专题12 光学【压轴题】2026年高考物理压轴题专项训练（新高考通用）

专题12 几何光学 命题预测 一级重点：几何光学（计算与作图） · 这是可能出现在计算题中的板块，务必熟练运用折射定律 ，并准确判断光密/光疏介质。 · 必须规范画图：光线与法线的夹角是入射角/折射角，几何关系（相似、全等）的运用是解题关键。临界角，光速 二级重点：物理光学（选择与实验） · 必背公式：双缝干涉条纹间距 · 必懂原理与仪器：薄膜干涉成因（等厚/等倾）、单缝衍射与双缝干涉图样的区别；熟悉洛埃镜（半波损失）等非常规实验。 三级重点：光学实验 · 折射率实验：重点掌握插针法，特别注意界面玻璃厚度的修正，以及求斜率时的表达式推导。 · 干涉实验：熟悉测量头读数（螺旋测微器/游标卡尺），并掌握数据分析与误差原因。 高频考法 1. 光的折射定律的应用 2. 光的全反射 3.光的折射与全反射综合应用 4.光的干涉与光的衍射 考向一：光的折射定律的应用 1.对折射率的理解 (1)公式n＝中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，i总是真空中的光线与法线间的夹角，γ总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (3)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。 (4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 (5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 (6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝。 2.光路的可逆性 在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。 考向二：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。 考向三 光的干涉与衍射 1.光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。 2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。 3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较 双缝干涉 单缝衍射 发生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象) 图样不同点 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 与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波 考点四 测量玻璃的折射率 1.一个重要实验步骤 在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使大头针P3挡住大头针P1、P2的像，再插上大头针P4，使大头针P4挡住大头针P3和大头针P1、P2的像。 2.三个数据处理的方法 (1)计算法：由n=，算出不同入射角时的n值，并取平均值。 (2)图像法：作sin θ1-sin θ2图像，由n=可知其斜率为折射率。 (3)单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为R的圆，如图所示，则sin θ1=，sin θ2=，OE=OE'=R，所以用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n==。 3.两个减小误差的实验要求 (1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O'之间距离要稍大一些。 (2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，出射光较弱，当θ1太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。 考点五 用双缝干涉测量光的波长 1.实验装置图及实验器材(如图) 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 2.原理：Δx=λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 3.Δx的测量：调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；则相邻两条亮条纹间的距离Δx=。 01 光的折射定律的应用 1．某同学通过实验测定玻璃砖的折射率n，如图甲所示，AO和BO分别是光线在空气和玻璃砖中的传播路径，MN是法线，该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sini − sinr图像如图乙所示，则（　　） A．光由A经O到B，n=1.5 B．光由B经O到A，n=1.5 C．光由A经O到B，n=0.67 D．光由B经O到A，n=0.67 【答案】B 【详解】光从空气入射介质时，入射角大于折射角，光从介质入射空气时，入射角小于折射角，结合图乙可知，可知光从玻璃砖入射空气，即光由B经O到A，结合图乙，可知折射率 故选B。 2．如图所示，一束复色光由真空射入某介质后分解为、两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．该介质对光的折射率比对光的大 B．在真空中，光的波长小于光的波长 C．在该介质中，光的传播速度比光大 D．光由该介质射入真空时，光的临界角比光的小 【答案】C 【详解】A．由图可知，光从真空射入介质，b光的偏折程度比a光大，说明介质对b光的折射率大于对a光的折射率，即，故A错误； B．折射率越大，光的频率越高，在真空中的波长越短。因为，所以光的频率大于光的频率，在真空中光的波长大于光的波长，故B错误； C．根据光在介质中的传播速度公式，因为，所以在该介质中光的传播速度比光大，故C正确； D．根据全反射临界角公式，因为，所以光的临界角正弦值大，即光的临界角比光的大，故D错误。 故选C。 02 光的全反射 3．目前，塑料光纤被广泛应用于各类装饰行业。假设塑料光纤的横截面为正方形，边长为，该塑料的折射率。如图所示，当塑料光纤受外力弯曲时，为了垂直射入截面的一束平行光能全部从截面射出，则弯曲的曲率半径的最小值为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】要使垂直射入截面的平行光全部从截面射出，需满足所有光线在光纤内表面发生全反射，不发生折射。根据全反射条件，光线入射角需大于或等于临界角，临界角满足，设光纤横截面正方形边长为，弯曲曲率半径为。截面最内侧光线的入射点到曲率中心的距离为，该光线在光纤内表面的入射点到曲率中心的距离为，根据几何关系可知 代入数据解得。 故选C。 4．高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被称为光纤之父。光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成。如图所示，一束复色光以一定的入射角从轴心射入光导纤维后分为、两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．内芯的折射率小于外套的折射率 B．从空气射入光导纤维，、光的波长都变长 C．a、b光在内芯中传播时，光的传播速度更大 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置光源时，光的干涉条纹间距更大 【答案】D 【详解】A．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，所以内芯的折射率大于外套的折射率，故A错误； B．从空气射入光导纤维，频率不变，但是速度减小，根据可知，、光的波长都变短，故B错误； C．由图可知b光的折射角更小，由 可知 速度 则光的传播速度更小，故C错误； D．