD

【知识点】光的折射定律、折射率、折射率的波长表达式和速度表达式、发生双缝干涉的条

件

【详解】A.两列光入射角相同，而A光的折射角较大，由折射定律可知，玻璃砖对A光的

折射率较小，则A光的频率较小，故A错误；

B.因，A<，B,由v=£可知，则VA>VB,即B光在玻璃砖中的传播速度小，故B正确；

n

C.两束光频率不同，则不会在交点产生干涉现象，故c错误；

D.由相似三角形可得，玻璃砖厚度增加了g,故D正确。

故选BDo

11.（2024.海南省直辖县级单位.模拟预测）以下四幅图中，相关叙述正确的是（）

A.图甲是杂技演员在表演“水流星”节目，杯子经过最低点时绳子最容易断裂

B.图乙是光电效应实验，其中验电器两箔片起电的方式是感应起电

C.图丙是a粒子散射实验，当显微镜在放射源的后面E处时也能观察到闪光

D.图丁是用单色光检查平面的平整度，这利用了光的衍射

【答案】AC

【知识点】绳球类模型及其临界条件、检查工件的平整度、光电效应现象及其解释、a粒子散

射实验的装置、现象和结果分析

【详解】A.图甲是杂技演员在表演“水流星”节目，杯子经过最低点时，根据牛顿第二定律可

得

2

1,—mg=mv—

由于杯子经过最低点时速度最大，绳子拉力最大，所以绳子最容易断裂，故A正确；

B.图乙是光电效应实验，其中验电器两箔片起电的方式是接触起电，故B错误；

C.图丙是a粒子散射实验，当显微镜在放射源的后面E处时也能观察到闪光，只是观察到闪

光的次数极少，故C正确；

D.图丁是用单色光检查平面的平整度，这利用了光的干涉，故D错误。

故选ACo

三、解答题

12.（2024.广东湛江.模拟预测）如图为空气中两个完全相同的透明半球体介质，半径均为七

底面水平平行错开放置且竖直间距为。，其折射率未知。一束单色光与竖直方向成30。角沿半

球体甲的半径射入，射出后恰好射向另一半球体乙底面的圆心处，并从半球体乙射出；当该单

色光与竖直方向成45。角同样沿半球体甲的半径射入时，光线恰好未从半球体甲的底面射出。

（1）该介质的折射率n；

⑵两半球体球心错开的水平距离5o

【答案】（1）〃=&

⑵区

2

【知识点】折射和全反射的综合问题

【详解】（1）当入射角为45。时，光线恰好未从半球体甲的底面射出，说明此时光线恰好发生

全反射现象。临界角为C=45。。由

sinC=-

n

得

n=V2

（2）以入射角30。沿半球体甲的半径射入，在半球甲底面发生折射现象，设此时入射角为r,

折射角为，，由题意知厂=30。，根据折射定律，有

sinz

n=-----

sinr

得

z=45°

由几何关系，两半球体球心错开的水平距离为

13.(2024.山东.高考真题)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃成圆心为。点，半径为R；

直角三棱镜RG边的延长线过。点，EG边平行于A3边且长度等于R,〃EG=30。。横截面所

在平面内，单色光线以。角入射到ER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。

(1)求sin。；

(2)以。角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧可以发生全反射，求光线在ER上入

射点。(图中未标出)到E点距离的范围。

【答案】(1)sin^=0.75；(2)0<x<^-R

【知识点】根据反射与折射定律画出光路图、发生全反射的条件、临界角

【详解】(1)由题意设光在三棱镜中的折射角为则根据折射定律有

sin。

n=-----

sina

由于折射光线垂直£G边射出，根据几何关系可知

a=NFEG=30

代入数据解得

sin8=0.75

(2)根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AAffi恰好发生全反射的光路图如图

E

AB

/O

C/

Q

M

则根据几何关系可知史上从P点到E点以。角入射的单色光线第一次到达半圆弧都可以

发生全反射，根据全反射临界角公式有

sinC=-

n

设尸点到RG的距离为/,则根据几何关系有

I=7?sinC

又因为

R-1

cos30°

联立解得

XPE=9R

所以光线在所上的入射点D到E点的距离范围为

0<x<^^R

9

14.（2024.山东烟台.二模）光导纤维是一种利用全反射规律使光线沿着弯曲路径传播的光学元

件。如图所示为某一光导纤维（可简化为圆柱形长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长度L=50km,

直径为4=2叩1,折射率为〃=1.25。已知光在真空中的传播速度为c=3.0xl08m/s,sin37°=0.6,

则

（1）欲使从玻璃丝左侧横截面圆心。射入的激光在玻璃丝中发生全发射，求入射角。的正弦

值取值范围;

（2）若从玻璃丝左侧横截面圆心。射入的激光在玻璃丝中恰好发生全发射，求激光在玻璃丝

中传播所用的时间及发生反射的次数（结果均保留两位有效数字）。

【答案】(1)0<sin^<0.75；(2)77«1.9xlO10^：

【知识点】折射和全反射的综合问题、光导纤维

【详解】（1）光线进入玻璃丝后，在玻璃丝与空气的分界面恰好发生全反射时，设临界角为C,

光路图如图所示

解得

C=53°

由几何关系可知此时在左侧截面处的折射角为

&=90°—53°=37°

由折射定律得

sin8

n=------

sina

入射角e的正弦值的取值范围为

0<sin<0.75

（2）光在玻璃丝中的速度为v

v=—=0.8c

n

它沿玻璃丝中轴线的速度分量为

%=vcosar=0.64c

所用的时间为

50xl03

L_=2.6*10%

「0.64x3x108

第一次全反射前沿玻璃丝中轴线的传播长度

d

^F=txl0"m

后面相邻两次全反射沿玻璃丝中轴线的传播长度

dQ

4==—xl0-6m

tan37°3

假设反射次数为小有

L=I】+(71—1)，2

解得