北京高考物理|光学复习要点与真题精析

一、先看清这一章在卷子里的位置

北京卷对光学的考查有三类：一是现象辨析选择题，给出四个生活现象要求选出属于某一类光学现象的；二是折射定律与全反射的计算，常结合玻璃砖、平行玻璃板、光导纤维；三是光的本性，考查干涉条件、衍射条纹、偏振说明光是横波。这一章分值不大但极好拿，二轮复习中应确保满分。

二、折射定律与折射率

折射定律的内容：折射光线、入射光线与法线在同一平面内，折射光线与入射光线分居法线两侧；入射角正弦与折射角正弦之比为常数。

折射率有两个定义式：一是 n = sin i/sin r（i 为真空或空气中的入射角，r 为介质中的折射角）；二是 n = c/v，即光在真空中的速度与在该介质中的速度之比。

由此得到几条常用结论：折射率越大，光在该介质中的速度越小、波长越短，而频率始终不变；光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，折射光线向法线靠拢。

色散是这一块的延伸：同一介质对不同颜色的光折射率不同，紫光折射率大、偏折大，红光折射率小、偏折小。这就是棱镜能把白光分成七色光谱的原因。

三、全反射：两个条件

发生全反射必须同时满足两个条件：一是光从光密介质射向光疏介质；二是入射角大于或等于临界角。

临界角由 sin C = 1/n 给出。折射率越大，临界角越小，越容易发生全反射。

两个典型应用：光导纤维利用光在内芯与外套界面上的全反射传输信息；水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水射向气泡内的空气时在界面上发生了全反射。

四、干涉与衍射：一张辨析表

双缝干涉的条纹间距公式 Δx = Lλ/d，波长越长、双缝间距越小、缝到屏距离越大，条纹间距越大。这是唯一需要定量计算的干涉公式。

薄膜干涉的应用极多：肥皂膜彩色条纹是前后表面反射光干涉的结果；增透膜利用薄膜干涉使反射光相消；检查平面平整度用等厚干涉条纹。这些都属于同一原理。

五、光的偏振与本性

偏振现象说明光是横波，这是唯一的判据。干涉与衍射说明光具有波动性，而偏振进一步说明这种波是横波；光电效应与康普顿效应说明光具有粒子性。光具有波粒二象性。

自然光通过偏振片后成为偏振光，强度减半；再遇到第二个偏振片，透射光强度随两偏振片透振方向的夹角变化，垂直时为零。

六、真题精析

【2025年北京卷第2题】下列现象属于光的衍射的是：A. 雨后天空出现彩虹；B. 通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹；C. 肥皂膜在日光照射下呈现彩色；D. 水中的气泡看上去特别明亮。

解析：选 B。雨后天空的彩虹是太阳光在水珠中发生折射与色散形成的，属于光的色散现象，A 错误。通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光绕过狭缝边缘传播到几何阴影区形成的，属于单缝衍射，B 正确。肥皂膜呈现彩色是膜的前后两个表面反射的光发生干涉的结果，属于薄膜干涉，C 错误。水中气泡特别明亮是光从水射向气泡内的空气时在界面上发生了全反射，属于全反射现象，D 错误。

这道题是北京卷光学选择题的标准样式：四个选项分别对应四类不同的光学现象，考的是现象与原理的对应。复习方法很直接——把四类现象各记住两个典型例子，形成条件反射：看到肥皂膜、油膜想到薄膜干涉；看到狭缝、小孔、泊松亮斑想到衍射；看到彩虹、棱镜想到色散；看到气泡明亮、光导纤维想到全反射。

【2025年北京卷】“姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船。”除了夜深人静的原因，从波传播的角度分析，特定的空气温度分布也可能使声波传播清明致远。声波传播规律与光波在介质中传播规律类似。类比光线，用“声线”来描述声波的传播路径。地面上方一定高度 S 处有一个声源，发出的声波在空气中向周围传播，声线示意如图（不考虑地面的反射）。已知气温越高的地方，声波传播速度越大。下列说法正确的是：A. 从 M 点到 N 点声波波长变长；B. S 点气温低于地面；C. 忽略传播过程中空气对声波的吸收，则从 M 点到 N 点声音不减弱；D. 若将同一声源移至 N 点，发出的声波传播到 S 点一定沿图中声线 NMS。

解析：选 D。声线向地面传播的过程中越来越靠近法线，说明越靠近地面声波的“折射率”越大，由 n = c/v 类比可知声速越小，而气温越高声速越大，所以越靠近地面气温越低，S 点气温高于地面，B 错误。从 M 到 N 靠近地面，声速减小，而波的频率由声源决定、始终不变，由 v = λf 知波长变短，A 错误。声音在传播过程中向四周发散，即使不考虑介质吸收，强度也会因能量分散而减弱，C 错误。由光路可逆性，若将声源移至 N 点，声波传播到 S 点必沿原路径 NMS，D 正确。

这道题是北京卷类比类命题的又一代表作，把声波与光波放在一起考。它提醒我们：波在不同介质中传播时，频率不变是铁律，变的是波速与波长。抓住这一条，A 项立刻可判。

【2023年北京卷】阳光下的肥皂膜呈现彩色条纹，这种现象属于光的：A. 偏振现象；B. 衍射现象；C. 干涉现象；D. 全反射现象。

解析：选 C。肥皂膜在阳光照射下呈现彩色条纹，是光在薄膜前后两个表面反射后相遇叠加的结果，属于薄膜干涉。这类题与 2025 年那道衍射题属于同一考法，只是问法相反——一个是给现象选原理，一个是给原理选现象。两年连续考查，说明北京卷对光学现象辨析的重视程度。

补充两道同源真题的结论：2024 年北京卷测玻璃折射率的实验中，由折射定律 sin i = n·sin r 得 n = sin i/sin r；2022 年北京卷考查「能说明光是横波的现象」，答案是光的偏振现象。这两条都属于必须记住的结论。

七、几何光学的两个计算模型

处理几何光学计算题的固定动作：画出光路图、标出入射角与折射角（注意都是与法线的夹角）、由几何关系求出角度、代入折射定律。图不画准，后面全错。

八、易错清单

给高三同学的复习建议

这一章的复习建议抓三件事：第一，把四类光学现象各记两个典型例子，形成现象到原理的条件反射；第二，把折射率的两个定义式与全反射的两个条件背熟，几何光学计算题一律先画光路图；第三，把 2025 年北京卷这两道题（衍射辨析与声线类比）各做一遍，体会北京卷在物理观念迁移上的命题风格。这一章投入时间不多，但分值几乎可以全拿。