2025-2026学年高二上学期物理期末专题复习 专题07 光学

该高中物理光学专题复习讲义通过知识框架图系统梳理了折射定律、全反射、光的干涉与衍射偏振等核心内容，用对比表格归纳平行玻璃砖、三棱镜、圆柱体对光路的控制差异，按考频标注重难点，构建“概念-规律-应用”递进知识脉络。 讲义亮点在于“情境化问题解决”设计，如结合汽车大灯透镜折射、光导纤维全反射等实例，通过“条件分析-几何建模-公式应用”步骤培养科学思维。典例涵盖选择与计算，基础题巩固概念，综合题提升推理能力，助力学生自主复习，教师可据此实施分层教学。

专题07 光学 考点01（★★★）折射定律 5 考点02（★★★）全反射 8 考点03（★★）光的干涉现象 12 考点04（★★）光的衍射和偏振现象 16 一、光的折射定律、折射率 1．折射现象 光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向 发生改变　的现象。 2．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： 　＝n12，式中n12是比例常数。 (3)在光的折射现象中，光路是 可逆　的。 3．折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时， 入射角的正弦　与 折射角的正弦　之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。 (2)表达式：n＝ 　。 (3)计算公式：n＝ 　，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于 1　。 4．光密介质与光疏介质 (1)光密介质：折射率 较大　的介质。 (2)光疏介质：折射率 较小　的介质。 (3)光密介质和光疏介质是 相对　的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。 二、全反射　光导纤维 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。 3．临界角：折射角等于90°时的入射角，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，则sin C＝ 　。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越 小　。 4．光导纤维 光导纤维的原理是利用光的 全反射　，如图所示。 三、光的色散 1．光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为 单色　光的现象。 2．色散规律：当一束白光入射到棱镜界面时，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是 紫光　的偏折最大， 红光　的偏折最小。 3．光的色散现象说明 (1)白光为复色光； (2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率 越大　； (3)不同色光在同一介质中的传播速度不同，根据n＝，频率越大，折射率越大，则波速 越小　。 四、光的干涉 1．定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现 亮条纹　，某些区域相互减弱，出现 暗条纹　，且加强区域和减弱区域相互 间隔　的现象。 2．条件：两束光的频率 相同　、相位差 恒定　。 3．双缝干涉 (1)原理如图所示。 (2)条纹特点 ①单色光：形成 明暗相间　的条纹，中央为亮条纹。 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相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝ λ　。 4．薄膜干涉 (1)相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面 反射　的两列光波。 (2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应薄膜的 厚度　相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 五、光的衍射　偏振 1．光的衍射 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。 2．三种衍射图样的比较 (1)单缝衍射：若为单色光，中央为亮且 宽　的条纹，两侧为明暗相间的条纹，条纹间距不等，且离中央条纹越远，亮条纹的亮度 越弱　，宽度 越小　(如图甲所示)。 (2)单孔衍射：若为单色光，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　(如图乙所示)；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而 减小　。 (3)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。(如图丙所示) 3．光的偏振现象 (1)偏振：光波只沿 某一特定　的方向的振动。 (2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括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。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。 (4)偏振光的形成 ①让自然光通过 偏振片　形成偏振光。 ②让自然光在两种介质的界面发生反射和 折射　，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。 (5)光的偏振现象说明光是一种 横　波。 考点01（★★★）折射定律 1．对折射率的理解 (1)公式的理解 公式n＝中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。 ①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小。 ②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 类别 项目 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三棱镜 横截面是圆 对光线 的作用 通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移 通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底边偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，经过两次折射后向圆心偏折 应用 测定玻璃的折射率 全反射棱镜，改变光的传播方向 改变光的传播方向 3．视深和视高问题 (1)视深：在岸上看水中的物体，由于折射产生虚像的深度(视深)h，h＝(H：物体在水中的实际深度，n为水的折射率)。 (2)视高：从折射率为n的透明介质中，观察正上方距界面高为L处的物体，看到物体像点的高度，即视高h＝nL(L：物体距离岸边的实际高度)。 【典例1】（2025春•张家口期末）如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为，该大灯结构的简化图如图乙所示。现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径从点射入半球透镜。已知半球透镜直径远小于大灯离地面的高度，，半球透镜的折射率为，取，则这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离为　　 A． B． C． D． 【答案】 【分析】由、的长度关系，可得到光从透镜到空气中传播时，入射角的大小；由折射率和入射角可得到折射角的大小；由几何关系，可得到光到地面的位置与灯的水平距离，和竖直高度的关系，从而计算水平距离。 【解答】解：由题意可知长度为边的，则在半球透镜中满足：， 由折射率定义可知其折射角满足：，解得：， 由图可知，其到地面高度，与光到地面位置与灯的水平距离满足：，代入解得：，故错误，正确。 故选：。 【典例2】（2025春•甘南州期末）如图所示，为等边三棱镜，一束单色光照射到边上的点，折射光线刚好与平行，入射光线与边的夹角为，则三棱镜对光的折射率为　　 A． B． C． D． 【答案】 【分析】根据几何关系求解折射角和入射角，根据折射定律求解折射率。 【解答】解：为等边三棱镜，折射光线刚好与平行，入射光线与边的夹角为，根据几何关系可知入射角为，折射角为，则，故正确，错误。 故选：。 【典例3】（2025春•河北区期末）等腰三角形为一棱镜的横截面，；一平行于边的细光束从边射入棱镜，在边反射后从边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是　　 A．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率 B．甲光的频率比乙光的高 C．甲光的波长比乙光的长 D．甲光和乙光在棱镜中的传播速度相同 【答案】 【分析】根据折射定律和反射定律作出光路图，分析偏折程度关系，判断两光折射率大小，进而确定频率和波长关系。由分析光在棱镜中传播速度关系。 【解答】解：、根据折射定律和反射定律作出光路图，如图所示。 由图可知，光线从棱镜左侧射入时，甲光的偏折程度小于乙光的偏折程度，则该棱镜对甲光的折射率小于对乙光的折射率，所以甲光的频率比乙光的低，根据可知，甲光的波长比乙光的长，故错误，正确； 、该棱镜对甲光的折射率小于对乙光的折射率，根据可知，甲光在棱镜中的传播速度大于乙光在棱镜中的传播速度，故错误。 故选：。 考点02（★★★）全反射 1．解答全反射问题的技巧 (1)解答全反射问题时，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。 2．全反射规律的应用 (1)全反射棱镜 截面是等腰直角三角形的棱镜(通常是玻璃做成的)叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有如图所示的四种情况 (2)光导纤维 光导纤维简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。 【典例4】（2025春•昭通期末）发光二极管的发光帽由透明环氧树脂制成，它由半径为的半球体与半径为的圆柱体组成，如图为过半球球心的竖直截面图。当用平行单色光垂直于圆柱体底面入射，经过半径上点的光线恰好在圆弧面上发生全反射，已知，真空中光速为，则单色光在该透明环氧树脂材料中的传播速度为　　 A． B． C． D． 【答案】 【分析】光线恰好在圆弧面上发生全反射，入射角等于临界角，根据几何关系得到临界角，由临界角公式求出折射率，即可计算单色光在该透明环氧树脂材料中的传播速度。 【解答】解：光线恰好在圆弧面上发生全反射，入射角等于临界角，如图所示。 根据全反射临界角公式可知 解得 由可知，故正确，错误。 故选：。 【典例5】（2024秋•无锡期末）如图所示，点光源发出一条光线从玻璃射入上方空气中，以分界点点为圆心、为半径画圆，与折射光线的交点为，过点向两介质的交界面作垂线，交点为，与的延长线的交点为。以点为圆心，为半径画另一圆，的半径可视作为。求： （1）介质的折射率； （2）已知点光源到分界面的距离为，从上方观察，分界面被照亮的面积为多少。 【答案】（1）介质的折射率等于； （2）从上方观察，分界面被照亮的面积为。 【分析】（1）根据折射定律求解折射率； （2）根据全反射临界角求解临界角，结合几何关系求解透光区域面积。 【解答】解：（1）由图可知折射率 （2）临界角满足 解得 由几何关系可知透光区域半径 透光区域面积 答：（1）介质的折射率等于； （2）从上方观察，分界面被照亮的面积为。 【典例6】（2025春•昌平区期末）如图所示，截面为矩形的玻璃砖的厚度为，光从上表面射入，测得入射角，折射角。已知空气中的光速为。求： （1）玻璃的折射率； （2）光在玻璃中传播的时间； （3）若增大入射角，光在下表面是否能发生全反射，并说明理由。 【答案】（1）玻璃的折射率为； （2）光在玻璃中传播的时间为； （3）若增大入射角，光在下表面不能发生全反射，理由如解析。 【分析】（1）根据折射率公式列式解答； （2）根据介质中的波速和路程计算传播时间； （3）根据全反射发生的条件结合相应几何关系进行分析解答。 【解答】解：（1）玻璃的折射率为，解得； （2）光在玻璃中传播的时间，而，，联立解得； （3）若增大入射角，光在下表面不能发生全反射，原因是当入射角增大时，折射角也会增大，但最大也只能接近全反射临界角，对上下表面平行的玻璃砖，光线在玻璃砖下表面的入射角等于上表面的折射角，即不能等于或大于临界角，故在下表面不会发生全反射。 答：（1）玻璃的折射率为； （2）光在玻璃中传播的时间为； （3）若增大入射角，光在下表面不能发生全反射，理由如解析。 考点03（★★）光的干涉现象 双缝干涉 1．对公式Δx＝λ的理解 l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长。 2．亮、暗条纹的判断方法 对于两个振动步调一致的光源，如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差： (1)r2－r1＝kλ(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现亮条纹； (2)r2－r1＝(2k＋1)(k＝0,1,2，…)时，光屏上出现暗条纹。 注意：对于两个振动步调反相的光源，产生亮、暗条纹的条件与上面的正好相反。 薄膜干涉 1．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。 注意：式中λ为光在薄膜中的波长。 2．薄膜干涉现象的应用 (1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。 (2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 (3)楔形薄膜的干涉条纹间距：根据明暗条纹的形成条件可推知，光在薄膜中的波长为λ时，倾角为θ的楔形薄膜的条纹间距Δx＝。 【典例7】（2025春•永州期末）如图1所示，该装置可用于观察光的干涉、衍射现象，其中为某光学元件，且到光屏的距离保持不变。某同学利用该装置分别观察红光与绿光的干涉与衍射现象，在光屏上得到了如图2所示的甲、乙、丙、丁四种图样。下列说法正确的是　　 A．丁对应的是单缝，入射光为红光 B．丙对应的是双缝，入射光为绿光 C．乙对应的是单缝，入射光为红光 D．甲对应的是双缝，入射光为绿光 【答案】 【分析】根据条纹的特点分析出对应的光发生的现象，根据条纹公式结合条纹宽度分析波长。 【解答】解：．丙、丁图像相邻条纹中心间距不相等，可知，丙、丁图像均为衍射条纹，此时对应的均是单缝，丙图像中央亮条纹比丁图像中央亮条纹宽一些，可知，丙图像对应光的波长比丁图像对应光的波长长一些，可知，丙对应的是单缝，入射光为红光，丁对应的是单缝，入射光为绿光，故错误； ．甲、乙图像相邻明条纹中心间距相等，可知，甲、乙图像均为干涉条纹，此时对应的均是双缝，根据条纹公式有，乙图像相邻明条纹中心间距大于甲图像相邻明条纹中心间距，乙图像对应光的波长比甲图像对应光的波长长一些，可知，乙对应的是双缝，入射光为红光，甲对应的是双缝，入射光为绿光，故错误，正确。 故选：。 【典例8】（2025春•河西区期末）歼的光学着陆系统中用到了双缝干涉的知识。某物理兴趣小组用如图甲所示的装置做双缝干涉实验，通过目镜观察到屏上的条纹如图乙所示。只改变一个条件，使观察到的条纹如图丙所示，则改变的条件是　　 A．换用长度更长的遮光筒 B．增大单缝到双缝的距离 C．换用间距更小的双缝 D．红色滤光片换成紫色滤光片 【答案】 【分析】由双缝干涉的条纹间距表达式，即可分析双缝到屏的距离、双缝间距、波长对间距的影响。 【解答】解：、双缝干涉的条纹间距表达式：，可知单缝到双缝的距离对间距无影响，故错误； 、由图可知，丙图的双缝间距更小，结合双缝间距表达式，可知减小双缝到屏的距离、波长，增大双缝间距，即可减小双缝间距，故错误，正确。 故选：。 【典例9】（2025春•河南期末）工厂技术人员用图1所示空气薄膜干涉装置来检查玻璃平面的平整程度。分别用、两种单色光从标准样板上方入射后，从上往下看到的部分明暗相间的条纹如图2中的甲、乙所示。下列判断正确的是　　 A．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凹陷 B．光的波长大于光的波长 C．、两种单色光以相同的入射角射入水中，光的折射角小于光的折射角 D．照射同一单缝时，光能够发生衍射现象，光不能发生衍射现象 【答案】 【分析】薄膜干涉形成的条纹是膜的上下表面的反射光干涉产生的；当两反射光的路程差（即膜厚度的2倍）是半波长的偶数倍，出现明条纹；当两反射光的路程差是半波长的奇数倍，出现暗条纹。根据薄膜干涉形成的原因，分析条纹出现凹凸现象的原因。的条纹间距宽，则的波长较长，频率小，折射率小，衍射是波特有的现象。 【解答】解：．图乙中弯曲的条纹对应的被检查平面空气膜厚度与右边的末弯处平面的空气膜厚度相同，可知，对应的位置是凸起的，故错误； ．图2中的条纹间距宽，说明的波长大于的波长，的频率小于的频率，故正确； ．在同一介质中，的折射率小于的折射率，故以相同的入射角射入水中，根据折射定律可知光的折射角大于光的折射角，故错误； ．衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，故照射同一单缝时、光均能发生衍射现象，故错误。 故选：。 考点04（★★）光的衍射和偏振现象 1．对光的衍射的理解 (1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。 (2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。 2．双缝干涉与单缝衍射的比较 内容 干涉 衍射 产生条件 两束光频率相同、振动方向相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小 图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽 条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等 亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 3．光的干涉和衍射的本质 光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。 4．自然光与偏振光的比较 类别 自然光(非偏振光) 偏振光 光的 来源 从普通光源发出的光 自然光通过起偏器后的光 光的振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向 【典例10】（2024秋•盐城期末）如图所示的四种明暗相间的条纹分别是绿光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、黄光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）。下面的四幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是　　 A．紫红绿黄 B．绿黄紫红 C．紫黄绿红 D．绿红紫黄 【答案】 【分析】根据双缝干涉条纹间距可判定双缝干涉图样，再依据条纹间距与它们的波长成正比；根据单缝衍射条纹是中间亮条纹明亮且宽大，越向两侧宽度越小，而波长越大，中央亮条纹越粗，从而即可进行判断。 【解答】解：绿光、紫光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及红光、黄光各自通过同一个单缝形成的衍射图样，由于双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故从左边第一个与第三个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距可知波长越大，△越大，故是绿光，是紫光。单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故是黄光的单缝衍射图样，而是红光的单缝衍射图样。故从左往右排列亮条纹的颜色依次是绿光（双缝干涉）、黄光（单缝衍射）、紫光（双缝干涉）和红光（单缝衍射），故正确，错误。 故选：。 【典例11】（2024秋•润州区校级期末）对如图所示的图片、示意图或实验装置，下列判断准确无误的是　　 A．甲图是小孔衍射的图样，也被称为“泊松亮斑” B．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度 C．丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的奇数倍，则处是亮纹 D．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现竖直干涉条纹 【答案】 【分析】小孔衍射的图样与圆板衍射图样的区别；根据薄膜干涉可检测平面的平整程度；根据光的叠加原理分析，附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹。 【解答】解：．甲图是小孔衍射的图样，而“泊松亮斑”中央是亮点，故错误； ．乙图是薄膜干涉的应用，用来检测平面的平整程度，故正确； ．丙图是双缝干涉原理图，若到、的路程差是半波长的奇数倍，则处是暗纹；若到、的路程差是波长的整数倍，则处是亮纹，故错误； ．丁图是薄膜干涉现象的实验装置图，在附有肥皂膜的铁丝圈上，出现水平干涉条纹，故错误。 故选：。 【典例12】（2024秋•揭阳期末）如图所示，光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率。则填充液体后 A．紫外线进入液体后波长变短 B．紫外线进入液体后光子能量增加 C．紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射 D．紫外线传播相等的距离，在液体中所需的时间更短 【答案】 【分析】根据波长、波速、频率关系分析；根据分析光子能量；根据发生明显衍射的条件分析；根据结合波速分析传播相同距离所用时间。 【解答】解：．紫外线进入液体后传播速度变慢，频率不变，根据可知波长变短，故正确； ．紫外线进入液体频率不变，根据可知光子能量不变，故错误； ．由选项分析可知紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，故错误； ．紫外线在液体中传播速度变慢，根据知传播相等的距离，在液体中所需的时间更长，故错误。 故选：。 学科网（北京）股份有限公司 $