b光折射率大，则b光频率大，波长短，根据可知a光的条纹间距更大，故D正确。 故选D。 03 光的折射与全反射综合应用 6．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为顶角、腰长为L的等腰三角形，S为AB边的中点。一细光束由S点斜射入棱镜，光束与AB边的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。则下列说法正确的是（　　） A．透明介质材料的折射率为 B．光束能从BC边射出棱镜 C．光束第一次从棱镜射出时相对入射光的偏角为 D．光在棱镜中传播的时间为 【答案】C 【详解】A．由题意作出光路图，如图所示 入射光线与夹角为，因此入射角 折射光线与平行，，因此折射光线与夹角为，折射角 由折射定律 故A错误； B．该介质的全反射临界角满足 得 等腰三角形中 折射光线平行，因此在面的入射角 发生全反射，不能从射出，故B错误； C．折射光线在全反射后，到达边，入射到的入射角为，可以从射出。 由折射定律，出射角满足 得 入射光第一次偏折 出射时第二次偏折 总偏折角为 故C正确； D．由几何关系可得，折射光总路程 光在介质中速度 传播时间 故D错误。 故选C。 6．市面上常用光学玻璃的折射率一般在1.4~1.9之间，某研发团队为突破上限对制作的超高折射特种玻璃进行了相关检测。如图所示，发射器发射一束光线从空气垂直进入横截面为四分之三圆面的柱状玻璃砖中，入射点为A点，光线打在紧贴玻璃砖表面的感光仪上，感光仪可检测光点强度。现控制发射器缓慢下移，测得光强几乎不变，在越过B点的瞬间感光仪测得光强骤然下降。已知圆的半径为R，，，光在真空中传播的速度为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 B．光线在玻璃砖中的传播速度为 C．光线在玻璃砖中的频率为真空中的一半 D．光线从A点传到感光仪所用时间为 【答案】B 【详解】依题意，根据已知条件作出光路图 根据题意可知，光线从B点入射时恰好发生全反射，由几何关系可得临界角为 A．根据知，，A错误； B．根据，可得，B正确； C．光线频率由光源决定，故光线在玻璃砖中的频率不变，C错误； D．由光路图可知光线在玻璃中传播的路程，根据，解得，D错误。 故选B。 04 测定折射率的实验 7．一块高度为2cm圆柱形透明玻璃砖内有一粒直径很小的不透明球状杂质，小明设计了如下实验测量该杂质与玻璃砖中心轴线的距离。 （1）用游标卡尺测量该玻璃砖的直径D，如图甲所示，D=________cm。 （2）在水平桌面上固定一张白纸，如图乙所示，以O为圆心作出直径为D的内圆（实线圆）和另一个外圆（虚线辅助圆），过O点作相互垂直的直线ab和cd（与内圆交点为a、b、c、d）。 （3）在直线ab与外圆交点上分别竖直插两枚大头针P1和P2。将该玻璃砖置于纸上并与内圆重合，使玻璃砖绕其中轴线旋转（保持其始终与内圆重合），并在P2右侧沿平行纸面方向观察，直至P2恰好完全遮挡住杂质的像和P1的像，则此时可确定杂质位于________（用图乙中字母表示）连线之间，此后固定玻璃砖。 （4）在外圆弧线上适当的位置竖直插一枚大头针P3，再在适当位置竖直插一枚大头针P4，使得沿平行纸面方向观察时P4完全遮挡住P3和________。 （5）记下四枚大头针的位置并撤掉玻璃砖，作直线P3P4与内圆交于e点，作出直线Oe，用量角器测量出图中夹角α和β，若该玻璃砖的折射率为，，，则该杂质与玻璃砖中轴线的距离x=________（用直径符号D表示）。 【答案】 5.000 P1P2 杂质的像 【详解】[1]游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以 [2]在P2右侧沿平行纸面方向观察，直至P2恰好完全遮挡住杂质的像和P1的像，则此时可确定杂质位于P1P2连线之间； [3]在外圆弧线上适当的位置竖直插一枚大头针P3，再在适当位置竖直插一枚大头针P4，使得沿平行纸面方向观察时P4完全遮挡住P3和杂质的像； [4]根据题意可知，杂质应位于f点，如图所示 根据折射定律可得 解得 所以该杂质与玻璃砖中轴线的距离 8．某学习小组对某透明环氧树脂的光学特性进行探究。如图1所示，待测环氧树脂样品是一半径为、厚度为的均质圆柱体。主要实验步骤如下： ①如图2所示，在水平桌面上固定平铺“感光纸”（光照在上面会留下斑点），纸上画一半径为的圆，圆心为。在竖直支架上点装一激光笔，调整激光笔的方向，使其发出的光恰好射到纸上圆的最左端点，且、、、在同一竖直面内，固定激光笔，测得间距为，间距为。 ②如图3所示，将待测环氧树脂样品放到桌面上，使其恰好与感光纸上的圆重合，然后打开激光笔，让光从样品的上表面射入后在感光纸上留下斑点。关闭激光笔，拿开样品，测得间距为。 请回答下列问题： (1)相对于空气，该环氧树脂是______（选填“光疏介质”或“光密介质”）。 (2)若样品的厚度制作得厚一点，则间距会______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 (3)为了求得该环氧树脂对这种激光的折射率，需要先计算步骤②中样品上表面光的入射点与样品下表面光的出射点的水平间距，则______（用表示）。 【答案】(1)光密介质 (2)变大 (3)0.7d 【详解】（1）相对于空气，该环氧树脂是光密介质。 （2）若样品的厚度制作得厚一点，如图所示 由光路图可知，样品厚度增加，AD间距会变大。 （3）E点与A点的水平距离 因此E点与D点的水平距离 05 利用双缝干涉测光的波长 9．某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示。 (1)该同学想要增大观察到的条纹间距，正确的做法是_____（选填选项前的字母）。 A．减小双缝之间的距离 B．减小单缝与光源间的距离 C．增大凸透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 (2)该同学想要研究红光和绿光的波长特性，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，只记录了第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如下表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光2为_____（选填“红光”或“绿光”）。 【答案】(1)AD (2)红光 【详解】（1）根据双缝干涉的条纹间距公式 要增大条纹间距，需要减小双缝间距，或增大双缝到测量头的距离。 故选AD。 （2）根据 可得 对单色光1： 对单色光2： 故 则 已知红光波长大于绿光波长，因此单色光2为红光。 10．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件从左到右依次为光源、M、N、P、Q、遮光筒、毛玻璃、目镜，如图1所示。 (1)为保证实验效果，M、N、P、Q四个光学元件依次为__________； A．滤光片、透镜、单缝、双缝 B．透镜、滤光片、单缝、双缝 C．滤光片、透镜、双缝、单缝 D．透镜、单缝、滤光片、双缝 (2)转动手轮时，观察到初、末两个视场，符合实际的是图2中的__________（填“甲”或“乙”）； (3)分划板中心刻线与第1条亮纹中心对齐，记下读数；转动手轮，分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，记下读数。已知图1中的、，双缝间距为d，则波长__________。 【答案】(1)B (2)乙 (3) 【详解】（1）在"用双缝干涉测量光的波长"实验中，为了得到相干单色光源，光具座从左到右的光学元件顺序为，光源→透镜（汇聚光线，提高入射光亮度）→滤光片（获得单色光）→单缝（获得线光源）→双缝（获得相干光源）→遮光筒→毛玻璃→目镜，因此M、N、P、Q依次为透镜、滤光片、单缝、双缝，故选B。 （2）实验中测量亮纹位置时，要求分划板的中心刻线对齐亮纹的中心，甲图中分划板刻线位于亮纹外侧，未对齐亮纹中心；乙图中分划板中心刻线分别对齐第1条、第7条亮纹的中心，符合操作要求，因此填乙。 （3）已知第1条亮纹读数为，第7条亮纹读数为，相邻亮纹的间距为 双缝干涉公式为 其中双缝到毛玻璃（屏）的距离，为双缝间距，整理得波长 一、单选题 1．如图直角三棱镜，∠B=30°，一光线平行BC从左侧射入，经两次折射从AC射出后，角度偏转了15°。则该介质的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】光路如图，设光线在D点的折射角为β，则由光的折射定律 设在E点的出射角为α，则在E点时 由几何关系 可得 联立解得， 故选C。 2．某同学设计实验研究光的折射现象，如图所示，一束复合光在O点由玻璃折射进入空气后分解为，两束单色光。根据此现象下列说法正确的是（    ） A．玻璃对光的折射率更大 B．光的波长更长 C．增大复合光的入射角，光先发生全反射现象 D．光光子能量更大 【答案】A 【详解】A．由光路图可知，光的偏折程度大于光，可知玻璃对光的折射率小于对光的折射率，故A正确； B．光的折射率大，则光的频率大，根据可知，光在真空中的波长短，故B错误； C．根据可知，因光的折射率大，发生全反射的临界角小，可知当增大复合光的入射角，光先发生全反射现象，故C错误； D．根据光子能量公式可知，光在真空中的波长短，光光子能量更大，故D错误。 故选A。 3．如图所示，红光与紫光组成的复色光束PO从水中射向空气，被分为OA和OB两束光，则（　　） A．光束OA为紫光，光束OB为红光 B．光束OA为红光，光束OB为紫光 C．光束OA为紫光，光束OB为复色光 D．光束OA为红光，光束OB为复色光 【答案】D 【详解】紫光折射率大于红光，根据可知，紫光的临界角更小，更易全反射。则OB为全反射光（紫光和红光的复色光），OA为折射光（红光）。 故选D。 4．生活中常用的“防雾眼镜”，其镜片表面涂有一层透明防雾薄膜，能防止起雾。已知空气的折射率，防雾薄膜的折射率。下列说法正确的是（　　） A．光从空气射向薄膜时，光的频率将增大 B．光从空气射向薄膜时，可能发生全反射 C．光在薄膜中的传播速度比在空气中慢 D．光在薄膜中的传播速度和空气中相等 【答案】C 【详解】A．光的频率由光源本身决定，光发生折射时频率不会改变，A错误； B．发生全反射的必要条件是光从光密介质射向光疏介质，本题中光从空气（折射率，光疏介质）射向薄膜（，光密介质），不可能发生全反射，B错误； CD．根据光速与折射率的关系，折射率越大，光的传播速度越小。因为薄膜折射率，因此光在薄膜中的传播速度小于空气中的光速，C正确，D错误。 故选C 。 5．一束单色光射向汽车玻璃时的光路图如图所示，各界面可视为相互平行的平面，和分别是界面1和界面2上的入射角，界面2上的反射光线与折射光线相互垂直。已知玻璃对该光的折射率，，则下列说法正确的是（　　） A．出射光线①、②不平行 B．增大入射角，光线③可能在界面3发生全反射 C．该光在隔热膜中传播速度小于在玻璃中的速度 D．汽车隔热膜对该光的折射率 【答案】D 【详解】A．在隔热膜的入射点，根据折射定律，有 在隔热膜的出射点，根据几何关系可知入射角为，折射角为，根据折射定律，有 联立可得，所以出射光线①、②平行，故A错误； B．根据平行玻璃砖对光线有平移效果及光路的可逆性可知光线只要能进入平行玻璃砖就能从平行玻璃砖射出，所以增大入射角，光线③不可能在界面3发生全反射，故B错误； C．根据折射定律，有 可得 因为，所以 光在介质中的传播速度为 可知该光在隔热膜中传播速度大于在玻璃中的速度，故C错误； D．根据界面2上的反射光线与折射光线相互垂直，可知 根据折射定律，有 代入数据解得，故D正确。 故选D。 6．如图所示，两长方体玻璃砖左右平行放置，一条红色细光束以角从第一块玻璃砖射入，从第二块玻璃砖射出，两长方体玻璃砖对红光的折射率分别为，，则（　　） A．细光束在两玻璃砖中的时间之比为 B．细光束射入第二块玻璃砖时的折射角满足 C．从第二块玻璃砖右侧出射的光线的折射角大于 D．改用紫光入射，则光线可能不能从第二块玻璃砖的右侧射出 【答案】B 【详解】A．两玻璃砖的厚度关系未知，则不能比较细光束在两玻璃砖中的传播时间，A错误； B．因光线通过每块玻璃砖时，在入射面上的折射角总等于在出射面上的入射角，则出射光线总是与入射光线平行，可知细光束射入第二块玻璃砖时的入射角仍为，则，解得折射角满足，B正确； C．因光线通过玻璃砖时出射光线总是与入射光线平行，可知从第二块玻璃砖右侧出射的光线的折射角等于，C错误； D．无论用什么光照射，光线通过玻璃砖时出射光线总是与入射光线平行，则改用紫光入射，则光线也能从第二块玻璃砖的右侧射出，D错误。 故选B。 7．中空玻璃具有隔热、隔音、节能、防结露等优势，在建筑和交通领域有广泛应用。某特种双层中空玻璃窗由两层厚度均为6mm的玻璃片和中间的空气层（可视为真空）组成。一束单色光以入射角i=60°从空气斜向下射入竖直方向的左层玻璃片，最终从右层玻璃片射出。已知该单色光在此玻璃中的折射率为n=1.5，光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s。下列说法正确的是（　　） A．该光线在左层玻璃片中传播的时间为 B．若增大入射角，光线有可能在左层玻璃片的右表面发生全反射，不会到达右层玻璃片 C．若换用折射率更大的单色光沿着原路径入射，在左层玻璃片的出射点相对于入射点偏移的竖直距离会减小 D．若换用折射率更大的单色光沿着原路径入射，光在空气层中的传播时间会减少 【答案】C 【详解】A．根据折射定律 代入、，得， 玻璃厚度，光在玻璃中的速度，光在左玻璃中传播路程，传播时间 ，故A错误； B．左玻璃右表面的入射角等于左表面的折射角，由折射定律 即，不可能发生全反射，故B错误； C．出射点相对入射点的竖直偏移量，若增大，由，不变，则减小，减小，减小，因此减小，故C正确； D．平行玻璃界面出射光线与入射光线平行，因此空气层中光线与法线（水平方向）的夹角恒等于，空气层水平厚度固定，因此光在空气层的路径长度（为空气层水平厚度），与无关，空气层（可视为真空）光速为，所以光在空气层中的传播时间不变，故D错误。 故选C。 8．如图所示为两单色光a和b先后通过同一实验装置得到的杨氏双缝干涉图样，下列判断正确的是（　　） A．a光的波长大于b光 B．a光的波长小于b光 C．a光在真空中的传播速度大于b光 D．a光在真空中的传播速度小于b光 【答案】A 【详解】AB．由题图可知单色光a对应的相邻条纹间距大于单色光b对应的相邻条纹间距，根据可知，a光的波长大于b光，故A正确，B错误； CD．所有光在真空中的传播速度均相等，为光速c，故CD错误。 故选A。 二、多选题 9．用折射率判断液体种类是一种快速且非破坏性的物理分析方法。某同学利用烧杯和激光笔进行实验，纵截面如图所示，保证入射点和入射角（30°）不变，在恒温环境下获得的部分数据如表1所示，该温度下常见液体的折射率如表2所示，下列说法正确的是（　　） 1 2 3 4 液体种类 3%盐水 20%盐水 折射角的正弦值 0.35 0.375 0.373 4 0.37 表1 液体种类 纯水 乙醇 3%盐水 20%盐水 浓硫酸 折射率 1.333 1.36 1.339 1.369 1.428 表2 A．液体1可能是乙醇 B．液体4的浓度小于标称值 C．适当增大入射角可提升测量精度 D．出射点越高，折射率越大 【答案】BCD 【详解】A．液体1的折射率为，可能是浓硫酸，A错误； B．液体4的折射率为，可知液体4的浓度小于标称值，B正确； C．适当增大入射角，可减小角度测量的误差，从而提升测量精度，C正确； D．出射点越高，折射角越小，根据可知，折射率越大，D正确。 故选BCD。 10．一透明材料的截面如图所示，其中AOC为四分之一圆，AOB为等腰直角三角形，AB长为l。一束宽度为l的平行光从AB边垂直射入，若此材料对该光的折射率，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．光线在透明材料中发生全反射时的临界角 B．射向O点的光线在透明材料中传播的时间为 C．从圆弧面AC出射的光线其传播方向一致 D．若改用形状相同折射率更小的材料，则从圆弧面AC出射的光束范围会增大 【答案】BD 【详解】A．根据可得，光线在透明材料中发生全反射时的临界角，故A错误； BC．射向O点的光线在透明材料中传播光路图如图所示 由几何关系可知 所以，该光在边发生全反射，光在透明材料中传播的路程为 光在透明材料中传播的速度为 则射向O点的光线在透明材料中传播的时间为 由图可知，从圆弧面AC出射的光线其传播方向垂直，故B正确，C错误； D．该光恰好可以从圆弧面AC出射的光线如图所示 其中圆弧为光线可以出射的部分。