2027版53B版新高考版物理总复习专题十四　光

专题十四光目录考点1光的折射全反射考点2光的波动性题型45光路分析题型46双缝干涉与薄膜干涉五年高考·考点练三年模拟·限时练一年创新·风向练一年创新·风向练实验16测量玻璃的折射率实验17用双缝干涉实验测量光的波长五年高考·考点练考点1光的折射全反射考向1光的折射折射率1.★(2026云南,3,4分)在测量某种透明树脂折射率的实验中,让激光束射入一块两面平

行的树脂砖,改变入射点和入射角,得到①、②、③、④四条出射光线,如图所示。不考

虑反射,图中经P点射入树脂砖的光,出射后的光线可能是

()A.①

B.②

C.③

D.④

B

解析根据光的折射定律n=

,光由空气射向树脂时,折射角r小于入射角i,所以出射后的光线可能是②,B正确。2.★(2024贵州,3,4分)一种测量液体折射率的V形容器,由两块材质相同的直角棱镜粘

合,并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体,一激光束从左边棱镜水平射入,

通过液体后从右边棱镜射出,其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为n0、n,光

在棱镜和液体中的传播速度分别为v0、v,则

()

A

A.n<n0,v>v0

B.n<n0,v<v0C.n>n0,v>v0

D.n>n0,v<v0

解析由题图可知光从棱镜进入液体中时,入射角小于折射角,则n<n0,根据v=

,可得v>v0,A正确。3.(知识迁移·声波与光波的类比分析)(2025北京,14,3分)“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到

客船。”除了夜深人静的原因,从波传播的角度分析,特定的空气温度分布也可能使声

波传播得更远。声波传播规律与光波在介质中传播规律类似。类比光线,用“声线”

来描述声波的传播路径。地面上方一定高度S处有一个声源,发出的声波在空气中向周

围传播,声线示意如图(不考虑地面的反射)。已知气温越高的地方,声波传播速度越

大。下列说法正确的是

()

D

A.从M点到N点声波波长变长B.S点气温低于地面C.忽略传播过程中空气对声波的吸收,则从M点到N点声音不减弱D.若将同一声源移至N点,发出的声波传播到S点一定沿图中声线NMS

解析声音的传播类比光的传播;若空气中的温度均匀,从S发出的声线应该向四周沿

直线传播,题目中“声线”向地面传播的过程中,越来越靠近法线,可类比为声波发生折

射,满足θ1>θ2(如图所示),因此越靠近地面空气对声音的折射率n越大,类比光在介质中

传播的速度v=

,可知折射率越大,光速越小,所以声音越靠近地面,声速越小,说明温度越低。

从M点到N点,声波的频率f不变,声速减小,根据v=λf可知声波的波长变短,A错误。从S→

M→N,声波的传播速度变小,说明温度降低,即S点气温高于地面附近的气温,B错误。声

波在传播过程中受到介质的阻碍向四周分散,声音会减弱,C错误。将声源移至N点,类

比光路的可逆性可知发出的声波传播到S点一定沿题图中声线NMS,D正确。4.★★★(2025甘肃,13,10分)如图,ABCD为某容器横截面,O、O'为上下底面中心,O'处有

一发光点。人眼在E点沿EB方向观察,容器空置时看不到发光点。现向容器中缓慢注

入某种透明液体,当液面升高到12cm时,人眼恰好能看到发光点。已知OO'=15cm,OB=

13cm,EB=5cm,EB与AB延长线的夹角为α

。不考虑器壁对光的反射,真空中光速c=3.0×108m/s。求:(1)该液体的折射率。(2)光从O'点到达人眼的时间。

答案

(1)

(2)1.0×10-9s

解析

(1)作出光路如图所示

折射率n=

sinr=cosα=

sini=

=

KB=

=4cmMN=OK=OB-KB=13cm-4cm=9cm联立解得sini=

,n=

。(2)液体中光的传播速度v=

光从O'到达人眼的时间t=

+

=

s+

s=1.0×10-9s。5.★(2025黑吉辽内蒙古,3,4分)如图,利用液导激光技术加工器件时,激光在液束流与气

体界面发生全反射。若分别用甲、乙两种液体形成液束流,甲的折射率比乙的大,则

()A.激光在甲中的频率大B.激光在乙中的频率大C.用甲时全反射临界角大D.用乙时全反射临界角大

D

考向2全反射

解析激光在不同的介质中传播,频率不变,A、B错误。由n=

可得折射率越大,全反射的临界角越小,C错误,D正确。6.★★(2025江苏,7,4分)如图所示,一束激光射入肥皂泡后(入射激光束未在图中标出),

肥皂膜内出现一亮环。肥皂膜内的激光

()

