第13讲 光学 讲义 -2026届高三物理二轮专题整合突破

第13讲 光学 第13讲光学 1 1 一．常见命题角度： 1 二．常用类型与方法： 2 三．思维导图 2 2 12 一．几何光学(光的折射、全反射) 12 【题型1：折射定律与折射率与全反射概念分析】 12 【题型2：折射率定量计算】 13 【题型3：全反射现象与临界角】 14 【题型4：折射与全反射综合计算】 17 二．物理光学(光的波动性) 18 【题型1：光的干涉】 19 【题型2：光的衍射与偏振】 20 【题型3：几何光学与物理光学综合】 21 三．实验专题 22 【题型1：测定玻璃的折射率】 23 【题型2：用双缝干涉测光的波长】 24 25 一：基础练 25 二：提能练 29 三：拔高练 35 一．常见命题角度： 1. 核心定律应用：折射定律（n₁sinθ₁=n₂sinθ₂）、全反射（sinC=1/n）的计算。 2. 典型模型：平行/三角形/圆形玻璃砖的光路、侧移、临界角问题；不同色光（频率、折射率、临界角）在介质中的行为差异计算。 3. 实际现象解释：分析海市蜃楼、光纤通信、水面光斑等原理。 4. 波动性现象判断：干涉（双缝、薄膜）、衍射、偏振的条件、图样特征与应用（如增透膜、液晶屏）。 5. 定量计算：双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d及其变化规律。 6. 实验综合：测量折射率（插针法）、用双缝干涉测波长的原理与操作。 二．常用类型与方法： 1. 画光路图是几何光学的核心（结合反射、折射定律）。 2. 几何关系法（利用三角函数、三角形相似）求解角度、距离、时间。 3. 公式直接应用（折射定律、全反射临界角、干涉条纹间距公式）。 4. 光路可逆法逆向求解问题。 三．思维导图 1.(2025·天津·高考真题)在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。、两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则() A.、的光子动量大小相同 B.的光子能量小于的光子能量 C.在真空中，的波长大于的波长 D.通过同一单缝衍射装置，的中央亮条纹窄 【答案】D 【解析】【解答】由图可得条纹间距，根据条纹间距公式：，可得：，故C错误； A.根据光子动量表达式：，可得的光子动量大小大于的光子动量大小，故A错误； B.根据光子能量表达式：，结合，可得的光子能量大于的光子能量，故B错误； D.对于单缝衍射，波长越长，条纹间距越大，故通过同一单缝衍射装置，的中央亮条纹窄，故D正确。 故选：。 2.(2025·重庆市·高考真题)杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为，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，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 【解析】根据题意，由图可知，相邻两亮条纹暗条纹间距为，故AB错误； 由公式可得，双缝之间的距离为，故C正确，D错误。 故选C。 3.(2025·山东省·高考真题)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 【解析】由干涉条纹间距公式可知，在旋转过程中，、、均不变，故条纹间距不变； 当、透振方向平行时透过的光强最大，在绕轴转动的过程中，、透振方向逐渐垂直，根据偏振片的特性可知，透过的光强在减小，故光屏上干涉条纹的亮度将减小。 故选A。 4.(2025·河南省·高考真题)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 【解析】由题意，作出光路图如下： 第一次折射时，由，解得； 第二次折射时，由，解得； 由几何关系可知，该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角，故选B。 5.(2025·辽宁省·高考真题)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 【解析】激光在不同介质中传播时，频率不变，故AB错误； 根据，甲的折射率比乙的大，则图乙时全反射临界角大，故C错误，D正确。 故选：。 6.(2025·广东省·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 【解析】光路图如图所示 则有折射定律可得。 故选A。 7.(2025·湖南省·高考真题)如图，为半圆柱体透明介质的横截面，为直径，为的中点。真空中一束单色光从边射入介质，入射点为点，折射光直接由点出射。不考虑光的多次反射，下列说法正确的是() A.入射角小于 B.该介质折射率大于 C.增大入射角，该单色光在上可能发生全反射 D.减小入射角，该单色光在上可能发生全反射 【答案】D 【解析】根据题意，画出光路图，如图所示 由几何关系可知，折射角为，则由折射定律有 则有， 解得 故AB错误； C.根据题意，由 可知 即 增大入射角，光路图如图所示 由几何关系可知，光在上的入射角小于，则该单色光在上不可能发生全反射，故C错误； D.减小入射角，光路图如图所示 由几何关系可知，光在上的入射角大于，可能大于临界角，则该单色光在上可能发生全反射，故D正确。 故选D。 8.(2025·广西壮族自治区·高考真题)如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线和，从扇形材料的点传播，光线传到圆弧圆的中点，光线传播到点偏上，则两光线发生下列哪种情况() A.不全反射，全反射 B.都不全反射 C.都全反射 D.全反射，不全反射 【答案】C 【解析】因，可得临界角 即 因射到点的光线的入射角为 可知光线会发生全反射； 因射到点偏上的的光线的入射角 可知光线会发生全反射。 故选C。 9.(2025·海南省·高考真题)（多选）下列关于光现象描述正确的是() A.海市蜃楼是光的衍射现象 B.光电效应表明光具有粒子性 C.水面上的油膜在阳光下呈现彩色条纹是光的干涉现象 D.斜插在水杯中的筷子看起来像被折断是光的反射现象 【答案】BC 【解析】A.由于不同高度的空气密度不同，导致光在不均匀的大气中传播时发生折射，从而使人看到远处物体的虚像。所以蜃楼是光的折射现象，故A错误； B.光电效应是指在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流的现象，它表明光具有粒子性，故B正确； C.水面面上的油膜在阳光下呈现彩色条纹，是因为油膜的上下表面反射的光相互叠加，形成了干涉现象。不同颜色的光波长不同，干涉条纹的间距也不同，所以会呈现出彩色条纹，故C正确； D.斜插在水杯中的筷子看起来像被折断是光的折射现象，故D错误。 故选BC。 10.(2025·四川省·高考真题)（多选）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.可以选用折射率为的光学玻璃 B.若选用折射率为的光学玻璃，可以设定为 C.若选用折射率为的光学玻璃，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 【解析】A.因为，故当选用折射率为的光学玻璃时，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。 11.(2025·甘肃省·高考真题)已知一圆台容器，高，上口径，容器底部中心有一质点，未装入水时，人眼从容器边缘无法观测到该质点，装入某种液体后，恰好可以看到，此时液面高度，人眼观测角度满足，人眼到容器上边缘的距离为。光在真空中的传播速度，求： 该液体的折射率； 光从底部质点反射至人眼全过程的时间。 【答案】根据题意，画出光路图，如图所示 由几何关系可得， 则有， 则 由折射定律可得该液体的折射率为 根据题意，由图可知，光在空气中传播的距离为 光在液体中的传播距离为 光在液体中的传播速度为 则光从底部质点反射至人眼全过程的时间 12.