第51讲 光学和电磁波（复习讲义）（山东专用）2026年高考物理一轮复习讲练测

第51讲 光学和电磁波 目录 01考情解码·命题预警 2 02体系构建·思维可视 3 03核心突破·靶向攻坚 4 考点一 光的折射定律与全反射 4 知识点1 光的折射定律及折射率 4 知识点2 光的全反射 5 考向1 折射定律的应用 5 考向2 光的全反射 6 考点二 光的干涉、衍射和偏振 7 知识点1 光的干涉 7 知识点2 光的衍射和偏振 8 考向1 光的双缝干涉 9 考向2 薄膜干涉 10 考向3 光的衍射和偏振 11 考点三 电磁振荡与电磁波 12 知识点1 电磁振荡 12 知识点2 电磁波 13 考向1 电磁振荡物理量的变化 14 考向2 电磁场理论与电磁波谱 14 考点四 光学实验 15 知识点1 测量玻璃的折射率 15 知识点2 用双缝干涉实验测量光的波长 16 考向1 测量玻璃的折射率 17 考向2 用双缝干涉实验测量光的波长 18 04真题溯源·考向感知 20 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 光的折射 选择题 非选择题 2025•四川 2025•江苏 2025•广东 2024•贵州 2024•重庆 2024•海南 2023•浙江 2023•湖北 2023•山东 光的干涉 选择题 非选择题 2025•陕晋青宁 2025•重庆 2025•山东 2024•广西 2024•山东 2024•湖南 2023•河北 2023•重庆 2023•北京 光学实验 选择题 非选择题 2025•福建 \ \ 考情分析： 1．高考对光的折射和全反射、光的干涉的考查很频繁，大多以选择题或计算题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础，但也不排除个别年份题目较难。 2．从命题思路上看，试题情景为 光的折射和全反射类：玻璃球、水池、三角形玻璃砖、科技领域应用光的折射原理的器件等为命题情境； 光的干涉类：多以双缝干涉和薄膜干涉为命题情境。 复习目标： 目标一：理解和掌握折射定律及全反射。 目标二：理解和掌握光的干涉原理。 目标三：掌握和理解测玻璃折射率和利用双缝干涉实验测量光的波长两个实验的实验原理和数据误差分析。 光学 电磁波 光学 电磁波 麦克斯韦电磁理论 电磁波特点 光的折射和全反射 光的干涉 电磁波谱 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 折射定律： 折射率： 全反射： 光的衍射和偏振 横波 传播不需要介质 传播速度等于光速 双缝干涉 薄膜干涉 考点一 光的折射定律与全反射 知识点1 光的折射定律及折射率 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 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 (2)表达式：＝n。 [注意]　①在光的折射现象中，光路是 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 。 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.应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。 (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等。 (3)注意在折射现象中，光路是可逆的。 知识点2 光的全反射 1.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 介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于 。 2.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。 3.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。 考向1 折射定律的应用 例1 水晶球是工匠师傅用质量分布均匀，材质透明的天然水晶打磨而成的透明球形工艺品。如图所示是球心为的水晶球圆形截面，半径为，为直径，一束紫色光从点射入球内，折射光线与间的夹角为，出射光线与平行。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．紫光在水晶球中传播的时间为 B．水晶球对紫光的折射率为 C．紫光在点的入射角为 D．换成红光沿原光路射入水晶球，红光在水晶球中传播的时间比紫光的长 【变式训练1·变情境】阿贝折射仪是一种用于测量液体折射率的光学仪器，核心结构如图所示。光线从透光棱镜进入后，经散射以多角度照射到待测液体与折射棱镜的接触面，不同入射角对应的光线经聚焦到目镜的不同位置，形成分离的明暗区域。图中光线1、2进入折射棱镜形成的光路及相关角度如图所示。则待测液体折射率n、棱镜折射率与相关角度之间的关系为（　　）（光从折射率的介质射入折射率的介质，入射角与折射角分别为与，有） A． B． C． D． 考向2 光的全反射 例2重庆市三峡广场的三峡水景观景处，水池底水平放置四条红色线状灯带构成边长为0.35m的正方形，灯带平面到水面的距离为，水对红光的折射率为，有红光射出的水面形状为下列图中的（用阴影表示）（　　） A． B． C． D． 【变式训练2·变考法】2023年12月18日11时，第二十五届哈尔滨冰雪大世界正式开园，以“龙腾冰雪逐梦亚冬”为主题，为世界各地游客打造一座集冰雪艺术、冰雪文化、冰雪演艺、冰雪建筑、冰雪活动、冰雪体育于一体的冰雪乐园。冰雪大世界园区内有一块边长为的立方体的某种冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的彩灯。已知该种冰块的折射率为，光在真空中传播速率为，下列说法正确的是（　　） A．光在冰块中的传播速度为 B．由彩灯直接发出的光照到冰块上表面时，不能都从上表面射出 C．由彩灯直接发出的光照到冰块四个侧面时，都能从侧面射出 D．光从四个侧面射出的过程中，所经历的最长时间为 考点二 光的干涉、衍射和偏振 知识点1 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 条纹。 光的路程差r2－r1＝(2k＋1)(k＝0，1，2，…)，光屏上出现 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。 知识点2 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。 (1)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。 考向1 光的双缝干涉 例1如图是双缝干涉实验装置的示意图，为单缝，双缝、之间的距离是0.2mm，P为光屏，A为光屏的中央处，双缝到屏的距离为1.2m。用绿色光照射单缝时，可在光屏P上观察到第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500cm。若相邻两条亮条纹中心间距为，则下列说法正确的是（　　） A．为0.250cm B．增大双缝到屏的距离，将变大 C．改用间距为0.3mm的双缝，将变大 D．换用紫光照射，光屏的中央处可能出现暗纹 【变式训练1·变载体】1834年，洛埃利用与光屏垂直的平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）。如图，光源S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分经平面镜反射后照在光屏上（由平面镜反射的光相当于从S在平面镜中的虚像发出的）。已知光源S到平面镜的距离为a，到光屏的距离为L，光的波长为λ。下列关于洛埃镜实验的说法正确的是（　　） A．光屏上相邻两明条纹间距离 B．若将平面镜向下平移稍许，则屏上相邻两明条纹间距离减小 C．若换用频率更大的单色光，相邻两暗条纹间距将增大 D．若增大光源发光强度，相邻两明条纹间距离会明显增大 考向2 薄膜干涉 例2如图甲所示是利用干涉技术检测材料表面缺陷的原理示意图，图乙为某种单色光下观测到的图样，下列说法正确的是（　　） A．干涉条纹是由样板的上表面和工件的上表面两列反射光叠加后产生 B．若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变密 C．若出现图丙中向劈尖一侧弯曲的干涉条纹，说明被检查的光学元件表面上有凹陷 D．稍微减小薄片的厚度，则图乙中的干涉条纹变密 【变式训练2·变考法】劈尖干涉是一种薄膜干涉。在水平面上将一块厚度均匀的薄有机玻璃板放在另一块厚度均匀的薄有机玻璃板之上，在一端夹入两张薄纸片，上玻璃板由于重力影响微微弯曲，装置侧视图如图所示。用单色平行光竖直向下照射，则观察者观测到的干涉图样最可能的是（　　） A． B． C． D． 考向3 光的衍射和偏振 例3如图甲所示，让一单色点光源S发出的光照射大小可调的圆孔，圆孔后面放一光屏，从大到小调节圆孔大小，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（　　） A．此实验说明了光沿直线传播 B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大 D．用白光做实验，将看不到衍射图样 例4如图所示，自然光经过A、B两个偏振片呈现在光屏上，若偏振片B绕圆心转动，转动周期为T，则光屏上两个光强最小的时间间隔为（　　） A．2T B．T C．0.5T D．0.25T 考点三 电磁振荡与电磁波 知识点1 电磁振荡 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。 知识点2 电磁波 1.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 2.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 考向1 电磁振荡物理量的变化 例1如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是（　　） A．电容器正在放电 B．电感线圈中的磁场能正在减小 C．电感线圈中的电流正在减小 D．此时电容器内部电场强度正在增大 【变式训练1·变情境】为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定。下列说法正确的是（　　） A．当开关S从a拨到b后瞬间，电感L中电流方向为从右向左 B．当开关S从a拨到b后瞬间，LC电路中磁场能在减小 C．当储罐中不导电液体的高度降低，LC电路振荡周期变小 D．将电容C的两极板间距增大，LC电路振荡周期变大 考向2 电磁场理论与电磁波谱 例2我们的生活已经离不开电磁波，如：GPS定位系统使用频率为10.23MHz的电磁波，手机工作时使用频率为800MHz~1900MHz的电磁波，家用5GWifi使用频率约为5725MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率约为1018Hz的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波的频率越大，其在真空中的波长也越大 B．电磁波从真空进入水中时，频率不变，传播速度变小 C．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波 D．麦克斯韦提出了电磁场理论，并通过实验成为发现电磁波的第一人 【变式训练2·变考法】“十四五”规划提出，要前瞻布局第六代移动通信（6G）网络技术储备。6G指的是第六代移动通信技术，使用的是100GHz以上的无线电波频段，多数性能指标比5G提升10到100倍，关于6G信号，下列说法正确的是（　　） A．6G信号的传播不需要介质 B．6G信号可以被人的眼睛看见 C．6G信号的波长比可见光的波长短 D．6G信号可用于灭菌消毒 考点四 光学实验 知识点1 测量玻璃的折射率 1.实验目的、器材、原理 实验目的 测量玻璃的折射率，掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。 实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而得出折射光线OO′和折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。 实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。 2．数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。 (2)图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 (3)“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。 3．注意事项 (1)玻璃砖要用厚度较大的。 (2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。 (3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。 (4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 4．误差分析 (1)入射光线、出射光线的确定造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 知识点2 用双缝干涉实验测量光的波长 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，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx。 2．实验过程 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 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，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5～10 cm。 ⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 (2)测定单色光的波长 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央，记下此时手轮上的读数a1，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另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数an，将该条纹记为第n条亮条纹。 ③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。 ④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量。 3．数据处理 (1)条纹间距Δx＝。 (2)波长λ＝Δx。 (3)计算多组数据，求λ的平均值。 4．注意事项 (1)安装时，要保证光源、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。 考向1 测量玻璃的折射率 例1在“测玻璃的折射率”实验中： (1)如图1所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法正确的是（　　） A．若P1、P2间的距离较大，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 B．为减小测量误差，过P1、P2插点的直线与法线NN′的夹角应尽量小些 C．为减小作图误差，P3、P4间的距离应适当大些 (2)如果有宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 （填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。 (3)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图2所示，从图线可知玻璃砖的折射率为 。 (4)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3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aa′、bb′为界面画光路图，则甲同学测得的折射率与真实值相比 ，乙同学测得的折射率与真实值相比 。（均填“偏大”“偏小”或“不变”） 【变式训练1·变考法】某实验小组用激光偏移法测量平行玻璃砖的折射率。实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线，让玻璃砖的上边界与重合； ②让激光从玻璃砖下边界点射入玻璃砖，记录入射点和出射光线与的交点； ③保持激光笔位置不动，移走玻璃砖，记录激光束与的交点； ④过点作的垂线，垂足为。 请回答下面问题： (1)实验小组同学先通过游标卡尺测量玻璃砖的厚度，示数如图乙所示，玻璃砖的厚度为，则 ； (2)再用刻度尺测出长度分别为，则该玻璃砖的折射率 （用表示）； (3)关于此实验，下列说法正确的是___________ A．若仅将激光由红色改为蓝色，则间距变小 B．若仅换用更厚的玻璃砖，则间距变大 C．为避免激光在玻璃砖上界面发生全反射，实验时入射角不宜过大 D．完成实验步骤①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得折射率比真实值偏小 考向2 用双缝干涉实验测量光的波长 例2在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝和 。 (2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图丙所示， mm。 (3)若已知双缝间距d，双缝到屏的距离l，则待测光的波长为 。（用x1、x2、l和d表示） (4)某同学观察到如图所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）其实际值。 【变式训练2】“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图如图甲所示。 (1)实验中若仅忘记放置双缝，则通过目镜看到的图样应为 （填“乙”或“丙”）图。 (2)下列各图中能正确表示相邻亮条纹的中心间距的是_____（填选项标号）。 A． B． C． D． (3)两位同学均利用红光做双缝干涉实验，得到的干涉图样分别如图1、2所示，则他们在实验中_____（填选项标号）。 A．放置的单缝与双缝间的距离可能不同 B．使用的光源的光照强度可能不同 C．放置的光源到双缝的距离可能不同 D．放置的双缝到毛玻璃屏的距离可能不同 (4)已知双缝间的距离为d=0.20mm，双缝到毛玻璃屏的距离为l=75.0cm，当分划板中心刻线对齐如图3所示的第1条亮条纹的中心时，手轮上的读数为0.3mm，当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的示数如图4所示，则读数为 mm；由以上已知数据和测量数据可知，该红光的波长为 mm（结果保留两位有效数字）。 1．（2025·重庆·高考真题）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为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a，则（　　） A．相邻两亮条纹间距为 B．