A.波长等于亮环的周长B.频率比在真空中的大C.在肥皂膜与空气的界面上发生衍射D.在肥皂膜与空气的界面上发生全反射

D

解析激光的波长远小于亮环的周长,A错误。光从一种介质进入另一种介质,频率不

发生变化,B错误。光的衍射是光可以绕过障碍物继续传播的现象,题中没有体现光的

衍射,C错误。肥皂膜内出现一亮环,说明光没有从肥皂泡中射出,发生了全反射,D正

确。7.★★★(2025广西,5,4分)如图,在扇形玻璃EOG中,OE⊥OF,可见光分别从E点沿EM、

EN射向真空。该玻璃对可见光的折射率为

,则

()

A.沿EM的光发生全反射,沿EN的光不发生全反射B.沿EM的光不发生全反射,沿EN的光发生全反射C.沿EM、EN的两束光都发生全反射D.沿EM、EN的两束光都不发生全反射

C

解析过M点和N点分别作两条法线OM、ON,设沿EM的光的入射角为θ,沿EN的光的

入射角为α,如图所示,则在等腰三角形OEM中,∠EOM+2θ=180°,又∠EOM<90°,则θ>45

°;同理,在等腰三角形OEN中,∠EON+2α=180°,又∠EON<90°,则α>45°;根据sinC=

得C=45°,由于α和θ均大于C,故沿EM和EN的光都发生全反射,C正确。

C

8.★★★(2023湖北,6,4分)如图所示,楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°,OP边上的点

光源S到顶点O的距离为d,垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为45°。不考虑多次

反射,OQ边上有光射出部分的长度为

()A.

d

B.

dC.d

D.

d

解析在N点发生折射时,由几何关系知入射角为30°,则折射率n=

=

,由sinC=

知,全反射的临界角C=45°,OQ边上有光射出部分如图中AB区域,由几何关系可知SD=

,则AB=2SD=d,C正确。

AD

9.★★★(多选)(2026广东,9,6分)图中底端为锥形且顶角为90°的直光纤,可用于检测流

动液体中的空气泡。某单色光从光纤顶端左部入射,平行于轴线方向传播,探测器在光

纤顶端右部探测锥面反射光的光强。已知锥面外为空气时,该单色光在锥面恰好发生

全反射,空气折射率取1,被测液体折射率大于此光纤折射率。下列说法正确的有(

)

A.此光纤对该单色光的折射率为

B.该单色光在此光纤中的传播速度是真空中光速的

C.锥面浸入液体过程中,探测到的光强相对于浸入液体前变强D.锥面完全浸入液体后,若探测到的光强在变强,说明检测到气泡

解析锥面外为空气时,该单色光恰好发生全反射,此时的光路如图所示,临界角C=45°,

则n=

=

,A正确;由n=

知,v=

c,B错误;锥面浸入液体时,单色光在锥面处有折射,故比发生全反射时探测到的光强变弱,C错误;完全浸入液体后,若液体与锥面接触处有

气泡,则会发生全反射,探测到的光强会变强,D正确。

C

10.★★(2026河南,3,4分)如图,一棱镜的横截面视为半径R的半圆与等腰三角形的组合,

半圆直径与三角形底边重合,等腰三角形的顶角为120°。在横截面所在平面内,一束光

从P点垂直于三角形底边入射,从Q点射出。已知P、Q到三角形底边距离均为

,出射光线与入射光线平行,则棱镜的折射率为

()

A.

B.

C.

D.2考向3光路分析

解析

(关键:如图所示,C点左右两侧的光路图具有对称性,故EF∥AB,EF⊥OC)由几何

关系可得sinθ3=

=

,所以θ3=30°,即θ1=90°-θ3=60°;由于EF⊥OC,可得θ4=60°;在四边形OPEG中有2θ4+90°+90°+θ3+θ2=360°,可得θ2=30°;根据折射定律可得n=

=

=

,C正确。11.★★(多选)(2026陕晋青宁,8,6分)玻璃镜片折射率是影响眼镜厚度的主要因素之

一。如图,一束单色光从空气斜射入厚度为d的平行玻璃砖左表面,从右表面射出,出射

光线相对入射光线侧移量为Δx。现换用折射率较大的玻璃砖,保持入射角不变,下列说

法正确的是

()A.若厚度d相同,侧移量变小B.若厚度d相同,侧移量变大C.若侧移量Δx相同,厚度变小D.若侧移量Δx相同,厚度变大

BC

解析设光在空气中入射角为i,玻璃砖中折射角为α,则光路图如图1,由折射定律得n=

,入射角i不变,当玻璃砖折射率n增大时,折射角α减小。若玻璃砖厚度相同,如图2,则侧移量变大;若侧移量相同,如图3,玻璃砖的厚度必减小,A、D错误,B、C正确。

12.(日常生活·手机摄像头)(多选)(2025四川,9,6分)某款国产手机采用了一种新型潜望

式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行(θ<45°)的光学玻璃。光垂直于

玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。则

()A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,θ可以设定为30°

CD

C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为70°D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动