(2025·安徽省·高考真题)如图，玻璃砖的横截面是半径为的半圆，圆心为点，直径与轴重合。一束平行于轴的激光，从横截面上的点由空气射入玻璃砖，从点射出。已知点到轴的距离为，、间的距离为。 求玻璃砖的折射率； 在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心点发生全反射，求入射光线与轴之间夹角的范围。 【答案】根据题意得出光路图如图所示 根据几何关系可得，， 可得， 根据折射定律 发生全反射的临界角满足 可得 要使激光能在圆心点发生全反射，激光必须指向点射入，如图所示 只要入射角大于，即可发生全反射，则使激光能在圆心点发生全反射，入射光线与轴之间夹角的范围。 13.(2025·湖北省·高考真题)如图所示，三角形是三棱镜的横截面，，，三棱镜放在平面镜上，边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面点，入射角为，点离点足够近。已知三棱镜的折射率为。 若，求光线从边射入棱镜时折射角的正弦值。 若光线从边折射后直接到达边，并在边刚好发生全反射，求此时的值。 【答案】光路图如图甲所示： ，，则 当时，由几何关系可知，光线在边上的入射角 由折射定律有，解得 光在边上恰好发生全反射时，入射角等于临界角，光路图如图乙所示： ，则 由几何关系可知，光在边上的折射角为 由折射定律有，解得，由几何关系可得 一．几何光学(光的折射、全反射) 围绕折射定律、折射率及全反射核心概念展开，涉及多色光物理量比较、与折射率关联、光学现象原理分析、复杂光路几何计算、全反射条件判断及综合模型应用。题目常结合生活场景或实验装置，要求定性分析与定量计算结合，侧重光路图绘制、几何关系推导及公式联立求解，压轴题多考查三步法综合应用能力。常用方法： 1. 通过偏折角大小判断折射率，进而比较波长、频率等物理量。 2. 直接应用核心公式（n=sinθ₁/sinθ₂、n=c/v、sinC=1/n）进行计算。 3. 结合几何关系（三角函数、相似三角形、正弦定理）求解角度与距离。 4. 分析入射角与临界角关系，判断全反射发生条件及范围。 5. 采用“画光路图-定几何关系-联方程求解”三步法处理综合问题。 【题型1：折射定律与折射率与全反射概念分析】 1.(2026·江苏省·联考题)如图所示为一束光穿越介质、、时的光路，分界面、平行，，下列说法正确的是() A.介质的折射率大于介质 B.光在介质中的速度最大 C.随增大，光会在分界面处发生全反射 D.介质、可分别作为光纤的内芯和外套 【答案】D 【知识点】折射定律、全反射的条件、全反射的应用 【解析】A.光从介质进入介质时折射角小于入射角，说明，光从介质进入介质时折射角大于入射角，说明，已知，结合折射定律可推出，故A错误； B.根据，折射率越大，光的传播速度越小，介质的折射率最大，因此光在介质中的速度最小，故B错误； C.增大时，光在界面处的折射角变大，光在界面处的入射角变大，由折射定律可知，折射角变大，但因为，所以随增大，光不会在分界面处发生全反射，故C错误； D.对于介质和介质，介质是光密介质，介质是光疏介质，所以介质、可分别作为光纤的内芯和外套，故D正确。 2.(2025·广西壮族自治区·联考题)如图所示，一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一平行玻璃砖后，变为、两束单色光，并从玻璃砖下表面、点射出。则下列说法正确的是() A.在玻璃砖中，光的传播速度小于光 B.光的频率小于光 C.在真空中，光的波长大于光 D.若增大入射角，则单色光可能会在界面发生全反射 【答案】A 【知识点】折射定律、临界角 【解析】A.对比单色光、的折射光路可知，玻璃砖对光的折射率更大，即，由可知，，故A正确； B.由可知，光的频率大于光，故B错误； C.由可知，真空中光的波长小于光，故C错误； D.发生全反射需要两个条件：光从光密介质射入光疏介质；入射角大于等于全反射临界角，而单色光在界面是由光疏介质射向光密介质，因此不可能发生全反射，故D错误。 故选A。 【题型2：折射率定量计算】 3.(2026·湖南省株洲市·其他类型)如图所示，为某介质构成的三棱镜的横截面，一束单色光从上的点射入该介质中，恰好在上的点发生全反射，且在点处的反射光与入射光垂直，已知，则() A.介质对该单色光的折射率为 B.介质对该单色光的折射率为 C.单色光在点处的入射角为 D.单色光在点处的入射角为 【答案】AC 【知识点】折射定律、全反射的条件、临界角 【解析】该单色光恰好在上的点发生全反射，点处的反射光与人射光垂直，根据反射定律可知，故A正确，B错误 由几何关系可知，即在点处的折射角为，根据折射定律，可得该单色光在点处的入射角为，故C正确，D错误。 【题型3：全反射现象与临界角】 4.(2025·河南省·联考题)如图，玻璃半球半径为，为球心，为直径。现有均匀分布的单色光垂直入射到半球的底面，其对玻璃的折射率为。已知如图所示的球冠不含底圆面的表面积为，若只考虑首次射到球面的光，则下列说法正确的是() A.所有射入到半球底面的光中有的光会发生全反射 B.从上往下看，整个半球面被照亮的面积为 C.单色光在玻璃中的传播速度为 D.改用频率更高的另一单色光垂直入射到半球的底面，整个半球面被照亮的面积增大 【答案】B 【知识点】全反射的应用 【解析】如图所示 ， 得， 即有的光会发生全反射 ， 被照亮的面积为， 故A错误，B正确 单色光在玻璃中的传播速度不可能达到光速，频率越大，折射率越大，临界角越小，被照亮的面积减少，故CD错误。 故选B。 5.(2025·湖北省·联考题)竖直薄玻璃圆筒盛有上下两层溶液的绝对折射率分别为和的溶液紧贴圆筒内壁下方处有一激光源向上发射激光激光经两溶液分界面点未画出后射向上层溶液表面中心点，恰好发生全反射。已知上层溶液的绝对折射率，光在真空中的传播速度为，上层溶液厚度为，到两溶液分界面距离为，圆筒半径为。求： 下层溶液的绝对折射率 激光由点到达点的传播时间。 【答案】解：激光在两溶液中的传播路径如图所示，液面处发生全反射 故 两溶液分界面相对折射率 则下层溶液的绝对折射率 激光由点到达点过程中 激光由点到达点过程中 激光由点到达点的传播时间 6.(2025·江西省景德镇市·联考题)如图，为提升泳池的水下照明条件，某泳池底部水平安装了一条长的细灯带。已知泳池的水深为，水的折射率。若泳池足够大，取。 求灯光在水面发生全反射时临界角的正弦值； 不考虑灯光的多次反射，求有灯光射出的水面区域的面积。 【答案】光由水射向空气发生全反射时 由可得 点光源在水底发光，能照亮的水面是圆形，圆形的半径 细灯带发光能照亮的水面是两个半圆形加一个矩形，有灯光射出的水面区域的面积 所以，有灯光射出的水面区域由两端半径为的两个半圆，和中间一个长、宽的矩形区域连接而成。 区域面积 【题型4：折射与全反射综合计算】 7.(2025·重庆市·联考题)如图所示，是一种透明材料制成的长方体的截面图，一束单色光从长方体面上的中心点以入射角射入长方体，折射光线与夹角也为，已知长方体材料长，光在真空中的传播速度为。 计算长方体材料对该单色光的折射率 计算光在长方体材料中的传播时间。 【答案】由题知，折射角，又折射率，得； 根据，，即光在长方体材料内发生全反射 根据，光在长方体材料中光程，又 综上得。 8.(2025·安徽省·联考题)如图，上表面水平、半径为的半球形玻璃砖置于水平桌面上，球面与桌面相切于点。一束单色光从空气中经球心射入玻璃砖内，入射角为，出射光线射在桌面上点，且之间的距离为。不考虑光线在玻璃砖内的反射，求： 半球形玻璃砖的折射率 让此单色光垂直于半球形玻璃砖的水平上表面射向玻璃砖，上表面的某一面积范围内射入的光线，能直接从半球曲面射出，求此面积和上表面面积的比值。 【答案】作出光路图如图，入射角，依题意有： 即： 由折射定律： 解得： 如图所示，设从上表面点垂直入射的光在半球面刚好发生全反射 由折射定律有： 临界角： 从上表面射入能从球面射出的光束是以为圆心、长为半径的圆， 半径： 其面积 上表面的面积 解得 二．物理光学(光的波动性) 聚焦光的波动性核心，涵盖干涉（双缝条纹间距、薄膜增反/透膜）、衍射（单缝中央宽纹、泊松亮斑）、偏振（立体电影、消除反光）现象及几何与物理光学综合。题目常结合实验（如双缝测波长）、生活场景（如溶液浓度与折射率关联），要求定性分析现象原理（如条纹明暗、衍射条件）与定量计算（如波长、Δx）结合，压轴题多考查“几何路径+波动公式”联立求解的综合能力。 常用方法： 1. 双缝干涉用Δx=Lλ/d，分析L、d、λ变化对条纹间距的影响。 2. 薄膜干涉按“膜厚=λ/4奇数倍增透、偶数倍增反”判断明暗。 3. 衍射条件判断：障碍物尺寸与波长相当时发生明显衍射。 4. 偏振场景识别：如相机偏振镜消除反光、液晶显示原理。 5. 综合问题采用“先画光路图定几何关系，再联波动公式（如Δx、n=λ₀/λ）求解”的三步法。 【题型1：光的干涉】 9.(2026·湖南省娄底市·其他类型)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，如图所示。为单色点光源。下列说法正确的是() A.沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向处移动 【答案】BC 【解析】根据题意画出光路图 如图所示，发出的光与通过平面镜反射光满足相干光条件，且该干涉可看成双缝干涉，设与的距离为，则，到光屏的距离为，代入双缝干涉公式，则若，不论沿向右还是向左略微平移平面镜，对和均没有影响，则干涉条纹间距不变，也不会移动，故C正确，D错误； 若平面略有倾斜，依题意画出光路图。 沿向右略微平移平面镜，即图中从位置位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿向左略微平移平面镜，即图中从位置位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。 故选BC。 10.(2026·河南省周口市·联考题)如图所示，由波长为和的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。是两单色光中央亮条纹的中心位置，和分别是波长为和的光形成的距离点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面和位置出射，则() A.，是波长为的光出射位置 B.，是波长为的光出射位置 C.，是波长为的光出射位置 D.，是波长为的光出射位置 【答案】D 【解析】、双缝干涉的实验结论：，由图可得，故，故AB错误； 、由或知，越大越小为频率，由光的色散实验知，频率越大，穿过三棱镜后偏折越大或频率越大，折射率越大本题中由于，故故偏折角小的对应，偏折大的对应，所以当时是射出点，是射出点，故C错误，D正确。 【题型2：光的衍射与偏振】 11.(2025·安徽省·联考题)下列说法正确的是() A.对于同一障碍物，波长越小的光波越容易绕过去 B.戴上特制眼镜看电影有立体感是利用了光的干涉原理 C.救护车迎面驶来，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应 D.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象 【答案】C 【解析】A、根据发生明显衍射现象的条件知对于同一障碍物，波长越大的光波越容易绕过去，故A错误 B、戴上特制眼镜看电影有立体感是利用了光的偏振原理，故B错误 C、救护车迎面驶来，频率变大，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应，故C正确 D、雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的薄膜干涉现象，故D错误。 12.(2025·江西省·联考题)下列说法中正确的是() A.光的双缝干涉现象说明光具有波动性 B.光的偏振现象说明光是纵波 C.肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象 D.观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率 【答案】A 【解答】 A.干涉是波特有的性质，因此光的双缝干涉现象说明光具有波动性，故A正确； B.光的偏振现象说明光是横波，纵波如声波是不具有偏振性的，故B错误； C.肥皂泡在阳光下出现的彩色条纹是光的干涉现象，故C错误； D.观察者靠近声波波源的过程中，由于声源和观察者之间的距离减小，观察者接收到的声波频率会大于波源频率，这是多普勒效应的一个表现，故D错误。 故选：。 【题型3：几何光学与物理光学综合】 13.(2025·广东省·模拟题)平行太阳光透过大气中整齐的六角形冰晶时，中间的光线是由太阳直射过来的，是“真正的太阳”；左右两条光线是折射而来的，沿水平方向朝左右折射约是“假太阳”。图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“双太阳”的示意图，图乙为、两种单色光穿过六角形冰晶的过程图，则() A.太阳光照在转动的冰晶表面上，部分光线发生了全反射 B.冰晶对的折射率比对的折射率大 C.光光子能量比光大 D.用、光在相同实验条件下做双缝干涉实验，的条纹间距大 【答案】D 【解析】A.当光从光密介质射入光疏介质时，才可能发生全反射，则太阳光照在转动的冰晶表面上，光线不可能发生全反射，故A错误； B.由图可知，太阳光射入冰晶时，光的偏折程度比光的偏折程度小，则的折射率比的小，故B错误； C.因为的折射率比的小，则的频率比的小，根据可知，的光子能量比的小，故C错误； D.的频率比的小，则的波长比的大，用、光在相同实验条件下做双缝干涉实验，根据可知，的双缝干涉条纹间距大，故D正确。 故选：。 14.(2025·四川省·联考题)（多选）如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，玻璃砖的下表面有反光薄膜，下列说法正确的是() A.光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B.光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率 C.光线Ⅱ、Ⅲ分别通过同一双缝干涉装置，光线Ⅲ的干涉条纹间距更宽 D.在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅲ的速度 【答案】AC 【解析】A.两种色光都在玻璃砖的上表面发生了反射，入射角相同，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束Ⅰ是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确； B.根据题意得如下图 可知光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ的偏折程度，则光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，故B错误； C.由于光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ的频率，根据 可知光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，根据 可知光线Ⅱ、Ⅲ分别通过同一双缝干涉装置，光线Ⅲ的干涉条纹间距更宽，故C正确； D.光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，根据 可知在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度小于光束Ⅲ的速度，故D错误。 故选AC。 三．实验专题 聚焦光学实验操作与误差分析，涵盖“插针法测折射率”和“双缝干涉测波长”两大核心实验。题目强调实验原理理解（如折射定律、干涉公式）、操作规范性（如单双缝平行调节）、误差来源分析（如入射角选择、条纹间距测量），常结合实际场景（如玻璃砖形状、仪器精度）考查定量计算与定性判断的综合能力，突出实验细节对结果的影响。 