专题15 几何光学（知识清单）（全国通用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习知识清单系统梳理了几何光学专题，通过知识脑图搭建核心脉络，考点深研分层突破光的反射折射、干涉衍射偏振及全反射等内容，素养进阶模块提升解题能力。 清单采用三级架构设计，突出科学思维与科学探究素养，如重难突破分析光学现象应用，易错剖析对比干涉衍射图样差异，技法提炼总结临界问题解题范式，配套跟踪训练题助力学生自主复习，教师可据此优化教学策略。

专题15 几何光学 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 目录导航 01知识脑图·核心脉络搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点深研·知能分层突破——深挖高频考点，分层突破重难点 ▶基础梳理·自主夯基 ▶重难突破·考向精练 考点一 光的反射和折射►考向一 光的反射 考向二 光的折射 考向三 折射率与光学介质 考点二 光的干涉、衍射和偏振►考向一 光的干涉 考向二 光的衍射 考向三 光的偏振 考向四 光的色散 考向五 激光 核心考点 全反射 03素养进阶·答题技法突破——提炼解题范式，提升答题素养 ▶攻坚指南·重难突破 【重难突破01】光学现象的几种应用 【重难突破02】光的折射和全反射的综合应用 ▶易错剖析·避坑攻略 【易混易错01】干涉和衍射中几种光现象的判断 【易混易错02】三种光学模型的光路特点 ▶技法提炼·审题点拨 【方法技巧01】几何光学中的范围和临界问题 【方法技巧02】七种色光的物理量比较分析 知识脑图·核心脉络搭建 考点深研·知能分层突破 基础梳理・自主夯基——核心概念 ▶知识点一 光的折射 1. 定义：光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射。 2. 图示： 3. 折射定律： (1)内容：如图所示，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(n12为比例常数)。 ▶知识点二 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. 产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同 ▶知识点三 光的衍射 1. 定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2. 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。 ▶知识点四 光的偏振 1. 偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2. 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它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，这样的光叫做自然光。 3. 偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 重难突破・考向深研——要点提炼 考点一 光的反射和折射 ⏩考试重点提炼⏪ 考向 考试重点 一、光的折射规律 核心规律：光斜射入不同介质时传播方向偏转；三线共面、分居法线两侧；光从空气斜射入水或玻璃，折射角小于入射角；反向传播折射角大于入射角；垂直入射时传播方向不变。 光路可逆：折射光路可逆，可双向逆向传播。 色散成因：复色光折射时不同单色光偏折程度不同，白光经三棱镜分解为七色光属于折射色散现象。 二、全反射 产生两个必要条件：光由光密介质射向光疏介质；入射角大于等于临界角，缺一不可。 常见应用：光导纤维依靠全反射远距离传光传信号；海市蜃楼是大气分层引发的全反射现象。 现象区分：全反射只发生在光密到光疏的传播方向，空气射向玻璃不会出现全反射。 ⏩高频考向深研⏪ 考向一 光的反射 1. 定义：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。 2. 图示： 3. 反射定律： 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧。反射角等于入射角。 【注意】对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的。 【跟踪训练】（2026·天津·模拟预测）（多选）一束白光从顶角为的一边以较大的入射角射入并通过三棱镜后，在屏上可得到彩色光带，如图所示，在入射角逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是（　　） A．紫光在三棱镜中的速率比红光的小 B．紫光在三棱镜中的速率比红光的大 C．屏上最先消失的是红光，最后消失的是紫光 D．屏上最先消失的是紫光，最后消失的是红光 【答案】AD 【详解】AB．紫光的频率高于红光，因此紫光在三棱镜中的折射率大于红光，根据公式，紫光在三棱镜中的速率比红光小，故A正确，B错误； CD．由于紫光的折射率大，由知其全反射临界角较小。当入射角逐渐减小到零时，紫光首先达到全反射条件，因此屏上最先消失的是紫光，最后消失的是红光，故C错误，D正确。 故选 AD。 考向二 光的折射 1. 定义：光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射。 2. 图示： 4. 折射定律： (1)内容：如图所示，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(n12为比例常数)。 4. 光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。 【跟踪训练】（2026·湖北十堰·三模）（多选）如图为放在真空中的球形透明介质的中截面，其半径为，为圆心，为过圆心直线。在该平面内有一束平行于的光线从点射入介质，入射角为；从介质中射出后的光线与相交于点，，不考虑多次反射，真空中光速为，下列说法正确的是（     ） A．介质的折射率为 B．介质的折射率为 C．光在透明介质中的传播时间为 D．光从到所需时间为 【答案】AD 【详解】画出完整光路如图，由对称性可知 由正弦定理有 解得，所以 折射率，故A正确，B错误； 光在介质中的传播路程为，所以在介质中的时间为，故C错误； 光从A到B的时间为：，故D正确。 故选AD。 考向三 折射率与光学介质 1. 折射率：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，叫这种介质的折射率。n＝。 【注意】：折射率与速度的关系式：n＝。因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 说明：①关系式n＝中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。 补充：对折射率的理解： （1）折射率的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。 （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。 （3）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 （4）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。 （5）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 2．光密介质与光疏介质 介质 光密介质 光疏介质 折射率 大 小 光速 小 大 相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质；若n甲＜n乙，则甲相对乙是光疏介质 【跟踪训练】（2026·湖南长沙·三模）如图所示，由两种单色光组成的复合光从空气中经点射入长方体玻璃砖中，其折射光线分别为沿、方向的两光束。下列说法正确的是（     ） A．这是光的干涉现象 B．在真空中，光束的传播速度大于光束的传播速度 C．玻璃砖对光束的折射率大于对光束的折射率 D．在玻璃砖中，光束的传播速度大于光束的传播速度 【答案】C 【详解】A．光从一种介质斜射入另外一种介质，光的传播方向发生改变的现象叫光的折射，由题图可知，这是光的折射现象，故A错误； C．由图可知，玻璃砖对光的折射程度较大，所以玻璃砖对光束的折射率大于对光束的折射率，故C正确； BD．在真空中，光束的传播速度等于光束的传播速度，均为光速；根据，由于玻璃砖对光束的折射率大于对光束的折射率，所以在玻璃砖中，光束的传播速度小于光束的传播速度，故BD错误。 故选C。 考点二 光的干涉、衍射和偏振 ⏩考试重点提炼⏪ 考向 考试重点 一、光的干涉和衍射 光的干涉 形成条件：两束光频率相同、相位差稳定；双缝干涉为经典实验。 图样特征：等间距明暗相间条纹；白光干涉可得彩色条纹。 光的衍射 明显衍射条件：障碍物、狭缝尺寸与光的波长相近或更小。 图样特征：单缝衍射条纹中间宽、两侧窄，间距不均匀；泊松亮斑是光的衍射典型例证。 结论：干涉、衍射共同证明光具有波动性。（4）速度关系：​ ⏩高频考向深研⏪ 考向一 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. 产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同 3．杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。有光源、单缝、双缝和光屏。 单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (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|PS1－PS2|＝r2－r1＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)，光屏上出现亮条纹。 光的路程差|PS1－PS2|＝r2－r1＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)，光屏上出现暗条纹。 【注意】k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。 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条纹间距公式：Δx＝λ。 【注意】双缝干涉实验中，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关。波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽。 （3）亮暗纹的时间关系 亮条纹：Δt＝nT(n＝0,1,2,3，…)；暗条纹：Δt＝(2n＋1)·(n＝0,1,2,3，…)．式中Δt表示两列光波到同一点的时间差。T＝为光波的周期。 4．薄膜干涉 (1)形成原因：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，从膜的前表面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)明暗条纹的判断方法： 两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ。 在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。 在Q处，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。 【跟踪训练】（2026·湖南长沙·三模）如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径将一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上向下看凸透镜，可以观察到牛顿环对于该实验中观察到的牛顿环，下列说法正确的是（     ） A．牛顿环的形状为间距相等、亮暗相间的圆环状条纹 B．换曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环将变稀疏 C．改用波长更长的单色光照射，相应各环的半径将减小 D．在牛顿环的中心可观察到明条纹 【答案】B 【详解】A．因透镜与玻璃表面间的空气薄膜厚度不是均匀变化，故牛顿环的间距不相等，故A错误； B．将凸透镜的曲率半径变大，与透镜中心等距离位置的空气层厚度变小，同厚度对应的亮纹由中心向外偏移，即同一级圆环半径变大，条纹变稀疏，故B正确； C．改用波长更长的单色光照射，同一级亮纹对应的光程差变大，各环的半径将增大，故C错误； D．在牛顿环的中心凸透镜与平面玻璃的间距为，考虑单色光在平面玻璃上表面反射时有半波损失，故两列反射光叠加反而振动减弱，牛顿环的中心为暗区，故D错误。 故选B。 考向二 光的衍射 1. 定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2. 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。 3. 图样特点：衍射时产生的明暗条纹或光环。 4. 分类 （1）单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 （2）圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 （3）圆盘衍射（泊松亮斑）：障碍物的衍射现象．在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 （4）衍射光栅（结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器）：衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 【跟踪训练】（2026·甘肃嘉峪关·三模）（多选）下列说法中正确的有（     ） A．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 B．光的偏振现象说明光是纵波 C．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时，水面上首先消失的是绿光 D．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅减小双缝之间的距离后，观察到如图乙所示的条纹 【答案】CD 【详解】A．能否形成稳定干涉由相干条件决定，不能由波长较短判断更容易发生；紫外线的波长比紫光短，在相同障碍物或孔的尺寸下衍射现象更不明显，故A错误； B．