解析如图甲所示,入射光在左下斜面发生全反射,θ≥C,A选项中n=1.4,有sinθ≥sinC=

=

>

=sin45°,θ>45°,与题干矛盾,A错误;根据B选项中sinC=

=

>

=sin30°,θ≥C>30°,θ不可设为30°,B错误;若第二次全反射入射角为70°,则θ=35°,根据C选项则有sin

C=

=

=sin30°,θ>C=30°,C正确;将入射光线左移,如图乙所示,出射光线也左移,D正确。

13.★★★[2024全国甲,34(2),10分]一玻璃柱的折射率n=

,其横截面为四分之一圆,圆的半径为R,如图所示。截面所在平面内,一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光

线与AB边的距离由小变大,距离为h时,光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求

此时h与R的比值。

答案

解析设AC边上入射角为α,折射角为β,在BC边上发生全反射,临界角为C',画出光路图

如图所示则n=

,n=

由几何关系知α=β+C'则n=

联立并代入数据得sinα=

sinα-cosα,即sinα=

可知

=sinα=

。14.★★★[2023全国乙,34(2),10分]如图,一折射率为

的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC,AB=AC=l,BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向

经AB边上的M点射入棱镜,若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距

离。

答案

l

解析设光束从M点射入棱镜时的入射角为i、折射角为r,则根据折射定律有

=n由题意知i=45°,则r=30°设光束在BC边的N点处发生反射,如图所示

在△BMN中,∠BMN=90°-r=60°,∠MBN=45°,故∠BNM=75°根据角度关系知∠MNA=30°,∠AMN=120°故∠MAN=30°,则AM=MN,设AM=x在△BMN中根据正弦定理有

=

即

=

,解得x=

l。15.★★★(2025湖北,13,9分)如图所示,三角形ABC是三棱镜的横截面,AC=BC,∠C=30°,

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O点,入射角为α,O

点离A点足够近。已知三棱镜的折射率为

。(1)若α=45°,求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值。(2)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α值。

答案

(1)

(2)60°

解题导引本题中三棱镜的横截面为等腰三角形,有助于推导角度,第(2)问中光线在

BC边恰好发生全反射,全反射的临界角可以通过角度逆推求解。

解析

(1)当α=45°时,光路如图1所示,光线在镜面发生反射,由反射定律得θ=α=45°,因为

∠C=30°,AC=BC,所以∠A=75°,由几何关系可得∠OO'A=30°,所以光在AB边的入射角γ

=60°,由折射定律得n=

,解得折射角的正弦值sinβ=

。

(2)如图2所示,因为光经AB边折射后,到达BC边时恰好发生全反射,则有sinδ=

=

,解得δ=45°,故∠BDO'=45°,又因为∠B=75°,所以∠BO'D=60°,则β=30°,由折射定律得n=

,解得sinγ=

,则γ=45°,由几何关系可得θ=60°,由反射定律得α=θ=60°。

总结归纳解答光路分析问题的关键是寻找角之间的关系,有三角形内角和等于180°,

互余、互补,外角和关系,三角函数边求角等。当光从光密介质斜射入光疏介质时要判断是否发生全反射,否则光路图会出现错误。16.★★★(2024山东,15,8分)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半

径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。

横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF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sinθ;(2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。

答案

(1)

(2)ED≤

解析

(1)光线垂直EG边射出,从题图中几何关系可得折射角β=30°,由折射定律有

=n,解得sinθ=

。(2)设单色光与AB边交于N点,第一次到达圆弧上P点时恰好发生全反射,临界角为C,作

出光路图如图所示,射到圆弧AP段上的光可以发生全反射。由sinC=

,解得sinC=

,在△ONP中ON=RsinC,可得AN=R-RsinC=

,此时ED=

=

,则要使第一次到达半圆弧的光线发生全反射,只需满足ED≤

即可。17.★★★★(2025山东,15,8分)由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示,器件下

表面圆弧以O点为圆心,上表面圆弧以O'点为圆心,两圆弧的半径及O、O'两点间距离均

为R,点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与OO'平行,到OO'的距离均

为

R。(1)B点与OO'的距离为

R,单色光线从B点平行于OO'射入介质,射出后恰好经过O'点,求介质对该单色光的折射率n;(2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质,并垂直CH射出,出射点在GE的延长

线上,E点在OO'上,O'、E两点间的距离为

R,空气中的光速为c,求该光在介质中的传播时间t。

答案

(1)

(2)

易错提醒由于平时练习遇到的立体圆柱介质较多,所以容易误认为题图是立体图,其

实题图所示的是介质的截面图,是平面图。

解析

(1)如图,连接O、B作过B点的法线,从B点向OO'作垂线BN,在△OBN和△O'BN中,根据BN=

R、OB=R可知∠OBN=30°,∠BON=60°,ON=

ROB=OO'=R,则∠OBO'=

∠BON=30°射入B点的光线平行于OO',故入射角i=∠BON=60°折射角r=∠OBO'=30°得折射率n=

=

(2)设G、E的连线与上表面圆弧的交点为M,过M作法线O'M,如图所示光线GM的延长线垂直于OO',O'E=

R,又O'M=R,可知ME=

R光线GM在上表面圆弧上的入射角α=45°从介质中射入空气的全反射临界角的正弦值sinC=

=

<

=sin45°故45°>C,光在M点发生全反射,然后在下表面圆弧发生两次全反射,在上表面圆弧再发

生一次全反射,最后垂直CH射出介质,在介质中的总路程s=2×

=

R光在介质中传播的速度v=

=

光在介质中传播的时间t=

=

1.★(2024黑吉辽,4,4分)某同学自制双缝干涉实验装置:在纸板上割出一条窄缝,于窄缝

中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝,将该纸板与墙面平行放置,如图所示。

用绿色激光照射双缝,能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条

纹中心间距变小的是

()A.换用更粗的头发丝

A

考点2光的波动性考向1双缝干涉B.换用红色激光照射双缝C.增大纸板与墙面的距离D.减小光源与纸板的距离

解析根据双缝干涉条纹间距公式Δx=

λ,换用更粗的头发丝,增大了双缝之间的距离d,可知相邻两条亮条纹中心间距变小,A正确;换用红色激光照射双缝,增大了光的波长

λ,而增大纸板与墙面的距离,是增大了双缝与光屏的距离L,可知都会使相邻两条亮条纹

中心间距变大,B、C错误;减小光源与纸板的距离,不会引起条纹间距变化,D错误。2.★★(多选)(2022山东,10,4分)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射

现象,狭缝S1、S2的宽度可调,狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝,实验中分

别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是

()

甲

ACD

A.图乙是光的双缝干涉图样,当光通过狭缝时,也发生了衍射B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变,图丙中亮条纹宽度增大C.照射两条狭缝时,增加L,其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍,P点处一

定是暗条纹

解析题图乙是干涉图样,在发生干涉时也有衍射,A正确。遮住一条缝时会发生单缝

衍射,若狭缝变宽,则题图丙中亮条纹宽度变小,B错误。由Δx=

λ知,增大L时,Δx变大,C正确。屏上P点到双缝的路程差满足Δx=(2n+1)

(n=0,1,2,3,…)时,P点处是干涉的减弱点,一定是暗条纹,D正确。3.★★★(多选)(2025陕晋青宁,9,6分)在双缝干涉实验中,某实验小组用波长为440nm

的蓝色激光和波长为660nm的红色激光组成的复合光垂直照射双缝,双缝间距为0.5

mm,双缝到屏的距离为500mm,则屏上

()A.蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹B.蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小C.距中央亮条纹中心1.32mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠D.距中央亮条纹中心1.98mm处蓝光和红光亮条纹中心重叠

BC

解析两列光频率相同才能发生干涉,蓝光波长小于红光波长,蓝光频率大于红光频率,

所以蓝光与红光之间不能发生干涉,A错误。根据Δx=

可知,l、d相同,λ越大,Δx越大,因蓝光波长小于红光波长,所以蓝光相邻条纹间距小于红光相邻条纹间距,B正确。蓝

光相邻亮条纹间距为Δx1=

=0.44mm,红光相邻亮条纹间距为Δx2=

=0.66mm,则1.32mm=3Δx1=2Δx2,C正确(点拨:距离中央亮条纹中心1.32mm处既是蓝光亮条纹中心,又是

红光亮条纹中心)。1.98mm=4.5Δx1=3Δx2,所以距离中央亮条纹中心1.98mm处不是蓝

光亮条纹中心,是红光亮条纹中心,D错误。4.★★★(多选)(2026贵州,9,5分)光在折射率为n的光纤中传播路程L,等效于光在真空

中传播路程nL,nL称为光程。如图(a),两根同种光纤在A、B处被熔接为耦合点,形成上

下两支路,上下支路A、B之间的光纤长度相同。波长为λ的光经过耦合点时的变化情

况如图(b)所示,任意支路的光经过耦合点,与输入口同侧的输出口的光未额外增加光

程,异侧输出口的光额外增加

光程。现有波长为λ的光从1口入射,则上下支路的光

()

BC

A.在3口干涉加强

B.在3口干涉削弱C.在4口干涉加强

D.在4口干涉削弱

解题导引

1.光从1口入射,在A点被分成两路:一路向上支路,一路向下支路。然后两路

在B点重新组合,分别输出到3口和4口。2.上下支路几何长度相同,但经过耦合点时,不同路径获得的额外增加光程不同。需要

分别计算到达3口和4口的两束光的光程差。3.额外增加光程规则:同侧输出口未额外增加光程,异侧输出口额外增加 光程。

解析

输出口路径几何光程额外增加光程(A点+B点)总光程3口1→上支路→3nLA点同侧、B点同侧nL

1→下支路→3nLA点异侧、B点异侧nL+

4口1→上支路→4nLA点同侧、B点异侧nL+

1→下支路→4nLA点异侧、B点同侧nL+

从上、下支路到达3口的两束光的总光程差为(nL+

)-nL=

,为半波长奇数倍,故在3口干涉削弱;从上、下支路到达4口的两束光的总光程差为(nL+

)-(nL+

)=0,为半波长偶数倍,故在4口干涉加强,B、C正确。5.(教考衔接·人教版选必一P115,复习与提高B组,T4)(多选)(2024湖南,9,5分)1834年,洛

埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果(称洛埃镜实验),平面镜沿OA放置,靠近并垂直

于光屏。某同学重复此实验时,平面镜意外倾斜了某微小角度θ,如图所示。S为单色点

光源。下列说法正确的是

()A.沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹不移动

BC

B.沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距减小C.若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,干涉条纹间距不变D.若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,干涉条纹向A处移动

解析根据题意画出光路图如图所示,S发出的光与通过平面镜反射的光(可以等效成

虚像S'发出的光)频率相同,满足发生干涉的条件,该干涉可看成双缝干涉,设S与S'的距

离为d=2a(易错:a为S到平面镜所在直线的距离,而不是S与平面镜边缘的高度差),S到光

屏的距离为l,代入双缝干涉公式Δx=

可得Δx=

,因平面镜有微小倾角,若沿AO向左略微平移平面镜,则a减小,干涉条纹间距增大,若沿OA向右略微平移平面镜,则a增大,干涉

条纹间距减小,A错误,B正确;若θ=0°,沿OA向右略微平移平面镜,则a不变,干涉条纹间距

不变,C正确;若θ=0°,沿AO向左略微平移平面镜,则a不变,干涉条纹间距不变,D错误。6.★(2023河北,2,4分)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透

明薄膜后,在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象,下列说法正确的是(

)A.上述现象与彩虹的形成原理相同B.光在薄膜的下表面发生了全反射C.薄膜上下表面的反射光发生了干涉D.薄膜厚度发生变化,硅片总呈现深紫色

C考向2薄膜干涉

解析硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发

生干涉,B错误,C正确;彩虹的形成原理主要为光的折射,A错误;根据光的干涉中干涉加

强的条件,可知当薄膜的厚度发生变化时,满足加强条件的波长可能也会发生改变,导致

硅片呈现不同的颜色,D错误。7.★★(2023山东,5,3分)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环,C为待

测柱形样品,C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光

垂直照射上方石英板,会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数,当温度

升高时,下列说法正确的是

()A.劈形空气层的厚度变大,条纹向左移动

A

B.劈形空气层的厚度变小,条纹向左移动C.劈形空气层的厚度变大,条纹向右移动D.劈形空气层的厚度变小,条纹向右移动

解析当温度升高时,由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数,故待测柱状样品C的上表面

与上方标准平面石英板之间的劈形空气层厚度变大,如图所示。

故新空气层厚度为d的位置在原位置左侧,原空气层厚度为d处出现的条纹随之向左移

动,A正确。8.★★★(2021山东,7,3分)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜,观察到如图所示明暗

相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像,可能正确的是(

)D

解析从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光,其光程差Δd=2d,即光程差为薄

膜厚度的2倍,当光程差Δd=nλ(n=1,2,3,…)时表现为亮条纹,即当薄膜的厚度d=n

(n=1,2,3,…)时对应的条纹为亮条纹,故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为

λ,即厚度差为定值,由题图可知,相邻亮条纹(或暗条纹)之间的距离随坐标x的增大而增大,则d-x图线的

斜率应变小,D正确。9.★(2025北京,2,3分)下列现象属于光的衍射的是

()A.雨后天空出现彩虹B.通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹C.肥皂膜在日光照射下呈现彩色D.水中的气泡看上去特别明亮

B

考向3光的衍射和偏振

解析雨后彩虹是太阳光在水滴中经过折射、反射而形成的,是光的色散现象,A错

误。通过狭缝看日光灯观察到彩色条纹,是光绕过狭缝边缘产生的衍射现象,B正确。

肥皂膜在日光照射下呈现彩色是光在肥皂膜前后表面反射后发生干涉形成的,属于薄

膜干涉,C错误。水中气泡明亮是由于光从水进入气泡时发生全反射,使得更多光线进

入人眼,D错误。10.★★(2025山东,3,3分)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关

于OO'轴对称,光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧,单色平

行光沿OO'轴方向入射,在屏上观察到干涉条纹,再将偏振片P2置于双缝右侧,P1、P2透

振方向平行。保持P1不动,将P2绕OO'轴转动90°的过程中,关于光屏上的干涉条纹,下列

说法正确的是

()

A

A.条纹间距不变,亮度减小B.条纹间距增大,亮度不变C.条纹间距减小,亮度减小D.条纹间距不变,亮度增大

解析根据相邻两条亮条纹(或暗条纹)间距公式Δx=

λ,其中λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝的距离,可知在双缝左侧或右侧放置偏振片P1和P2不会影响条纹

间距,即条纹间距不变。两偏振片透振方向原来平行,而后P2绕OO'轴转动90°过程中透

过P2的偏振光光强逐渐减弱,可知屏上干涉条纹的亮度逐渐减小,A正确。题型45光路分析三年模拟·限时练基础强化练1.(2026河北沧州一模)在光学显微镜的镜头校准实验中,需使用一款定制的梯形截面玻

璃砖(截面图如图所示)。该玻璃砖截面AB与DC平行,AB边与AD边垂直,AB与BC夹角

为105°。实验时,先将一束激光沿纸面从AD边(足够长)上某点垂直于AD边射入玻璃砖

内部,随后将入射光束由垂直于AD边方向逆时针缓慢转动,当入射光束的入射角增大

到45°时,从BC界面射出的光恰好完全消失。已知sin15°=

,cos15°=

。该玻璃砖的折射率为

()

C

A.