常用方法： 1. 插针法测折射率：通过“三点确定光线”画光路，用折射定律n=sinθ₁/sinθ₂计算。 2. 双缝测波长：用λ=(d/L)Δx，累积法测Δx减小误差。 3. 误差分析：入射角过大导致折射光线弱，过小导致角度测量误差；单双缝不平行导致条纹模糊。 【题型1：测定玻璃的折射率】 15.(2025·湖北省荆门市·月考试卷)某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下： 用游标卡尺测量玻璃砖的直径，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上； 将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系的白纸上，使其底面圆心和直径分别与点和轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于轴放置，如图所示； 用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向点水平射入，从轴开始向右缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置。 取走玻璃砖，过点作轴的垂线，用刻度尺测量的长度。 根据以上步骤，回答下列问题： 测得半圆形玻璃砖直径的读数如图所示，则； 步骤中，没有激光射至挡板上区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了； 根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式为，若测得线段的长度，计算可得玻璃砖的折射率为。结果保留位有效数字 【答案】 全反射 【解答】由图可知，玻璃砖的直径为。 光束经玻璃砖折射后照在挡板上的区域内，当入射角逐渐增大，折射光线消失的时候，就是光束在玻璃界面处发生了全反射。 当恰好发生全反射时，有 代入数据可得。 【题型2：用双缝干涉测光的波长】 16.(2025·黑龙江省哈尔滨市·其他类型)某同学利用白炽灯为光源，做“双缝干涉测光的波长”的实验，实验装置如图所示： 下列关于实验装置图中、、装置名称的说法正确的是； A.是单缝，是滤光片，是双缝 B.是单缝，是双缝，是滤光片 C.是滤光片，是单缝，是双缝 D.是滤光片，是双缝，是单缝 在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是，双缝之间的距离是，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹记作第条的中心，这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第条亮纹中心，这时手轮上的示数如图乙所示。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光波长为结果保留位有效数字； 如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，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”实际值。 【答案】 大于 【解析】按实验要求装置依次为是滤光片，是单缝，是双缝，故选C； 图乙的示数为，图甲的示数为，根据题意可知，亮纹间距， 根据可得； 条纹与分划板中心刻线不平行时，实际值， 为条纹与分划板中心竖直刻线间的夹角，故， 由可知波长测量值大于实际值。 一：基础练 1.(2026·云南省·模拟题)以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“水波的干涉图样”，图丙为“用干涉法检测工件表面平整度”实验，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是() A.由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大 B.由图乙可知，两列频率相同的水波相遇后，振动加强点始终处于波峰位置 C.图丙中，若将薄片向左移动，条纹间距将变小 D.图丁中，当固定不动，将从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动的过程中，光屏上的光亮度逐渐减小 【答案】D 【解析】A.由图可知，当驱动力频率小于振动系统固有频率时，驱动力频率越大，能量越大，振动幅度越大；当驱动力频率大于振动系统固有频率时，驱动力频率越大，振动幅度越小，故A错误； B.由图乙可知，两列频率相同的水波相遇后，振动加强点的振幅最大，但不是始终处于波峰位置，选项B错误； C.图丙中，若将薄片向左移动，即减小空气薄层的厚度，导致同级的光程差的间距变大，则干涉条纹间距会变大，故C错误； D.当固定不动，缓慢转动时，从图示位置开始转动的过程中，光屏上的光亮度逐渐减小，故D正确。 故选D。 2.(2026·江苏省·模拟题)如图所示，顶角的等腰三棱镜，一束单色光与成角射入三棱镜，恰能垂直射出，则三棱镜的折射率为 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】光线在三棱镜中的光路如图所示 根据几何关系可知入射角为 折射角为， 根据折射定律可得 带入整理可得， 故选D。 3.(2026·江苏省·模拟题)为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源，同时发出两种不同颜色的光和光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如乙所示环状区域只有光，中间小圆为复合光，以下说法中不正确的是() A.通过同一较小障碍物时光衍射现象较明显 B.光的折射率大于光 C.用同一套装置做双缝干涉实验，光条纹间距更小 D.在水中光波速大于光 【答案】D 【解析】做出光路图，如图所示 点光源在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于光照射的面积较小，则知光的临界角较小，根据可知，光的折射率较大，由可知，光在水中的传播速度比光小，故B正确，与题意不符；D错误，与题意相符； 由上述分析可知光波长短，通过同一较小障碍物时光衍射现象较明显，由双缝干涉条纹间距公式，可知用同一套装置做双缝干涉实验，光条纹间距更小，故AC正确，与题意不符。 本题选不正确的，故选D。 4.(2025·北京市市辖区·模拟题)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是() A.气泡表面有折射没有全反射 B.光射入气泡衍射形成“亮斑” C.气泡表面有折射和全反射 D.光射入气泡干涉形成“亮斑” 【答案】C 【解析】【分析】本题考查光的全反射现象。只有光从光密介质折射率大射入光疏介质折射率小，且入射角大于等于临界角时，才会发生全反射现象。 【解答】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。 故选C。 5.(2026·福建省·同步练习)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。为标准石英环，为待测柱形样品，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。已知的膨胀系数小于的膨胀系数，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 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 【答案】A 【解析】由题知，的膨胀系数小于的膨胀系数，当温度升高时，增长的高度大于增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动。 故选A。 6.(2026·湖南省岳阳市·期末考试)某同学采用如图所示的方案来观察光学现象。初始时，可换光学器件处未放任何器件，能在光屏上看到彩色条纹，则() A.若透过红色滤光片观察光屏，会看到红黑相间的条纹 B.若仅把双缝转动，光屏的彩色条纹也将旋转 C.若在可换光学器件处放入偏振片，光屏上的彩色条纹将变成单色明暗相间的条纹 D.若在可换光学器件处分别放入红色、绿色滤光片，则放入绿色滤光片时，光屏上相邻亮条纹中心间距更大 【答案】A 【解析】A、白炽灯发出的是复色光，经单缝、双缝后发生双缝干涉，在光屏上形成彩色条纹。若透过红色滤光片，只有红光能通过，红光发生双缝干涉，会在光屏上看到红黑相间的条纹亮纹为红色，暗纹为黑色，A正确； B、双缝干涉中，条纹是与双缝平行的。若仅把双缝转动，单缝与双缝为垂直关系，光线的入射角度将不同，导致在屏幕上形成的干涉条纹不再是平行于双缝的条纹，而是以不同角度分布，B错误； C、偏振片的作用是使光成为偏振光，但不会改变光的颜色，也不会让彩色条纹变成单色条纹。双缝干涉的彩色条纹是由于复色光中不同颜色光波长不同的干涉条纹间距不同叠加而成，放入偏振片后，仍为彩色条纹，C错误； D、根据双缝干涉条纹间距公式其中是双缝到光屏的距离，是双缝间距，是光的波长，红光波长比绿光长。当分别放入红色、绿色滤光片时，放入红色滤光片时，光的波长更大，相邻亮条纹中心间距更大放入绿色滤光片时，相邻亮条纹中心间距更小，D错误。 7.(2026·广东省·单元测试)（多选）如图所示，一条红色光束和另一条紫色光束，以相同的角度同时沿同一半径方向射入一块半圆形玻璃砖，其透射光束由圆心点沿、方向射到屏上，则可知() A.是红光，它从射入玻璃砖到打在屏上所需时间较长 B.是紫光，它从射入玻璃砖到打在屏上所需时间较长 C.若光能使某种金属产生光电效应，则光一定能使该金属产生光电效应 D.用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，光条纹间距小于光条纹间距 【答案】BC 【解析】解：由于玻璃对红光的折射率小于对紫光的折射率，则光线经过玻璃砖后红光的偏折角小于紫光的偏折角，所以是红光，是紫光，由分析可知，红光在玻璃砖中的速度大于紫光在玻璃砖中的速度，真空中两种色光传播速度相同，所以紫光从射入玻璃砖到打在屏上所需时间较长，故A错误，B正确； C.是紫光，频率较高，而光电效应产生的条件是：入射光的频率大于或等于金属的极限频率，所以若光能使某种金属产生光电效应，则光一定能使该金属产生光电效应，故C正确； D.由可知，双缝干涉条纹间距与波长成正比，红光的波长较长，则知光条纹间距大于光条纹间距，故D错误。 故选：。 二：提能练 8.(2026·专项测试)玉石鉴定师在进行玉石鉴定师可以使用激光灯照射玉石，将其内部的纹理和气泡清晰呈现出来，从而用来观察玉石的内部结构，如图所示为某玉石的横截面呈圆环状内圆半径为，外圆半径为，质地均匀分布。现用一束激光照射该玉石，入射光线延长线恰与内圆边界相切，且在点进入玉石时折射角恰为入射角的一半。激光经此玉石后最终穿出，已知，则下列说法正确的是() A.玉石相对空气折射率为 B.光在内边界的入射角的正弦值为 C.光一共发生次折射后最终穿出 D.整个过程中光的偏转角为 【答案】A 【解析】A.由几何关系，光线在点的入射角为，由题意可知折射角为，则由光的折射定律可求出折射率，故A正确； B.由几何关系，光线在内边界入射角的正弦值为，故B错误； C.，所以光进入玉石内部后在内边界恰好全反射，故只有两次折射，一次全反射，故C错误； D.由几何关系可知偏转角大于，故D错误。 故选A。 9.(2026·山东省潍坊市·其他类型)如图所示为一半径为的半球形玻璃砖的截面图，为球心，下表面水平。玻璃砖的上方水平放置一个足够大的光屏，虚线为光轴过球心与半球下表面垂直的直线，为光轴与光屏的交点。现有一平行光束垂直于玻璃砖的下表面射入玻璃砖，光束恰好照满下表面。一条从玻璃砖下表面点射入的光线，经过玻璃砖后从上表面的点射出，出射光线与光轴相交于点，光线与的夹角，不考虑光在玻璃砖内表面的反射光，，，求： 玻璃砖的折射率； 光屏上被光线照亮区域的面积。 【答案】解：从点射入光线在砖内沿直线传播，在球表面上点折射，入射角为， 折射角为， ， 由几何知识可得：， 折射率为。 设射入砖内光线在上表面点恰好发生全反射，临界角为，点在光屏上的投影点为，对应折射光线与光屏的右侧交点为点， 则， ， 由几何知识可得，， 光屏上照亮区域半径， 照亮区域面积为。 10.(2026·广东省·同步练习)如图所示，一种光学传感器是通过接收器接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧点射向外侧点再折射到空气中，测得入射角为，折射角为；光从点射向外侧点，刚好发生全反射并被接收，求光从玻璃射向空气时临界角的正弦值表达式。 【答案】解：当光从点射向点再折射到空气时，可知： 当光从点射向点刚好发生全反射时，有： 由得： 11.(2026·湖南省娄底市·其他类型)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为点，半径为；直角三棱镜边的延长线过点，边平行于边且长度等于，。横截面所在平面内，单色光线以角入射到边发生折射，折射光线垂直边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为。 求； 以角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧可以发生全反射，求光线在上入射点图中未标出到点距离的范围。 【答案】由题意设光在三棱镜中的折射角为，则根据折射定律有 由于折射光线垂直边射出，根据几何关系可知 代入数据解得 根据题意作出单色光第一次到达半圆弧恰好发生全反射的光路图如图 则根据几何关系可知上从点到点以角入射的单色光线第一次到达半圆弧都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有 设点到的距离为，则根据几何关系有 又因为 联立解得 所以光线在上的入射点到点的距离范围为 12.(2026·福建省·同步练习)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝、，相距为，直径均为，折射率为。、下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至下端面，下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 从下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值； 被测物体自上而下微小移动，使下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离的相应范围只考虑在被测物体表面反射一次的光线。 【答案】由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设光在下端与竖直方向的偏角为，此时 可得 又因为 所以 根据题意要使下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示 则玻璃丝下端面到被测物体距离的相应范围应该为 当距离最近时有 当距离最远时有 根据可知 联立可得， 所以满足条件的范围为 三：拔高练 13.(2025·安徽省·模拟题)如图所示，半径为的四分之一圆为某玻璃砖的截面，一束单色光垂直照射到面上某点，光进入玻璃砖经面两次全反射刚好垂直射出，光在玻璃砖内传播的时间为，为光在真空中传播的速度。已知，，求： 玻璃砖对光的折射率； 保持光的入射方向不变，将入射点下移，不考虑光在面上的反射，则至少下移多少距离，光可以从面射出。 【答案】解：设单色光在玻璃砖内发生全反射时的入射角为，根据几何知识可知：，即可得，单色光在玻璃砖内的路程，根据，，联立各式带入数据可得：； 根据全反射规律有，所以可得：，保持光的入射方向不变，将入射点下移距离时，单色光恰好可以从面射出，此时单色光的入射角为，根据几何关系可知：。 14.(2025·江苏省南通市·模拟题)一透明材料做成的立方体中空光学元件，中空部分是以立方体中心为球心的圆球，球心处有一点光源，元件的截面如图所示．已知立方体的边长为，中空圆球的半径为，透明材料的折射率为，真空中光速为求： 光线从元件中射出的最短时间； 元件顶部有光线直接射出区域的面积． 【答案】解：光线在透明材料中传播的速度为， 光线在材料中传播的最短距离 最短时间 解得； 光线在材料中的临界角为， 顶端有光线射出的圆面的半径 有光线直接射出区域的面积 解得 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第13讲 光学 第13讲光学 1 2 一．常见命题角度： 2 二．常用类型与方法： 2 三．思维导图 2 3 7 一．几何光学(光的折射、全反射) 7 【题型1：折射定律与折射率与全反射概念分析】 7 【题型2：折射率定量计算】 8 【题型3：全反射现象与临界角】 8 【题型4：折射与全反射综合计算】 10 二．物理光学(光的波动性) 11 【题型1：光的干涉】 11 【题型2：光的衍射与偏振】 12 【题型3：几何光学与物理光学综合】 13 三．实验专题 14 【题型1：测定玻璃的折射率】 14 【题型2：用双缝干涉测光的波长】 14 15 一：基础练 15 二：提能练 18 三：拔高练 20 一．常见命题角度： 1. 核心定律应用：折射定律（n₁sinθ₁=n₂sinθ₂）、全反射（sinC=1/n）的计算。 2. 典型模型：平行/三角形/圆形玻璃砖的光路、侧移、临界角问题；不同色光（频率、折射率、临界角）在介质中的行为差异计算。 3. 实际现象解释：分析海市蜃楼、光纤通信、水面光斑等原理。 4. 波动性现象判断：干涉（双缝、薄膜）、衍射、偏振的条件、图样特征与应用（如增透膜、液晶屏）。 5. 定量计算：双缝干涉条纹间距公式Δx=λL/d及其变化规律。 6. 实验综合：测量折射率（插针法）、用双缝干涉测波长的原理与操作。 二．常用类型与方法： 1. 画光路图是几何光学的核心（结合反射、折射定律）。 2. 几何关系法（利用三角函数、三角形相似）求解角度、距离、时间。 3. 公式直接应用（折射定律、全反射临界角、干涉条纹间距公式）。 4. 光路可逆法逆向求解问题。 三．思维导图 1.(2025·天津·高考真题)在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。、两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则() A.、的光子动量大小相同 B.的光子能量小于的光子能量 C.在真空中，的波长大于的波长 D.通过同一单缝衍射装置，的中央亮条纹窄 2.(2025·重庆市·高考真题)杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为，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，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 3.(2025·山东省·高考真题)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 4.(2025·河南省·高考真题)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. 5.(2025·辽宁省·高考真题)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 6.(2025·广东省·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. 7.(2025·湖南省·高考真题)如图，为半圆柱体透明介质的横截面，为直径，为的中点。真空中一束单色光从边射入介质，入射点为点，折射光直接由点出射。不考虑光的多次反射，下列说法正确的是() A.入射角小于 B.该介质折射率大于 C.增大入射角，该单色光在上可能发生全反射 D.减小入射角，该单色光在上可能发生全反射 8.(2025·广西壮族自治区·高考真题)如图扇形的材料，折射率大于，现有两条光线和，从扇形材料的点传播，光线传到圆弧圆的中点，光线传播到点偏上，则两光线发生下列哪种情况() A.不全反射，全反射 B.都不全反射 C.都全反射 D.全反射，不全反射 9.(2025·海南省·高考真题)（多选）下列关于光现象描述正确的是() A.海市蜃楼是光的衍射现象 B.光电效应表明光具有粒子性 C.水面上的油膜在阳光下呈现彩色条纹是光的干涉现象 D.斜插在水杯中的筷子看起来像被折断是光的反射现象 10.(2025·四川省·高考真题)（多选）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.可以选用折射率为的光学玻璃 B.若选用折射率为的光学玻璃，可以设定为 C.若选用折射率为的光学玻璃，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 11.(2025·甘肃省·高考真题)已知一圆台容器，高，上口径，容器底部中心有一质点，未装入水时，人眼从容器边缘无法观测到该质点，装入某种液体后，恰好可以看到，此时液面高度，人眼观测角度满足，人眼到容器上边缘的距离为。光在真空中的传播速度，求： 该液体的折射率； 光从底部质点反射至人眼全过程的时间。 12.(2025·安徽省·高考真题)如图，玻璃砖的横截面是半径为的半圆，圆心为点，直径与轴重合。一束平行于轴的激光，从横截面上的点由空气射入玻璃砖，从点射出。已知点到轴的距离为，、间的距离为。 求玻璃砖的折射率； 在该横截面沿圆弧任意改变入射点的位置和入射方向，使激光能在圆心点发生全反射，求入射光线与轴之间夹角的范围。 13.(2025·湖北省·高考真题)如图所示，三角形是三棱镜的横截面，，，三棱镜放在平面镜上，边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面点，入射角为，点离点足够近。已知三棱镜的折射率为。 若，求光线从边射入棱镜时折射角的正弦值。 若光线从边折射后直接到达边，并在边刚好发生全反射，求此时的值。 一．几何光学(光的折射、全反射) 围绕折射定律、折射率及全反射核心概念展开，涉及多色光物理量比较、与折射率关联、光学现象原理分析、复杂光路几何计算、全反射条件判断及综合模型应用。题目常结合生活场景或实验装置，要求定性分析与定量计算结合，侧重光路图绘制、几何关系推导及公式联立求解，压轴题多考查三步法综合应用能力。常用方法： 1. 通过偏折角大小判断折射率，进而比较波长、频率等物理量。 2. 直接应用核心公式（n=sinθ₁/sinθ₂、n=c/v、sinC=1/n）进行计算。 3. 结合几何关系（三角函数、相似三角形、正弦定理）求解角度与距离。 4. 分析入射角与临界角关系，判断全反射发生条件及范围。 5. 采用“画光路图-定几何关系-联方程求解”三步法处理综合问题。 【题型1：折射定律与折射率与全反射概念分析】 1.(2026·江苏省·联考题)如图所示为一束光穿越介质、、时的光路，分界面、平行，，下列说法正确的是() A.介质的折射率大于介质 B.光在介质中的速度最大 C.随增大，光会在分界面处发生全反射 D.介质、可分别作为光纤的内芯和外套 2.(2025·广西壮族自治区·联考题)如图所示，一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一平行玻璃砖后，变为、两束单色光，并从玻璃砖下表面、点射出。则下列说法正确的是() A.在玻璃砖中，光的传播速度小于光 B.光的频率小于光 C.在真空中，光的波长大于光 D.若增大入射角，则单色光可能会在界面发生全反射 【题型2：折射率定量计算】 3.(2026·湖南省株洲市·其他类型)如图所示，为某介质构成的三棱镜的横截面，一束单色光从上的点射入该介质中，恰好在上的点发生全反射，且在点处的反射光与入射光垂直，已知，则() A.介质对该单色光的折射率为 B.介质对该单色光的折射率为 C.单色光在点处的入射角为 D.单色光在点处的入射角为 【题型3：全反射现象与临界角】 4.(2025·河南省·联考题)如图，玻璃半球半径为，为球心，为直径。现有均匀分布的单色光垂直入射到半球的底面，其对玻璃的折射率为。已知如图所示的球冠不含底圆面的表面积为，若只考虑首次射到球面的光，则下列说法正确的是() A.所有射入到半球底面的光中有的光会发生全反射 B.从上往下看，整个半球面被照亮的面积为 C.单色光在玻璃中的传播速度为 D.改用频率更高的另一单色光垂直入射到半球的底面，整个半球面被照亮的面积增大 5.(2025·湖北省·联考题)竖直薄玻璃圆筒盛有上下两层溶液的绝对折射率分别为和的溶液紧贴圆筒内壁下方处有一激光源向上发射激光激光经两溶液分界面点未画出后射向上层溶液表面中心点，恰好发生全反射。已知上层溶液的绝对折射率，光在真空中的传播速度为，上层溶液厚度为，到两溶液分界面距离为，圆筒半径为。求： 下层溶液的绝对折射率 激光由点到达点的传播时间。 6.(2025·江西省景德镇市·联考题)如图，为提升泳池的水下照明条件，某泳池底部水平安装了一条长的细灯带。已知泳池的水深为，水的折射率。若泳池足够大，取。 求灯光在水面发生全反射时临界角的正弦值； 不考虑灯光的多次反射，求有灯光射出的水面区域的面积。 【题型4：折射与全反射综合计算】 7.(2025·重庆市·联考题)如图所示，是一种透明材料制成的长方体的截面图，一束单色光从长方体面上的中心点以入射角射入长方体，折射光线与夹角也为，已知长方体材料长，光在真空中的传播速度为。 计算长方体材料对该单色光的折射率 计算光在长方体材料中的传播时间。 8.(2025·安徽省·联考题)如图，上表面水平、半径为的半球形玻璃砖置于水平桌面上，球面与桌面相切于点。一束单色光从空气中经球心射入玻璃砖内，入射角为，出射光线射在桌面上点，且之间的距离为。不考虑光线在玻璃砖内的反射，求： 半球形玻璃砖的折射率 让此单色光垂直于半球形玻璃砖的水平上表面射向玻璃砖，上表面的某一面积范围内射入的光线，能直接从半球曲面射出，求此面积和上表面面积的比值。 二．物理光学(光的波动性) 聚焦光的波动性核心，涵盖干涉（双缝条纹间距、薄膜增反/透膜）、衍射（单缝中央宽纹、泊松亮斑）、偏振（立体电影、消除反光）现象及几何与物理光学综合。题目常结合实验（如双缝测波长）、生活场景（如溶液浓度与折射率关联），要求定性分析现象原理（如条纹明暗、衍射条件）与定量计算（如波长、Δx）结合，压轴题多考查“几何路径+波动公式”联立求解的综合能力。 常用方法： 1. 双缝干涉用Δx=Lλ/d，分析L、d、λ变化对条纹间距的影响。 2. 薄膜干涉按“膜厚=λ/4奇数倍增透、偶数倍增反”判断明暗。 3. 衍射条件判断：障碍物尺寸与波长相当时发生明显衍射。 4. 偏振场景识别：如相机偏振镜消除反光、液晶显示原理。 5. 综合问题采用“先画光路图定几何关系，再联波动公式（如Δx、n=λ₀/λ）求解”的三步法。 【题型1：光的干涉】 9.(2026·湖南省娄底市·其他类型)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，如图所示。为单色点光源。下列说法正确的是() A.沿向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动 B.沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小 C.若，沿向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变 D.若，沿向左略微平移平面镜，干涉条纹向处移动 10.(2026·河南省周口市·联考题)如图所示，由波长为和的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。是两单色光中央亮条纹的中心位置，和分别是波长为和的光形成的距离点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面和位置出射，则() A.，是波长为的光出射位置 B.，是波长为的光出射位置 C.，是波长为的光出射位置 D.，是波长为的光出射位置 【题型2：光的衍射与偏振】 11.(2025·安徽省·联考题)下列说法正确的是() A.对于同一障碍物，波长越小的光波越容易绕过去 B.戴上特制眼镜看电影有立体感是利用了光的干涉原理 C.救护车迎面驶来，听到的声音越来越尖的现象属于多普勒效应 D.雨后公路积水表面漂浮的油膜看起来是彩色的，这是光的折射现象 12.(2025·江西省·联考题)下列说法中正确的是() A.光的双缝干涉现象说明光具有波动性 B.光的偏振现象说明光是纵波 C.肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象 D.观察者靠近声波波源的过程中，接收到的声波频率小于波源频率 【题型3：几何光学与物理光学综合】 13.(2025·广东省·模拟题)平行太阳光透过大气中整齐的六角形冰晶时，中间的光线是由太阳直射过来的，是“真正的太阳”；左右两条光线是折射而来的，沿水平方向朝左右折射约是“假太阳”。图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“双太阳”的示意图，图乙为、两种单色光穿过六角形冰晶的过程图，则() A.太阳光照在转动的冰晶表面上，部分光线发生了全反射 B.冰晶对的折射率比对的折射率大 C.光光子能量比光大 D.用、光在相同实验条件下做双缝干涉实验，的条纹间距大 14.(2025·四川省·联考题)（多选）如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿方向射向一立方体玻璃砖的上表面，得到三束平行光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，玻璃砖的下表面有反光薄膜，下列说法正确的是() A.光束Ⅰ为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B.光束Ⅲ的频率大于光束Ⅱ的频率 C.光线Ⅱ、Ⅲ分别通过同一双缝干涉装置，光线Ⅲ的干涉条纹间距更宽 D.在玻璃砖中，光束Ⅱ的速度大于光束Ⅲ的速度 三．实验专题 聚焦光学实验操作与误差分析，涵盖“插针法测折射率”和“双缝干涉测波长”两大核心实验。题目强调实验原理理解（如折射定律、干涉公式）、操作规范性（如单双缝平行调节）、误差来源分析（如入射角选择、条纹间距测量），常结合实际场景（如玻璃砖形状、仪器精度）考查定量计算与定性判断的综合能力，突出实验细节对结果的影响。 常用方法： 1. 插针法测折射率：通过“三点确定光线”画光路，用折射定律n=sinθ₁/sinθ₂计算。 2. 双缝测波长：用λ=(d/L)Δx，累积法测Δx减小误差。 3. 误差分析：入射角过大导致折射光线弱，过小导致角度测量误差；单双缝不平行导致条纹模糊。 【题型1：测定玻璃的折射率】 15.(2025·湖北省荆门市·月考试卷)某同学测量一半圆形透明玻璃砖的折射率，实验过程如下： 用游标卡尺测量玻璃砖的直径，确定其底面圆心位置并标记在玻璃砖上； 将玻璃砖放在位于水平桌面并画有直角坐标系的白纸上，使其底面圆心和直径分别与点和轴重合，将一长直挡板紧靠玻璃砖并垂直于轴放置，如图所示； 用激光器发出激光从玻璃砖外壁始终指向点水平射入，从轴开始向右缓慢移动激光器，直至恰好没有激光从玻璃砖射出至挡板上的区域时，在白纸上记录激光束从玻璃砖外壁入射的位置。 取走玻璃砖，过点作轴的垂线，用刻度尺测量的长度。 根据以上步骤，回答下列问题： 测得半圆形玻璃砖直径的读数如图所示，则； 步骤中，没有激光射至挡板上区域的原因是激光束在玻璃砖直径所在界面处发生了； 根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式为，若测得线段的长度，计算可得玻璃砖的折射率为。结果保留位有效数字 【题型2：用双缝干涉测光的波长】 16.(2025·黑龙江省哈尔滨市·其他类型)某同学利用白炽灯为光源，做“双缝干涉测光的波长”的实验，实验装置如图所示： 下列关于实验装置图中、、装置名称的说法正确的是； A.是单缝，是滤光片，是双缝 B.是单缝，是双缝，是滤光片 C.是滤光片，是单缝，是双缝 D.是滤光片，是双缝，是单缝 在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是，双缝之间的距离是，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹记作第条的中心，这时手轮上的示数如图甲所示。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第条亮纹中心，这时手轮上的示数如图乙所示。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光波长为结果保留位有效数字； 如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，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”实际值。 一：基础练 1.(2026·云南省·模拟题)以下四幅图中，图甲为“共振曲线”，图乙为“水波的干涉图样”，图丙为“用干涉法检测工件表面平整度”实验，图丁为“研究光的偏振现象”实验，针对这四幅图，下列说法中正确的是() A.由图甲可知，驱动力频率越大，能量越大，受迫振动的振动幅度越大 B.由图乙可知，两列频率相同的水波相遇后，振动加强点始终处于波峰位置 C.图丙中，若将薄片向左移动，条纹间距将变小 D.图丁中，当固定不动，将从图示位置开始绕水平轴在竖直面内缓慢转动的过程中，光屏上的光亮度逐渐减小 2.(2026·江苏省·模拟题)如图所示，顶角的等腰三棱镜，一束单色光与成角射入三棱镜，恰能垂直射出，则三棱镜的折射率为 A. B. C. D. 3.(2026·江苏省·模拟题)为了装点城市夜景，市政工作人员常在喷水池水下安装灯光照亮水面。如图甲所示，水下有一点光源，同时发出两种不同颜色的光和光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，俯视如乙所示环状区域只有光，中间小圆为复合光，以下说法中不正确的是() A.通过同一较小障碍物时光衍射现象较明显 B.光的折射率大于光 C.用同一套装置做双缝干涉实验，光条纹间距更小 D.在水中光波速大于光 4.(2025·北京市市辖区·模拟题)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是() A.气泡表面有折射没有全反射 B.光射入气泡衍射形成“亮斑” C.气泡表面有折射和全反射 D.光射入气泡干涉形成“亮斑” 5.(2026·福建省·同步练习)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。为标准石英环，为待测柱形样品，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。已知的膨胀系数小于的膨胀系数，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 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 6.(2026·湖南省岳阳市·期末考试)某同学采用如图所示的方案来观察光学现象。初始时，可换光学器件处未放任何器件，能在光屏上看到彩色条纹，则() A.若透过红色滤光片观察光屏，会看到红黑相间的条纹 B.若仅把双缝转动，光屏的彩色条纹也将旋转 C.若在可换光学器件处放入偏振片，光屏上的彩色条纹将变成单色明暗相间的条纹 D.若在可换光学器件处分别放入红色、绿色滤光片，则放入绿色滤光片时，光屏上相邻亮条纹中心间距更大 7.(2026·广东省·单元测试)（多选）如图所示，一条红色光束和另一条紫色光束，以相同的角度同时沿同一半径方向射入一块半圆形玻璃砖，其透射光束由圆心点沿、方向射到屏上，则可知() A.是红光，它从射入玻璃砖到打在屏上所需时间较长 B.是紫光，它从射入玻璃砖到打在屏上所需时间较长 C.若光能使某种金属产生光电效应，则光一定能使该金属产生光电效应 D.用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，光条纹间距小于光条纹间距 二：提能练 8.(2026·专项测试)玉石鉴定师在进行玉石鉴定师可以使用激光灯照射玉石，将其内部的纹理和气泡清晰呈现出来，从而用来观察玉石的内部结构，如图所示为某玉石的横截面呈圆环状内圆半径为，外圆半径为，质地均匀分布。现用一束激光照射该玉石，入射光线延长线恰与内圆边界相切，且在点进入玉石时折射角恰为入射角的一半。激光经此玉石后最终穿出，已知，则下列说法正确的是() A.玉石相对空气折射率为 B.光在内边界的入射角的正弦值为 C.光一共发生次折射后最终穿出 D.整个过程中光的偏转角为 9.(2026·山东省潍坊市·其他类型)如图所示为一半径为的半球形玻璃砖的截面图，为球心，下表面水平。玻璃砖的上方水平放置一个足够大的光屏，虚线为光轴过球心与半球下表面垂直的直线，为光轴与光屏的交点。现有一平行光束垂直于玻璃砖的下表面射入玻璃砖，光束恰好照满下表面。一条从玻璃砖下表面点射入的光线，经过玻璃砖后从上表面的点射出，出射光线与光轴相交于点，光线与的夹角，不考虑光在玻璃砖内表面的反射光，，，求： 玻璃砖的折射率； 光屏上被光线照亮区域的面积。 10.(2026·广东省·同步练习)如图所示，一种光学传感器是通过接收器接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧点射向外侧点再折射到空气中，测得入射角为，折射角为；光从点射向外侧点，刚好发生全反射并被接收，求光从玻璃射向空气时临界角的正弦值表达式。 11.(2026·湖南省娄底市·其他类型)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为点，半径为；直角三棱镜边的延长线过点，边平行于边且长度等于，。横截面所在平面内，单色光线以角入射到边发生折射，折射光线垂直边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为。 求； 以角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧可以发生全反射，求光线在上入射点图中未标出到点距离的范围。 12.(2026·福建省·同步练习)一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝、，相距为，直径均为，折射率为。、下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至下端面，下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。 从下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值； 被测物体自上而下微小移动，使下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离的相应范围只考虑在被测物体表面反射一次的光线。 三：拔高练 13.(2025·安徽省·模拟题)如图所示，半径为的四分之一圆为某玻璃砖的截面，一束单色光垂直照射到面上某点，光进入玻璃砖经面两次全反射刚好垂直射出，光在玻璃砖内传播的时间为，为光在真空中传播的速度。已知，，求： 玻璃砖对光的折射率； 保持光的入射方向不变，将入射点下移，不考虑光在面上的反射，则至少下移多少距离，光可以从面射出。 14.(2025·江苏省南通市·模拟题)一透明材料做成的立方体中空光学元件，中空部分是以立方体中心为球心的圆球，球心处有一点光源，元件的截面如图所示．已知立方体的边长为，中空圆球的半径为，透明材料的折射率为，真空中光速为求： 光线从元件中射出的最短时间； 元件顶部有光线直接射出区域的面积． 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $