第十六讲 光学、电磁波 讲义 -2026届新高三暑假衔接课

夜市物理 新高三暑假自学衔接课 第十六讲 光学、电磁波 知识梳理 1.几何光学常用公式：；； 2.各种色光的比较分析 颜色 红橙黄绿青蓝紫 频率ν 低→高 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 同一介质中的波长 大→小 通过同一棱镜的偏折角 小→大 同一介质中的临界角 大→小 同一装置的双缝干涉条纹间距 大→小 3.光干涉的条件：两列光有相同的频率和恒定相位差。 4.干涉条纹间距： 5.光的干涉现象与应用：薄膜干涉、牛顿环、雨后路面彩色油膜、全息照相。 6.光发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。 7.光衍射的现象：钢针影的轮廓模糊不清、圆孔衍射、泊松亮斑。 8.偏振现象的应用：①在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰；②3D立体电影。 9.激光的特点及应用：①激光是一种人工产生的相干光：光纤通讯、激光全息技术。 ②平行度非常好：测距、测速、信息存储和阅读、激光雷达。 ③亮度高：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。 10.电磁波：(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。(2)在真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s。 (3)v＝λf对电磁波同样适用。 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。 (5)麦克斯韦预言了电磁波的存在，并建立完整的电磁理论；赫兹证明了麦克斯韦的预言。 11.电磁波谱的特性及应用 电磁波谱 特性 应用 递变规律 无线电波 容易发生衍射 通信和广播 红外线 热效应 红外线遥感 可见光 引起视觉 照明等 紫外线 荧光效应，能杀菌 灭菌消毒、防伪 X射线 穿透能力强 医用透视、安检 γ射线 穿透能力很强 工业探伤、医用治疗 12.有效发射电磁波，必须满足的两个条件： (1)要有足够高的振荡频率．频率越高，发射电磁波的本领越大。 (2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间.因此,采用开放电路。 　 13.电磁波发射和接收：调制——调谐——解调 14.LC振荡电路充、放电过程的判断方法： （1）根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。 （2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 （3）根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。 15.LC振荡电路两个过程：放电过程电荷量q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量q增加，振荡电流i减小。 16.LC振荡电路两个瞬间：放电完毕瞬间q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，q最大。 1.光的折射定律及折射率考点分析 1 折射定律 (1)内容：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：＝n。 ①在光的折射现象中，光路是可逆的。 ②当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。 2 折射率 1．折射率 (1)折射率是反映介质的光学性质的物理量。 (2)定义式：n＝。 (3)计算式：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 2．折射率的理解 (1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 (3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 3 全反射及条件 1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。 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。 4 全反射临界角 1.定义：折射角等于90°时的入射角。 2.公式：sin C＝。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝得sin C＝。 3.大小：介质的折射率n越大，发生全反射的临界角C越小。 典例分析 例1.．游泳池底部装有地埋式LED灯，主要用于水下照明，方便游泳的人看到泳池水底的情况。如图所示，表面积足够大的某泳池水的深度，LED灯可视为点光源，已知水的折射率为，空气中光速为。当灯以不同角度射出光线时，下列说法正确的是（　　） A．光在水中传播的速度大小为 B．光线从水中射向空气时，入射角与折射角成正比 C．在水面能看到的发光区域的面积约为 D．若水中含有杂质导致折射率增大，则发光区域的面积将变大 【答案】C 【详解】A．光在水中的传播速度，故A错误； B．由折射定律 可知律，入射角与折射角的正弦值成正比，故B错误。 C．临界角 由几何关系可知，发光区域半径 面积，故C正确； D．折射率增大，根据上述分析知临界角减小，发光区域面积减小，故D错误。 命题意图：本题以实际光学设备（泳池照明）的原理分析为情境，考查折射率公式、临界角计算、发光区域面积推导，及几何光学问题的数学建模与计算。 例2.折射率为的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆柱内的反射）（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】 设光线射入圆柱体时的折射角为，根据光的折射定律可知 解得 如图，根据几何关系可知光线射出圆柱体时的入射角 则法线与竖直方向的夹角 根据光的折射定律可知 解得光线射出圆柱体时的折射角 光线从圆柱体内射出时，与竖直方向的夹角为 故选B。 例3.如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线1和2，从扇形材料的A点传播，光线1传到圆弧（圆）AC的中点B．光线2传播到C点偏上，则两光线发生下列哪种情况（　　） A．1不全反射，2全反射 B．都不全反射 C．都全反射 D．1全反射，2不全反射 【答案】C 【详解】因可得临界角 即C<45° 因射到B点的光线的入射角为 可知光线1会发生全反射；因射到C点偏上的的光线的入射角为 可知光线2会发生全反射。 故选C。 例4.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 【答案】D 【详解】AB．激光在不同介质中传播时，其频率不变，故AB错误； CD．根据，甲的折射率比乙的大，则用乙时全反射临界角大，故C错误，D正确。 故选D 。 例5.如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】作出光在水晶中的光路如图所示 设P点到内表面发生全发射的点距离为l，根据图中几何关系和正弦定理有 光在内环上刚好发生全反射，则 由对称性可知，光从P点射入到从Q点射出的时间为 又光在水晶中的传播速度 联立解得 故选A。 故选D。 例6.如图所示，一束红光和一束黄光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面积为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别为M、N两点射出，已知，，则下列说法正确的是（　　） A．ON是黄光，OM是红光 B．玻璃对OM光束的折射率为 C．沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长 D．若将OM光束从N点沿着NO方向射入，可能发生全反射 【答案】AC 【详解】A．根据光的折射定律，光在介质中的折射率为 由图可知，OM、ON两束光在空气中的入射角相等，而在介质中OM光的折射角大于ON光的折射角，所以OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，而红光的折射率小于黄光的折射率，所以OM为红光，ON为黄光，故A正确； B．对OM光束，根据光的折射定律有 故B错误； C．光在介质中的传播速度为 由于OM光束在介质中的折射率小于ON光束在介质中的折射率，所以OM光束在介质中的传播速度大于ON光束在介质中的传播速度，而光穿过玻璃柱体的路程相同，所以沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长，故C正确； D．OM光线发生全反射的临界角为 解得 则若将OM光束从N点沿着NO方向射入，此时的入射角一定小于临界角，则一定不会发生全反射，故D错误。 故选AC。 例7.如图所示，一束光线由空气射入半径为R的半圆形玻璃砖，O点是玻璃砖的圆心。已知玻璃的折射率，光在真空中的速度为c，求光线： (1)进入玻璃中的折射角θ； (2)在玻璃砖中的传播时间t。 【答案】(1)30° (2) 【详解】（1）由题意可知，光线射入玻璃砖时的入射角 根据折射定律可得 解得 （2）光线在玻璃砖中的波速 在玻璃砖中的传播为时间 解得 技巧总结： 光的折射和全反射问题的解题要点 两个技巧 四点注意 (1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件： ①光必须从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。 (1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)光的反射、折射和全反射现象，光路均是可逆的。 (4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。 考点分析 2.光的干涉 1 产生干涉的条件 两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。 2 杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。 (2)形成亮、暗条纹的条件 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹。 光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)，光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。 ③条纹间距公式：Δx＝λ。 3 薄膜干涉的理解和应用 (1)形成：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，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。 (2)亮、暗条纹的判断 ①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。 ②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。 (3)应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。 典例分析 例1.用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝关于轴对称，光屏垂直于轴放置。将偏振片垂直于轴置于双缝左侧，单色平行光沿轴方向入射，在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片置于双缝右侧，透振方向平行。保持不动，将绕轴转动的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法正确的是（    ） 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 【答案】A 【详解】根据干涉条纹间距公式可知当P2旋转时，，，均不变，故条纹间距不变；随着P2的旋转，透过P2的光强在减小，干涉条纹的亮度在减小。 故选A。 例2.如图所示，将一个玻璃圆台放置在一块平面玻璃上，圆台的纵截面为等腰梯形。让红光垂直圆台的上表面入射，从上向下观察，可以看到明暗相间的同心圆环状条纹。下列说法正确的是（　　） A．环状条纹是圆台上表面和侧面的反射光叠加形成的 B．从圆心向外环状条纹越来越稀疏 C．改用紫光入射，条纹间距变小 D．用同一单色光入射，圆台侧面与玻璃平面的夹角越小，条纹间距越小 【答案】C 【详解】A．这些同心环纹本质上是圆台底面与下面平板玻璃之间所形成的一种“薄膜干涉”现象，而非由上表面与侧面反射光的叠加所致，故A错误。 B．由于截面为等腰梯形，所以条纹间距从第二条起为等间距，而不是从圆心向外环状条纹越来越稀疏，故B错误。    C．干涉条纹的间距与光的波长成正比，紫光波长比红光短，改用紫光时条纹间距变小，故C正确。    D．在同一单色光下，若圆台与平面玻璃的夹角变小，则干涉空隙增厚得更缓慢，条纹在水平方向上反而拉得更开，间距增大，故D错误。 故选C。 例3. 下列关于甲、乙、丙、丁四幅图所涉及的光现象的说法中正确的是（　　） A．甲图是利用光的衍射来检查工件的平整度 B．乙图中内窥镜所用的光导纤维利用了光的全反射 C．丙图中的玻璃利用了光的色散现象增加乘员的视野 D．丁图中的泊松亮斑是由于光的偏振引起的 【答案】B 【详解】A. 甲图是利用光的干涉来检查工件的平整度，选项A错误； B. 乙图中内窥镜所用的光导纤维利用了光的全反射，选项B正确； C. 丙图中的玻璃利用了光的折射现象增加乘员的视野，选项C错误； D. 丁图中的泊松亮斑是由于光的衍射引起的，选项D错误。 故选B。 例4.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（　　） A．图乙是光的衍射图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一条狭缝宽度增大，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 【答案】CD 【详解】A．由题图可知，题图乙中间部分为等间距条纹，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A错误； B．狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误； C．照射两条狭缝时，由公式可知，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确； D．照射两条狭缝时，若光从狭缝到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。 故选CD。 例5.把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下列关于条纹的说法中正确的是（　　）    A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光叠加的结果 B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧 【答案】AC 【详解】A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光叠加的结果，故A正确； B．条纹中的暗纹是由于两列反射光的波谷与波峰叠加的结果，故B错误； C．条纹的位置与空气膜的厚度是对应的，当上玻璃板平行上移时，同一厚度的空气膜向劈尖移动，故条纹向着劈尖移动，故C正确； D．薄膜干涉条纹时，眼睛应在入射光的同一侧，故D错误。 故选AC。 考点分析 3. 光的衍射和偏振 1 光的衍射 1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 2．衍射条纹的特点 (1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 单缝衍射 圆孔衍射 单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小 ②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小 白光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环 (2)泊松亮斑(圆盘衍射) 当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 2 光的偏振 1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2．自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。 3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。 典例分析 例1.血氧仪是测量血氧饱和度和脉率的仪器，其工作原理基于还原血红蛋白和氧合血红蛋白在红光和近红光区域的吸收光谱特性。下列关于红光和近红光区域红外线的说法正确的是（　　） A．红光比红外线更容易发生衍射现象 B．红光和红外线都是可见光 C．原子从高能级向低能级跃迁时，可能发射红光，也可能发射红外线 D．在同一介质中，红光和红外线的传播速度相同 【答案】C 【详解】A．红外线的波长比红光长，根据波长越长越容易发生衍射现象，故红外线比红光更容易发生衍射现象，故A错误； B．红外线是不可见光，红光属于可见光，故B错误； C．原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出的光子能量等于两个能级的能量差，当能量差对应的光子频率在红光或红外线区域时，就可能发射红光或红外线，故C正确； D．在同一介质中，不同频率的光传播速度不同，红光和红外线频率不同，所以传播速度不同，故D错误。 故选C。 例2.某同学利用如图所示的装置，观察光的衍射现象，保持单缝到光屏的距离不变，仅减小单缝的宽度，则关于屏上的中央亮纹，下列说法正确的是（    ） A．宽度变窄，亮度减弱 B．宽度变窄，亮度增强 C．宽度变宽，亮度减弱 D．宽度变宽，亮度增强 【答案】C 【详解】仅减小单缝宽度，衍射现象更明显，中央亮纹宽度变宽，但由于光通过单缝的总能量减弱，所以条纹亮度减弱。 故选C。 例3.在近代物理发展的过程中，实验和理论相互推动，促进了人们对世界的认识。下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图（a）所示的射线“1”为射线 B．图（b）所示的中心亮斑为圆盘衍射而形成的泊松亮斑 C．图（c）所示为粒子散射实验，实验发现极少数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 D．图（d）所示为氢原子能级图，一个处于第四能级的氢原子最多能辐射出6种光子 【答案】B 【详解】A．由天然放射现象知识可知，在匀强磁场中，α射线偏转半径较大，β射线偏转半径较小，γ射线不偏转，故射线“1”应为β射线，故A错误； B．图（b）所示的中心亮斑为圆盘衍射而形成的泊松亮斑，故B正确； C．卢瑟福通过图（c）进行粒子散射实验研究时，发现绝大多数粒子穿过金箔后运动方向几乎不变，少数发生大角度偏转，极少数被弹回，故C错误； D．图（d）中一个处于第四能级的氢原子最多能辐射出种光子，故D错误； 故选B。 例4.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是（　　）    A．白炽灯发出的光是纵波 B．偏振片Q起到检偏的作用 C．光束Ⅱ中光的振动方向与透振方向垂直 D．将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将消失 【答案】B 【详解】A．白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，不能说明白炽灯的光是纵波，故A错误； B．当白炽灯光经偏振片P后就成为偏振光，又经与P平行的偏振片Q照到光屏上，所以偏振片Q起到检偏的作用，故B正确； C．光束Ⅱ中的光是经偏振片P透射来的，所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行，故C错误； D．将偏振片P以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将会减弱，但不会完全消失，故D错误。 故选B。 例5.市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片。安装两镜片时它们的透振方向应该沿（　　） A．水平方向 B．相互垂直 C．竖直方向 D．任意方向 【答案】B 【详解】该太阳镜的镜片是偏振片，目的是减少通光量，它不会改变物体的颜色，并且看景物的色彩柔和浓重。在安装两镜片时它们的透振方向应该沿相互垂直。 故选B。 例6.在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是（　　） A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象 B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象 C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象 D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象 【答案】BC 【详解】A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象属于光的色散现象，选项A错误； B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象，属于光的薄膜干涉现象，选项B正确； C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象，属于光的薄膜干涉现象，选项C正确； D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象属于光的单缝衍射现象，选项D错误。 故选BC。 例7.关于光现象，下列说法正确的是（　　） A．光导纤维传输信号利用了光的干涉 B．只有波长较长的光才能发生衍射现象 C．医学上用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光能量大的特点 D．3D电影利用了光的偏振原理，观众戴的眼镜是一对透振方向互相垂直的偏振片 【答案】CD 【详解】A．光导纤维传输信号利用了光的全反射，故A错误； B．衍射现象是波的特性之一，任何波长的光波都会发生衍射现象，故B错误； C．用激光来切除肿瘤是应用激光的频率高、能量大的特点，故C正确； D．观看立体电影时，观众戴的眼镜是一对透振方向互相垂直的偏振片，故D正确。 故选CD。 考点分析 4.电磁振荡与电磁波 1 电磁振荡物理量的变化 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示) 2.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示) u、EE规律与q－t图像相对应；EB规律与i－t图像相对应。 3.各物理量变化情况一览表 时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量 0～ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 ～ 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 ～ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 ～T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 2 LC振荡电路的周期和频率 1.明确T＝2π，即T取决于L、C，与极板所带电量、两板间电压等无关。 2.明确电感线圈的自感系数L及电容器的电容C由哪些因素决定。L一般由线圈的大小、形状、匝数及有无铁芯决定，平行板电容器的电容C由公式C＝可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关。 3 电磁场理论 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 2.电磁波与机械波的比较 电　磁　波 机　械　波 产　生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波　速 在真空中等于光速c=3×108 m/s,在介质中与频率有关 与介质有关,与频率无关 是否需要 介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 能量传播 电磁能 机械能 4 电磁波谱 1.电磁波谱的排列 按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 2.不同电磁波的特点及应用 特点 用途 无线电波 波动性强 通讯、广播、导航 红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗 γ射线 穿透力最强 探测、治疗 典例分析 例1.如图所示的LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则下列说法错误的是（　　） A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带负电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b 【答案】D 【详解】AB．若磁场在减弱，则磁场能在减小，电流在减小，电场能在增加，根据磁感线的方向和右手螺旋定则可以判断出电流的方向由到；因为在充电，所以自感线圈相当于电源，电流由电源正极流出，所以下板带正电，上板带负电，故AB正确； CD．若磁场正在增强，说明电流正在增大，电场能向磁场能转化，电容器正在放电，电场能正在减少，根据右手螺旋定则可以判断出电流的方向仍是由向，此时电容器相当于电源，所以上极板带正电，故C正确，D错误。 本题选择错误的，故选D。 例2某振荡电路中，线圈中的磁场及电容器中的电场如图中所示，该时刻（　　） A．电容器极板间的场强正在减小 B．电路中的电流正在增大 C．回路（非线圈）中的电流方向逆时针 D．增大电容器的电容，可以增大振荡电路的频率 【答案】C 【详解】A．根据图示电场方向可知，电容器上极板带正电，根据安培定则可知，回路电流方向沿逆时针方向，则上极板失电子，电容器极板所带电荷量增大，电容器处于充电状态，则电容器极板间的场强正在增大，故A错误； B．结合上述，电容器处于充电状态，则电场能增大，线圈中的磁场能减小，可知，电路中的电流正在减小，故B错误； C．结合上述可知，回路（非线圈）中的电流方向沿逆时针方向，故C正确； D．根据 可知，增大电容器的电容，可以减小振荡电路的频率，故D错误。 故选C。 例3.如图所示为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图。下列说法正确的是（　　） A．如图所示的时刻电容器正在放电 B．如图所示的时刻电流正在减小 C．电路中的磁场能在减少 D．电容器两端的电压在增加 【答案】BCD 【详解】由电场方向可知电容器上极板带正电，由线圈中的电流方向可知电路中电流方向为逆时针，结合以上两点可知电容器正在充电，电路中的电流正在减小，磁场能在减少，电容器两端的电压在增加。 故选BCD。 例4.如图甲所示为LC振荡电路，图乙的图像表示LC振荡电路中，电容器上极板电荷量随时间变化的关系，下列说法正确的是（　　） A．时间内，线圈中磁场能在减少 B．两时刻电路中电流最大 C．时间内，电容器内的场强在增大 D．增大电路的振荡周期，可以使该电路更有效地发射电磁波 【答案】A 【详解】A．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在增大，故电容器的电场能在增大，线圈中的磁场能在减少，故A正确； B．从图像可知，两时刻电容器的电荷量最大，故电场能最大，磁场能最小，电路中的电流最小，故B错误； C．从图像可知，时间内，电容器的电荷量在减少，电容器内的场强在减小，故C错误； D．根据电磁波发射的特点可知，要有效地发射电磁波，振荡电路必须要有足够高的振荡频率，需要减小电路的振荡周期，故D错误。 故选A。 例5.目前，疫情防控进入新阶段，在疫情防控中有许多设备用到物理知识，下列说法错误的是（    ） A．额温枪中的红外线传感器接收人体发出的红外线，体温越高，发出的红外线波长越短 B．水银温度计利用气体的热胀冷缩现象，测量体温时，人体温度越高，水银温度计里面的气体温度越高，体积越大，温度计示数就越高 C．防疫期间经常用紫外线照射环境和设备，这是利用紫外线的消毒功能 D．病患的餐具可以在沸水中消毒，把冷水煮为沸水的过程，是水吸热，内能增加的过程 【答案】B 【详解】A．额温枪是接收人体发出的红外线，任何物体温度越高，发出的红外线波长越短，故A正确； B．水银温度计利用水银的热胀冷缩现象，测量体温时，人体温度越高，水银温度计里面的水银泡温度就越高，体积越大，温度计示数就越高，故B错误； C．紫外线具有消毒功能，故C正确； D．把水煮沸的过程，是水吸热，内能增加的过程，故D正确。 本题选择错误的答案，故选B。 例6.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲的频率高于20000Hz，能持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射数次．已知蝙蝠在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑捕食的过程中，发出的超声波频率为35000Hz，下列说法正确的是（　　） A．蝙蝠发出的超声波属于电磁波 B．超声波反射前后波速大小相等 C．结合题图可知超声波频率比无线电波频率要高 D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收到的频率 【答案】B 【详解】A．蝙蝠发出的超声波不属于电磁波，选项A错误； B．超声波反射前后波速大小相等，选项B正确； C．由图可知无线电波的频率 可知超声波频率比无线电波频率要低，选项C错误； D．蝙蝠向墙壁靠近时，根据多普勒效应可知，蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率，故D错误。 故选B。 巩固练习 一、单选题 1．（2025·山东·模拟预测）如题所示，一束真空波长为λ的光射入双缝，双缝间距为d；距离双缝l远处平行放置一个光屏（l>d），双缝与光屏之间充满折射率为n的介质，则光屏上相邻亮条纹的间距是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】光在介质中的波长为 根据条纹间距表达式 可得 故选D。 2．（2025·山东济南·二模）图甲和图乙是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的单缝衍射图样，图丙和图丁是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉图样。甲、乙、丙、丁四幅图样中用红光形成图样的是（　　） A．甲、丙 B．乙、丁 C．乙、丙 D．甲、丁 【答案】B 【详解】红光的波长比蓝光长，可知衍射现象更加明显，则图乙是红光的衍射图样；根据条纹间距表达式 可知，红光的干涉条纹间距较大，可知丁为红光形成的双缝干涉图样。 故选B。 3．（2025·四川成都·三模）图示为某同学设计的一种测量液体折射率的方案。将一绿光点光源置于足够大的容器内，光源距水面深度为h，水面被光源照亮的区域直径为d，已知光在真空中的传播速度大小为c。下列说法正确的是（    ） A．该液体的折射率为 B．光传播至液体上表面的最短时间为 C．若将绿光换为红光，水面照亮的区域变大 D．若将点光源换为平行水面的正方形面光源，水面照亮的区域为正方形 【答案】C 【详解】A．由全反射可知 解得该液体的折射率为 选项A错误； B．光传播至液体上表面的最短时间为 选项B错误； C．因红光的折射率小于绿光，若将绿光换为红光，根据 可知临界角变大，则水面照亮的区域半径为 变大，选项C正确； D．若将点光源换为平行水面的正方形面光源，面光源各点发出的光在水面发生全反射，临界角决定每个点光源照亮的区域均为圆形，则总的照亮区域四个顶角为圆形边缘，（非正方形），故D错误。 故选C。 4．（2025·浙江·二模）老花镜可以看做厚度很薄的透镜，其前后表面可以看做半径分别为和的球面（），过两球面球心的连线称为主光轴，与主光轴距离为（）靠近光轴的光线为近轴光线。一束平行近轴光线通过透镜后与主光轴的交点到透镜（厚度不计）的距离称为焦距。则该老花镜（透镜）的焦距为（已知透镜折射率为n，当很小时，有，）（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】因，厚度又可不计，对近轴光线，可将视为无限大，即左边近似为平面 根据几何关系有、 可知 解得 故选D。 5．（24-25高二上·江苏宿迁·期末）微波炉利用的微波与家用光波炉利用的红外线相比，在真空中微波的（　　） A．频率更大 B．波长更长 C．传播速度更大 D．光子能量更高 【答案】B 【详解】AB．根据电磁波谱可知，微波属于无线电波，微波波长大于红外线波长，微波频率小于红外线频率，A错误，B正确； C．电磁波在真空中的传播速度均为光速，所以传播速度相同，C错误； D．光子能量 可知频率越大，光子能量越大，所以微波的光子能量小，D错误。 故选B。 6．（2025·四川成都·三模）如图所示，BCD为一直角三角形棱镜的截面，，棱镜的折射率为，P为垂直于直线BC的光屏，现有一激光器从A点由静止自由下落到桌面O点，整个下落过程中从激光器发出的光束始终平行于BC边，经棱镜折射后在屏P上形成一个移动的光斑，已知A点距离BC桌面高度h，若真空中光速为c，当地重力加速度为g，忽略光到屏的传播时间，则下列说法正确的是（　　） A．激光束在棱镜上的CD边上会发生全反射 B．激光束在棱镜中传播的速度等于 C．光斑在屏P上移动的距离为 D．光斑在屏P上移动的平均速度 【答案】D 【详解】A．由全反射知识可得 由题意知，激光束从棱镜射向空气时的入射角 可见，全反射临界角C大于入射角，不会发生全反射，故A错误； B．由得，故B错误； C．设高度h对应的棱镜斜边长度为l，光斑在屏P上移动的距离为d 则有数学知识可得 联立可得，故C错误； D．设激光器下落时间为t 则由自由落体运动知识可得 光斑在屏P上移动的平均速度 联立解得，故D正确； 故选D。 7．（2025·山东德州·三模）如图甲所示，凸透镜放置在水平玻璃板上，波长为的单色光竖直向下照射，呈现出如图乙所示的亮暗相间的同心圆环，P处位于亮环上。下列说法正确的是（　　） A．仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜，P处仍位于亮环上 B．对凸透镜施加向下的压力，同一级亮环的半径将变小 C．仅将入射光的波长调整为，则P处位于暗环上 D．空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于暗环上 【答案】A 【详解】A．P处位于亮环上，P处干涉加强，根据薄膜干涉原理有（m=1，2，3…） 根据折射率的规律有 解得（m=1，2，3…） 仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜，上述表达式仍然成立，只是整数m将增大，可知，P处仍然为干涉加强位置，即P处仍位于亮环上，故A正确； B．对凸透镜施加向下的压力，凸透镜与水平玻璃板间的薄膜厚度减小，结合上述可知，同一厚度对应的亮条纹对应的位置将外移，可知，同一级亮环的半径将变大，故B错误； C．仅将入射光的波长调整为，根据折射率的规律有 根据薄膜干涉原理有（m=1，2，3…） 解得（m=1，2，3…） 可知，仅将入射光的波长调整为，则P处位于亮环上，故C错误； D．空气膜厚度为（k=1，2，3…） 若该处为干涉减弱，根据薄膜干涉原理有（m=1，2，3…） 根据折射率的规律有 解得 可知，折射率满足上述表达式时，空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于暗环上。若该处为干涉加强，根据薄膜干涉原理有（m=1，2，3…） 根据折射率的规律有 解得 可知，折射率满足上述表达式时，空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于亮环上，故D错误。 故选A。 二、多选题 8．（2025·海南海口·模拟预测）我国自行研制的北斗卫星导航系统，是用时间测距方法进行导航定位。时间测距是通过定位卫星与用户间发出信号和接受信号的时间差计算出用户与卫星间的距离，通常导航信号传输使用电磁波。下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　） A．电磁波可以传递信息和能量，只能在介质中传播 B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 C．增大电容器的电容C，可以增大LC电路产生的电磁波频率 D．减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率 【答案】BD 【详解】A．电磁波可以传递信息和能量，既能够在介质中传播，也能够在真空中传播，故A错误； B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，根据麦克斯韦电磁理论可知，能够形成电磁波，从而发射电磁波，故B正确； C．根据 可知，增大电容器的电容C，可以减小LC电路产生的电磁波频率，故C错误； D．结合上述可知，减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率，故D正确。 故选BD。 9．（2025·上海·一模）核心舱和地面间使用无线电波联系，核心舱内宇航员之间使用声波交流。无线电波和声波的特点（　　） A．都不需要介质传播 B．都属于电磁波 C．都能传递能量和信息 D．都能发生干涉和衍射 【答案】CD 【详解】AB．无线电波是电磁波，不需要介质传播；声波是机械波，需要介质传播，选项AB错误； CD．无线电波和声波都能传递能量和信息，且都能发生干涉和衍射，选项CD正确。 故选CD。 . 10．（2025·河南·二模）公园夜晚景观池有可变化形状的灯光秀，现将一半圆形线状光源（如图甲）水平放置在水面以下，随着放置深度或灯光颜色的不同，人们在水面上会看到不同形状的发光区域，如图乙、丙所示。下列说法正确的是（　　） A．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更深 B．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更浅 C．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对乙图中光的折射率更大 D．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对丙图中光的折射率更大 【答案】BC 【详解】取线光源上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为r，点光源发出的光线在水面恰好发生全反射的临界角为C。则 整理有 由图乙、丙可知，水面上乙图圆形半径小于丙图圆形半径，若乙、丙两图是由同一颜色的光形成的，则水对光的折射率一定，由于乙图圆形半径小于丙图圆形半径，根据上式可知，乙图比丙图中的光源的h更小，即深度更浅；若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则根据上式可知，则水对乙图中光的折射率更大。 故选BC。 11．（2025·江西·二模）如图所示的是半球形透明介质主视图，球心为，半径为，为圆面上的一点，距球心的距离为。一束截面积为的红色光束垂直射向圆面并恰好覆盖球形上表面，实验发现从点入射的光在透明介质的球面上恰好发生全反射。已知光在真空中传播的速度为，球冠的面积公式（为球冠的高），不考虑光在球形上表面的反射，下列选项正确的是（　　） A．该介质折射率为 B．透明介质球面被照亮的面积为 C．距离球心处入射的光在介质中传播的时间为 D．若将红光换成紫光，透明介质球面被照亮的面积增大 【答案】AC 【详解】A．根据几何关系可得从点入射的光在透明介质的球面上的光的入射角满足 根据发生全反射的条件 联立可得该介质折射率为 故A正确； B．如图所示 根据几何关系可得 则球冠高为 透明介质球面被照亮的面积为 故B错误； C．根据几何关系可得距离球心处入射的光在球面的入射角满足 会发生全反射，光路图如图所示 可知在A点会发生全反射，同理可得出在B、C两点也会发生全反射， 在介质中传播的距离 光在介质中传播的速度 距离球心处入射的光在介质中传播的时间为 故C正确； D．若将红光换成紫光，紫光的折射率更大，根据可知临界角越小，则恰好发生全反射的光线向着圆心移动，则透明介质球面被照亮的面积减小，故D错误。 故选AC。 12．（2025·浙江绍兴·二模）有关以下四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲中，两板间的薄片越薄，干涉条纹间距越大 B．图乙中，光屏上的中央亮斑是光照射到小圆孔后产生 C．图丙中，照相机镜头上的增透膜，在拍摄水下的景物时可消除水面的反射光 D．图丁中，入射的光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 【答案】AD 【详解】A．图甲中，两板间的薄片越薄，则空气薄膜的厚度减小，而膜的厚度是两列反射光波路程差的2倍，而两列反射光波的路程差等于发生稳定干涉的光波半波长的偶数倍或奇数倍，因此可知满足半波长偶数倍或奇数倍的数量减少，明暗条纹变稀疏，则条纹间距变大，故A正确； B．图乙中，光屏上的中央亮斑是泊松亮斑是圆板衍射形成的图样，故B错误； C．为使拍摄的水面下景物更清晰，可利用偏振现象，在照相机镜头前加一偏振片，减少水面反射光的影响，故C错误； D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长，故D正确。 故选AD。 三、解答题 13．（2025·贵州贵阳·二模）水晶灯下方的吊坠可以提高灯体的稳定性，其多面棱角的形状使光线在内部多次反射，减少眩光。如图是一种钻石型吊坠的剖面图，∠N=∠P=90º，∠O=120º，N O边和PO边长为2L，在该剖面所在平面内有一束单色光从MN边上的A点射入吊坠，经折射后恰好射到NO中点，已知AN=L，入射角i=45º，光在真空中传播速度为c．求： (1)吊坠对该单色光的折射率； (2)通过计算，判断该束光在NO面是否会发生全反射； (3)光在吊坠中传播的时间（当光在界面发生折射时，不考虑其反射光线）。 【答案】(1) (2)会在NO面发生全反射 (3) 【详解】（1）设该单色光进入吊坠的折射角为r，则 可得r=30° 吊坠对该单色光的折射率 （2）该单色光在吊坠中的临界角为C，则 可得C=45° 而单色光射到NO面的入射角为60°，所以该束光会在NO面发生全反射。 （3）设该光在吊坠中的传播速度为v，则 可得 由几何关系可知，该单色光将在MP面上关于OM轴与A点对称的A′点处射出吊坠，光在吊坠中传播的路径长度 光在吊坠中传播的时间 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$夜市物理 新高三暑假自学衔接课 第十六讲 光学、电磁波 知识梳理 1.几何光学常用公式：；； 2.各种色光的比较分析 颜色 红橙黄绿青蓝紫 频率ν 低→高 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 同一介质中的波长 大→小 通过同一棱镜的偏折角 小→大 同一介质中的临界角 大→小 同一装置的双缝干涉条纹间距 大→小 3.光干涉的条件：两列光有相同的频率和恒定相位差。 4.干涉条纹间距： 5.光的干涉现象与应用：薄膜干涉、牛顿环、雨后路面彩色油膜、全息照相。 6.光发生明显衍射的条件：障碍物或狭缝的尺寸比波长小或者跟波长相差不多。 7.光衍射的现象：钢针影的轮廓模糊不清、圆孔衍射、泊松亮斑。 8.偏振现象的应用：①在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰；②3D立体电影。 9.激光的特点及应用：①激光是一种人工产生的相干光：光纤通讯、激光全息技术。 ②平行度非常好：测距、测速、信息存储和阅读、激光雷达。 ③亮度高：工业切割、焊接；医学“光刀”；利用强激光产生的高压引发核聚变。 10.电磁波：(1)电磁波是横波，在空间传播不需要介质。(2)在真空中电磁波的传播速度为3×108 m/s。 (3)v＝λf对电磁波同样适用。 (4)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。 (5)麦克斯韦预言了电磁波的存在，并建立完整的电磁理论；赫兹证明了麦克斯韦的预言。 11.电磁波谱的特性及应用 电磁波谱 特性 应用 递变规律 无线电波 容易发生衍射 通信和广播 红外线 热效应 红外线遥感 可见光 引起视觉 照明等 紫外线 荧光效应，能杀菌 灭菌消毒、防伪 X射线 穿透能力强 医用透视、安检 γ射线 穿透能力很强 工业探伤、医用治疗 12.有效发射电磁波，必须满足的两个条件： (1)要有足够高的振荡频率．频率越高，发射电磁波的本领越大。 (2)振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间.因此,采用开放电路。 　 13.电磁波发射和接收：调制——调谐——解调 14.LC振荡电路充、放电过程的判断方法： （1）根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程。 （2）根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程。 （3）根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电。 15.LC振荡电路两个过程：放电过程电荷量q减小，振荡电流i增加；充电过程电荷量q增加，振荡电流i减小。 16.LC振荡电路两个瞬间：放电完毕瞬间q＝0，i最大；充电完毕瞬间i＝0，q最大。 1.光的折射定律及折射率考点分析 1 折射定律 (1)内容：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：＝n。 ①在光的折射现象中，光路是可逆的。 ②当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角。 2 折射率 1．折射率 (1)折射率是反映介质的光学性质的物理量。 (2)定义式：n＝。 (3)计算式：n＝，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 2．折射率的理解 (1)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (2)折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。 (3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 3 全反射及条件 1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部消失，只剩下反射光线的现象。 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。 4 全反射临界角 1.定义：折射角等于90°时的入射角。 2.公式：sin C＝。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝得sin C＝。 3.大小：介质的折射率n越大，发生全反射的临界角C越小。 典例分析 例1.．游泳池底部装有地埋式LED灯，主要用于水下照明，方便游泳的人看到泳池水底的情况。如图所示，表面积足够大的某泳池水的深度，LED灯可视为点光源，已知水的折射率为，空气中光速为。当灯以不同角度射出光线时，下列说法正确的是（　　） A．光在水中传播的速度大小为 B．光线从水中射向空气时，入射角与折射角成正比 C．在水面能看到的发光区域的面积约为 D．若水中含有杂质导致折射率增大，则发光区域的面积将变大 例2.折射率为的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射，光线与竖直方向的夹角为，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在圆柱内的反射）（　　） A． B． C． D． 例3.如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线1和2，从扇形材料的A点传播，光线1传到圆弧（圆）AC的中点B．光线2传播到C点偏上，则两光线发生下列哪种情况（　　） A．1不全反射，2全反射 B．都不全反射 C．都全反射 D．1全反射，2不全反射 例4.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 例5.如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为（　　） A． B． C． D． 例6.如图所示，一束红光和一束黄光，从O点以相同角度沿PO方向射入横截面积为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别为M、N两点射出，已知，，则下列说法正确的是（　　） A．ON是黄光，OM是红光 B．玻璃对OM光束的折射率为 C．沿ON路径传播的光穿过玻璃柱体所需时间较长 D．若将OM光束从N点沿着NO方向射入，可能发生全反射 例7.如图所示，一束光线由空气射入半径为R的半圆形玻璃砖，O点是玻璃砖的圆心。已知玻璃的折射率，光在真空中的速度为c，求光线： (1)进入玻璃中的折射角θ； (2)在玻璃砖中的传播时间t。 技巧总结： 光的折射和全反射问题的解题要点 两个技巧 四点注意 (1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件： ①光必须从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符。 (1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)光的反射、折射和全反射现象，光路均是可逆的。 (4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。 考点分析 2.光的干涉 1 产生干涉的条件 两列光的频率相同，振动方向相同，且具有恒定的相位差，才能产生稳定的干涉图样。 2 杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。 (2)形成亮、暗条纹的条件 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 光的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2，…)，光屏上出现亮条纹。 光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)，光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色(填写颜色)。 ③条纹间距公式：Δx＝λ。 3 薄膜干涉的理解和应用 (1)形成：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，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。 (2)亮、暗条纹的判断 ①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。 ②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3，…)，薄膜上出现暗条纹。 (3)应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。 典例分析 例1.用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝关于轴对称，光屏垂直于轴放置。将偏振片垂直于轴置于双缝左侧，单色平行光沿轴方向入射，在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片置于双缝右侧，透振方向平行。保持不动，将绕轴转动的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法正确的是（    ） 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 例2.如图所示，将一个玻璃圆台放置在一块平面玻璃上，圆台的纵截面为等腰梯形。让红光垂直圆台的上表面入射，从上向下观察，可以看到明暗相间的同心圆环状条纹。下列说法正确的是（　　） A．环状条纹是圆台上表面和侧面的反射光叠加形成的 B．从圆心向外环状条纹越来越稀疏 C．改用紫光入射，条纹间距变小 D．用同一单色光入射，圆台侧面与玻璃平面的夹角越小，条纹间距越小 例3. 下列关于甲、乙、丙、丁四幅图所涉及的光现象的说法中正确的是（　　） A．甲图是利用光的衍射来检查工件的平整度 B．乙图中内窥镜所用的光导纤维利用了光的全反射 C．丙图中的玻璃利用了光的色散现象增加乘员的视野 D．丁图中的泊松亮斑是由于光的偏振引起的 例4.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（　　） A．图乙是光的衍射图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射 B．遮住一条狭缝，另一条狭缝宽度增大，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 例5.把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示。这时可以看到明暗相间的条纹。下列关于条纹的说法中正确的是（　　）    A．干涉条纹是光在空气劈尖膜的前后两表面反射形成的两列光叠加的结果 B．干涉条纹中的暗条纹是上述两列反射光的波谷与波谷叠加的结果 C．将上玻璃板平行上移，条纹向着劈尖移动 D．观察薄膜干涉条纹时，应在入射光的另一侧 考点分析 3. 光的衍射和偏振 1 光的衍射 1．发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显。 2．衍射条纹的特点 (1)单缝衍射和圆孔衍射图样的比较 单缝衍射 圆孔衍射 单色光 中央为亮且宽的条纹，两侧为明暗相间的条纹，且越靠近两侧，亮条纹的亮度越弱，宽度越小 ①中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小 ②亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而减小 白光 中央为亮且宽的白色条纹，两侧为亮度逐渐变暗、宽度逐渐变窄的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光 中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环 (2)泊松亮斑(圆盘衍射) 当光照射到不透明的半径很小的圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)。 2 光的偏振 1．偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2．自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫作自然光。 3．偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。光的偏振证明光是横波。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 4．偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。 典例分析 例1.血氧仪是测量血氧饱和度和脉率的仪器，其工作原理基于还原血红蛋白和氧合血红蛋白在红光和近红光区域的吸收光谱特性。下列关于红光和近红光区域红外线的说法正确的是（　　） A．红光比红外线更容易发生衍射现象 B．红光和红外线都是可见光 C．原子从高能级向低能级跃迁时，可能发射红光，也可能发射红外线 D．在同一介质中，红光和红外线的传播速度相同 例2.某同学利用如图所示的装置，观察光的衍射现象，保持单缝到光屏的距离不变，仅减小单缝的宽度，则关于屏上的中央亮纹，下列说法正确的是（    ） A．宽度变窄，亮度减弱 B．宽度变窄，亮度增强 C．宽度变宽，亮度减弱 D．宽度变宽，亮度增强 例3.在近代物理发展的过程中，实验和理论相互推动，促进了人们对世界的认识。下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图（a）所示的射线“1”为射线 B．图（b）所示的中心亮斑为圆盘衍射而形成的泊松亮斑 C．图（c）所示为粒子散射实验，实验发现极少数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进 D．图（d）所示为氢原子能级图，一个处于第四能级的氢原子最多能辐射出6种光子 例4.用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O发出的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是（　　）    A．白炽灯发出的光是纵波 B．偏振片Q起到检偏的作用 C．光束Ⅱ中光的振动方向与透振方向垂直 D．将偏振片P以光传播方向为轴转动45°，光束Ⅲ将消失 例5.市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片。安装两镜片时它们的透振方向应该沿（　　） A．水平方向 B．相互垂直 C．竖直方向 D．任意方向 例6.在五彩缤纷的大自然中，我们常常会见到一些彩色光的现象，下列现象中属于光的干涉的是（　　） A．洒水车喷出的水珠在阳光照耀下出现的彩色现象 B．小孩儿吹出的肥皂泡在阳光照耀下出现的彩色现象 C．雨后天晴马路上油膜在阳光照耀下出现的彩色现象 D．用游标卡尺两测量爪的狭缝观察日光灯的灯光出现的彩色现象 例7.关于光现象，下列说法正确的是（　　） A．光导纤维传输信号利用了光的干涉 B．只有波长较长的光才能发生衍射现象 C．医学上用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光能量大的特点 D．3D电影利用了光的偏振原理，观众戴的眼镜是一对透振方向互相垂直的偏振片 考点分析 4.电磁振荡与电磁波 1 电磁振荡物理量的变化 1.振荡电流、极板带电荷量随时间的变化图像(如图所示) 2.板间电压u、电场能EE、磁场能EB随时间变化的图像(如图所示) u、EE规律与q－t图像相对应；EB规律与i－t图像相对应。 3.各物理量变化情况一览表 时刻(时间) 工作过程 q E i B 能量 0～ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 ～ 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 ～ 放电过程 qm→0 Em→0 0→im 0→Bm E电→E磁 ～T 充电过程 0→qm 0→Em im→0 Bm→0 E磁→E电 2 LC振荡电路的周期和频率 1.明确T＝2π，即T取决于L、C，与极板所带电量、两板间电压等无关。 2.明确电感线圈的自感系数L及电容器的电容C由哪些因素决定。L一般由线圈的大小、形状、匝数及有无铁芯决定，平行板电容器的电容C由公式C＝可知，与电介质的介电常数εr、极板正对面积S及板间距离d有关。 3 电磁场理论 1.对麦克斯韦电磁场理论的理解 2.电磁波与机械波的比较 电　磁　波 机　械　波 产　生 由周期性变化的电场、磁场产生 由质点(波源)的振动产生 波的特点 横波 纵波或横波 波　速 在真空中等于光速c=3×108 m/s,在介质中与频率有关 与介质有关,与频率无关 是否需要 介质 不需要介质(在真空中仍可传播) 必须有介质(真空中不能传播) 能量传播 电磁能 机械能 4 电磁波谱 1.电磁波谱的排列 按波长由长到短依次为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。 2.不同电磁波的特点及应用 特点 用途 无线电波 波动性强 通讯、广播、导航 红外线 热作用强 加热、遥测、遥感、红外线制导 可见光 感光性强 照明、照相等 紫外线 化学作用荧光效应 杀菌消毒、治疗皮肤病等 X射线 穿透力强 检查、探测、透视、治疗 γ射线 穿透力最强 探测、治疗 典例分析 例1.如图所示的LC振荡电路中，某时刻的磁场方向如图所示，则下列说法错误的是（　　） A．若磁场正在减弱，则电容器正在充电，电流由b向a B．若磁场正在减弱，则电场能正在增大，电容器上板带负电 C．若磁场正在增强，则电场能正在减少，电容器上板带正电 D．若磁场正在增强，则电容器正在充电，电流方向由a向b 例2某振荡电路中，线圈中的磁场及电容器中的电场如图中所示，该时刻（　　） A．电容器极板间的场强正在减小 B．电路中的电流正在增大 C．回路（非线圈）中的电流方向逆时针 D．增大电容器的电容，可以增大振荡电路的频率 例3.如图所示为理想LC振荡回路，此时刻电容器极板间的场强方向和线圈中的磁场方向如图。下列说法正确的是（　　） A．如图所示的时刻电容器正在放电 B．如图所示的时刻电流正在减小 C．电路中的磁场能在减少 D．电容器两端的电压在增加 例4.如图甲所示为LC振荡电路，图乙的图像表示LC振荡电路中，电容器上极板电荷量随时间变化的关系，下列说法正确的是（　　） A．时间内，线圈中磁场能在减少 B．两时刻电路中电流最大 C．时间内，电容器内的场强在增大 D．增大电路的振荡周期，可以使该电路更有效地发射电磁波 例5.目前，疫情防控进入新阶段，在疫情防控中有许多设备用到物理知识，下列说法错误的是（    ） A．额温枪中的红外线传感器接收人体发出的红外线，体温越高，发出的红外线波长越短 B．水银温度计利用气体的热胀冷缩现象，测量体温时，人体温度越高，水银温度计里面的气体温度越高，体积越大，温度计示数就越高 C．防疫期间经常用紫外线照射环境和设备，这是利用紫外线的消毒功能 D．病患的餐具可以在沸水中消毒，把冷水煮为沸水的过程，是水吸热，内能增加的过程 例6.蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效，这种超声脉冲的频率高于20000Hz，能持续1ms或不到1ms的短促发射，且每秒重复发射数次．已知蝙蝠在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑捕食的过程中，发出的超声波频率为35000Hz，下列说法正确的是（　　） A．蝙蝠发出的超声波属于电磁波 B．超声波反射前后波速大小相等 C．结合题图可知超声波频率比无线电波频率要高 D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收到的频率 巩固练习 一、单选题 1．（2025·山东·模拟预测）如题所示，一束真空波长为λ的光射入双缝，双缝间距为d；距离双缝l远处平行放置一个光屏（l>d），双缝与光屏之间充满折射率为n的介质，则光屏上相邻亮条纹的间距是（　　） A． B． C． D． 2．（2025·山东济南·二模）图甲和图乙是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的单缝衍射图样，图丙和图丁是红、蓝两种单色光用同样的仪器形成的双缝干涉图样。甲、乙、丙、丁四幅图样中用红光形成图样的是（　　） A．甲、丙 B．乙、丁 C．乙、丙 D．甲、丁 3．（2025·四川成都·三模）图示为某同学设计的一种测量液体折射率的方案。将一绿光点光源置于足够大的容器内，光源距水面深度为h，水面被光源照亮的区域直径为d，已知光在真空中的传播速度大小为c。下列说法正确的是（    ） A．该液体的折射率为 B．光传播至液体上表面的最短时间为 C．若将绿光换为红光，水面照亮的区域变大 D．若将点光源换为平行水面的正方形面光源，水面照亮的区域为正方形 4．（2025·浙江·二模）老花镜可以看做厚度很薄的透镜，其前后表面可以看做半径分别为和的球面（），过两球面球心的连线称为主光轴，与主光轴距离为（）靠近光轴的光线为近轴光线。一束平行近轴光线通过透镜后与主光轴的交点到透镜（厚度不计）的距离称为焦距。则该老花镜（透镜）的焦距为（已知透镜折射率为n，当很小时，有，）（　　） A． B． C． D． 5．（24-25高二上·江苏宿迁·期末）微波炉利用的微波与家用光波炉利用的红外线相比，在真空中微波的（　　） A．频率更大 B．波长更长 C．传播速度更大 D．光子能量更高 6．（2025·四川成都·三模）如图所示，BCD为一直角三角形棱镜的截面，，棱镜的折射率为，P为垂直于直线BC的光屏，现有一激光器从A点由静止自由下落到桌面O点，整个下落过程中从激光器发出的光束始终平行于BC边，经棱镜折射后在屏P上形成一个移动的光斑，已知A点距离BC桌面高度h，若真空中光速为c，当地重力加速度为g，忽略光到屏的传播时间，则下列说法正确的是（　　） A．激光束在棱镜上的CD边上会发生全反射 B．激光束在棱镜中传播的速度等于 C．光斑在屏P上移动的距离为 D．光斑在屏P上移动的平均速度 7．（2025·山东德州·三模）如图甲所示，凸透镜放置在水平玻璃板上，波长为的单色光竖直向下照射，呈现出如图乙所示的亮暗相间的同心圆环，P处位于亮环上。下列说法正确的是（　　） A．仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜，P处仍位于亮环上 B．对凸透镜施加向下的压力，同一级亮环的半径将变小 C．仅将入射光的波长调整为，则P处位于暗环上 D．空气膜厚度为（k=1，2，3…）的位置均位于暗环上 二、多选题 8．（2025·海南海口·模拟预测）我国自行研制的北斗卫星导航系统，是用时间测距方法进行导航定位。时间测距是通过定位卫星与用户间发出信号和接受信号的时间差计算出用户与卫星间的距离，通常导航信号传输使用电磁波。下列关于电磁波的说法中，正确的是（　　） A．电磁波可以传递信息和能量，只能在介质中传播 B．无线电台利用LC电路形成振荡电流，从而发射电磁波 C．增大电容器的电容C，可以增大LC电路产生的电磁波频率 D．减小线圈的自感系数L，可以增大LC电路产生的电磁波频率 9．（2025·上海·一模）核心舱和地面间使用无线电波联系，核心舱内宇航员之间使用声波交流。无线电波和声波的特点（　　） A．都不需要介质传播 B．都属于电磁波 C．都能传递能量和信息 D．都能发生干涉和衍射 10．（2025·河南·二模）公园夜晚景观池有可变化形状的灯光秀，现将一半圆形线状光源（如图甲）水平放置在水面以下，随着放置深度或灯光颜色的不同，人们在水面上会看到不同形状的发光区域，如图乙、丙所示。下列说法正确的是（　　） A．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更深 B．若乙、丙两图是由同一颜色、不同深度的光形成的，则乙图比丙图中的光源更浅 C．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对乙图中光的折射率更大 D．若乙、丙两图是由同一深度、不同颜色的光形成的，则水对丙图中光的折射率更大 11．（2025·江西·二模）如图所示的是半球形透明介质主视图，球心为，半径为，为圆面上的一点，距球心的距离为。一束截面积为的红色光束垂直射向圆面并恰好覆盖球形上表面，实验发现从点入射的光在透明介质的球面上恰好发生全反射。已知光在真空中传播的速度为，球冠的面积公式（为球冠的高），不考虑光在球形上表面的反射，下列选项正确的是（　　） A．该介质折射率为 B．透明介质球面被照亮的面积为 C．距离球心处入射的光在介质中传播的时间为 D．若将红光换成紫光，透明介质球面被照亮的面积增大 12．（2025·浙江绍兴·二模）有关以下四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲中，两板间的薄片越薄，干涉条纹间距越大 B．图乙中，光屏上的中央亮斑是光照射到小圆孔后产生 C．图丙中，照相机镜头上的增透膜，在拍摄水下的景物时可消除水面的反射光 D．图丁中，入射的光子与电子碰撞时，一部分动量转移给电子，光子的波长变长 三、解答题 13．（2025·贵州贵阳·二模）水晶灯下方的吊坠可以提高灯体的稳定性，其多面棱角的形状使光线在内部多次反射，减少眩光。如图是一种钻石型吊坠的剖面图，∠N=∠P=90º，∠O=120º，N O边和PO边长为2L，在该剖面所在平面内有一束单色光从MN边上的A点射入吊坠，经折射后恰好射到NO中点，已知AN=L，入射角i=45º，光在真空中传播速度为c．求： (1)吊坠对该单色光的折射率； (2)通过计算，判断该束光在NO面是否会发生全反射； (3)光在吊坠中传播的时间（当光在界面发生折射时，不考虑其反射光线）。 轻松学物理 1 学科网（北京）股份有限公司 $$