高中物理二轮复习讲义：光学、电磁波

第16讲光学、电磁波讲义

知识体系:

sinOL_n

匹=："|T折射率h「光谱：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

光的色散

光的折射1-特征：〃越大.丫(频率)越大,人越小

全反射

sinC=W---［全反射卜I—明显衍射的条件

光-光的衍射

1

电—现象：单缝衍射、小孔衍射

相干光源的获得方法1

磁泊松亮班

双缝

图样特征一波

干涉厂自然光

>，入"［条纹间距一-光的偏振

--偏振光

单色光：等激光些全息照相等

宽等亮，明一］光的干涉

暗相间旃「电磁波是横波

白光：中央"1特征.

一电磁振荡的周期：T=2IT/LC

充纹白色，

薄膜曳里遮卜一麦克斯韦电磁场理论］变化的电场产生诡场

两边彩色

干涉变化的磁场产生电场

检查工件表

电磁波谱：无线电波一红「频率：低一高

面的平整度1-外线一“J•见光一紫外线一

增透膜」-----一X射线一y射线一波长：长一短

考点一光的折射与全反射

I.常用的三个公式及使用场景

⑴曾二〃，发生折射时；

sin久

(2)sinC=L恰好发生全反射时；判断是否发生全反射时；

n

(3)〃="求光在介质中传播的时间。

2.对折射率的理解

(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。

(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质。

(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小。

3.求解光的折射和全反射问题的思路

(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。

⑵利用几何关系确定光路中的边、角关系。

⑶利用折射定律等公式求解。

(4)注意折射现象中光路的可逆性。

典例1:(2025•江苏南通市模拟)某城市喷泉灯光秀场中的水下固定一环形彩

灯(如图所示)，彩灯表面与水面平行，当彩灯发出黄光时，调节灯面距水面的

深度为a0二襄m时，伶能使从水面透出光的区域呈一半径为R=0.405m的圆

16

形区域。水对黄光的折射率为〃W，光在真空中的传播速度为C。下列说法正

确的是()

A.环状彩灯的宽度d为3cm

B.彩灯发出的黄光射出水面的最长时间为片：O

C.若彩灯发出红光，则水面透光区域将变小

D.水面观察者观察到彩灯的深度比实际深度深，且与观察者的位置有关

答案A解析根据题意作出刚好发生全反射的光路图，如图甲所示，根据几何

关系可得R=d+2/?otanC,又sinC」,联立解得环状彩灯的宽度为d=().03m=3cm,

n

故A正确；

彩灯发出的黄光射出水面的最长距离为s=凡，黄

cosC

光在水中的传播速度为v=-,则彩灯发出的黄光射

n

出水面的最长时间为/=-,联立解得/=-,故B错误；

v3c

若彩灯发出红光，由于水对红光的折射率小于对黄光的折射率，所以红光发生全

反射的临界角较大，根据几何关系可知，水面透光区域的半径变大，故C错误；

由于光线从水中射到空气时的折射角大于入射角，如图乙所示，可知水面观察者

沿折射光线看到彩灯的深度比实际深度浅，且与观察者的位置，y

有关，故D错误。.'

乙

典例2:(2025・湖北卷，13)如图所示,三角形ABC是三棱镜的横

截面NC=3()。,三棱镜放在平面镜上,AC边紧贴镜面。在纸面内，一光线

入射到镜面。点,入射角为a,0点离A点足够近,已知三棱镜的折射率为VL

(1)若即45。,求光线从A8边射入棱镜时折射角的正弦值；

⑵若光线从AB边折射后直接到达BC边,并在BC边刚好发生全反射,求此时的

答案(Dy⑵60。

解析(1)当。=45。时，光路如图甲所示

光线在镜面发生反射，由反射定律得心。=45。

因为ZC=30°,AC=BC所以乙4二75。

由几何关系可得NOO'A=30。

所以光在A6边的入射角/=60°

由折射定律得〃端解得折射角的正弦值si”却

(2)因为光经A3边折射后，到达8c边时恰好发生全反射，如图乙所示，则有

・c1V2

sin6)=-=——

n2

解得3=45。，故N3QO'=45。

又因为/8=75。所以/。。力二60。

则徐3()。，由折射定律得片瑞

解得sin尸”,则尸45。

由几何关系可得生6()。由反射定律得«=6>=60°。

考点二光的干涉、衍射和偏振电磁波

1.光的干涉现象:双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。

2.光的衍射现象:单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。

3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较

双缝干涉单缝衍射

产生障碍物或狭缝的尺寸与波长相

两束比频率相同、相位差恒定

条件当或相差不大(明显衍射现象)

图样条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽

不同条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等

点

亮度情况清晰条纹,亮度基本相同中央条纹最亮，两边变暗

与光的偏振的区

干涉、衍射都是波特有的现象;光的偏振现象说明光是横波

别

4.电磁振荡和电磁波

（1）电磁振荡:周期T=2n\[LC,电流为。时电场能最大，电流最大时磁场能最大。

⑵关于电磁波的产生的两点说明

①能否产生电磁波，要看变化的电场和磁场是否能持续地再产生变化的磁场和电

场，也就是说,所产生的磁场或电场必须是变化的,而不能是稳定的。

②明确是怎样变化的电场（磁场）产生怎样变化的磁场（电场）。振荡电场产生同频

率的振荡磁场;振荡磁场产生同频率的振荡电场振荡电路产生的振荡电场和

振荡磁场都能产生电磁波。

⑶电磁波传播不需要介质，在介质中传播时其速度与介质材料和电磁波频率有

关。

（4）电磁波谱：按照电磁波的频率高低或波长大小的顺序把它们排列成的谱叫

作电磁波谱。按波长由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见

光、紫外线、X射线、丫射线。

5.几种常见的干涉图样

干涉装置图样

③

等距

典例3:（2025.重庆卷.4）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为/,波长为N

的激光垂直入射到双缝上，在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏

上标记两条亮纹中心位置并测其间距为m贝心）

A.相邻两亮条纹间距为WOO"

B.相邻两暗条纹间距为三‘'''

.b----------a-----]

C.双缝之间的距离为4当

Q

D.双缝之间的距离为少.

41

答案c解析根据题意，由题图可知，相邻两亮条纹（暗条纹）间距为人『3故

4

A、B错误；由公式Ax=/L」可得，双缝之间的距离为七工二义,故C正确，D错

dAxQ

误。

典例4:（2025•江苏苏锡常镇四市模拟）某兴趣小组利用如图甲所示装置研究光的

波动性,人处为狭缝片,B处为光强传感器,光从八的正上方向下射向B。仅改变

一个量,先后在电脑上获得的光强关于位置分布的图像如图中乙、丙所示,下列判

断中可能正确的是（）

A.A处为单缝，乙图对应的缝宽小

B.A处为单缝，乙图对应的光源频率高

C.A处为双缝，乙图对应的双缝间距大

D.A处为双缝，乙图对应的A、B距离大

答案D解析从图乙和图丙的光强分布看，都出现了一系列间距几乎均匀的明

暗相间条纹，这更符合“双缝干涉”而非“单缝有射”特征（单缝衍射往往中央

亮纹最宽、最亮，两旁亮纹迅速减弱），因此A处为双缝,A、B错误;双缝干涉的相

邻亮纹间距■二a其中d为双缝中心间距、/为屏（或传感器）到双缝的距离、z

为光的波长。由于乙图相邻亮纹间距大于丙图的，光的频率不变的情况下，若双缝

间距不变，乙图对应的A、B距离大;若A、B距离不变，则乙图对应的双缝间距小,

故D正确,C错误。

典例5:（2025•山东烟台一模）某图书馆的书籍防盗系统利用LC振荡电路原理，在

出口处的地毯下埋有线圈L与电容器。构成的振荡电路,如图甲所示。当未消磁

的书籍标签（内含金属材料）靠近时,线圈的自感系数增大，导致振荡频率变化,从

而触发警报。若该振荡电路中电容器上极板

的电荷量q随时间/变化的关系图像如图乙乙

所示，下列说法正确的是（）

A.n时亥（电容器C的电场能为零甲乙

BA时亥％线圈L的自感电动势最大

C/273时间内，线圈£中电流逐渐减小

D.073时间内，未消磁的竹籍标签正在远离线圈L

答案C解析力时刻，电容器C上极板带电荷量最大，可知电场能最大，故A错

误;冷时刻，电容器放电完毕，此时线圈L的电流最大，电流变化率最小，则自感电

动势最小，故B错误073时间内，电容器带电荷量增大，则线圈L中电流逐渐减小,

故C正确油图乙可知0T3时间内，振荡电路的振动周期逐渐变大，根据T=2皿,

可知线圈自感系数L变大，因此未消磁的书籍标签正在靠近线圈L,故D错误。

考点三几何光学与物理光学的综合应用

各种色光的物理特征分析

颜色红橙黄绿青蓝紫

频率/低f高

同一介质中的折射率小f大

同一介质中速度大一小

波长大f小

临界角大f小

通过棱镜的偏折角小一大

光子能量小f大

光子动量小f大

典例6:（2025•江苏南京市二模）宝石切工决定价值，优秀的切割工艺可以让宝

石璀璨夺目。某宝石的剖面简化如图，一束复合光斜射到宝石的面上，经

折射后分成。、〃两束单色光照射在CO面上，下列说法正确的是（）

A.宝石对。光的折射率比人光的大</-f一

B.宝石中a光的传播速度比b光的大C

C.b光从空气进入宝石，频率变低°

D.逐渐减小光斜射到AB面上的入射角，从CO面射出的光线中a光先消失

答案B解析由题图知宝石对单色光。的偏折程度比对单色光〃的偏折程度小,

因此宝石对单色光。的折射率小，A错误；由〃一得叶:可知单色光。在宝石

vn

中的传播速度比单色光〃在宝石中的传播速度大，B正确；单色光匕从空气进入

宝石，频率不变，C错误；由sin。，，可知单色光。的临界角大于单色光b的

n

临界角，逐渐减小斜射到人B面上的入射光束的入射甭，从CO面射出的光线中

单色光b最先消失，D错误。

典例7:（2025•河南商丘模拟）如图所示,ABCD是平行玻璃砖,从侧面AB的中点M

斜射入一束由a、b两种单色光组成的复色光,两单色光在玻璃砖内仅发生一次全

反射后,a单色光照射在CO边的中点N,b单色光照射在CN的中点,增大光在A8

面的入射角，有一种单色光可以从8c边出射,不考虑光在CO面的反射,BCCD,

则下列判断正确的是（）Bc

M---------------N

A.玻璃砖对单色光a的折射率比对单色光b