光【三大题型】-2025年高考物理二轮复习（新高考）原卷版

第24讲光

热点题型归纳

题型一光的折射、全反射

题型二光的干涉、衍射和偏振

题型三光学实验

考情分析

课标要求命题预测重难点

1.理解折射率的概念，掌握

光的折射定律。

2.掌握发生全反射的条件生活实践类：全反射棱镜、光

并会用全反射的条件进行导纤维、增透膜、偏振滤光片、(1)双缝干涉中出现亮、暗条纹的条件。

相关计算。激光等(2)知道发生明显衍射的条件。

(3)会灵活应用运动学公式及推论解题。

3.知道什么是光的干涉、衍学习探究类：折射定律、全反

射和偏振。

射、测量玻璃的折射率、光的

4.掌握测量折射率的原理干涉现象、光的衍射、光的偏

及方法。振现象、用双缝干涉测量光的

5.掌握由Ax=%测量光的波长

波长的原理,并会测单色光

波长。

题型分类•举一反三

题型一光的折射、全反射

【典型例题剖析】

【例1】(2023•河北石家庄市一模)如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与

横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的()

A.①B.②C.③D.@

【高考考点对接】

1.折射定律

(1)内容：如图所示，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

两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。

(2)表达式：而行=m2("12为比例常数)。

2.折射率

(1)定义式：〃=器今。

(2)折射率与速度的关系式：因为v<c,所以任何介质的折射率都大于1。

说明：①关系式”=，中的〃是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。

②折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。

a.同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小；

b.同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。

3.光密介质与光疏介质

介质光密介质光疏介质

折射率大小

光速小大

若〃甲＞〃乙，则甲相对乙是光密介质

相对性

若〃甲V"乙，则甲相对乙是光疏介质

2.全反射

(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90。时，折射光完全

消失，只剩下反射光的现象。

说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量

最强。

(2)条件：①光从光密介质射入光疏介质。②入射角大于或等于临界角。

(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")射向真空或空气时，发生全反射的

临界角为C,由”=喘7,得sinC=；。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。

4.全反射的应用

(1)全反射棱镜

方向改变90。方向改变180。方向不变，发生侧移

(2)光导纤维

外套

内芯

说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。

【解题能力提升】

平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点

平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)

A

对光

路的

;圆界面的法线是过圆心的

控制通过三棱镜的光线经两

通过平行玻璃砖后光线不直线，光线经过两次折射

特点次折射后，出射光线向

改变传播方向，但要发生后向圆心偏折

侧移棱镜底面偏折

【跟踪变式训练】

【变式1-1]（多选）（2023•湖北荆门市龙泉中学三模）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳

光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所

示为一束紫光在冰晶上的折射光路，仇为冰晶上的入射角，为经过第一个界面的折射角，仇为光线离

开冰晶的折射角，出为出射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是（）

乙

A.在冰晶内红光的传播速度比紫光的小

B.若仇=%=60。，则冰晶对紫光的折射率为小

C.保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大

D.若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大

【变式1-21（2023•陕西咸阳市模拟）如图所示，透明玻璃体的上半部分是半球体，下半部分是圆柱体，

半球体的半径为R,。为半球体的球心。圆柱体的底面半径和高也为R,现有一半径为骨的圆环形平

行光垂直于圆柱体底面射向半球体，。01为圆光环的中心轴线，所有光线经折射后恰好经过圆柱体下表

面圆心。1点，光线从。1点射出后在玻璃体下方的水平光屏上形成圆形亮环，光屏到圆柱体底面的距离

为R，光在真空中的传播速度为c。求：

（1）透明玻璃体的折射率;

（2）光从入射点传播到光屏所用的时间。

【变式1-3]（2023・湖北卷・6）如图所示，楔形玻璃的横截面PO。的顶角为30。，。尸边上的点光源S到

顶点。的距离为d,垂直于。尸边的光线SN在0Q边的折射角为45。。不考虑多次反射，。。边上有光

射出部分的长度为()

A.%B*dC.dD.y/2.d

题型二光的干涉、衍射和偏振

【典型例题剖析】

[例2](2023•江苏卷-6)用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改

变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的

）

(甲)IIIIIIIIIIIII

（乙）■II

A.；倍B,倍C.2倍D.3倍

【高考考点对接】

1.光的干涉

(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现噎条纹,

且加强区域和减弱区域相互间隔的现象。

(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定。

2.双缝干涉

图样特点：单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。

(1)条纹间距：&=夕，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Si、S2发出的光到屏上P'点的路程差为加=力一小

当Ar=〃/L(〃=0,l,2,…)时，光屏上P处出现亮条纹。

当Ar=(2〃+1和=0,1,2,…)时，光屏上P处出现暗条纹。

3.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,

从膜的前表面4V和后表面跳T分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。

(2)明暗条纹的判断方法：

两个表面反射回来的两列光波的路程差Ar等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为九

在P、P2处,△，=■(〃=1,2,3,…),薄膜上出现亮条纹。

在。处，Ar=(2/z4-l)|(ra=0,l,2,3>.•.)>薄膜上出现暗条纹。

(3)应用：增透膜、检查平面的平整度。

4.光的衍射

发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显。

5.光的偏振

(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相

同。

(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。

(3)偏振光的形成

①让自然光通过偏振片形成偏振光。

②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。

(4)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。

(5)光的偏振现象说明光是一种横波。

【解题能力提升】

单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉

不条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

同条纹间距各相邻亮（暗）条纹间距不等各相邻亮（暗）条纹等间距

点亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同

干涉、衍射都有明暗相间的条纹，干涉、衍射都是波特有的现象；

从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的

相同点

光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上

叠加形成的

【跟踪变式训练】

【变式2-1］（多选）图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为

待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是（）

A.入射光C应采用单色光

B.图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的

C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹

D.由图乙条纹可知，被检查物体表面上有洞状凹陷

【变式2-2］（多选X2023•河北省联考）如图甲所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB^AC；一平行

于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在8c边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的

I、II两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是（）

IIIIIIII

mambiiiiiiimmd

乙

A.i光的波长比n光的长

B.i光在棱镜中的传播速度比n光的小

c.图乙中a是n光的干涉图样

D.图乙中c是I光的衍射图样

【变式2-3］（多选）图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A为标准平板，B为

待检查的物体，C为入射光，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是（）

Mm1

c条纹山山

甲乙

A.入射光C应采用单色光

B.图乙条纹是由A的下表面反射光和B的上表面反射光发生干涉形成的

C.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹

D.由图乙条纹可知，被检查物体表面上有洞状凹陷

题型三光学实验

【典型例题剖析】

【例3】（2024广东河源市开学考）某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操作步骤如下:

a.将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃胸竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。

b.将底面圆圆周平分为60等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图甲中的底面

圆轮廓上进行实验。

c.用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径O。，的方向入射，分别准确记录入射点P和出射点。在圆

周上对应的读数M、Mo

d.改变入射点位置，重复步骤c。

（1）根据圆周上的读数Ni、M可得，入射角i=,折射角y=。（以弧度制表示）

⑵若经过多次测量，作出sin—siny的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为〃=（结果保留三位

有效数字）。

（3）在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线AB所示的偏离，则折射率的测量值将

（选填“偏大'或“偏小”）。

【高考考点对接】

实验一：测量玻璃的折射率

1.实验原理

如图所示，当光线A0以一定的入射角仇穿过一块两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线

A0对应的出射光线。'B,从而画出光从空气射入玻璃后的折射光线。。‘，求出折射角。2，再根据“

=瞿或〃=新计算出玻璃的折射率。

N

O

2.实验器材

木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、直尺(刻度尺)、铅笔。

3.实验步骤

(1)用图钉把白纸固定在木板上。

(2)在白纸上画一条直线aa',并取a"上的一点。为入射点，作过。点的法线W。

(3)画出线段作为入射光线，并在A。上插上Pi、P2两个大头针。

(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线对齐，并画出另一条长边的对齐线6,。

(5)眼睛在协'的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P1被P2挡住，然后在眼睛这一侧

插上大头针P3，使P3挡住Pl、P2的像,再插上P4，使P4挡住Pl、P2的像和P3。

(6)移去玻璃胸，拔去大头针，由大头针P3、P4的针孔位置确定出射光线B及出射点。,，连接。、

0'得到线段。

⑺用量角器测量入射角仇和折射角。2，并查出其正弦值sin仇和sin02„

(8)改变入射角，重复实验。

4.数据分析

(1)计算法

用量角器测量入射角仇和折射角仇，并查出其正弦值sin仇和sin仇。算出不同入射角时的吟，

sin(72

并取平均值。

(2)图像法

改变入射角仇，测出对应的折射角仇，作sin仇一sin仇的图像，由"=翳可知图像应是过原点的直线,

sin(72

如图所示，其斜率为折射率。

(3)“单位圆”法

EHE'H'

以入射点。为圆心，以一定的长度R为半径画圆，如图所示，sin6i=OE=OE'

OE'sin。2=0E'

=R,则〃=鬻=廿方。只要用刻度尺量出即、E'反'的长度就可以求出”。

Sill口2乜tl

5.误差分析

本实验误差主要来源于入射光线、出射光线确定的准确性以及入射角和折射角的测量造成的偶然误差。

6.注意事项

(1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2与O之间、P3与。'

之间距离要稍大一些。

(2)入射角仇不宜太大(接近90°),也不宜太小(接近0°)o

(3)操作时手不能触摸玻璃成的光洁光学面，也不能把玻璃砖界面当尺子画界线。

(4)实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。

(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上，若宽度太小，则测量误差较大。

实验二：用双缝干涉测量光的波长

1.实验原理

单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中单色光波长力与双缝间距4、双缝到屏的距离

/、相邻两条亮(暗)条纹间距Ax之间满足

2.实验步骤

(1)观察双缝干涉图样

①将光源、遮光筒、毛玻璃依次安放在光具座上，如图所示。

滤

透光

光源镜片单缝双缝遮光筒毛玻璃

AA

②接好光源，打开开关，使灯丝正常发光。

③调节各器件的高度和角度，使光源灯丝发出的光能沿遮光筒轴线到达光屏。

④安装单缝和双缝,尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上,使单缝与双缝平行,二者间距约为5~10emo

⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。

(2)测量单色光的波长

①安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹。

②使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数41，将该条纹记为第1条亮条纹;

转动手轮，使分划板中心刻线移动至第"条亮条纹的中心，记下此时手轮上的读数跖。

③用刻度尺测量双缝与光屏间距离/(d是己知的)。

④改变双缝间的距离d,双缝到屏的距离/,重复测量。

3.数据分析

(1)条纹间距心=箕端。

⑵波长九=%%。

(3)计算多组数据，求7的平均值。

4.误差分析

(1)误差来源

由于光波的波长很短，双缝到光屏的距离/和条纹间距Ax的测量是否准确对波长的测量影响很大，是本

实验误差的主要来源。

(2)减小误差的方法

①/的测量：使用毫米刻度尺测量，可多测几次求平均值。

②心的测量：使用测量头测量，测出，条亮条纹间的距离则&=言，同样可以多测几次求平均

值，进一步减小实验误差。

5.注意事项

(1)安装时，注意使光源、透镜、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝

平行且间距适当。

(2)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。

(3)调节的基本依据：照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干

涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。

【跟踪变式训练】

【变式3-1】某小组做测量玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖、大头针、刻度尺、圆规、笔、

白纸。

(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度o

A.选用两光学表面间距大的玻璃成

B.选用两光学表面平行的玻璃砖

C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的针孔如图所示，其中实

验操作正确的是=

(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点。为圆心作圆，与入射光

线、折射光线分别交于A、B点,再过A、8点作法线NV的垂线，垂足分别为C、D点,如图甲所示,

则玻璃的折射率"=。(用图中线段的字母表示)

(4)在用插针法测量玻璃的折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面a"、b”与玻璃砖位置(图

中阴影)的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他

们的其他操作均正确，且均以胸、仍为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比(选

填“偏大”“偏小”或"不变')；乙同学测得的折射率与真实值相比(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

b---------b'

【变式3-2](2023•黑龙江省哈尔滨六中一模)利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电

源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。

(1)实验前打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的光束沿着遮光筒的轴线把屏照亮；然后光具座

上先放置b和c,再放置a,就可以观察到单色光的双缝干涉图样。(均选填“双

缝，，“单缝，，或“滤光片，，)

(2)如图所示，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得

分划板中心刻线与干涉条纹平行。

A.仅拨动拨杆

B.仅旋转单缝

C.仅前后移动凸透镜

D.仅旋转毛玻璃处的测量头

(3)实验中已知双缝间的距离d=0.4mm,双缝到光屏的距离£=1.6m,某种单色光照射双缝时，用测量

头测量条纹间的宽度：先将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条

纹，此时手轮上的示数如图甲所示为mm；然后同方向转动手轮，使分划板中心刻线与第6条

亮条纹中心对齐，此时手轮上的示数如图乙所示为__________mm,则这种单色光的波长为______m(最

后一空结果保留两位有效数字)。

(4)上述实验中，若仅将红色滤光片更换为蓝色滤光片，则相邻亮条纹中心间距(选填“增大”“减

小”或“不变”)。

【变式3-3】洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，

一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条

纹。单缝S通过平面镜成的像是9。

（1）通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果

S被视为其中的一个缝，相当于另一个“缝”。

（2）实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离/z=0.15mm,单缝到光屏的距离。=1.2m,观测到第3条亮

条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78mm,则该单色光的波长力=m„（结果保留1位

有效数字）

（3）以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离o

A.将平面镜稍向上移动一些

B.将平面镜稍向右移动一些

C.将光屏稍向右移动一些

D.将光源由红色光改为绿色光

综合过关检测

1.由两种不同单色光组成的一束复色光，沿图示方向从空气射向圆柱形玻璃砖，经过玻璃砖两次折射后射

出，可能的光路是（）

2.（2023・江苏卷5）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。

下列光路图中能描述该现象的是（）

太阳光线

太阳光线太阳光太阳光线

夕地球表面

AD

（2023•山东济南市一模）如图甲所示，一细束白光通过某种特殊材料制成的三棱镜发生色散。图乙是其光

路平面图，己知三棱镜的截面为等边三角形，白光由M点入射，入射角a=60。，其中红光对应的该材

料的折射率为〃=小，则红光通过三棱镜后的出射光线与M点入射光线的夹角为（）

甲

A.30°B.45°C.60°D.75°

4.（多选）如图所示，一束光由空气斜射到透明介质球上的A点，入射角为i,则（）

A.当，足够大时，在A点将发生全反射

B.当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射

C.无论i多大，在A点都不会发生全反射

D.无论i多大，光从球内向外射出时，都不会发生全反射

（2024•江苏南京市调研）下列说法正确的是（

甲

A.图甲为一定波长的光照射到不透明圆盘上，在圆盘后得到的衍射图样

B.图乙为双缝干涉示意图，双缝间距越大，则相邻亮条纹间距越大

C.图丙为光导纤维工作原理示意图，内芯的折射率比外套的折射率小

D.图丁为自然光照射两个竖直放置的偏振片，若只旋转其中一个偏振片，光屏上的亮度不变

6.利用图示的装置（示意图），观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图中甲和乙两种图样。下列关于

尸处放置的光学元件说法正确的是（）

光屏

光源口『|IIIIIIIIIHII

A.甲对应单缝，乙对应双缝

B.甲对应双缝，乙对应单缝

C.都是单缝，甲对应的缝宽较大

D.都是双缝，甲对应的双缝间距较大

7.（2023•山东济宁市模拟）用光传感器能直观地演示双缝干涉，实验装置如图甲所示，某次实验的双缝间距

d=0.6mni,调整双缝到光传感器的距