2026高考物理模型讲义：光学中常见的物理模型（原卷版）

2026版高考物理培优模型

专题22光学中常见的物理模型

目录

一.光的色散模型.............................................................................1

二.平行玻璃砖及液体模型...................................................................5

三."三棱镜''模型...........................................................................10

三.“球形玻璃砖”模型.......................................................................13

一,光的色散模型

【模型如图】

1、偏折角：出射光线与入射光线（延长线）的夹角；偏折角越大说明棱镜对光线的改变越大。偏折角大小

与棱镜的顶角、入射角、折射率等有关系。

2、光线射向棱镜在48面折射角小于入射角，AC面折射角大于入射角,

两次折射后，光线向棱镜底边偏折折射率越大偏折的越厉害。

3、实验表明：白光色散后红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大

说明玻璃棱镜对不同色光的折射率不同，对紫光的折射率最大，红光

最小。〃紫＞〃红

4、折射率越大的光其频率也越大/情＞/红所以将不同色光照射某一金属表面紫光更容易发生光电效应现

象。

5、根据。=得、可知频率越大的色光其波长越短则％红＞义常由此可知在衍射现象中红光相比其他色光现象

更为明显（明显衍射条件：2＞J）：让不同色光在同一套双缝干涉装置中实验根据At=‘4可知红光相

d

比其他色光条纹间距AY更宽。

6、根据u=£可知不同色光在同种介质中传播速度不同，折射率越大传播越慢，折射率越小传播越快即：

n

%＞收。

7、根据sinC="!■可知当不同色光从介质射向空气时发生全反射的临界角不同，红光最大，紫光最小即

n

C红〉。紫当改变入射角时紫光更容易先发生全反射而消失。

1.物理老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖•（玻璃较

厚）折射分成两束单色光。、从下列说法正确的是（）

B.进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，。光条纹间距大于b光条纹间距

C.〃光的频率比。光的频率大

D.若。光照射到某金属上恰能发生光电效应，则〃光也一定能使该金属发生光电效应

2.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4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.入射角右越大，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

3.如图所示为一正六边形冰晶截面，边长为/。一束紫光由AF中点处射到在冰晶上，6,为冰晶上的入射角，

例为经过第一个界面的折射角，仰为光离开冰晶的折射角，其中。/=〃3=60。。若将紫光改为红光，光线仍

可从8。边上射出。己知光在真空中的速度为c,则下列说法中错误的是（）

A

A.冰晶对紫光的折射率为8

B.紫光在冰晶中传播时间为粤

C.在冰晶内红光的传播速度比紫光的传播速度小

D.在冰晶内红光的波长比紫光的波长长

4.如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，。。为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿40方向从

直径上非常靠近。点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C两点。则下列说法中正确的是（）

A.两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等

B.到达区点的光可能是红光

C.两束光在玻璃中分别到达B、C两点的传播时间不相等

D.在仄C两点中，若紫光能射出玻璃，则红光也能射出玻璃

5.如图所示为圆柱体玻璃砖的横截面，虚线为圆形截面的直径，一光束从真空中经直径端例点斜射入玻璃

砖，进入玻璃砖后分成。、力两束单色光，分别从A、3点射出玻璃砖，下列说法正确的是（）

A.〃光的频率比。光的小

B.〃光在玻璃砖中的传播速度比。光的小

C.。光的波长比人光的波长大

太阳光

A.〃是黄光，b是红光

B.光线从空气进入冰晶后传播速度变大

C.在冰晶中红光的传播速度比黄光大

D.增大a角，光线可能在冰晶的下表而发生全反射

9.如图所示，一束白光照射到等边三棱镜的M点，经折射后在右侧竖直屏上的。、。两点之间形成彩色光

带，不考虑光在三棱镜中的反射，可以推断出（）

A.照射到，点的光频率最小

B.照射到b点的光在三棱镜口传播时间最短

C.相同条件下，照射到。点的光衍射现象最明显

D.增大白光在M点的入射角，照射到〃点的光最先消失

二.平行玻璃砖及液体模型

1.有关平行玻璃砖中侧移的比较

如图所示，光从空气射向上下表面平行的玻璃砖时，入射角为i,折射角为仇经折射从下表面射出。设玻

璃的折射率为n,厚度为d,求侧移品D,并对不同的光的侧移就进行大小比较。

■sin°勿.sin0V«2-sin2\:

【解析】：=-----得sina=---,贝ijcosa=----------、夕

nsinann\!

——

由几何关系得/=上一=刀=^^d：

a

cosaJ〃2_siMe；\；>x

图

侧移量D-Isin(〃-a)=/曲=sin(0-a)

-sin20

cos<9

经化简后得D=dsinJ（l)="sin。。

2，7/-sin?6

讨论:（1）对于同种色光,由于n不变，当入射角。增大时，sin。增大，cos。减小,

所以D增大.即入射角大则侧移大.

（2）对于同一个入射角，由于6不变，很容易由以上关系得到：折射率大则侧移大.

2.关于光通过玻璃砖所用时间的比较

由于〃=£,得到u=£,结合以上的计算易得:=,=」一=/

u〃vccos〃cV«2-sin2<9

讨论：（1）对于同种色光，入射角。越大，则光线通过玻璃的时间t越长.

（2）对于不同种的光时，由于

二=5（二一上学）==-3抽2仇1-"^）+7\,所有可见光中，红光的折射率最小为

rd-irnd~L〃-2sirr04sirr火

1.513,约为1.5.故-V<0.44,而一」=_与20.5,可得与<——，由函数的单调性可知,

222

n2sin"sin?。n2sin6?

折射率大的所用时间比较多.

3两束平行光经过平行玻璃砖后的变化

（1）平行单色光经过平行玻璃砖后的变化情况

如图所示，由于每条单色光的侧移量D相同，所以得到结论：平行单色光通过相同的平行玻理砖后依然平

行，且距离不变。

（2）不同色平行光通过平行玻璃砖后的变化

图1

如图1所示，若a光的折射率大于b光的折射率，则通过平行玻璃砖后距离变的更大；若a光的折射率小于

b光的折射率，则通过平行玻璃徜后距离变的更小（如图2）,且最小值可能为零（如图3）

10.如图所示，一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中装有一定量的水，在容器底部有一单

4

色点光源S,已知水对该单色光的折射率为以=耳，玻璃对该单色光的折射率为〃则|=L5,容器底部玻璃

0

的厚度为d，水的深度为2d。己知光在真空中的传播速度为c,波的折射定律部=区。求：

（1）该单色光在水和玻璃中传播的速度；

（2）在水面形成的圆形光斑的半径（不考虑两个界面处的反射光线）。

______________________空：

水2d

玻璃d

光赢

II.如图所示是一个表面涂有反射材料的水槽，水槽的横截面是边长为〃=80cm的正方形，紧贴水槽一边

竖直放置一白色平板。盛满水的水槽的水深为乩一束与水的上表面成37。角的红色激光从正方形水槽的中

心点C射入,在白色平板上形成了A、6两个光斑，激光所在的平面与白色平板垂直，测得A、6间距为12cm,

4

已知水对红光的折射率为晨光在真空中的速度为3xl0Xm/s,sin37°=0.6,cos37°=0.8<,

(I)求水槽内水的深度△及红色激光从入射点经水到达H点所用的时间；

(2)如果改用蓝色激光从。点以同徉入射角射入，定性判断在白色平板上形成的光斑A、8'两点之间的距离

是否还为12cm。

12.一次“科技发明”活动中，小录同学制作了一种简易的测定某种液体介质折射率的仪器，如图所示，地面

上放置一不透光的圆柱形容器，容器直径为右，高为爪容器底部边缘处有一发光装置K,距离容器右边右

处固定一竖直光屏，光屏上的。点与容器等高。将事先测好折射率的液体注满容器，然后在光屏上光斑的

下边缘刻上记号，标上该液体的折射率及对应刻度，再测某种待测液体的折射率时，直接读数就行。在测

量某种待测液体时，光屏上的光斑下边缘离地面高度为小

(1)求该液体的折射率

(2)若容器中换装折射率更大的液体，这时光屏上对应的读数值会不会在。点的下方？请说明理由。

13.如图甲所示，一同学在岸上不慎将手表甩落在正前方水深为2m的泳池中，手表掉落在池底A位置，该

同学趴在泳池岸边，眼睛在边缘。处刚好看不到手表。。点正下方池底为8位置.，池岸.与水面的高度差可

忽略不计。已知真空中光速为c,光在泳池水中的传播速度为:c,"=2.6。

4

⑴求手表到8点的距离(结果保留一位小数)；

(2)在第(1)问基础上，若该同学蹲在。点时沿图乙所示光路看到手表，00，=0.8m,请估算其蹲在。点

时眼睛到泳池岸边的高度。

14.在2024年巴黎奥运会中，中国跳水队取得了辉煌的成绩。如图所示，跳水比赛的1m跳板伸向水面，

右端点距水面高Im,A为右端点在水底正下方的投影，水深/?=4m,若跳水馆只开了一盏黄色小灯S,该

灯距跳板右端水平距离x=4m,离水面高度〃=4m,现观察到跳板水下阴影右端点B到A的距离A8=4；m。

求：

Soil

//

//z/7z/zz/^/z/z//z/zz///

(1)该黄色光在水中的折射率；

(2)若在水底4处放一物体，则站在跳板右端向下看，该物体看起来在水下多深处？

15.景观湖水面之下安装的小灯泡发出的某种单色光，会在水面形成一个个漂亮的发光区域，位于九深处

的甲灯泡发红色光，位于另一深度的乙灯泡发黄色光，两灯泡发出的光在水面形成的面积相等，已知水对

红光的折射率为％,对黄光的折射率为〃2。

(1)求甲灯泡发光区域的面积；

(2)求乙灯泡的深度；

(3)若在一次雨后，发现甲灯泡发光面积是原来的两倍，求水面上升的高度。

16.图甲为某同学设计的测量透明液体折射率的装置图，正方体玻璃容器边长为20.00cm,薄刻度尺平行于

BC边放置在容器内底部，零刻度与棱边上的。点重合，截面图如图乙所示。容器中不加液体时，从P点发

出的激光恰好在。处形成光斑。保持入射角不变，向容器中注入10.00cm深的某种液体，激光在N点形成

光斑，N点对应的刻度为5.00cm。真空中光速为3.00K10*m/s，取，石—3.16,求；

激光笔

(1)该液体的折射率和该液体中的光速(结果保留3位有效数字);

⑵容器中注满该液体后(液面水平)，光斑到。点的距离。

三.“三棱镜”模型

【模型如图】

(I)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为3,如医所示.

(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折.

(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示.

①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出

②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出，入射

光线和出射光线互相平行.

(4)最小偏向角法测量三棱镜折射率原理

参见下图束平行的单色光射向棱镜，先后经棱镜表面两次折射，使得出射光线与入射光线之间有了

个夹角称其为偏向角。偏向角5随入射角i而变，b是i的函数。在入射光和出射光处于光路对称的情

况下，即，=，'，偏向角为最小，记为3总

由图1.2.1可知5=(i—r)+(i'—/),其中r和产的意义见图，当i=

时，由折射定律有/,得

(i-r)(1)

又因

r+r'=2r=乃一G="一(乃一A)=A(2)

所以

r-A/2⑶

由式(1.2.1)和(1.2.3)得

F+£m)/2(4)

由折射定律

sin

sinz呼

sinr.A

sin—

2

只要测量出三棱镜顶角A和最小偏向角夕血，就能够求得三棱镜的折射率。

17.如图所示，一束平行于直角三棱镜截面48c的单色光从真空垂直8c边从P点射入三棱镜，P点到C

点的距离为1.6L,A8边长为3L,光线射入后恰好在AC边上发生全反射。已知NC=37。，光在真空中的传

播速度为c,sin370=0.6,cos37°=0.8,求：

⑴该三棱镜的折射率〃；

（2）光线从BC边传播到AB边所用的时间t（只考虑一次反射）。

18.如图所示，一横截面为直角三角形4BC的玻璃砖，ZA=15G,ZB=75°,一束光线从4c边的M点射入

玻璃砖，入射角为45。,光线第一次到达A3边时恰好发生全反射。已知sinl5o=历史，cosl5o=丑也，

44

求：光线在AC边发生折射时的折射角a和该玻璃砖的折射率〃，

19.如图所示，VA8C为直角三楂镜的横截面，ZC=90°,ZA=60°,AC边的长度为a,一束单色光从AC

边的中点。沿与AC边成45。角方■向斜向右下射入三棱镜，从AB边上的E点（图中未画出）射出，在BC

边上没有光线射出，不考虑光的多次反射。己知光在真空中的传播速度为c,三棱镜对该光的折射率为拉，

求：

A

(1)光束从E点射出时的出射角和BE的长度；

(2)光束从。点射入到从E点射出所用的时间。

20.A8C为一直角三角形玻璃砖的截面，乙4二30。，ZB=90°,一束光线平行AC边，从。点射入玻璃砖，

已知边长为L,A。边长为的三分之一，玻璃砖折射率为G，真空中光速为c,求解光线从射入到

第一次射出过程：

(1)光线射出玻璃砖时与BC边的夹角；

⑵光线在玻璃砖中传播的时间。

21.如图所示，一棱镜的横截面48c为等边三角形，一束单色光从A8的中点射向棱镜，经AB面折射进入

棱镜的光线与8C平行，再经AC面折射射出棱镜后的光线共偏转了60。。已知三角形的边长为L,光在真空

中的传播速度为c,求：

(1)该棱镜对该单色光的折射率〃;

(2)光在棱镜中传播的时间。

22.如图所示，在面积足够大的水池中注满清水，水深为2m,在水池底部中央水平固定一个半径为0.2m

的圆面形单色光源灯，灯的发光面朝上。已知该单色光在空气中的传播速度为。，在水中的传播速度为

光源灯

(1)求该单色光在水中的折射率；

(2)在水池边的观察者能看到水面上发光区域的最大面积是多大？(结果保留一位小数)

23.如图所示，一个棱镜的截面为等腰直角三角形A8C,腰长为小ZA=90°o一束细光线沿此截面所在的

平面且平行于8c边的方向从真空射到人8边中点M,光在M点发生折射后射到AC边上，并刚好在AC边

上发生全反射。已知光在真空的传播速度为c,求

(1)该棱镜材料的折射率〃：

(2)光从AB边到AC边的传播时间/o

三,“球形玻璃砖”模型

(1)法线过圆心即法线在半径方向。

(2)半径是构建几何关系的重要几何量

24.如图所示，OCBD为半圆柱体玻璃的横截面，CO为直径，。为圆心，半径为R,一束光沿AC方向从

真空射入玻璃，光线会达到玻璃砖边缘的9点。已知入射角为”60,玻璃砖的折射率为6,光在真空中

的传播速度为c。

⑴求光线在玻璃砖•中从C传播到8所用的时间，?

⑵通过分析，判断光线在8点是否发生全反射，并画出8位置的光路图(标记好入射角和反射角的大小)。

25.10分)如图所示，玻璃砖的截面是半径为R的半圆，。为圆心，玻璃砖上表面水平，一束单色光斜射

在。点，入射角为6()。，折射光线出射后照射在水平面上的A