偏振是横波特有的现象，光的偏振现象说明光是横波，故B错误； C．介质的折射率越大，对应的临界角越小。水对绿光的折射率大于对红光的折射率，因此绿光的临界角较小，入射角逐渐增大时绿光先发生全反射，故C正确； D．设双缝到屏的距离为，双缝间距为，光的波长为，双缝干涉条纹间距 仅减小时，增大，条纹由图甲变为图乙，故D正确。 故选CD。 考向三 光的偏振 1. 偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2. 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它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，这样的光叫做自然光。 3. 偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 【注意】：光的偏振证明光是横波。 5．光的偏振 (3)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。 (4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。 补充：自然光与偏振光的比较 光 自然光 偏振光 振动方向 自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动 偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动 经过偏振片的现象 自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。如下图所示。 偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。如下图所示。 产生方式 太阳、电灯等直接发出的光是自然光。 自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。 【跟踪训练】（2026·福建漳州·三模）（多选）如图所示，下列说法正确的是（     ） A．图甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏M上的亮度将会变化，此现象表明光波是横波 B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到双缝间的距离，两相邻亮条纹间距离将增大 C．图乙中用白光进行实验，中央亮条纹是彩色的，两侧条纹也是彩色的 D．利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射 【答案】AD 【详解】A．图甲是光的偏振现象，此现象表明光波是横波，故A正确； B．图乙是双缝干涉示意图，根据可知，若只减小屏到双缝间的距离l，两相邻亮条纹间距离将减小，故B错误； C．图乙中用白光进行实验，中央条纹各种频率的光都是加强的，复合后的中央亮条纹是白色的，故C错误； D．利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射，故D正确。 故选AD。 考向四 光的色散 1. 定义：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的光束，这种现象叫做光的色散。 2. 成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 【跟踪训练】（2026·重庆沙坪坝·二模）彩虹是因阳光照射到空中的小水滴，发生折射、色散及反射形成的。如图所示，一细束太阳光从P点射入球形水滴后，经一次反射，形成M、N两条出射光线。则下列说法正确的是（　　） A．从P点射入时M光的折射角比N光的大 B．M光光子的动量比N光光子的动量小 C．M光在小水滴中的传播速度比N光大 D．用同一装置做双缝干涉实验，M光相邻干涉亮条纹间距比N光的小 【答案】D 【详解】A．由图可知，从P点射入时M光的偏折程度较大，可知M光的折射角比N光的小，A错误； B．从P点射入时，因M光的折射角比N光的小，故M光的折射率大于N光，可知M光的频率大于N光，由，知M光的波长小于N光，由，知M光光子的动量比N光光子的动量大，B错误； C．根据，知M光在小水滴中的传播速度比N光小，C错误； D．用同一装置做双缝干涉实验，根据，因M光波长较短，则M光相邻干涉亮条纹间距比N光的小，D正确。 故选D。 考向五 激光 1. 产生：激光是原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。 2. 特点：①单色性好，频率单一，相干性好；②具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光；③亮度高，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3. 应用：光纤通信；激光测距；激光武器等。 【跟踪训练】（2026·广东汕头·三模）下列说法不正确的是（     ） A．X光机拍胸片，利用了机械波的穿透性 B．肥皂膜彩色条纹，属于光的干涉现象 C．毛细采血管，利用了液体的毛细现象 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是因为其平行度好 【答案】A 【详解】A．X光属于电磁波，不是机械波，拍胸片利用的是电磁波的穿透性，故A错误； B．肥皂膜前后表面反射的两束光频率相同，满足相干条件，叠加产生的彩色条纹属于光的薄膜干涉现象，故B正确； C．毛细采血管管径极小，利用液体的毛细现象可使血液自动进入管内，故C正确； D．激光的平行度好，远距离传播时发散程度极低，因此适合用于测量很远目标的距离，故D正确。 本题选择错误，故选A。 核心考点 全反射 1. 定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。 说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。 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，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 4．应用： (1)全反射棱镜 (2)光导纤维 说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。 【跟踪训练】（2026·江苏徐州·三模）如图所示，一半径为R，透明均质球，球内竖直中心轴最下方A处有一单色点光源，若光源发出的光都能从上半球面射出（不考虑光线在球内反射后的折射），求： (1)均质球对该色光的折射率最大值； (2)上半球面射出的光在球内传播的最长时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）从圆心等高处射出时入射角最大，全反射临界角需满足 折射率 解得 所以折射率最大值为； （2）光在球中的速度为 从顶点射出的光时间最长 解得 素养进阶·答题技法突破 攻坚指南・重难突破——解题思路 【重难突破01】光学现象的几种应用 1. 