B.

C.

D.

解析如图所示,由光的折射定律可知n=

,光线在BC界面发生全反射,则sinC=

,又由几何关系可知105°+r+(90°-C)=180°,联立解得r=30°,n=

,C正确。

2.(2026广东深圳二模)LED灯能耗约是白炽灯的十分之一,某型号LED灯外观呈圆台状,

如图所示。发光芯片为一个边长为L=

mm的正方形面板BECF,置于圆台内底部,恰好与底部圆内接,芯片厚度忽略不计。ABCD为过轴线O1O2的截面,θ=60°,在圆台内填充

满透明封装材料。芯片中心O1处发出的一束平行于AB边的光线,从圆台上表面射出,折

射角α=45°。

(1)求封装材料的折射率n;(2)芯片上C点直接射向圆台上表面的光恰好均可射出,求圆台高度h。

答案

(1)

(2)(3+

)mm

解析

(1)芯片中心O1处发出的一束光线平行于AB,由几何关系可知,AB与AD的夹角也

为θ=60°,因此光线在上表面的入射角i=90°-θ=30°根据折射定律有n=

解得n=

。(2)C点射向上表面的光恰好全部射出,说明最大入射角刚好等于发生全反射的临界角C

0,此时光线从A点射出,如图所示

发生全反射的临界角满足sinC0=

=

解得C0=45°正方形面板BECF的边长为L=

mm,则BC=

L=2mm由几何关系可得h·tanC0=

+BC解得h=(3+

)mm。

C

综合提升练3.(2026重庆巴蜀中学月考)如图所示,三棱镜的截面ABC为等腰直角三角形,其底边BC

水平,AB=L。一束平行于BC边的光线射到AB边上的某点D,光线经底边BC反射后从AC

边上F点(图中未画出)射出,不考虑多次反射光线。已知该棱镜的折射率n=

,真空中的光速为c。下列说法正确的是

()A.无论BD等于多少,出射光线一定不平行于入射光线B.从B、D间不同点入射的光在棱镜中传播时间不同C.当BD=

L时,从AC射出的点与C点的距离为

LD.当BD=

L时,光在棱镜中运动的时间为

解析画出光路图如图所示,由反射定律可得β1=β2,由几何关系可得r1=r2,由折射定律有

n=

=

,可得i2=i1=45°,又∠C=45°,可知出射光线平行于BC,则入射光线平行于出射光线,因此无论BD等于多少,出射光线一定平行于入射光线,A错误。当BD=

L时,根据折射定律有n=

,解得r2=30°,由光路图可知,光线在三棱镜中传播的距离为s=sDE+sEF,G点是D点关于BC的对称点,因此s=sDE+sEF=sGE+sEF=sGF,由几何关系有sHF=AB=L,则s=

sGF=

=

,光线在三棱镜中运动的速度v=

=

c,运动时间t=

=

,因此,从B、D间不同点入射的光在棱镜中传播的时间是相同的,均为

,B、D错误。当BD=

L时,设从AC射出的点与C点的距离FC=x,由几何关系可知BH=AF=L-x,BH=BG+GH=BD+

GH=

L+Ltanr2=

L,联立解得x=

L,C正确。1.(2026江西景德镇乐平一中月考)增透膜是利用光的干涉原理减少光学元件表面反射

光、增加透射光强度的光学薄膜。如图所示,某单色光从厚度均匀的增透膜前表面垂

直入射。已知增透膜对该单色光的折射率为n,单色光在真空中的波长为λ、波速为c,

当增透膜厚度最小时,该单色光穿过增透膜的时间为

()

A.

B.

C.

D.

A

题型46双缝干涉与薄膜干涉基础强化练

解析增透膜的最小厚度d=

,其中λ'为单色光在薄膜中的波长,则有n=

=

=

,则d=

=

,该单色光穿过增透膜的时间为t=

=

=

·

=

,A正确。2.(2026湖南湘潭二模)如图所示,凹透镜与一块平直玻璃板接触,用红光垂直透镜的上

表面向下照射,会观察到明暗相间的同心圆环,则下列说法正确的是

()

A.同心圆环越往外越稀疏B.透镜下表面越平坦,同心圆环越密集C.将红光更换为蓝光,同心圆环变稀疏D.同心圆环主要的形成原理是光的干涉

D

解析明暗相间的同心圆环是由透镜和玻璃板之间的空气膜上、下两表面的反射光

发生干涉后形成的,同一亮圆环(或暗圆环)对应的空气膜的厚度相等,相邻的两个亮圆

环对应的空气膜的厚度差等于半个波长,离圆心越远的位置,空气膜的厚度减小得越快,

则同心圆环越密,所以同心圆环内疏外密,A错误。透镜下表面越平坦,空气膜的厚度变

化得越慢,同心圆环越稀疏,B错误。蓝光频率更大,波长更短,得到的同心圆环更密集,C

错误。同心圆环主要的形成原理是光的干涉,D正确。3.(2026山东济宁二模)如图所示,平面镜与光屏垂直放置,某单色光源发出的光一部分

直接照射在光屏上,一部分经平面镜反射后照射在光屏上,两部分光在光屏上叠加形成

干涉条纹。a、b、c、d为矩形的四个顶点,且ab边平行于平面镜。若光源分别

在a、b、c、d四点时,屏上形成的干涉条纹的相邻条纹间距分别为Δx1、Δx2、Δx3、Δx4,

则相邻条纹间距最小的是

()

B

A.Δx1

B.Δx2

C.Δx3

D.Δx4

解析该实验为洛埃镜实验,可类比双缝干涉实验。屏上形成的干涉条纹的相邻条纹

间距Δx=

λ,本题中L为光源到光屏的距离,d为光源与其在平面镜中虚像的间距(即光源到平面镜距离h的2倍,d=2h),λ为光的波长,则相邻条纹间距最小对应的是L最小、d最大

的b点,其对应的条纹间距为Δx2,B正确。4.(2026浙江温州二模)航天实验室用如图所示的装置测量合金棒受热后的伸长量。用

波长0.6μm的激光做实验。激光经透明薄板折射与反射后形成两束相干光,再分别经

固定反射镜M1和与合金棒相连的反射镜M2反射,在接收屏上出现干涉条纹。合金棒右

端固定,未受热时,屏上P处为明条纹;合金棒受热伸长使M2向左移动,观察到P处明暗交

替,共出现20次明条纹,则合金棒的伸长量为

()

B

综合提升练A.3.0×10-6m

B.6.0×10-6mC.9.0×10-6m

D.1.2×10-5m

解析当反射镜M2随合金棒的伸长向左移动Δx(即合金棒的伸长量)时,总光程差的变

化量为2Δx。干涉现象中,P处每重新出现一次明条纹,对应光程差变化一个波长λ,由题

意知,共出现20次明条纹,因此总光程差变化量满足2Δx=20λ,其中λ=0.6μm=0.6×10-6m,

解得Δx=6.0×10-6m,B正确。5.(2026湖北十一校联考)双缝干涉实验装置的截面图如图所示,线光源S到双缝S1、S2的

距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点,光源S发出波长为λ的红色激光,经S1出

射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,玻璃片厚度为4λ,玻璃对

该波长的光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确

的是

()

B

A.由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差Δt=

B.O点出现亮条纹C.若换成波长更短的绿光,O点一定为亮条纹D.若光屏向左移动少许,则光屏上条纹间距变大

解析玻璃对该波长的光的折射率为1.5,则光在该玻璃中的传播速度为v=

=

c,设光由S1到O点的时间为t1,由S2到O点的时间为t2,由题意可知S1到O点的距离等于S2到O点的

距离,将其设为L,则有t1=

+

,t2=

,光传播的时间差为Δt=t1-t2,联立可得Δt=

,光程差为Δs=cΔt=2λ,两列光在O点相干加强,出现亮条纹,A错误,B正确。设玻璃片对绿光的

折射率为n',绿光在空气中的波长为λ',则换用绿光后光程差(Δs)'=c

=4(n'-1)λ,(Δs)'不一定等于λ'的整数倍,所以O点不一定为亮条纹,C错误。光屏向左移动,则双缝到光屏的距离L'变小,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=

λ可知光屏上条纹间距变小,D错误。

BD

一年创新·风向练1.(教考衔接·人教版选必一P94,练习与应用,T4)(5·3原创)(多选)光导纤维是人类迄今为

止应用最广泛的传输介质之一。如图所示是简化的光路图,一段长直光纤的长度为L,

一单色光从左向右射入纤芯,光线与外层材料的夹角为θ,假设光线在纤芯中刚好发生

全反射,光在真空中的传播速度为c,外层材料的折射率与空气的折射率几乎相等,下列

说法正确的是

()

A.纤芯是低折射率材料,外层材料是高折射率材料B.光在纤芯中发生全反射的临界角为90°-θC.纤芯的折射率为

D.光在这段光纤中传播的时间为

创新点通过对光纤通信原理的分析,考查对光的全反射条件的理解和光路几何关系

的掌握。

解析纤芯是高折射率材料,外层材料是低折射率材料,这样光在传播过程中才可能发

生全反射,不从外层材料射出,A错误。光在纤芯中发生全反射的临界角C=90°-θ,折射

率n=

=

=

,B正确,C错误。由n=

=

可得v=ccosθ,由几何关系可得光在光纤中传播的总距离d=

,则传播的总时间t=

=

,D正确。2.(数理结合·通过角度关系计算光学的相关物理量)(5·3原创)如图所示,某透明介质的

横截面是圆环形状,圆心为O,AB是大圆的直径,OCE是大圆的半径,OC、OD是小圆的半

径,△OCD是边长为R的等边三角形,一单色光从A点射入介质,折射角为15°,设入射角为

θ,折射光线从小圆面上的C点射出,然后到达D点。已知光线在C点的折射角与入射角

的差值为15°,光在真空中的传播速度为c,sin15°=

,cos15°=

。求:

(1)此介质的折射率以及sinθ;(2)光从A到C的传播时间。

答案

(1)

(2)

创新点通过分析光的两次折射,考查对光的折射定律的掌握情况和灵活应用数学知

识解题的能力。

解析

(1)由几何关系可得∠OCD=60°,∠ACE=∠OCD-15°=45°此介质的折射率n=

=

由n=

可得sinθ=

。(2)由几何关系可得∠ACE=∠AOC+15°,可得∠AOC=30°设A、C两点间的距离为L,根据正弦定理可得

=

解得L=

n=

光从A到C的传播时间t=

联立解得t=

。3.(教考衔接·人教版选必一P88,例题)(5·3原创)如图所示,先让某种单色光从液面的A点

以入射角α射入,折射光线到达池子水平底面的B点,折射角为30°,再让这种单色光从液

面的A点以入射角60°射入,折射光线到达池子水平底面的C点,折射角为θ,已知

=

,B、C两点间的距离为L,光在真空中的传播速度为c。求:(1)此介质的折射率;(2)光从A到C的传播时间与从A到B的传播时间之差。

答案

(1)

(2)

创新点通过折射光路的计算考查对折射率计算公式的掌握情况。

解析

(1)介质的折射率n=

,n=

结合

=

联立解得θ=45°,n=

。(2)设A到池子水平底面的距离为h,由几何关系可得htanθ-htan30°=L传播距离之差ΔL=AC-AB=

-

联立解得ΔL=

Ln=

光从A到C的传播时间与从A到B的传播时间之差Δt=

联立解得Δt=

。实验16测量玻璃的折射率1.(2024安徽,11节选)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。(1)为测量玻璃的折射率,按图甲所示进行实验,以下表述正确的一项是___________。(填

正确答案标号)A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2,眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针,使P2把P1

挡住,这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧,插上大头针P3,使它把P1、

P2都挡住,再插上大头针P4,使它把P1、P2、P3都挡住,这样就可以确定出射光线和出射

点O2C.实验时入射角θ1应尽量小一些,以减小实验误差

B

(2)为探究介质折射率与光的频率的关系,分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到

空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角,根据实验结果作出光路图,并标记红光和绿

光,如图乙所示。此实验初步表明:对于同一种介质,折射率与光的频率有关,频率大,折

射率________(填“大”或“小”)。大

解析

(1)在白纸上画出一条直线a作为界面,把长方体玻璃砖放在白纸上,使它的一个

长边与a对齐,用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边,按住直尺或三角板不动,将

玻璃砖取下,画出直线a'代表玻璃砖的另一边,而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和

下边分别画出直线a和a',A错误;B选项表述正确;为了减小实验误差,实验时应使入射角

θ1尽量大一些,C错误。(2)由题图乙可知,入射角相同,绿光的折射角小于红光的折射角,根据光的折射定律n=

,可知绿光的折射率大于红光的折射率,又因为绿光的频率大于红光的频率,所以频率大,折射率大。2.(2026黑吉辽内蒙古,11,8分)如图(a),某同学利用激光测距仪分别在①、②位置测量玻

璃砖厚度时,发现两次示数差异较大。他猜想这可能与玻璃砖的折射率有关,于是设计

了如下验证实验。

如图(b),在白纸上描出玻璃砖的两个边a和a',使激光沿纸面以某一角度入射到玻璃砖

侧面,在光束1上靠近光源处标记点M,在光束1与a的交点处标记点O,在光束2与a'的交

点处标记点N。

移走测距仪和玻璃砖。如图(c),过O点作a的垂线b,连接MO和ON,以O为圆心、ON为半

径作圆弧,与MO交于P点。分别测量N、P到b的距离,记为xN和xP。改变入射角多次测量,记录多组数据,计算玻璃砖折射率n及其平均值,结果表明,测距仪

在①、②位置测量时的示数比值与此平均值近似相等。回答下列问题:(1)上述实验过程中,下列说法正确的是___________(单选)。A.点M只能标记在光束1上靠近光源处B.点N只能标记在光束2与a'的交点处C.只能以ON为半径作圆弧(2)处理数据时,n=___________(用xN、xP表示)。(3)该同学推测,测距仪是通过测量激光的传播时间Δt来计算距离的,则该测距仪示数是

B

通过____________(选填“c

”或“v

”,c和v分别是激光在真空和介质中的速度)计算的。(4)该同学将深度为