根据可知，若改用形状相同折射率更小的材料，则临界角增大，即临界点上移，下移，即圆弧变大，则从圆弧面AC出射的光束范围会增大，故D正确。 故选BD。 11．如图所示，半球形玻璃砖半径为R，球心为O，AB为水平直径，M点是半球的最高点。已知某单色光在玻璃砖中的折射率，光在真空中的传播速度为c。现将一束宽为2R的该平行单色光从下方垂直AB边射入玻璃砖，下列说法正确的是（　　） A．有的光线在AMB面可发生全反射 B．仅有的光线能够从AMB面射出 C．不考虑反射，光在玻璃砖中传播的最长时间为 D．若换用频率更高的平行单色光垂直射向AB面，则AMB面发生全反射的范围减小 【答案】AC 【详解】A．设单色光在玻璃砖中的临界角为C，由 解得 由于 当光线从AF、BE射入时会发生全反射，如图所示。 从E、F点射入的光线入射角等于临界角C，故A正确； B．由几何关系得 EF间射入的光线能射出，射出光线的比例为，故B错误； C．光在玻璃砖中的传播速度 不考虑反射，光从O点射入时，传播路径最长为R， 最长时间为，故C正确； D．同一介质中，频率更高的光，折射率更大，由 得更小，EF距离变小。EF为不发生全反射的区域，AMB面发生全反射的范围增大，故D错误。 故选AC。 12．如图所示，为半圆柱体透明材料的横截面，为直径，一束由红光和蓝光组成的复色光从真空沿方向斜射入该材料中，从B、C两点射出。设光从O到B的传播时间为，从O到C的传播时间为，则下列说法中正确的是（　　） A．光线为红光 B． C．改变入射角，出射光线有一条可能与入射光线平行 D．向右平移入射光线，蓝光会先发生全反射 【答案】BC 【详解】A．由于红光的波长大于蓝光的波长，因此红光的偏折角小于蓝光的偏折角，则OC为红光，故A错误； B．设任一光线入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是S，半圆柱的半径为R，光在玻璃中的速度为 由几何知识可得 则光在玻璃中传播的时间为 结合光的折射定律可得 整理可得 入射角相等，R、c相等，所以光在玻璃中传播的时间相等，故B正确； C．当调整入射角，恰好使玻璃中的出射点在圆柱体玻璃的最低点，此时进入玻璃和射出玻璃的两条法线是平行的关系，根据折射定律，易知出射光线会与入射光线平行。故C正确； D．向右平移入射光线AO，只会使折射光线在射出玻璃时的入射角变小，不能达到发生全反射的条件，所以蓝光不会发生全反射，故D错误。 故选BC。 三、实验题 13．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。 (1)做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。下列实验步骤的正确顺序是__________（填序号）。 A．往边长约为的浅盘里倒入约深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定 C．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小 D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 (2)某同学用插针法测定玻璃的折射率，作出光路图如图所示。光线与平行的玻璃砖表面aa'和bb'分别交于O点和P点， 过P点作aa'的垂线，垂足为Q点， 将AO延长交PQ于M点， 测得OP=R，OM=r。则该玻璃砖的折射率n=___________。 (3)某同学对“双缝干涉”实验装置进行调节并观察实验现象。 ①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以___________（选填选项前的字母）。 A．将单缝向双缝靠近 B．将红色滤光片换成绿色滤光片 C．使用间距更小的双缝 ②若在屏上观察到的干涉条纹如图中a所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图中b所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的___________。 A．倍   B．倍   C．2倍  D．3倍 【答案】(1)DABEC (2) (3) B B 【详解】（1）实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是DABEC。 （2）如图所示 设入射角为，折射角为，由几何关系可得， 由折射定律有 （3）①[1]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，根据可知，应使相邻条纹间距变小； A．将单缝向双缝靠近，不变，故A错误； B．将红色滤光片换成绿色滤光片，由于绿色光的波长小于红色光的波长，则变小，故B正确； C．使用间距更小的双缝，根据可知，变大，故C错误。 故选B。 ②[2]在屏上观察到的干涉条纹如图中a所示，改变双缝间的距离后，由图b的条纹间距可知，相邻条纹间距变为原来的2倍，根据可知，双缝间的距离变为原来的倍。 故选B。 14．某实验小组用激光笔测量平行玻璃砖的折射率。步骤如下：光屏与玻璃砖平行放置，记录屏MN和玻璃砖abcd的位置；用激光笔以一定角度照射玻璃砖，记录入射点和屏上光点的位置；移走玻璃砖，记录屏上光点的位置；做相应辅助线，其中，，、、Q在一条直线上；用刻度尺测得：，，，。 (1)根据所测数据计算玻璃砖的折射率______；玻璃砖的厚度______cm。 (2)若换用频率更大的激光进行实验，其他条件保持不变，观察到与的间距______（选填“变大”或“变小”）。 【答案】(1) 4.8 (2)变大 【详解】（1）[1]根据折射定律有 [2]根据几何关系有 解得 （2）入射光线和出射光线平行，频率增加，折射率增大，光线偏折更明显，可知变大。 四、解答题 15．盐灯作为一款时尚灯饰，由具有较好透光性的水晶盐制成，能够发出温暖柔和的光芒。如图所示，某长方体盐灯底部是不透光木质底座，上、下表面是边长为的正方形，高为，黄色点光源位于长方体的几何中心。已知该水晶盐介质均匀，黄光在盐灯中的折射率，在空气中折射率近似等于1，光在真空中的传播速度为，不考虑光经过分界面的反射问题，也不考虑光刚好射到棱上的情况。 (1)求黄光在盐灯中的传播速度以及传播的最短时间（计算结果保留2位有效数字）。 (2)请判断盐灯外表面被照亮区域的最大面积位于其上表面还是某一侧面，并求出最大面积（计算结果保留π）。 【答案】(1)， (2)上表面， 【详解】（1）黄光在盐灯中的传播速度 光在盐灯中的传播距离越小传播时间越短，最短传播时间 （2）设临界角为，则 可知。 设光源到盐灯表面的距离为，则盐灯表面被照亮面积的半径 由于 则上表面被照亮的面积大，被照亮部分的最大面积在上表面，上表面被照亮面积的半径 被照亮的面积 16．LED灯能耗是白炽灯的十分之一，某型号LED灯外观呈圆台状，如下图所示。发光芯片为一个边长为的正方形面板，置于圆台内底部，恰好与底部圆内接，芯片厚度忽略不计。为过轴线的截面，，在圆台内填充满透明封装材料。芯片中心处发出的一束平行于边的光线，从圆台上表面射出，折射角。 (1)求封装材料的折射率； (2)芯片上点直接射向圆台上表面的光恰好均可射出，求圆台高度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光线平行于AB，由几何关系和对称性可知，AB与水平上表面夹角，因此光线与竖直法线的夹角 已知。根据折射定律，光从介质射向空气，有 解得 （2）C点射向上表面的光恰好全部射出，说明最大入射角刚好等于全反射临界角，此时光线从A点射出。如图所示 发生全反射的临界角满足 解得 正方形面板的边长为，则BC的长度为 由几何关系，可得 解得 4 / 31 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题12 几何光学 01 光的折射定律的应用 1．【答案】B 【详解】光从空气入射介质时，入射角大于折射角，光从介质入射空气时，入射角小于折射角，结合图乙可知，可知光从玻璃砖入射空气，即光由B经O到A，结合图乙，可知折射率 故选B。 2． 【答案】C 【详解】A．由图可知，光从真空射入介质，b光的偏折程度比a光大，说明介质对b光的折射率大于对a光的折射率，即，故A错误； B．折射率越大，光的频率越高，在真空中的波长越短。因为，所以光的频率大于光的频率，在真空中光的波长大于光的波长，故B错误； C．根据光在介质中的传播速度公式，因为，所以在该介质中光的传播速度比光大，故C正确； D．根据全反射临界角公式，因为，所以光的临界角正弦值大，即光的临界角比光的大，故D错误。 故选C。 02 光的全反射 3． 【答案】C 【详解】要使垂直射入截面的平行光全部从截面射出，需满足所有光线在光纤内表面发生全反射，不发生折射。根据全反射条件，光线入射角需大于或等于临界角，临界角满足，设光纤横截面正方形边长为，弯曲曲率半径为。截面最内侧光线的入射点到曲率中心的距离为，该光线在光纤内表面的入射点到曲率中心的距离为，根据几何关系可知 代入数据解得。 故选C。 4． 【答案】D 【详解】A．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，所以内芯的折射率大于外套的折射率，故A错误； B．从空气射入光导纤维，频率不变，但是速度减小，根据可知，、光的波长都变短，故B错误； C．由图可知b光的折射角更小，由 可知 速度 则光的传播速度更小，故C错误； D．b光折射率大，则b光频率大，波长短，根据可知a光的条纹间距更大，故D正确。 故选D。 03 光的折射与全反射综合应用 6． 【答案】C 【详解】A．由题意作出光路图，如图所示 入射光线与夹角为，因此入射角 折射光线与平行，，因此折射光线与夹角为，折射角 由折射定律 故A错误； B．该介质的全反射临界角满足 得 等腰三角形中 折射光线平行，因此在面的入射角 发生全反射，不能从射出，故B错误； C．折射光线在全反射后，到达边，入射到的入射角为，可以从射出。 由折射定律，出射角满足 得 入射光第一次偏折 出射时第二次偏折 总偏折角为 故C正确； D．由几何关系可得，折射光总路程 光在介质中速度 传播时间 故D错误。 故选C。 6． 【答案】B 【详解】依题意，根据已知条件作出光路图 根据题意可知，光线从B点入射时恰好发生全反射，由几何关系可得临界角为 A．根据知，，A错误； B．根据，可得，B正确； C．光线频率由光源决定，故光线在玻璃砖中的频率不变，C错误； D．由光路图可知光线在玻璃中传播的路程，根据，解得，D错误。 故选B。 04 测定折射率的实验 7． 【答案】 5.000 P1P2 杂质的像 【详解】[1]游标卡尺的读数为主尺读数与游标尺读数之和，所以 [2]在P2右侧沿平行纸面方向观察，直至P2恰好完全遮挡住杂质的像和P1的像，则此时可确定杂质位于P1P2连线之间； [3]在外圆弧线上适当的位置竖直插一枚大头针P3，再在适当位置竖直插一枚大头针P4，使得沿平行纸面方向观察时P4完全遮挡住P3和杂质的像； [4]根据题意可知，杂质应位于f点，如图所示 根据折射定律可得 解得 所以该杂质与玻璃砖中轴线的距离 8． 【答案】(1)光密介质 (2)变大 (3)0.7d 【详解】（1）相对于空气，该环氧树脂是光密介质。 （2）若样品的厚度制作得厚一点，如图所示 由光路图可知，样品厚度增加，AD间距会变大。 （3）E点与A点的水平距离 因此E点与D点的水平距离 05 利用双缝干涉测光的波长 9． 【答案】(1)AD (2)红光 【详解】（1）根据双缝干涉的条纹间距公式 要增大条纹间距，需要减小双缝间距，或增大双缝到测量头的距离。 故选AD。 （2）根据 可得 对单色光1： 对单色光2： 故 则 已知红光波长大于绿光波长，因此单色光2为红光。 10． 【答案】(1)B (2)乙 (3) 【详解】（1）在"用双缝干涉测量光的波长"实验中，为了得到相干单色光源，光具座从左到右的光学元件顺序为，光源→透镜（汇聚光线，提高入射光亮度）→滤光片（获得单色光）→单缝（获得线光源）→双缝（获得相干光源）→遮光筒→毛玻璃→目镜，因此M、N、P、Q依次为透镜、滤光片、单缝、双缝，故选B。 （2）实验中测量亮纹位置时，要求分划板的中心刻线对齐亮纹的中心，甲图中分划板刻线位于亮纹外侧，未对齐亮纹中心；乙图中分划板中心刻线分别对齐第1条、第7条亮纹的中心，符合操作要求，因此填乙。 （3）已知第1条亮纹读数为，第7条亮纹读数为，相邻亮纹的间距为 双缝干涉公式为 其中双缝到毛玻璃（屏）的距离，为双缝间距，整理得波长 一、单选题 1． 【答案】C 【详解】光路如图，设光线在D点的折射角为β，则由光的折射定律 设在E点的出射角为α，则在E点时 由几何关系 可得 联立解得， 故选C。 2． 【答案】A 【详解】A．由光路图可知，光的偏折程度大于光，可知玻璃对光的折射率小于对光的折射率，故A正确； B．光的折射率大，则光的频率大，根据可知，光在真空中的波长短，故B错误； C．根据可知，因光的折射率大，发生全反射的临界角小，可知当增大复合光的入射角，光先发生全反射现象，故C错误； D．根据光子能量公式可知，光在真空中的波长短，光光子能量更大，故D错误。 故选A。 3． 【答案】D 【详解】紫光折射率大于红光，根据可知，紫光的临界角更小，更易全反射。则OB为全反射光（紫光和红光的复色光），OA为折射光（红光）。 故选D。 4． 【答案】C 【详解】A．光的频率由光源本身决定，光发生折射时频率不会改变，A错误； B．发生全反射的必要条件是光从光密介质射向光疏介质，本题中光从空气（折射率，光疏介质）射向薄膜（，光密介质），不可能发生全反射，B错误； CD．根据光速与折射率的关系，折射率越大，光的传播速度越小。因为薄膜折射率，因此光在薄膜中的传播速度小于空气中的光速，C正确，D错误。 故选C 。 5． 【答案】D 【详解】A．在隔热膜的入射点，根据折射定律，有 在隔热膜的出射点，根据几何关系可知入射角为，折射角为，根据折射定律，有 联立可得，所以出射光线①、②平行，故A错误； B．根据平行玻璃砖对光线有平移效果及光路的可逆性可知光线只要能进入平行玻璃砖就能从平行玻璃砖射出，所以增大入射角，光线③不可能在界面3发生全反射，故B错误； C．根据折射定律，有 可得 因为，所以 光在介质中的传播速度为 可知该光在隔热膜中传播速度大于在玻璃中的速度，故C错误； D．根据界面2上的反射光线与折射光线相互垂直，可知 根据折射定律，有 代入数据解得，故D正确。 故选D。 6． 【答案】B 【详解】A．两玻璃砖的厚度关系未知，则不能比较细光束在两玻璃砖中的传播时间，A错误； B．因光线通过每块玻璃砖时，在入射面上的折射角总等于在出射面上的入射角，则出射光线总是与入射光线平行，可知细光束射入第二块玻璃砖时的入射角仍为，则，解得折射角满足，B正确； C．因光线通过玻璃砖时出射光线总是与入射光线平行，可知从第二块玻璃砖右侧出射的光线的折射角等于，C错误； D．无论用什么光照射，光线通过玻璃砖时出射光线总是与入射光线平行，则改用紫光入射，则光线也能从第二块玻璃砖的右侧射出，D错误。 故选B。 7． 【答案】C 【详解】A．根据折射定律 代入、，得， 玻璃厚度，光在玻璃中的速度，光在左玻璃中传播路程，传播时间 ，故A错误； B．左玻璃右表面的入射角等于左表面的折射角，由折射定律 即，不可能发生全反射，故B错误； C．出射点相对入射点的竖直偏移量，若增大，由，不变，则减小，减小，减小，因此减小，故C正确； D．平行玻璃界面出射光线与入射光线平行，因此空气层中光线与法线（水平方向）的夹角恒等于，空气层水平厚度固定，因此光在空气层的路径长度（为空气层水平厚度），与无关，空气层（可视为真空）光速为，所以光在空气层中的传播时间不变，故D错误。 故选C。 8． 【答案】A 【详解】AB．由题图可知单色光a对应的相邻条纹间距大于单色光b对应的相邻条纹间距，根据可知，a光的波长大于b光，故A正确，B错误； CD．所有光在真空中的传播速度均相等，为光速c，故CD错误。 故选A。 二、多选题 9． 【答案】BCD 【详解】A．液体1的折射率为，可能是浓硫酸，A错误； B．液体4的折射率为，可知液体4的浓度小于标称值，B正确； C．适当增大入射角，可减小角度测量的误差，从而提升测量精度，C正确； D．出射点越高，折射角越小，根据可知，折射率越大，D正确。 故选BCD。 10． 【答案】BD 【详解】A．根据可得，光线在透明材料中发生全反射时的临界角，故A错误； BC．射向O点的光线在透明材料中传播光路图如图所示 由几何关系可知 所以，该光在边发生全反射，光在透明材料中传播的路程为 光在透明材料中传播的速度为 则射向O点的光线在透明材料中传播的时间为 由图可知，从圆弧面AC出射的光线其传播方向垂直，故B正确，C错误； D．该光恰好可以从圆弧面AC出射的光线如图所示 其中圆弧为光线可以出射的部分。根据可知，若改用形状相同折射率更小的材料，则临界角增大，即临界点上移，下移，即圆弧变大，则从圆弧面AC出射的光束范围会增大，故D正确。 故选BD。 11． 【答案】AC 【详解】A．设单色光在玻璃砖中的临界角为C，由 解得 由于 当光线从AF、BE射入时会发生全反射，如图所示。 从E、F点射入的光线入射角等于临界角C，故A正确； B．由几何关系得 EF间射入的光线能射出，射出光线的比例为，故B错误； C．光在玻璃砖中的传播速度 不考虑反射，光从O点射入时，传播路径最长为R， 最长时间为，故C正确； D．同一介质中，频率更高的光，折射率更大，由 得更小，EF距离变小。EF为不发生全反射的区域，AMB面发生全反射的范围增大，故D错误。 故选AC。 12． 【答案】BC 【详解】A．由于红光的波长大于蓝光的波长，因此红光的偏折角小于蓝光的偏折角，则OC为红光，故A错误； B．设任一光线入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是S，半圆柱的半径为R，光在玻璃中的速度为 由几何知识可得 则光在玻璃中传播的时间为 结合光的折射定律可得 整理可得 入射角相等，R、c相等，所以光在玻璃中传播的时间相等，故B正确； C．当调整入射角，恰好使玻璃中的出射点在圆柱体玻璃的最低点，此时进入玻璃和射出玻璃的两条法线是平行的关系，根据折射定律，易知出射光线会与入射光线平行。故C正确； D．向右平移入射光线AO，只会使折射光线在射出玻璃时的入射角变小，不能达到发生全反射的条件，所以蓝光不会发生全反射，故D错误。 故选BC。 三、实验题 13． 【答案】(1)DABEC (2) (3) B B 【详解】（1）实验过程应先用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积，后往边长约为40cm的浅盘里倒入约2cm深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上，再用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定，随后将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上，最后将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积。根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小。即实验步骤的正确顺序是DABEC。 （2）如图所示 设入射角为，折射角为，由几何关系可得， 由折射定律有 （3）①[1]若想增加从目镜中观察到的条纹个数，根据可知，应使相邻条纹间距变小； A．将单缝向双缝靠近，不变，故A错误； B．将红色滤光片换成绿色滤光片，由于绿色光的波长小于红色光的波长，则变小，故B正确； C．使用间距更小的双缝，根据可知，变大，故C错误。 故选B。 ②[2]在屏上观察到的干涉条纹如图中a所示，改变双缝间的距离后，由图b的条纹间距可知，相邻条纹间距变为原来的2倍，根据可知，双缝间的距离变为原来的倍。 故选B。 14． 【答案】(1) 4.8 (2)变大 【详解】（1）[1]根据折射定律有 [2]根据几何关系有 解得 （2）入射光线和出射光线平行，频率增加，折射率增大，光线偏折更明显，可知变大。 四、解答题 15． 【答案】(1)， (2)上表面， 【详解】（1）黄光在盐灯中的传播速度 光在盐灯中的传播距离越小传播时间越短，最短传播时间 （2）设临界角为，则 可知。 设光源到盐灯表面的距离为，则盐灯表面被照亮面积的半径 由于 则上表面被照亮的面积大，被照亮部分的最大面积在上表面，上表面被照亮面积的半径 被照亮的面积 16． 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光线平行于AB，由几何关系和对称性可知，AB与水平上表面夹角，因此光线与竖直法线的夹角 已知。根据折射定律，光从介质射向空气，有 解得 （2）C点射向上表面的光恰好全部射出，说明最大入射角刚好等于全反射临界角，此时光线从A点射出。如图所示 发生全反射的临界角满足 解得 正方形面板的边长为，则BC的长度为 由几何关系，可得 解得 15 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题12 几何光学 命题预测 一级重点：几何光学（计算与作图） · 这是可能出现在计算题中的板块，务必熟练运用折射定律 ，并准确判断光密/光疏介质。 · 必须规范画图：光线与法线的夹角是入射角/折射角，几何关系（相似、全等）的运用是解题关键。临界角，光速 二级重点：物理光学（选择与实验） · 必背公式：双缝干涉条纹间距 · 必懂原理与仪器：薄膜干涉成因（等厚/等倾）、单缝衍射与双缝干涉图样的区别；熟悉洛埃镜（半波损失）等非常规实验。 三级重点：光学实验 · 折射率实验：重点掌握插针法，特别注意界面玻璃厚度的修正，以及求斜率时的表达式推导。 · 干涉实验：熟悉测量头读数（螺旋测微器/游标卡尺），并掌握数据分析与误差原因。 高频考法 1. 光的折射定律的应用 2. 光的全反射 3.光的折射与全反射综合应用 4.光的干涉与光的衍射 考向一：光的折射定律的应用 1.对折射率的理解 (1)公式n＝中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，i总是真空中的光线与法线间的夹角，γ总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 (3)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。 (4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 (5)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 (6)折射率大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小，v＝。 2.光路的可逆性 在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。 考向二：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。 考向三 光的干涉与衍射 1.光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。 2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。 3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较 双缝干涉 单缝衍射 发生条件 两束光频率相同、相位差恒定 障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象) 图样不同点 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 与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波 考点四 测量玻璃的折射率 1.一个重要实验步骤 在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使大头针P3挡住大头针P1、P2的像，再插上大头针P4，使大头针P4挡住大头针P3和大头针P1、P2的像。 2.三个数据处理的方法 (1)计算法：由n=，算出不同入射角时的n值，并取平均值。 (2)图像法：作sin θ1-sin θ2图像，由n=可知其斜率为折射率。 (3)单位圆法：以入射点O为圆心，作半径为R的圆，如图所示，则sin θ1=，sin θ2=，OE=OE'=R，所以用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n==。 3.两个减小误差的实验要求 (1)实验时，应尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间、P3和P4之间、P2和O、P3与O'之间距离要稍大一些。 (2)入射角θ1不宜太大(接近90°)，也不宜太小(接近0°)，当θ1太大时，反射光较强，出射光较弱，当θ1太小时，入射角、折射角测量的相对误差较大。 考点五 用双缝干涉测量光的波长 1.实验装置图及实验器材(如图) 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。 2.原理：Δx=λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。 3.Δx的测量：调节测量头，使分划板中心刻线对齐第1条亮条纹的中心，记下手轮上的读数a1；转动手轮，当分划板中心刻线与第n条相邻的亮条纹中心对齐时，记下手轮上的读数a2；则相邻两条亮条纹间的距离Δx=。 01 光的折射定律的应用 1．某同学通过实验测定玻璃砖的折射率n，如图甲所示，AO和BO分别是光线在空气和玻璃砖中的传播路径，MN是法线，该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sini − sinr图像如图乙所示，则（　　） A．光由A经O到B，n=1.5 B．光由B经O到A，n=1.5 C．光由A经O到B，n=0.67 D．光由B经O到A，n=0.67 2．如图所示，一束复色光由真空射入某介质后分解为、两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．该介质对光的折射率比对光的大 B．在真空中，光的波长小于光的波长 C．在该介质中，光的传播速度比光大 D．光由该介质射入真空时，光的临界角比光的小 02 光的全反射 3．目前，塑料光纤被广泛应用于各类装饰行业。假设塑料光纤的横截面为正方形，边长为，该塑料的折射率。如图所示，当塑料光纤受外力弯曲时，为了垂直射入截面的一束平行光能全部从截面射出，则弯曲的曲率半径的最小值为（　　） A． B． C． D． 4．高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被称为光纤之父。光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成。如图所示，一束复色光以一定的入射角从轴心射入光导纤维后分为、两束单色光。下列说法正确的是（　　） A．内芯的折射率小于外套的折射率 B．从空气射入光导纤维，、光的波长都变长 C．a、b光在内芯中传播时，光的传播速度更大 D．若、光分别作为同一双缝干涉装置光源时，光的干涉条纹间距更大 03 光的折射与全反射综合应用 6．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为顶角、腰长为L的等腰三角形，S为AB边的中点。一细光束由S点斜射入棱镜，光束与AB边的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。则下列说法正确的是（　　） A．透明介质材料的折射率为 B．光束能从BC边射出棱镜 C．光束第一次从棱镜射出时相对入射光的偏角为 D．光在棱镜中传播的时间为 6．市面上常用光学玻璃的折射率一般在1.4~1.9之间，某研发团队为突破上限对制作的超高折射特种玻璃进行了相关检测。如图所示，发射器发射一束光线从空气垂直进入横截面为四分之三圆面的柱状玻璃砖中，入射点为A点，光线打在紧贴玻璃砖表面的感光仪上，感光仪可检测光点强度。现控制发射器缓慢下移，测得光强几乎不变，在越过B点的瞬间感光仪测得光强骤然下降。已知圆的半径为R，，，光在真空中传播的速度为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 B．光线在玻璃砖中的传播速度为 C．光线在玻璃砖中的频率为真空中的一半 D．光线从A点传到感光仪所用时间为 04 测定折射率的实验 7．一块高度为2cm圆柱形透明玻璃砖内有一粒直径很小的不透明球状杂质，小明设计了如下实验测量该杂质与玻璃砖中心轴线的距离。 （1）用游标卡尺测量该玻璃砖的直径D，如图甲所示，D=________cm。 （2）在水平桌面上固定一张白纸，如图乙所示，以O为圆心作出直径为D的内圆（实线圆）和另一个外圆（虚线辅助圆），过O点作相互垂直的直线ab和cd（与内圆交点为a、b、c、d）。 （3）在直线ab与外圆交点上分别竖直插两枚大头针P1和P2。将该玻璃砖置于纸上并与内圆重合，使玻璃砖绕其中轴线旋转（保持其始终与内圆重合），并在P2右侧沿平行纸面方向观察，直至P2恰好完全遮挡住杂质的像和P1的像，则此时可确定杂质位于________（用图乙中字母表示）连线之间，此后固定玻璃砖。 （4）在外圆弧线上适当的位置竖直插一枚大头针P3，再在适当位置竖直插一枚大头针P4，使得沿平行纸面方向观察时P4完全遮挡住P3和________。 （5）记下四枚大头针的位置并撤掉玻璃砖，作直线P3P4与内圆交于e点，作出直线Oe，用量角器测量出图中夹角α和β，若该玻璃砖的折射率为，，，则该杂质与玻璃砖中轴线的距离x=________（用直径符号D表示）。 8．某学习小组对某透明环氧树脂的光学特性进行探究。如图1所示，待测环氧树脂样品是一半径为、厚度为的均质圆柱体。主要实验步骤如下： ①如图2所示，在水平桌面上固定平铺“感光纸”（光照在上面会留下斑点），纸上画一半径为的圆，圆心为。在竖直支架上点装一激光笔，调整激光笔的方向，使其发出的光恰好射到纸上圆的最左端点，且、、、在同一竖直面内，固定激光笔，测得间距为，间距为。 ②如图3所示，将待测环氧树脂样品放到桌面上，使其恰好与感光纸上的圆重合，然后打开激光笔，让光从样品的上表面射入后在感光纸上留下斑点。关闭激光笔，拿开样品，测得间距为。 请回答下列问题： (1)相对于空气，该环氧树脂是______（选填“光疏介质”或“光密介质”）。 (2)若样品的厚度制作得厚一点，则间距会______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 (3)为了求得该环氧树脂对这种激光的折射率，需要先计算步骤②中样品上表面光的入射点与样品下表面光的出射点的水平间距，则______（用表示）。 05 利用双缝干涉测光的波长 9．某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示。 (1)该同学想要增大观察到的条纹间距，正确的做法是_____（选填选项前的字母）。 A．减小双缝之间的距离 B．减小单缝与光源间的距离 C．增大凸透镜与单缝间的距离 D．增大双缝与测量头间的距离 (2)该同学想要研究红光和绿光的波长特性，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，只记录了第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如下表所示： 单色光类别 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光2为_____（选填“红光”或“绿光”）。 10．在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件从左到右依次为光源、M、N、P、Q、遮光筒、毛玻璃、目镜，如图1所示。 (1)为保证实验效果，M、N、P、Q四个光学元件依次为__________； A．滤光片、透镜、单缝、双缝 B．透镜、滤光片、单缝、双缝 C．滤光片、透镜、双缝、单缝 D．透镜、单缝、滤光片、双缝 (2)转动手轮时，观察到初、末两个视场，符合实际的是图2中的__________（填“甲”或“乙”）； (3)分划板中心刻线与第1条亮纹中心对齐，记下读数；转动手轮，分划板中心刻线与第7条亮纹中心对齐，记下读数。已知图1中的、，双缝间距为d，则波长__________。 一、单选题 1．如图直角三棱镜，∠B=30°，一光线平行BC从左侧射入，经两次折射从AC射出后，角度偏转了15°。则该介质的折射率为（　　） A． B． C． D． 2．某同学设计实验研究光的折射现象，如图所示，一束复合光在O点由玻璃折射进入空气后分解为，两束单色光。根据此现象下列说法正确的是（    ） A．玻璃对光的折射率更大 B．光的波长更长 C．增大复合光的入射角，光先发生全反射现象 D．光光子能量更大 3．如图所示，红光与紫光组成的复色光束PO从水中射向空气，被分为OA和OB两束光，则（　　） A．光束OA为紫光，光束OB为红光 B．光束OA为红光，光束OB为紫光 C．光束OA为紫光，光束OB为复色光 D．光束OA为红光，光束OB为复色光 4．生活中常用的“防雾眼镜”，其镜片表面涂有一层透明防雾薄膜，能防止起雾。已知空气的折射率，防雾薄膜的折射率。下列说法正确的是（　　） A．光从空气射向薄膜时，光的频率将增大 B．光从空气射向薄膜时，可能发生全反射 C．光在薄膜中的传播速度比在空气中慢 D．光在薄膜中的传播速度和空气中相等 5．一束单色光射向汽车玻璃时的光路图如图所示，各界面可视为相互平行的平面，和分别是界面1和界面2上的入射角，界面2上的反射光线与折射光线相互垂直。已知玻璃对该光的折射率，，则下列说法正确的是（　　） A．出射光线①、②不平行 B．增大入射角，光线③可能在界面3发生全反射 C．该光在隔热膜中传播速度小于在玻璃中的速度 D．汽车隔热膜对该光的折射率 6．如图所示，两长方体玻璃砖左右平行放置，一条红色细光束以角从第一块玻璃砖射入，从第二块玻璃砖射出，两长方体玻璃砖对红光的折射率分别为，，则（　　） A．细光束在两玻璃砖中的时间之比为 B．细光束射入第二块玻璃砖时的折射角满足 C．从第二块玻璃砖右侧出射的光线的折射角大于 D．改用紫光入射，则光线可能不能从第二块玻璃砖的右侧射出 7．中空玻璃具有隔热、隔音、节能、防结露等优势，在建筑和交通领域有广泛应用。某特种双层中空玻璃窗由两层厚度均为6mm的玻璃片和中间的空气层（可视为真空）组成。一束单色光以入射角i=60°从空气斜向下射入竖直方向的左层玻璃片，最终从右层玻璃片射出。已知该单色光在此玻璃中的折射率为n=1.5，光在真空中的传播速度c=3.0×108m/s。下列说法正确的是（　　） A．该光线在左层玻璃片中传播的时间为 B．若增大入射角，光线有可能在左层玻璃片的右表面发生全反射，不会到达右层玻璃片 C．若换用折射率更大的单色光沿着原路径入射，在左层玻璃片的出射点相对于入射点偏移的竖直距离会减小 D．若换用折射率更大的单色光沿着原路径入射，光在空气层中的传播时间会减少 8．如图所示为两单色光a和b先后通过同一实验装置得到的杨氏双缝干涉图样，下列判断正确的是（　　） A．a光的波长大于b光 B．a光的波长小于b光 C．a光在真空中的传播速度大于b光 D．a光在真空中的传播速度小于b光 二、多选题 9．用折射率判断液体种类是一种快速且非破坏性的物理分析方法。某同学利用烧杯和激光笔进行实验，纵截面如图所示，保证入射点和入射角（30°）不变，在恒温环境下获得的部分数据如表1所示，该温度下常见液体的折射率如表2所示，下列说法正确的是（　　） 1 2 3 4 液体种类 3%盐水 20%盐水 折射角的正弦值 0.35 0.375 0.373 4 0.37 表1 液体种类 纯水 乙醇 3%盐水 20%盐水 浓硫酸 折射率 1.333 1.36 1.339 1.369 1.428 表2 A．液体1可能是乙醇 B．液体4的浓度小于标称值 C．适当增大入射角可提升测量精度 D．出射点越高，折射率越大 10．一透明材料的截面如图所示，其中AOC为四分之一圆，AOB为等腰直角三角形，AB长为l。一束宽度为l的平行光从AB边垂直射入，若此材料对该光的折射率，真空中光速为c。下列说法正确的是（　　） A．光线在透明材料中发生全反射时的临界角 B．射向O点的光线在透明材料中传播的时间为 C．从圆弧面AC出射的光线其传播方向一致 D．若改用形状相同折射率更小的材料，则从圆弧面AC出射的光束范围会增大 11．如图所示，半球形玻璃砖半径为R，球心为O，AB为水平直径，M点是半球的最高点。已知某单色光在玻璃砖中的折射率，光在真空中的传播速度为c。现将一束宽为2R的该平行单色光从下方垂直AB边射入玻璃砖，下列说法正确的是（　　） A．有的光线在AMB面可发生全反射 B．仅有的光线能够从AMB面射出 C．不考虑反射，光在玻璃砖中传播的最长时间为 D．若换用频率更高的平行单色光垂直射向AB面，则AMB面发生全反射的范围减小 12．如图所示，为半圆柱体透明材料的横截面，为直径，一束由红光和蓝光组成的复色光从真空沿方向斜射入该材料中，从B、C两点射出。设光从O到B的传播时间为，从O到C的传播时间为，则下列说法中正确的是（　　） A．光线为红光 B． C．改变入射角，出射光线有一条可能与入射光线平行 D．向右平移入射光线，蓝光会先发生全反射 三、实验题 13．物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验操作、数据分析等。 (1)做“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验。下列实验步骤的正确顺序是__________（填序号）。 A．往边长约为的浅盘里倒入约深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上 B．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定 C．将画有油酸膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油酸膜的面积，根据油酸的体积和油酸膜的面积计算出油酸分子直径的大小 D．用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积，再根据油酸酒精溶液的浓度计算出油酸的体积 E．将玻璃板放在浅盘上，然后将油酸膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上 (2)某同学用插针法测定玻璃的折射率，作出光路图如图所示。光线与平行的玻璃砖表面aa'和bb'分别交于O点和P点， 过P点作aa'的垂线，垂足为Q点， 将AO延长交PQ于M点， 测得OP=R，OM=r。则该玻璃砖的折射率n=___________。 (3)某同学对“双缝干涉”实验装置进行调节并观察实验现象。 ①若想增加从目镜中观察到的条纹个数，可以___________（选填选项前的字母）。 A．将单缝向双缝靠近 B．将红色滤光片换成绿色滤光片 C．使用间距更小的双缝 ②若在屏上观察到的干涉条纹如图中a所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图中b所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的___________。 A．倍   B．倍   C．2倍  D．3倍 14．某实验小组用激光笔测量平行玻璃砖的折射率。步骤如下：光屏与玻璃砖平行放置，记录屏MN和玻璃砖abcd的位置；用激光笔以一定角度照射玻璃砖，记录入射点和屏上光点的位置；移走玻璃砖，记录屏上光点的位置；做相应辅助线，其中，，、、Q在一条直线上；用刻度尺测得：，，，。 (1)根据所测数据计算玻璃砖的折射率______；玻璃砖的厚度______cm。 (2)若换用频率更大的激光进行实验，其他条件保持不变，观察到与的间距______（选填“变大”或“变小”）。 四、解答题 15．盐灯作为一款时尚灯饰，由具有较好透光性的水晶盐制成，能够发出温暖柔和的光芒。如图所示，某长方体盐灯底部是不透光木质底座，上、下表面是边长为的正方形，高为，黄色点光源位于长方体的几何中心。已知该水晶盐介质均匀，黄光在盐灯中的折射率，在空气中折射率近似等于1，光在真空中的传播速度为，不考虑光经过分界面的反射问题，也不考虑光刚好射到棱上的情况。 (1)求黄光在盐灯中的传播速度以及传播的最短时间（计算结果保留2位有效数字）。 (2)请判断盐灯外表面被照亮区域的最大面积位于其上表面还是某一侧面，并求出最大面积（计算结果保留π）。 16．LED灯能耗是白炽灯的十分之一，某型号LED灯外观呈圆台状，如下图所示。发光芯片为一个边长为的正方形面板，置于圆台内底部，恰好与底部圆内接，芯片厚度忽略不计。为过轴线的截面，，在圆台内填充满透明封装材料。芯片中心处发出的一束平行于边的光线，从圆台上表面射出，折射角。 (1)求封装材料的折射率； (2)芯片上点直接射向圆台上表面的光恰好均可射出，求圆台高度。 1 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $