2026届高考物理二轮微专题讲义：光学“频率中心化”

高中物理光学“频率中心化”微专题 频率ν是光的固有属性，仅由光源决定，光从一种介质进入另一种介质时，频率ν永远不变！ 所有光学题，90%的突破口都是：先锁定频率变化，再连锁推导其余物理量，一个重要思维链条为：ν↑ → n↑ → v↓ → C↓ → 偏折大→λ↓→Δx↓→E↑→Eₖₘ↑。 一、知识梳理 1. 基础物理量关系 频率ν↑ 真空中：波长 → λ减小 光子动量 → p增大 双缝干涉间距 → Δx减小，条纹变密 2. 介质与几何光学关系 频率ν↑ 同一介质折射率 → n增大（正常色散：高频光折射率更大） 介质中光速 → v减小 介质中传播用时 → 时间变长 棱镜偏折角、色散程度 → 偏折更明显 全反射临界角 → C减小，更容易发生全反射 即：频率→n→v→临界角→偏折/全反射 3. 波动光学关系 频率ν↑ → 波长λ↓ 衍射能力 → 衍射变弱，越不容易绕过障碍物 干涉条纹变密集。 波动性表现减弱、粒子性表现增强 4. 量子光学关系 频率ν↑ 光子能量 → 光子能量显著增大 光电效应: 能否发生：必须（极限频率） 最大初动能： → ν越大，光电子最大初动能越大 波粒二象性：高频光粒子性主导，低频光波动性主导 5. 电磁波谱 按频率从小到大排序： 无线电波→红外线→可见光(红~紫)→紫外线→X射线→γ射线 可见光段：红光ν最低、紫光ν最高 6. 玻尔理论 原子在高能级Em↔低能级 En跃迁时，发射或吸收一个光子：hν=∣Em−En∣ 二、常考题型 题型1：光的折射、色散、全反射类 典型情景 白光射入棱镜/介质，比较不同色光的偏折、速度、临界角、全反射先后 解题步骤 1. 定频率：记住 红<橙<黄<绿<蓝<靛<紫，紫光ν最大 2. 定折射率：ν越大→n越大 3. 连锁推导： - n大→v小、C小、偏折大 - n小→v大、C大、偏折小 4. 全反射判断：C越小的光，入射角先达到临界角，最先发生全反射 易错提醒： 光进入介质，频率ν、光子能量E、光的颜色永远不变；波长λ、光速v一定会变 题型2：双缝干涉、薄膜干涉、衍射类 典型情景 比较不同色光干涉条纹宽窄、衍射明显程度 解题步骤 1. 频率越高→波长λ越短 2. 代入双缝公式 λ越大（ν越小）→Δx越大→条纹越宽、越稀疏 薄膜干涉结论类似 3. 衍射判断：波长越长（ν越小），衍射现象越明显 结论 红光干涉条纹最宽、衍射最强；紫光条纹最密、衍射最弱 题型3：光电效应专题 基本公式 光子能量： 光电效应方程： 极限频率： 解题步骤 判断能否发生光电效应：只看入射光频率ν，和光强无关 → 能发生； → 无论光多强、照射多久，都不能发生 最大初动能：只随ν增大而增大，和光强无关 饱和光电流：只和入射光强度有关，频率不变时，光强越大，饱和电流越大 遏止电压：，ν越大，遏止电压越大 易错提醒： 频率决定初动能，光强决定光子数、饱和光电流 题型4：光的波粒二象性、电磁波谱 解题思路 低频光（无线电、红外、红光）：波动性为主，干涉衍射明显 高频光（紫外、X射线、γ射线）：粒子性为主，穿透能力强、光子能量大 所有电磁波真空中光速均为c，频率依次升高、波长依次降低 三、针对练习 1．一束由红光、蓝光组成的复色光从水中沿方向射入球形气泡中，发生折射的光路如图所示，为气泡球心，、为折射光线。则（　　） A．是红光，在水中光速度比的大 B．是红光，在水中光速度比的小 C．是蓝光，在水中光速度比的大 D．是蓝光，在水中光速度比的小 【答案】A 【详解】从图中可以看出，b光的偏折程度比a光大，故b光折射率比a光折射率大，所以b是蓝光，a是红光，根据可知，在水中a光速度比b的大，综合可知A选项符合题意。 故选A。 2．在2026年哈尔滨冰雪大世界“极光幻境”展区，用一束白光从空气垂直射入一块冰制的直角三棱镜，在另一侧的白墙上投射出彩色光谱，光路如图所示，A、B为光谱的上、下边缘。已知红光在冰中的折射率略小于紫光（即），下列说法正确的是（　　） A．在冰中红光的传播速度小于紫光的传播速度 B．从该冰棱镜射向空气红光的临界角小于紫光的临界角 C．若只将入射光线向下平移少许，则白墙上A、B间距离将变大 D．白墙上的A处是红色，B处是紫色 【答案】D 【详解】A．光在介质中速度，折射率越大，速度越小，故红光速度大于紫光，A项错误； B．临界角满足，n越大，越小，故紫光的临界角小于红光的临界角，B项错误； C．若只将入射光线向下平移少许，因各种色光在出射点的入射角和折射角都不变，但出射点距白墙的距离变小了，根据几何关系可得，白墙上A、B间距离将变小，C项错误； D．白光中各种色光在冰棱镜中斜面上的入射角都相同，根据折射定律，射出时红光折射角最小，射到A处，紫光折射角最大，射到B处，D项正确。 故选D。 3．从物理学角度看，彩虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的。如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则两种色光（　　） A．雨滴对a光的折射率小于b光 B．在雨滴中传播时，a光的传播速度大于b光 C．用同一装置做双缝干涉实验，a光干涉条纹间距较大 D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光 【答案】D 【详解】A．由图知复色光从空气进入雨滴时，雨滴对a光的偏折程度大，故雨滴对a光的折射率大于b光，即，故A错误； B．由 在雨滴中传播时，a光的传播速度小于b光，故B错误； C．是因为 又 由 用同一装置做双缝干涉实验，a光干涉条纹间距较小，故C错误； D．因， 以相同的入射角从水中射入空气时，a光先发生全反射，故在空气中只能看到一种光时，一定是b光，故D正确。 故选D。 4．半圆形玻璃砖放置在转盘上，由单色光组成的光线从左侧沿着玻璃砖半径方向入射，玻璃砖右侧有一足够大的光屏。转盘从图示位置逆时针转动，开始光屏上无亮点。随着继续转动，光屏上先出现单色光的亮点，根据实验现象下列推断正确的是（　　） A．光的频率大于光 B．光在玻璃砖内的传播速度大于光 C．同一装置双缝干涉实验光相邻亮条纹间距大 D．使同一金属发生光电效应时光产生的光电子最大初动能大 【答案】B 【详解】光线沿半径方向入射，在圆弧面不发生折射，直接到达平面界面。开始光屏上无亮点，说明光线在平面界面发生了全反射，入射角大于临界角。转盘逆时针转动，法线逆时针转动，入射角减小。光屏上先出现亮点，说明该种光的临界角较大，先满足从而不再发生全反射。先出现亮点的光为光，后出现的为光，则 根据 可知。 A．折射率越小，光的频率越小，故光频率小于光频率，故A错误； B．根据 可知，折射率越小，光在介质中的传播速度越大，故光速度大于光速度，故B正确； C．频率越小，波长越长，故。根据双缝干涉条纹间距公式 可知，光相邻亮条纹间距大，故C错误； D．根据光电效应方程 可知，频率越小，光电子最大初动能越小，故光产生的光电子最大初动能小，故D错误。 故选B。 5．如图所示为半圆柱形玻璃砖的截面图，为其过圆心的对称轴。关于对称的两束单色细光束a、b从空气垂直射入玻璃砖的上表面，出射光线交于P点。已知光束a、b均由氢原子能级跃迁而产生。下列说法正确的是（　　） A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角 C．a光在玻璃砖中的传播时间大于b光的传播时间 D．产生a光的跃迁能级差小于产生b光的跃迁能级差 【答案】BC 【详解】A．由图知玻璃砖对a光的偏折程度大，原因是玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误； B．由， 故从玻璃射向空气，a光的临界角小于b光的临界角，故B正确； C．由， 故a光在玻璃砖中的传播速度小于b光的传播速度，则a光在玻璃砖中的传播时间大于b光的传播时间，故C正确； D．原因是 又，产生a光的跃迁能级差大于产生b光的跃迁能级差，故D错误。 故选BC。 6．将圆珠笔中的轻质小弹簧竖直放在水平桌面上，图1为弹簧正视示意图，实线和虚线表示螺旋细铁丝，弹簧上实线细铁丝和虚线细铁丝互成一定的角度。一束激光垂直弹簧轴线照射弹簧（只能照射到两圈弹簧），在光屏上会形成如图2所示的夹角为的“X”形交叉条纹。根据光学原理，该干涉图像与互成角度的两组双缝的干涉图像一致。下列说法正确的是（    ） A．若稍微压缩弹簧，则图2中的夹角将变小 B．若稍微压缩弹簧，则光屏上的条纹将更加密集 C．若改用频率更低的激光，则图2中的夹角将变小 D．若改用频率更低的激光，则光屏上的条纹将更加密集 【答案】A 【详解】AB．弹簧被压缩时，螺距减小，弹簧螺旋线与垂直于轴线平面的夹角减小，即图1中实线与虚线趋向水平，二者夹角变小，所以图2中干涉条纹的夹角变小；同时，弹簧圈间距（相当于双缝间距）减小，根据双缝干涉条纹间距公式可知，条纹间距变大，条纹变得稀疏，故A正确B错误； C．改用频率更低的激光，波长变大，干涉条纹的夹角由弹簧几何结构决定，与波长无关，保持不变，故C错误； D．根据可知，波长变大，条纹间距变大，条纹变得稀疏，故D错误。 故选A。 7．如图为太阳光穿过六角形冰晶分解成单色光的示意图，a、b为其中两种单色光，下列说法中正确的是（    ） A．在冰晶中，a光的传播速度比b光的传播速度小 B．太阳光从空气照射在六角形冰晶表面上时，部分光线发生了全反射 C．若a、b光都能使某金属发生光电效应，则a光的遏止电压较低 D．用a、b光在相同实验条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距小 【答案】C 【详解】A．由题图可知，光线射入冰晶时，光的偏折程度大于光的偏折程度，则光的折射率大于光的折射率。则由可知，在冰晶中，a光的传播速度比b光的传播速度大，故A错误； B．太阳光从空气照射在六角形冰晶表面上时，是从光疏介质进入光密介质，不满足全反射的条件，所以没有光线能够发生全反射，故B错误； C．光的折射率大于光的折射率，而折射率大的光其频率也较大，故光的频率大于光的频率。由爱因斯坦的光电效应方程可知 所以若a、b光都能使某金属发生光电效应，则a光的遏止电压较低，故C正确； D．光的频率大于光的频率，由可知，光的波长小于光的波长。当用a、b光在相同实验条件下做双缝干涉实验，由可知，b光的条纹间距小，故D错误。 故选C。 8．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（相邻亮条纹间距甲大于乙）。下列判断正确的是（　　） A．光的波长大于光的波长 B．照射同一单缝时，光一定发生衍射现象，光可能发生衍射现象 C．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凹陷 D．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凸起 【答案】AD 【详解】A．图2中a的条纹间距宽，根据，说明a的波长大于b的波长，A正确； B．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a、b光均能发生衍射现象，故B错误。 CD．图2中弯曲的条纹对应的被检查平面空气膜厚度与右边的未弯处平面的空气膜厚度相同，可知，对应的位置是凸起的，故C错误，D正确。 故选AD。 9．如图甲所示，a、b、c三种单色光照射阴极K时发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像如图乙所示，三种光的频率分别为、、，光子的动量大小分别为、、，下列关系正确的是（   ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】AB．由图乙可知遏制电压绝对值的大小为，则入射光光子的能量，光子的能量满足，可知，故A、B错误； CD．光子的动量为 与光子的能量关系为 可知光子能量越大动量越大，因此，故C错误，D正确。 故选D。 10．图1为探究光电流I与电压U间关系的装置，图2为氢原子的部分能级图。现利用大量的处于能级的氢原子辐射的某两种光，分别照射光电管的K极，依据实验数据，作出的图像如图3所示，且已知图线甲对应的光是氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光。下列说法正确的是（　　） A．电源的a端应为电源的正极 B．氢原子最多能辐射3种频率的光 C．光电管内的金属K的逸出功为 D．图线乙对应的光是氢原子从能级跃迁到时辐射的光 【答案】D 【详解】A．由图3可知，光电流随电压增大而减小至零，说明加的是反向电压（遏止电压）。光电管加反向电压时，阴极K接高电势，阳极接低电势。由图1电路可知，K极接电源b端，阳极接电源a端，故b为正极，a为负极，故A错误； B．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，最多能辐射种频率的光，故B错误； CD．由图3可知，甲光的遏止电压，乙光的遏止电压。根据光电效应方程 可知乙光的光子能量较大。由题意及题图信息可知，甲光对应氢原子从能级跃迁到能级，辐射光子能量。则金属K的逸出功 乙光的光子能量 氢原子能级差 故乙光对应氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光，故C错误，D正确。 故选D。 11．用频率为的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流随电压的变化图象如图所示，已知、、普朗克常量为、电子的质量、带电量为，求： (1)t时间内逸出的光电子数； (2)金属逸出功和光电子的最短物质波的波长。 【答案】(1) (2)， 【详解】（1）设单位时间内有个光子照射在金属上，饱和光电流为 时间内逸出的光电子数 （2）由图可知遏止电压为，根据动能定理 由光电效应方程可得 则逸出光电子的最大初动能为 物质波的波长公式为 又电子动量 逸出光电子的物质波的最短波长为 12．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳波段光谱扫描成像。和为氢原子由或能级向能级跃迁产生的谱线（如图），则（　　） A．是氢原子由能级向能级跃迁产生的 B．用同一双缝干涉装置研究和的干涉现象，的相邻干涉条纹间距大 C．的光子动量大于的光子动量 D．对应的光子能使氢原子从基态跃迁到激发态 【答案】A 【详解】A．由图可知，的频率小，是由能级向能级跃迁产生的，A正确； B．的频率小，波长长，根据相邻干涉条纹间距为，则用同一双缝干涉装置研究和的干涉现象，的相邻干涉条纹间距大，B错误； C．光子动量为，则的光子动量小于的光子动量，C错误； D．根据频率条件可知对应的光子只能使氢原子从能级跃迁至能级，不能使氢原子从基态跃迁到激发态，D错误。 故选A。 13．光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量与光的波长的关系式为，其中为普朗克常量。氢原子的能级图如图所示，大量处于量子数为4的能级的氢原子向低能级跃迁时可释放若干种不同频率的光子，这些光子的最大动量与最小动量之比为（　　） A．425∶22 B．403∶22 C．272∶17 D．170∶11 【答案】A 【详解】由，， 得 即 大量处于量子数为4的能级的氢原子向低能级跃迁时，放出光子的最大能量和最小能量分别为， 则 故选A。 14．1885年巴耳末发现一个经验公式，可以用来计算氢原子发射谱线系列中某一个谱线系所有光谱线的波长，该谱线系称之为巴耳末系，其光谱线如图所示。巴耳末公式为，其中为某一常量，为正整数。巴耳末系的光谱线在可见光范围内包含4个波长的光谱线，根据波长由大到小分别称之为、、和。其中谱线的波长约为，也是该谱线系中波长最长的谱线。用谱线所对应的光子照射金属钠，可以使得金属钠发生光电效应，并且测得光电子的最大初动能为。若已知普朗克常数为，光速，元电荷量，则下列说法正确的是（　　） A．、、、谱线所对应的光子的能量逐渐减小 B．巴耳末公式中的常数的值约为 C．谱线所对应的波长约为 D．用谱线所对应的光子照射金属钠，也可以发生光电效应，光电子的最大初动能约为0.74eV 【答案】BD 【详解】A．根据 可知，波长越小，频率越大，光子的能量越大，故A错误； B．根据巴耳末公式可知，越大越小，因此时，波长最大，则 解得，故B正确； C．谱线对应，代入巴耳末公式可得，故C错误； D．由 可得光子的能量为 由巴耳末公式可得的波长为 光子的能量为 根据题意可知金属钠的逸出功 因此用光子照射时光电子的最大初动能为，故D正确。 故选BD。 四、总结 第一步：先抓频率谁大谁小 第二步：判断折射率n的大小 第三步：顺着链条推导v、C、λ、Δx、衍射 第四步：量子题直接用和光电效应方程 学科网（北京）股份有限公司 $