薄膜干涉的应用 （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的奇数倍，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半的奇数倍，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整度：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，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 2. 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。 【跟踪训练】（2026·河北衡水·模拟预测）（多选）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述，正确的是（     ） A．图甲中，水中的气泡看上去特别明亮是因为光的全反射 B．图乙中，增加少许单缝的宽度，则屏上的中央亮条纹变窄 C．图丙中，用3D眼镜看3D电影感受到的立体影像，是由光的干涉现象形成的 D．图丁中，在检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出为凸处、为凹处 【答案】AB 【详解】A．水中的气泡特别明亮是因为光在气泡表面发生全反射，A正确； B．单缝衍射中，单缝宽度与中央亮条纹的宽度成反比，增加少许单缝宽度，中央亮条纹变窄，B正确； C．3D眼镜是利用光的偏振现象（左、右眼接收不同偏振方向的光）形成立体影像，C错误； D．薄膜干涉中，同一条亮纹（或暗纹）对应的空气膜厚度相同，P处条纹向左侧弯曲，说明P处空气膜厚度与右侧相同，Q处条纹向右侧弯曲，说明Q处空气膜厚度与左侧相同，故P为凹处、Q为凸处，D错误。 故选AB。 【重难突破02】光的折射和全反射的综合应用 1. 应用光的折射和全反射解决问题的两个技巧： (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。 2. 应用光的折射和全反射解决问题的四个注意： (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。全反射问题的解题要点 【跟踪训练】（2026·山东泰安·模拟预测）激光雷达（LiDAR）是自动驾驶技术的核心传感器，其光学系统常由棱镜和透镜组合构成。简化图如图所示，等腰直角三角形ABC为三棱镜的横截面，半球形玻璃砖的半径为R，O为球心，O′O为半球形玻璃砖的对称轴。间距为R的两激光束从空气中由左侧垂直AB边射入棱镜，经AC边反射后进入半球形玻璃砖，反射光线关于轴线O′O对称，最后会聚于玻璃砖另一侧探测点P。半球形玻璃砖的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑光的多次反射。 (1)要使光线不能从三棱镜的AC边射出，求三棱镜折射率的最小值； (2)求激光从开始进入半球形玻璃砖到会聚到P点的时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）依题意，可知光射到三棱镜AC边的入射角为，由 可得 所以三棱镜的折射率至少为 （2）如图所示，光在半球形玻璃砖内传播过程，设由D点进入，由球形玻璃砖下端点E点射出，由两条光束会聚到P点，光束的间距为,可知 ， 由折射定律得 得θ2＝60°，由几何关系得 光在玻璃砖中的传播速度 光在玻璃砖中的传播时间 光射出玻璃砖后的传播时间 所以总时间 易错剖析・避坑攻略——易错归纳 【易混易错01】干涉和衍射中几种光现象的判断 (1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。 ②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光如图所示，这是光在衍射时的色散。 (2)圆孔衍射：①单色光的衍射图样如图所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距的同心圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。 ②白光的衍射图样，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 (3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，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。 （4）双缝干涉：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。单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。 补充：单缝衍射和圆孔衍射的对比 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 补充：单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 单缝衍射 双缝干涉 不同点 图样特点 图样 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹中心间距 两相邻亮条纹中心间距不等 两相邻亮条纹中心间距相等 亮度情况 中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗 条纹清晰，亮度基本相等 发生条件 产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小 两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹，从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的 【跟踪训练】（2026·安徽合肥·模拟预测）在空气中，用红色光和紫色光分别在相同的装置上，进行双缝干涉实验和单缝衍射实验，得到如下图像。下列说法正确的是（     ） A．图甲是红光的双缝干涉图像 B．图乙是红光的单缝衍射图像 C．将单缝衍射装置浸入水中进行实验，红光的衍射条纹间距保持不变 D．丙图中对应光子的动量比丁图中对应光子的动量更大 【答案】A 【详解】AB．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，故甲和乙是双缝干涉图像；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，故丙和丁是单缝衍射图像。 因为红色光的波长比紫色光长，根据公式可知，红色光的条纹间距比较大，所以图甲是红光的双缝干涉图像，图乙是紫色光的双缝干涉图像，故A正确，B错误； C．根据可知，将单缝衍射装置浸入水中进行实验，红光在水中的传播速度变小；且其频率f不变，根据波速公式可知，在水中红光的波长变短，则红光的衍射条纹间距变小，故C错误； D．由图丙、丁可知，丙图对应的光的波长更长，根据康普顿效应可知，丙图中对应光子的动量比丁图中对应光子的动量更小，故D错误。 故选A。 【易混易错02】三种光学模型的光路特点 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点： 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 结构 特点 通过平行玻璃砖后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，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光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 【跟踪训练】（2026·甘肃张掖·一模）如图所示，两细束不同颜色的平行光a、b射向厚度为d的矩形玻璃砖（置于空气中）的下表面且平行光与下表面的夹角为，设玻璃砖足够长，发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出。已知玻璃砖对a的折射率为，玻璃砖对b的折射率为，则（    ） A．平行光a、b在玻璃砖下表面射入点间的距离是 B．平行光a、b在玻璃砖下表面射入点间的距离是 C．玻璃砖的上表面只有一束光线射出，说明a光在上表面发生了全反射 D．玻璃砖的上表面只有一束光线射出，说明b光在上表面发生了全反射 【答案】A 【详解】AB．光线从空气射向玻璃砖下表面，入射角 ，根据折射定律 有 光线在玻璃砖内传播到达上表面，水平方向移动的距离为 因为 所以水平位移 只有一束光线射出，说明两束光在上表面的出射点重合； 要使出射点重合，光线在玻璃砖内的水平位移必须比光线大，即 两束光在下表面射入点间的距离应等于两束光水平位移之差， 故A正确，B错误； CD．光线通过平行玻璃砖时，上表面的入射角等于下表面的折射角。由于光从空气射入玻璃，折射角必然小于临界角，所以光线在上表面不可能发生全反射，一定能射出，故CD错误。 故选A。 技法提炼・审题点拨——技巧总结 【技法点拨01】几何光学中的范围和临界问题 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。 【跟踪训练】（2026·河南开封·模拟预测）（多选）如图所示，足够大的水池水面下方水平放置一直径为的圆环形细灯带光源，灯带到水面的距离可调节。光源从离水面较近的位置平行水面缓慢向下移动，刚开始发现水面发光区域形状不变，只是面积在扩大，当光源距离水面的深度为时，发光区域形状刚好发生变化；然后保持不变，通过控制光源，使其只有一半长度即一个半圆形线状光源发光，此时水面上的发光区域面积为。已知水的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．时，水面发光区域形状为环形 B．时，水面发光区域形状为环形 C． D． 【答案】AC 【详解】ABC．取线光源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发生全反射的光路图如图所示 由折射定律有 根据几何关系可得 一个点发出的光在水面上能看到半径的圆，对于圆形线光源在水面上的发光区域，可看作是圆的圆心沿圆弧移动时圆扫过的区域，开始发光区域形状为环形，后来变为圆形，当形状发生变化的临界条件是 此时深度为，解得 即时，水面发光区域形状为环形，如图所示，故AC正确，B错误； D．当深度为且保持不变时，且只有一个半圆形线状光源发光，在水面上看到的发光区域形状为心形，如图所示 小圆的半径为，大圆的半径为，该发光区域的面积为，故D错误。 故选AC。 【技法点拨02】七种色光的物理量比较分析 可见光中各种色光特征比较 单色光的颜色 红→橙→黄→绿→青→蓝→紫 频率（决定光的颜色） 低→高 真空（空气）中的波速 c＝3×108 m/s 真空（空气）中的波长 长→短 同一介质中的折射率n 小→大 同一介质中的光速v＝ 大→小 同一介质中的波长 长→短 同一介质中的全反射临界角C＝arcsin 大→小 【跟踪训练】（2026·广东深圳·一模）如下图所示，一束由红、蓝色光组成的复合光，以入射角θ从侧面射入均匀透明的长方体玻璃砖，在玻璃内色散成a、b两束，在玻璃砖上表面刚好没有光线射出。已知红光的折射率小于蓝光的折射率，则（　　） A．b为红色光束 B．全反射临界角 C．玻璃对红光的折射率 D．若缓慢增大θ，蓝光先从上表面射出 【答案】C 【详解】A．入射侧面的法线为水平虚线，由折射定律 （为入射角，为玻璃内折射角）：越大，越小，越小。图中的折射角更小，说明更大，因此是蓝光，是红光， 故A错误。 B．全反射临界角满足 ，越小，越大。因， 故B错误。 C．折射定律：，得 ； 几何关系：玻璃砖上表面法线为竖直方向，折射光线在上表面的入射角，刚好全反射时，故； 由三角恒等式，代入得：，整理得 ， 故C正确。 D．缓慢增大，由得：增大，上表面入射角减小。由于，入射角减小后，红光的入射角先小于自身临界角，因此红光先从上表面射出， 故D错误。 故选C。 $专题15 几何光学 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 目录导航 01知识脑图·核心脉络搭建——梳理专题框架，搭建知识体系 02考点深研·知能分层突破——深挖高频考点，分层突破重难点 ▶基础梳理·自主夯基 ▶重难突破·考向精练 考点一 光的反射和折射►考向一 光的反射 考向二 光的折射 考向三 折射率与光学介质 考点二 光的干涉、衍射和偏振►考向一 光的干涉 考向二 光的衍射 考向三 光的偏振 考向四 光的色散 考向五 激光 核心考点 全反射 03素养进阶·答题技法突破——提炼解题范式，提升答题素养 ▶攻坚指南·重难突破 【重难突破01】光学现象的几种应用 【重难突破02】光的折射和全反射的综合应用 ▶易错剖析·避坑攻略 【易混易错01】干涉和衍射中几种光现象的判断 【易混易错02】三种光学模型的光路特点 ▶技法提炼·审题点拨 【方法技巧01】几何光学中的范围和临界问题 【方法技巧02】七种色光的物理量比较分析 知识脑图·核心脉络搭建 考点深研·知能分层突破 基础梳理・自主夯基——核心概念 ▶知识点一 光的折射 1. 定义：光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向 的现象叫光的折射。 2. 图示： 3. 折射定律： (1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线分别位于法线的 ；入射角的正弦与折射角的正弦成 。 (2)表达式： (n12为比例常数)。 ▶知识点二 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 条纹，某些区域相互减弱，出现 条纹，且加强区域和减弱区域相互 的现象。 2. 产生干涉的条件：两束光的频率 、相位差 、振动方向 ▶知识点三 光的衍射 1. 定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现 条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现 条纹或暗斑的现象。 2. 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。 ▶知识点四 光的偏振 1. 偏振：光波只沿某一特定的 振动。 2. 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它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，这样的光叫做自然光。 3. 偏振光：在 于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向 的光。 重难突破・考向深研——要点提炼 考点一 光的反射和折射 ⏩考试重点提炼⏪ 考向 考试重点 一、光的折射规律 核心规律：光斜射入不同介质时传播方向偏转；三线共面、分居法线两侧；光从空气斜射入水或玻璃，折射角小于入射角；反向传播折射角大于入射角；垂直入射时传播方向不变。 光路可逆：折射光路可逆，可双向逆向传播。 色散成因：复色光折射时不同单色光偏折程度不同，白光经三棱镜分解为七色光属于折射色散现象。 二、全反射 产生两个必要条件：光由光密介质射向光疏介质；入射角大于等于临界角，缺一不可。 常见应用：光导纤维依靠全反射远距离传光传信号；海市蜃楼是大气分层引发的全反射现象。 现象区分：全反射只发生在光密到光疏的传播方向，空气射向玻璃不会出现全反射。 ⏩高频考向深研⏪ 考向一 光的反射 1. 定义：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象。 2. 图示： 3. 反射定律： 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧。反射角等于入射角。 【注意】对于每一条入射光线，反射光线是唯一的，在反射现象中光路是可逆的。 【跟踪训练】（2026·天津·模拟预测）（多选）一束白光从顶角为的一边以较大的入射角射入并通过三棱镜后，在屏上可得到彩色光带，如图所示，在入射角逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是（　　） A．紫光在三棱镜中的速率比红光的小 B．紫光在三棱镜中的速率比红光的大 C．屏上最先消失的是红光，最后消失的是紫光 D．屏上最先消失的是紫光，最后消失的是红光 考向二 光的折射 1. 定义：光由一种介质射入另一种介质时，在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射。 2. 图示： 4. 折射定律： (1)内容：如图所示，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(n12为比例常数)。 4. 光路可逆性 在光的反射和折射现象中，光路都是可逆的。如果让光线逆着出射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线出射。 【跟踪训练】（2026·湖北十堰·三模）（多选）如图为放在真空中的球形透明介质的中截面，其半径为，为圆心，为过圆心直线。在该平面内有一束平行于的光线从点射入介质，入射角为；从介质中射出后的光线与相交于点，，不考虑多次反射，真空中光速为，下列说法正确的是（     ） A．介质的折射率为 B．介质的折射率为 C．光在透明介质中的传播时间为 D．光从到所需时间为 考向三 折射率与光学介质 1. 折射率：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，叫这种介质的折射率。n＝。 【注意】：折射率与速度的关系式：n＝。因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1。 说明：①关系式n＝中的n是指介质相对于真空的折射率，即绝对折射率。 补充：对折射率的理解： （1）折射率的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。 （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。 （3）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 （4）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。 （5）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 2．光密介质与光疏介质 介质 光密介质 光疏介质 折射率 大 小 光速 小 大 相对性 若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质；若n甲＜n乙，则甲相对乙是光疏介质 【跟踪训练】（2026·湖南长沙·三模）如图所示，由两种单色光组成的复合光从空气中经点射入长方体玻璃砖中，其折射光线分别为沿、方向的两光束。下列说法正确的是（     ） A．这是光的干涉现象 B．在真空中，光束的传播速度大于光束的传播速度 C．玻璃砖对光束的折射率大于对光束的折射率 D．在玻璃砖中，光束的传播速度大于光束的传播速度 考点二 光的干涉、衍射和偏振 ⏩考试重点提炼⏪ 考向 考试重点 一、光的干涉和衍射 光的干涉 形成条件：两束光频率相同、相位差稳定；双缝干涉为经典实验。 图样特征：等间距明暗相间条纹；白光干涉可得彩色条纹。 光的衍射 明显衍射条件：障碍物、狭缝尺寸与光的波长相近或更小。 图样特征：单缝衍射条纹中间宽、两侧窄，间距不均匀；泊松亮斑是光的衍射典型例证。 结论：干涉、衍射共同证明光具有波动性。（4）速度关系：​ ⏩高频考向深研⏪ 考向一 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. 产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同 3．杨氏双缝干涉 (1)原理如图所示。有光源、单缝、双缝和光屏。 单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (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|PS1－PS2|＝r2－r1＝kλ＝2k·(k＝0,1,2,3，…)，光屏上出现亮条纹。 光的路程差|PS1－PS2|＝r2－r1＝(2k－1)·(k＝1,2,3，…)，光屏上出现暗条纹。 【注意】k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹。 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条纹间距公式：Δx＝λ。 【注意】双缝干涉实验中，屏幕上相邻亮条纹和相邻暗条纹是等间距的，这个间距与光的波长、屏幕到双缝的距离和双缝的间距有关。波长越长，屏幕到双缝的距离越大，双缝的间距越小，干涉条纹的间距越宽。 （3）亮暗纹的时间关系 亮条纹：Δt＝nT(n＝0,1,2,3，…)；暗条纹：Δt＝(2n＋1)·(n＝0,1,2,3，…)．式中Δt表示两列光波到同一点的时间差。T＝为光波的周期。 4．薄膜干涉 (1)形成原因：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，从膜的前表面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)明暗条纹的判断方法： 两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于薄膜厚度的2倍，光在薄膜中的波长为λ。 在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。 在Q处，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。 【跟踪训练】（2026·湖南长沙·三模）如图所示，凸透镜的弯曲表面是个球面，球面的半径叫作这个曲面的曲率半径将一个凸透镜压在一块平面玻璃上，让单色光从上方射入，从上向下看凸透镜，可以观察到牛顿环对于该实验中观察到的牛顿环，下列说法正确的是（     ） A．牛顿环的形状为间距相等、亮暗相间的圆环状条纹 B．换曲率半径更大的凸透镜，观察到的圆环将变稀疏 C．改用波长更长的单色光照射，相应各环的半径将减小 D．在牛顿环的中心可观察到明条纹 考向二 光的衍射 1. 定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现暗条纹或暗斑的现象。 2. 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。 3. 图样特点：衍射时产生的明暗条纹或光环。 4. 分类 （1）单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白条纹。 （2）圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环。 （3）圆盘衍射（泊松亮斑）：障碍物的衍射现象．在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。 （4）衍射光栅（结构由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器）：衍射图样特点与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度增加。 【跟踪训练】（2026·甘肃嘉峪关·三模）（多选）下列说法中正确的有（     ） A．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射 B．光的偏振现象说明光是纵波 C．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时，水面上首先消失的是绿光 D．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅减小双缝之间的距离后，观察到如图乙所示的条纹 考向三 光的偏振 1. 偏振：光波只沿某一特定的方向振动。 2. 自然光：由太阳、电灯等普通光源发出的光，它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，这样的光叫做自然光。 3. 偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光。 【注意】：光的偏振证明光是横波。 5．光的偏振 (3)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。 (4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。 补充：自然光与偏振光的比较 光 自然光 偏振光 振动方向 自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动 偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动 经过偏振片的现象 自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。如下图所示。 偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗。如下图所示。 产生方式 太阳、电灯等直接发出的光是自然光。 自然光经偏振片后都是偏振光，自然光射到两种介质的交界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。 【跟踪训练】（2026·福建漳州·三模）（多选）如图所示，下列说法正确的是（     ） A．图甲中，P、Q是偏振片，M是光屏，当P固定不动，缓慢转动Q时，光屏M上的亮度将会变化，此现象表明光波是横波 B．图乙是双缝干涉示意图，若只减小屏到双缝间的距离，两相邻亮条纹间距离将增大 C．图乙中用白光进行实验，中央亮条纹是彩色的，两侧条纹也是彩色的 D．利用红外线进行遥感主要是因为红外线的波长长，容易发生衍射 考向四 光的色散 1. 定义：白光通过三棱镜后，出射光束变为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光的光束，这种现象叫做光的色散。 2. 成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 【跟踪训练】（2026·重庆沙坪坝·二模）彩虹是因阳光照射到空中的小水滴，发生折射、色散及反射形成的。如图所示，一细束太阳光从P点射入球形水滴后，经一次反射，形成M、N两条出射光线。则下列说法正确的是（　　） A．从P点射入时M光的折射角比N光的大 B．M光光子的动量比N光光子的动量小 C．M光在小水滴中的传播速度比N光大 D．用同一装置做双缝干涉实验，M光相邻干涉亮条纹间距比N光的小 考向五 激光 1. 产生：激光是原子受激发辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。 2. 特点：①单色性好，频率单一，相干性好；②具有极好的平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光；③亮度高，激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。 3. 应用：光纤通信；激光测距；激光武器等。 【跟踪训练】（2026·广东汕头·三模）下列说法不正确的是（     ） A．X光机拍胸片，利用了机械波的穿透性 B．肥皂膜彩色条纹，属于光的干涉现象 C．毛细采血管，利用了液体的毛细现象 D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是因为其平行度好 核心考点 全反射 1. 定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光的现象。 说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最强。 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，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 4．应用： (1)全反射棱镜 (2)光导纤维 说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。 【跟踪训练】（2026·江苏徐州·三模）如图所示，一半径为R，透明均质球，球内竖直中心轴最下方A处有一单色点光源，若光源发出的光都能从上半球面射出（不考虑光线在球内反射后的折射），求： (1)均质球对该色光的折射率最大值； (2)上半球面射出的光在球内传播的最长时间。 攻坚指南・重难突破——解题思路 【重难突破01】光学现象的几种应用 1. 薄膜干涉的应用 （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的奇数倍，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半的奇数倍，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整度：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，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 2. 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。 【跟踪训练】（2026·河北衡水·模拟预测）（多选）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述，正确的是（     ） A．图甲中，水中的气泡看上去特别明亮是因为光的全反射 B．图乙中，增加少许单缝的宽度，则屏上的中央亮条纹变窄 C．图丙中，用3D眼镜看3D电影感受到的立体影像，是由光的干涉现象形成的 D．图丁中，在检验工件平整度的操作中，通过干涉条纹可推断出为凸处、为凹处 【重难突破02】光的折射和全反射的综合应用 1. 应用光的折射和全反射解决问题的两个技巧： (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。 2. 应用光的折射和全反射解决问题的四个注意： (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。全反射问题的解题要点 【跟踪训练】（2026·山东泰安·模拟预测）激光雷达（LiDAR）是自动驾驶技术的核心传感器，其光学系统常由棱镜和透镜组合构成。简化图如图所示，等腰直角三角形ABC为三棱镜的横截面，半球形玻璃砖的半径为R，O为球心，O′O为半球形玻璃砖的对称轴。间距为R的两激光束从空气中由左侧垂直AB边射入棱镜，经AC边反射后进入半球形玻璃砖，反射光线关于轴线O′O对称，最后会聚于玻璃砖另一侧探测点P。半球形玻璃砖的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑光的多次反射。 (1)要使光线不能从三棱镜的AC边射出，求三棱镜折射率的最小值； (2)求激光从开始进入半球形玻璃砖到会聚到P点的时间。 易错剖析・避坑攻略——易错归纳 【易混易错01】干涉和衍射中几种光现象的判断 (1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。 ②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、离中央最远的是红光如图所示，这是光在衍射时的色散。 (2)圆孔衍射：①单色光的衍射图样如图所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距的同心圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。 ②白光的衍射图样，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 (3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当的距离上，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。 （4）双缝干涉：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。单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。 补充：单缝衍射和圆孔衍射的对比 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 补充：单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 单缝衍射 双缝干涉 不同点 图样特点 图样 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹中心间距 两相邻亮条纹中心间距不等 两相邻亮条纹中心间距相等 亮度情况 中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗 条纹清晰，亮度基本相等 发生条件 产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝的尺寸与光的波长差不多或比光的波长更小 两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹，从本质上看都属于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的 【跟踪训练】（2026·安徽合肥·模拟预测）在空气中，用红色光和紫色光分别在相同的装置上，进行双缝干涉实验和单缝衍射实验，得到如下图像。下列说法正确的是（     ） A．图甲是红光的双缝干涉图像 B．图乙是红光的单缝衍射图像 C．将单缝衍射装置浸入水中进行实验，红光的衍射条纹间距保持不变 D．丙图中对应光子的动量比丁图中对应光子的动量更大 【易混易错02】三种光学模型的光路特点 平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点： 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 结构 特点 通过平行玻璃砖后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，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光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 【跟踪训练】（2026·甘肃张掖·一模）如图所示，两细束不同颜色的平行光a、b射向厚度为d的矩形玻璃砖（置于空气中）的下表面且平行光与下表面的夹角为，设玻璃砖足够长，发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出。已知玻璃砖对a的折射率为，玻璃砖对b的折射率为，则（    ） A．平行光a、b在玻璃砖下表面射入点间的距离是 B．平行光a、b在玻璃砖下表面射入点间的距离是 C．玻璃砖的上表面只有一束光线射出，说明a光在上表面发生了全反射 D．玻璃砖的上表面只有一束光线射出，说明b光在上表面发生了全反射 技法提炼・审题点拨——技巧总结 【技法点拨01】几何光学中的范围和临界问题 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。 【跟踪训练】（2026·河南开封·模拟预测）（多选）如图所示，足够大的水池水面下方水平放置一直径为的圆环形细灯带光源，灯带到水面的距离可调节。光源从离水面较近的位置平行水面缓慢向下移动，刚开始发现水面发光区域形状不变，只是面积在扩大，当光源距离水面的深度为时，发光区域形状刚好发生变化；然后保持不变，通过控制光源，使其只有一半长度即一个半圆形线状光源发光，此时水面上的发光区域面积为。已知水的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．时，水面发光区域形状为环形 B．时，水面发光区域形状为环形 C． D． 【技法点拨02】七种色光的物理量比较分析 可见光中各种色光特征比较 单色光的颜色 红→橙→黄→绿→青→蓝→紫 频率（决定光的颜色） 低→高 真空（空气）中的波速 c＝3×108 m/s 真空（空气）中的波长 长→短 同一介质中的折射率n 小→大 同一介质中的光速v＝ 大→小 同一介质中的波长 长→短 同一介质中的全反射临界角C＝arcsin 大→小 【跟踪训练】（2026·广东深圳·一模）如下图所示，一束由红、蓝色光组成的复合光，以入射角θ从侧面射入均匀透明的长方体玻璃砖，在玻璃内色散成a、b两束，在玻璃砖上表面刚好没有光线射出。已知红光的折射率小于蓝光的折射率，则（　　） A．b为红色光束 B．全反射临界角 C．玻璃对红光的折射率 D．若缓慢增大θ，蓝光先从上表面射出 $