相邻两暗条纹间距为 C．双缝之间的距离为 D．双缝之间的距离为 2．（2025·广东·高考真题）如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为，该折射率为（    ） A． B． C． D． 3．（多选）（2025·四川·高考真题）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（）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，可以设定为 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 D．若入射光线向左移动，则出射光线也向左移动 4．（2025·山东·高考真题）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，上表面圆弧以点为圆心，两圆弧的半径及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与平行，到的距离均为。 (1)B点与的距离为，单色光线从B点平行于射入介质，射出后恰好经过点，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点在上，、E两点间的距离为，空气中的光速为c，求该光在介质中的传播时间t。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第51讲 光学和电磁波 目录 01考情解码·命题预警 2 02体系构建·思维可视 3 03核心突破·靶向攻坚 4 考点一 光的折射定律与全反射 4 知识点1 光的折射定律及折射率 4 知识点2 光的全反射 5 考向1 折射定律的应用 5 考向2 光的全反射 7 考点二 光的干涉、衍射和偏振 9 知识点1 光的干涉 9 知识点2 光的衍射和偏振 10 考向1 光的双缝干涉 11 考向2 薄膜干涉 12 考向3 光的衍射和偏振 14 考点三 电磁振荡与电磁波 15 知识点1 电磁振荡 15 知识点2 电磁波 16 考向1 电磁振荡物理量的变化 17 考向2 电磁场理论与电磁波谱 18 考点四 光学实验 19 知识点1 测量玻璃的折射率 19 知识点2 用双缝干涉实验测量光的波长 20 考向1 测量玻璃的折射率 21 考向2 用双缝干涉实验测量光的波长 24 04真题溯源·考向感知 26 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 光的折射 选择题 非选择题 2025•四川 2025•江苏 2025•广东 2024•贵州 2024•重庆 2024•海南 2023•浙江 2023•湖北 2023•山东 光的干涉 选择题 非选择题 2025•陕晋青宁 2025•重庆 2025•山东 2024•广西 2024•山东 2024•湖南 2023•河北 2023•重庆 2023•北京 光学实验 选择题 非选择题 2025•福建 \ \ 考情分析： 1．高考对光的折射和全反射、光的干涉的考查很频繁，大多以选择题或计算题中出现，题目难度要求大多不是太高，较为基础，但也不排除个别年份题目较难。 2．从命题思路上看，试题情景为 光的折射和全反射类：玻璃球、水池、三角形玻璃砖、科技领域应用光的折射原理的器件等为命题情境； 光的干涉类：多以双缝干涉和薄膜干涉为命题情境。 复习目标： 目标一：理解和掌握折射定律及全反射。 目标二：理解和掌握光的干涉原理。 目标三：掌握和理解测玻璃折射率和利用双缝干涉实验测量光的波长两个实验的实验原理和数据误差分析。 光学 电磁波 光学 电磁波 麦克斯韦电磁理论 电磁波特点 光的折射和全反射 光的干涉 电磁波谱 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线 折射定律： 折射率： 全反射： 光的衍射和偏振 横波 传播不需要介质 传播速度等于光速 双缝干涉 薄膜干涉 考点一 光的折射定律与全反射 知识点1 光的折射定律及折射率 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。 [注意]　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.应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。 (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射率等。 (3)注意在折射现象中，光路是可逆的。 知识点2 光的全反射 1.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。 2.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。 3.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。 考向1 折射定律的应用 例1 水晶球是工匠师傅用质量分布均匀，材质透明的天然水晶打磨而成的透明球形工艺品。如图所示是球心为的水晶球圆形截面，半径为，为直径，一束紫色光从点射入球内，折射光线与间的夹角为，出射光线与平行。已知光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．紫光在水晶球中传播的时间为 B．水晶球对紫光的折射率为 C．紫光在点的入射角为 D．换成红光沿原光路射入水晶球，红光在水晶球中传播的时间比紫光的长 【答案】A 【详解】A．紫光在水晶球中的传播速度传播距离故紫光在水晶球中传播的时间为故A正确； B．根据折射定理故B错误； C．由几何关系可知，紫光在点入射角，出射角，根据光路可逆原理，紫光在点的入射角为，故C错误； D．水晶球对红光的折射率比对紫光的小，故红光在水晶球中传播的速度大，红光在水晶球中的折射角比紫光大，由几何关系可知，红光在水晶球中传播距离小，故红光在水晶球中的时间比紫光的短，故D错误。 故选A。 【变式训练1·变情境】阿贝折射仪是一种用于测量液体折射率的光学仪器，核心结构如图所示。光线从透光棱镜进入后，经散射以多角度照射到待测液体与折射棱镜的接触面，不同入射角对应的光线经聚焦到目镜的不同位置，形成分离的明暗区域。图中光线1、2进入折射棱镜形成的光路及相关角度如图所示。则待测液体折射率n、棱镜折射率与相关角度之间的关系为（　　）（光从折射率的介质射入折射率的介质，入射角与折射角分别为与，有） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】以光线1为研究对象，从待测液体进入棱镜根据折射定律有 根据几何关系，光线1从折射棱镜射出时的入射角为 根据折射定律有 整理可得，故选A。 考向2 光的全反射 例2重庆市三峡广场的三峡水景观景处，水池底水平放置四条红色线状灯带构成边长为0.35m的正方形，灯带平面到水面的距离为，水对红光的折射率为，有红光射出的水面形状为下列图中的（用阴影表示）（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】取细灯带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全反射的光路图如图所示。 由 可得根据几何关系可得则一个点发出的光在水面上能看到的圆，光射出的水面形状边缘为弧形。因为，所以四条红色线状灯带构成的发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图所示 故选B。 【变式训练2·变考法】2023年12月18日11时，第二十五届哈尔滨冰雪大世界正式开园，以“龙腾冰雪逐梦亚冬”为主题，为世界各地游客打造一座集冰雪艺术、冰雪文化、冰雪演艺、冰雪建筑、冰雪活动、冰雪体育于一体的冰雪乐园。冰雪大世界园区内有一块边长为的立方体的某种冰块，冰块内上下底面中心连线为，在处安装了一盏可视为点光源的彩灯。已知该种冰块的折射率为，光在真空中传播速率为，下列说法正确的是（　　） A．光在冰块中的传播速度为 B．由彩灯直接发出的光照到冰块上表面时，不能都从上表面射出 C．由彩灯直接发出的光照到冰块四个侧面时，都能从侧面射出 D．光从四个侧面射出的过程中，所经历的最长时间为 【答案】D 【详解】A．根据题意，由公式可得，光在冰块中的传播速度为，故A错误； B．根据题意，由公式 可得全反射临界角为45°，根据几何关系，入射到上表面时，入射到4个顶点时入射角最大，则有即最大的入射角小于临界角，则都能从上表面飞出，故B错误； CD．入射到侧面时，最大入射角大于，大于全反射的临界角，不是都能从侧面射出，若入射光照射到侧面恰好未发生全反射时，时间最长，根据几何关系，此时光程为，所经历的最长时间为，故C错误，D正确。故选D。 考点二 光的干涉、衍射和偏振 知识点1 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。 知识点2 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。 (1)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。 考向1 光的双缝干涉 例1如图是双缝干涉实验装置的示意图，为单缝，双缝、之间的距离是0.2mm，P为光屏，A为光屏的中央处，双缝到屏的距离为1.2m。用绿色光照射单缝时，可在光屏P上观察到第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500cm。若相邻两条亮条纹中心间距为，则下列说法正确的是（　　） A．为0.250cm B．增大双缝到屏的距离，将变大 C．改用间距为0.3mm的双缝，将变大 D．换用紫光照射，光屏的中央处可能出现暗纹 【答案】B 【详解】A．由于第1条亮纹中心与第6条亮纹中心间距为1.500cm，则有，故A错误； B．根据双缝干涉公式有 可知，增大双缝到屏的距离，将变大，故B正确； C．改用间距为0.3mm的双缝，即增大双缝的间距，结合上述可知，将变小，故C错误； D．屏的中央位置到双缝间距相等，光程差为0，可知，换用紫光照射，光屏的中央处仍然出现明条纹，故D错误。 故选B。 【变式训练1·变载体】1834年，洛埃利用与光屏垂直的平面镜同样得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）。如图，光源S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分经平面镜反射后照在光屏上（由平面镜反射的光相当于从S在平面镜中的虚像发出的）。已知光源S到平面镜的距离为a，到光屏的距离为L，光的波长为λ。下列关于洛埃镜实验的说法正确的是（　　） A．光屏上相邻两明条纹间距离 B．若将平面镜向下平移稍许，则屏上相邻两明条纹间距离减小 C．若换用频率更大的单色光，相邻两暗条纹间距将增大 D．若增大光源发光强度，相邻两明条纹间距离会明显增大 【答案】B 【详解】A．此问题可类比双缝干涉实验，这里光源和它在平面镜中的虚像相当于双缝干涉中的双缝，二者间距 在双缝干涉中，相邻亮纹（或暗纹）间距公式为，将代入，可得，错误； B．根据，若将平面镜向下平移稍许，a增大，条纹间距将减小，B正确； C．频率越大，波长越小，根据，相邻暗条纹间距将减小，C错误； D．根据，光照强度对明暗条纹间距没有影响，D错误。 故选B。 考向2 薄膜干涉 例2如图甲所示是利用干涉技术检测材料表面缺陷的原理示意图，图乙为某种单色光下观测到的图样，下列说法正确的是（　　） A．干涉条纹是由样板的上表面和工件的上表面两列反射光叠加后产生 B．若换用波长更长的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变密 C．若出现图丙中向劈尖一侧弯曲的干涉条纹，说明被检查的光学元件表面上有凹陷 D．稍微减小薄片的厚度，则图乙中的干涉条纹变密 【答案】C 【详解】A．干涉条纹是由样板a的下表面和工件b的上表面两列反射光叠加后产生，故A错误； B．劈尖干涉条纹间距（其中为劈尖夹角） 可知换用波长更长的单色光，其他条件不变，条纹间距变大，干涉条纹变疏，故B错误； C． 若出现图丙中弯曲的干涉条纹，由于向左弯曲，说明弯曲部分的空气膜的厚度与右侧相同，即被检查的光学元件表面上有凹陷，故C正确； D．劈尖干涉条纹间距（其中为劈尖夹角） 可知稍微减小薄片的厚度d ，减小，条纹间距变大，干涉条纹变疏，故D错误。 故选C。 【变式训练2·变考法】劈尖干涉是一种薄膜干涉。在水平面上将一块厚度均匀的薄有机玻璃板放在另一块厚度均匀的薄有机玻璃板之上，在一端夹入两张薄纸片，上玻璃板由于重力影响微微弯曲，装置侧视图如图所示。用单色平行光竖直向下照射，则观察者观测到的干涉图样最可能的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】设劈尖倾角为，根据劈尖干涉条纹间距公式可得相邻条纹间距为 由于上板一端被垫高，且由于重力弯曲，从左向右，逐渐增大，干涉条纹间距逐渐减小，故D符合题意。 故选D。 考向3 光的衍射和偏振 例3如图甲所示，让一单色点光源S发出的光照射大小可调的圆孔，圆孔后面放一光屏，从大到小调节圆孔大小，在屏上得到的衍射图样如图乙所示，实验发现，光绕过孔的边缘，传播到了相当大的范围。下列说法正确的是（　　） A．此实验说明了光沿直线传播 B．圆孔变小，衍射图样的范围反而变大 C．圆孔变小，中央亮斑和亮纹的亮度反而变大 D．用白光做实验，将看不到衍射图样 【答案】B 【详解】A．此实验说明了光的衍射现象，故A错误； B．圆孔变小，衍射现象更明显，衍射图样的范围反而变大，故B正确； C．圆孔变小，透光强度变小，中央亮斑和亮纹的亮度变弱，故C错误； D．用白光做实验，可以看到彩色的衍射图样，故D错误。 故选B。 例4如图所示，自然光经过A、B两个偏振片呈现在光屏上，若偏振片B绕圆心转动，转动周期为T，则光屏上两个光强最小的时间间隔为（　　） A．2T B．T C．0.5T D．0.25T 【答案】B 【详解】根据偏振原理，自然光经两个偏振片呈到光屏上，光强从最强到最小，偏振片B转动90°，即，从最小到最强再转动，再从最强到最小再转动，可知光屏上两个光强最小的时间间隔为0.5T。 故选C。 考点三 电磁振荡与电磁波 知识点1 电磁振荡 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。 知识点2 电磁波 1.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 2.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 考向1 电磁振荡物理量的变化 例1如图所示，表示LC振荡电路某时刻的情况，以下说法正确的是（　　） A．电容器正在放电 B．电感线圈中的磁场能正在减小 C．电感线圈中的电流正在减小 D．此时电容器内部电场强度正在增大 【答案】A 【详解】A．根据磁感线的方向可以判断电流方向是逆时针，再根据电容器极板上带电的性质可以判断电容器在放电，故A正确； BC．电容器放电过程，电感线圈电流增加，磁场能增加，故BC错误； D．电容器放电过程，电容器极板电荷量减少，电容器内部电场强度正在减小，故D错误。 故选A。 【变式训练1·变情境】为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容C可通过开关S与电感L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由电感L与电容C构成的回路中产生振荡电流。现知道平行板电容器极板面积一定、两极板间距离一定。下列说法正确的是（　　） A．当开关S从a拨到b后瞬间，电感L中电流方向为从右向左 B．当开关S从a拨到b后瞬间，LC电路中磁场能在减小 C．当储罐中不导电液体的高度降低，LC电路振荡周期变小 D．将电容C的两极板间距增大，LC电路振荡周期变大 【答案】C 【详解】AB．当S拨到a时，电容器充电，左侧极板带正电，拨到b后电容器放电。因此电感L中电流方向为从左向右，电容器中的电场能在减小，LC电路中磁场能在增大，故AB错误； C．当储罐中的液面降低时，减小，根据可知电容器的电容减小，根据LC电路振荡周期公式可知LC电路振荡周期变小，故C正确； D．将电容C的两极板间距增大，根据可知电容器的电容减小，根据LC电路振荡周期公式可知LC电路振荡周期变小，故D错误。故选C。 考向2 电磁场理论与电磁波谱 例2我们的生活已经离不开电磁波，如：GPS定位系统使用频率为10.23MHz的电磁波，手机工作时使用频率为800MHz~1900MHz的电磁波，家用5GWifi使用频率约为5725MHz的电磁波，地铁行李安检时使用频率约为1018Hz的电磁波。关于电磁波，下列说法正确的是（　　） A．电磁波的频率越大，其在真空中的波长也越大 B．电磁波从真空进入水中时，频率不变，传播速度变小 C．有些电磁波是横波，有些电磁波是纵波 D．麦克斯韦提出了电磁场理论，并通过实验成为发现电磁波的第一人 【答案】B 【详解】A．由公式可知，真空中光速恒定，频率越大，波长越小，故A错误； B．电磁波频率由波源决定，进入水中时频率不变；传播速度（为介质折射率），因，速度变小，故B正确； C．电磁波是横波，电场和磁场方向均垂直于传播方向，所有电磁波均为横波，故C错误； D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波，但赫兹通过实验首次证实电磁波存在，故D错误。 故选B。 【变式训练2·变考法】“十四五”规划提出，要前瞻布局第六代移动通信（6G）网络技术储备。6G指的是第六代移动通信技术，使用的是100GHz以上的无线电波频段，多数性能指标比5G提升10到100倍，关于6G信号，下列说法正确的是（　　） A．6G信号的传播不需要介质 B．6G信号可以被人的眼睛看见 C．6G信号的波长比可见光的波长短 D．6G信号可用于灭菌消毒 【答案】A 【详解】A．6G信号属于无线电波，而电磁波的传播不需要介质，故A正确； B．人眼可见光的波长范围为400-700 nm，6G信号频率为100 GHz以上，对应波长， 远大于可见光波长，不可见，故B错误； C．6G信号频率大于100GHz，波长小于3 mm，可见光波长约几百纳米（），前者更长，故C错误； D．灭菌消毒需紫外线等高能电磁波，6G信号为低能无线电波，无法灭菌，故D错误。故选A。 考点四 光学实验 知识点1 测量玻璃的折射率 1.实验目的、器材、原理 实验目的 测量玻璃的折射率，掌握光线发生折射时入射角和折射角的确定方法。 实验原理 如图所示，当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而得出折射光线OO′和折射角θ2，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。 实验器材 白纸、图钉、大头针、直尺、铅笔、量角器、平木板、长方形玻璃砖。 2．数据处理 (1)计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。 (2)图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sinθ1-sinθ2的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 (3)“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′，分别交NN′于点H、H′，如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。 3．注意事项 (1)玻璃砖要用厚度较大的。 (2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。 (3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。 (4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 4．误差分析 (1)入射光线、出射光线的确定造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 知识点2 用双缝干涉实验测量光的波长 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，图样中相邻两条亮(暗)条纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光波长λ之间满足λ＝Δx。 2．实验过程 (1)观察双缝干涉图样 ①将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 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，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5～10 cm。 ⑤在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 (2)测定单色光的波长 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央，记下此时手轮上的读数a1，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另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数an，将该条纹记为第n条亮条纹。 ③用刻度尺测量双缝与光屏间距离l(d是已知的)。 ④改变双缝间的距离d，双缝到屏的距离l，重复测量。 3．数据处理 (1)条纹间距Δx＝。 (2)波长λ＝Δx。 (3)计算多组数据，求λ的平均值。 4．注意事项 (1)安装时，要保证光源、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。 考向1 测量玻璃的折射率 例1在“测玻璃的折射率”实验中： (1)如图1所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法正确的是（　　） A．若P1、P2间的距离较大，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像 B．为减小测量误差，过P1、P2插点的直线与法线NN′的夹角应尽量小些 C．为减小作图误差，P3、P4间的距离应适当大些 (2)如果有宽度不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度 （填“大”或“小”）的玻璃砖来测量。 (3)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图2所示，从图线可知玻璃砖的折射率为 。 (4)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3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aa′、bb′为界面画光路图，则甲同学测得的折射率与真实值相比 ，乙同学测得的折射率与真实值相比 。（均填“偏大”“偏小”或“不变”） 【答案】(1)C (2)大 (3)1.5 (4) 偏小 不变 【详解】（1）A．根据光路可逆性原理结合几何关系可知，P1、P2间的距离较大，通过玻璃砖也会看到P1、P2的像，故A错误； B．为减小误差，入射角应适当大一些，即过P1、P2插点的直线与法线的夹角应尽量大些，但也不能太大，故B错误； C．为了减小作图误差，P3、P4间的距离应适当取大些，故C正确。 故选C。 （2）为减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，故如果有几块宽度不同的玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选宽度大的玻璃砖来测量。 （3）根据折射定律可知，玻璃砖的折射率为 则图线斜率的倒数表示折射率，代入数据解得 （4）[1]甲同学测定折射率时，实验所得的折射光线为2，而实际的折射光线为1，如图所示 由图可知，实验所得的折射角偏大，由折射定律可知，甲同学测得的折射率与真实值相比偏小； [2]乙同学测折射率时，光路图如图所示 由图可知，乙同学测得的折射率与真实值一致，只要操作正确，测量的结果与玻璃砖的形状无关。 【变式训练1·变考法】某实验小组用激光偏移法测量平行玻璃砖的折射率。实验过程如下： ①如图甲所示，在水平放置的白纸上画出一条直线，让玻璃砖的上边界与重合； ②让激光从玻璃砖下边界点射入玻璃砖，记录入射点和出射光线与的交点； ③保持激光笔位置不动，移走玻璃砖，记录激光束与的交点； ④过点作的垂线，垂足为。 请回答下面问题： (1)实验小组同学先通过游标卡尺测量玻璃砖的厚度，示数如图乙所示，玻璃砖的厚度为，则 ； (2)再用刻度尺测出长度分别为，则该玻璃砖的折射率 （用表示）； (3)关于此实验，下列说法正确的是___________ A．若仅将激光由红色改为蓝色，则间距变小 B．若仅换用更厚的玻璃砖，则间距变大 C．为避免激光在玻璃砖上界面发生全反射，实验时入射角不宜过大 D．完成实验步骤①后，不小心将玻璃砖向下平移了一小段距离，测得折射率比真实值偏小 【答案】(1) (2) (3)BD 【详解】（1）根据游标卡尺的读数规律，该读数为 （2）设入射角为i，折射角为。由几何关系可知 根据折射定律 可得 （3）A．蓝光的折射率比红光大，若仅将红色激光改为蓝色激光，根据折射定律可知，光线的偏折角更大，则PQ间距变大，故A错误； B．若仅换用更厚的玻璃砖，根据折射定律可知，光进入玻璃砖后再上界面上的入射点上移，则PQ间距变大，故B正确； C．入射角不宜过大，由光的可逆性可知激光在射出玻璃砖时可不会因角度过大而发生全反射，故C错误； D．完成①后，玻璃砖向下平移一小段距离，入射角不变，折射角增大，根据 可知测得的折射率偏小，故D正确。 故选BD。 考向2 用双缝干涉实验测量光的波长 例2在“用双缝干涉测光的波长”实验中，如图甲所示，光具座上放置的光学元件依次为光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。 (1)M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝和 。 (2)观察到干涉条纹如图乙所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准a时，手轮的读数继续转动手轮，使分划板中心刻线对准b时，手轮的读数如图丙所示， mm。 (3)若已知双缝间距d，双缝到屏的距离l，则待测光的波长为 。（用x1、x2、l和d表示） (4)某同学观察到如图所示图像，即测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，若继续移动目镜观察，将会使测量结果出现偏差。若在这种情况下测出干涉条纹的间距，则波长的测量值 （填“大于”“小于”或“等于”）其实际值。 【答案】(1)双缝 (2)9.764 (3) (4)大于 【详解】（1）M、N、P三个光学元件依次为滤光片、单缝、双缝。 （2）螺旋测微器的精确值为0.01mm，由图丙可知 （3）根据条纹间距公式 因为 联立解得波长 （4）在这种情况下测出干涉条纹的间距偏大，故波长的测量值偏大，即波长的测量值大于真实值。 【变式训练2】“用双缝干涉测量光的波长”的实验装置示意图如图甲所示。 (1)实验中若仅忘记放置双缝，则通过目镜看到的图样应为 （填“乙”或“丙”）图。 (2)下列各图中能正确表示相邻亮条纹的中心间距的是_____（填选项标号）。 A． B． C． D． (3)两位同学均利用红光做双缝干涉实验，得到的干涉图样分别如图1、2所示，则他们在实验中_____（填选项标号）。 A．放置的单缝与双缝间的距离可能不同 B．使用的光源的光照强度可能不同 C．放置的光源到双缝的距离可能不同 D．放置的双缝到毛玻璃屏的距离可能不同 (4)已知双缝间的距离为d=0.20mm，双缝到毛玻璃屏的距离为l=75.0cm，当分划板中心刻线对齐如图3所示的第1条亮条纹的中心时，手轮上的读数为0.3mm，当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心时，手轮上的示数如图4所示，则读数为 mm；由以上已知数据和测量数据可知，该红光的波长为 mm（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1)丙(2)C(3)D(4) 9.6 6.2×10−4 【详解】（1）未放置双缝时发生的是单色光的衍射现象，故为衍射图样，则通过目镜看到的图样应为图丙。 （2）条纹间距是相邻暗条纹或相邻亮条纹间的中心间距。故选C。 （3）由题图1、图2可知，两次的条纹间距不同，根据，可知双缝到毛玻璃屏的距离或双缝间距可能不同。故选D。 （4）[1]选用的游标卡尺为10分度，整毫米数为9mm，游标尺上第6条刻度线与主尺上的刻度线对齐，故读数为 [2]第1条亮条纹与第5条亮条纹共有4个条纹间距，则相邻亮纹的中心距离为 根据可知，可得波长为 1．（2025·重庆·高考真题）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为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a，则（　　） A．相邻两亮条纹间距为 B．相邻两暗条纹间距为 C．双缝之间的距离为 D．双缝之间的距离为 【答案】C 【详解】AB．根据题意，由图可知，相邻两亮条纹（暗条纹）间距为，故AB错误； CD．由公式可得，双缝之间的距离为，故C正确，D错误。 故选C。 2．（2025·广东·高考真题）如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为的玻璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为，该折射率为（    ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】光路图如图所示 则有折射定律可得 故选A。 3．（多选）（2025·四川·高考真题）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（）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，可以设定为 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 D．若入射光线向左移动，则出射光线也向左移动 【答案】CD 【详解】A．因为，故当选用折射率为1.4的光学玻璃时，根据 可知，即 根据几何知识可知光线第一次发生全反射时的入射角为，故选用折射率为1.4的光学玻璃时此时不会发生全反射，故A错误； B．当时，此时入射角为，选用折射率为1.6的光学玻璃时，此时的临界角为 故，故此时不会发生全反射，故B错误； C．若选用折射率为2的光学玻璃，此时临界角为 即，此时光线第一次要发生全反射，入射角一定大于，即第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角一定大于，根据几何关系可知第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角等于第二次全反射入射角，故可能为，故C正确； D．若入射光线向左移动，可知第一次全反射时的反射光线向左移动，第二次全反射时的反射光线向左移动，同理，第三次全反射时的反射光线向左移动，即出射光线向左移动，故D正确。 故选CD。 4．（2025·山东·高考真题）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，上表面圆弧以点为圆心，两圆弧的半径及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与平行，到的距离均为。 (1)B点与的距离为，单色光线从B点平行于射入介质，射出后恰好经过点，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点在上，、E两点间的距离为，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) 【详解】（1）如图 根据题意可知B点与的距离为，，所以 可得 又因为出后恰好经过点，点为该光学器件上表面圆弧的圆心，则该单色光在上表面垂直入射，光路不变；因为，所以根据几何关系可知 介质对该单色光的折射率 （2）若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质，第一次射出介质的点为D，且，可知 由于 所以光线在上表面D点发生全反射，轨迹如图 根据几何关系有则光在介质中传播的距离为 光在介质中传播的速度为 所以光在介质中的传播时间 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $