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2023高考二轮复习二十五专题
专题十二、光学
第一部分 织网点睛，纲举目张
1．折射率
(1)光从真空射入某种介质，入射角的正弦与折射角的正弦之比叫作介质的折射率，公
式为n＝。
(2)实验和研究证明，某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质
中的传播速度v之比，即n＝。
2．临界角
折射角等于90°时的入射角，称为临界角。当光从折射率为n的某种介质射向真空(空
气)时发生全反射的临界角为C，则sin C＝。
3．全反射的条件
(1)光从光密介质射向光疏介质。
(2)入射角大于或等于临界角。
三、光的波动性、电磁波与相对论
1．建构知识体系
2．突破两类问题
(1)光的色散问题
①在同一介质中，不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。
②由n＝，n＝可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越小。
(2)光的衍射和干涉问题
①光的衍射是无条件的，但发生明显的衍射现象是有条件的。
②两列光波发生稳定干涉现象时，光的频率相等，相位差恒定，条纹间距Δx＝λ。第二部分 实战训练，高考真题演练
1．（2022高考北京卷）下列现象能说明光是横波的是（ ）
A．光的衍射现象 B．光的折射现象
C．光的偏振现象 D．光的干涉现象
2．（2022新高考海南卷）如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径
与球的半径之比为13׃..。当细光束以30°的入射角射入球中。其折射光线刚好与内壁相切，
则该透明材料的折射率为
A. B . 1.5 C. D. 2
3. （2022高考湖北物理）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水
面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的
高度为 d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方
向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与
水平方向的夹角也为θ。
已知水的折射率 ，求:
（1）tanθ的值；
（2）B位置到水面的距离H。4. （2022山东物理）柱状光学器件横截面如图所示， 右侧是以O为圆心、半径为R的
圆，左则是直角梯形， 长为R， 与 夹角 ， 中点为B。a、b两种频
率的细激光束，垂直 面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光
的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在 面全反射后，从 面射出的光
是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A. 仅有a光 B. 仅有b光
C. a、b光都可以 D. a、b光都不可以
5．（2022年6月浙江选考）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
第8题图
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”
6.（2022·全国理综甲卷·34（2））（10分）如图，边长为a的正方形 为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自 M点射入棱镜，入射角为
60°，经折射后在 边的N点恰好发生全反射，反射光线从 边的P点射出棱镜。求棱
镜的折射率以及P、C两点之间的距离。
7（2022·高考广东物理）（6分）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体
上方是空气，其截面如图16所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它
所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成 角时，恰好观察不到从液体表
面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体
中的传播速度v。
8.（2022·全国理综乙卷·34）（2）. 一细束单色光在三棱镜 的侧面 上以大角度由
D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至 边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，且
。求棱镜的折射率。
9. （2022年1月浙江选考）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、
b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向
转过小角度 时，b、c、d也会随之转动，则（ ）
A. 光束b顺时针旋转角度小于
B. 光束c逆时针旋转角度小于
C. 光束d顺时针旋转角度大于
D. 光速b、c之间的夹角减小了
10. . （2022高考辽宁物理）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021
年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了
一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行
光照射这一水球。下列说法正确的是（ ）A. 此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B. 此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C. 若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射
D. 若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射
11（8分）（2022重庆高考）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半
球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分
别为 和 。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射
后的折射），若红灯到水面的最大距离为 ，
② 求蓝灯到水面的最大距离；
②两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？
12（2021重庆高考）如图所示，一直角棱镜ABC，∠A=90°，AC=1.。从AB边界面垂直
入射的甲、乙两种不同频率的单色光，在棱镜中传播速度分别为 kc和kc（0＜k＜k＜1，
1 2 1 2
c为真空中的光速），甲光第一次到达BC边恰好发生全反射。求：
①该棱镜分别对甲光和乙光的折射率；
②BC边的长度。13. （2022高考河北）如图，一个半径为R的玻璃球，O点为球心。球面内侧单色点光源
S发出的一束光在A点射出，出射光线AB与球直径SC平行，θ = 30°。光在真空中的传播
速度为c。求：
（i）玻璃的折射率；
（ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。
的
14. （2022新高考江苏卷）如图所示，两条距离为D 平行光线，以入射角θ从空气射入
平静水面，反射光线与折射光线垂直，求：
（1）水的折射率n；
（2）两条折射光线之间的距离d。15.(2019·天津高考)某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，
刻度尺，圆规，笔，白纸。
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________。
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞
如下图所示，其中实验操作正确的是________。
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，
以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于 A、B点，再
过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻
璃的折射率n＝________。(用图中线段的字母表示)
16 (2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源
使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题：
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________；
A．将单缝向双缝靠近
B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动
D．使用间距更小的双缝
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝ ________；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第
1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为______nm(结果
保留3位有效数字)。
第三部分 思路归纳，内化方法
1. 几何光学计算题往往是光的反射、折射、全反射(临界点)及几何图形关系的综合问
题。解决此类问题应注意以下四个方面：
(1)依据题目条件，正确分析可能的全反射及临界角。
(2)通过分析、计算确定光传播过程中可能的折射、反射，把握光的“多过程”现象。
(3)准确作出光路图。
(4)充分考虑三角形、圆的特点，运用几何图形中的角关系、三角函数、相似三角形、
全等三角形等，仔细分析光传播过程中产生的几何关系。
2. 机械波和光波、电磁波
(1)机械波和光波都能发生干涉、衍射、多普勒效应等现象，是波特有的现象。偏振现
象是横波的特有现象。要观察到稳定的干涉现象和明显的衍射现象需要一定的条件。
(2)光的干涉现象：薄膜干涉(油膜、空气膜、增透膜、牛顿环)。
(3)光的衍射现象：圆孔衍射、泊松亮斑。
(4)电磁波是横波，其传播不需要介质，不同频率的电磁波具有不同的特性，有不同的
用途。
(5)“尺缩”效应、“钟慢”效应和“同时”的相对性，只有在高速运动的情形下才会
明显显现。
3. 实验：测定玻璃的折射率
数据处理的三种方法
(1)计算法：用量角器测量入射角θ 和折射角θ ，并查出其正弦值sin θ 和sin θ 。算
1 2 1 2
出不同入射角时的，并取平均值。
(2)作sin θsin θ 图像：改变不同的入射角θ ，测出不同的折射角
1 2 1
θ ，作sin θsin θ 的图像，由n＝可知图像应是过原点的直线，如图所
2 1 2
示，其斜率为折射率。
(3)“单位圆”法确定sin θ 、sin θ ，计算折射率n。以入射点O
1 2
为圆心，以一定的长度 R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折
射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂
线E′H′，如图所示，sin θ ＝，sin θ ＝，OE＝OE′＝R，则n＝
1 2
＝。只要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
4. 实验：用双缝干涉测光的波长
（1）．如图所示，光源发出的光经过滤光片后变成单色光，再
经过单缝S时发生衍射，这时单缝S相当于一个单色光源，衍射光波同时到达双缝S 和S 之后，S、S 双缝相当于两个步调完全一致的单色相干光源，相邻两
1 2 1 2
条亮(暗)条纹间的距离Δx与入射光波长λ，双缝S、S 间距离d及双缝与屏的距离l有关，
1 2
其关系式为：Δx＝λ，因此，只要测出Δx、d、l即可测出波长λ。
（2）．两条相邻亮(暗)条纹间的距离Δx用测量头测出。测量头
由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示。
第四部分 最新模拟集萃，提升应试能力
1. （2023云南昆明云南师大附中质检）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图
所示的明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度 随坐标 的变化图像，可能正确
的是（ ）
A. B.
C. D.
2. （2023湖南三湘创新发展联考）某透明物体的横截面如图所示，其中ABC为等腰
直角三角形，直角边的长度为L，ADC为半圆，其圆心O在AC边的中点，此透明物体的
折射率 。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入透明物体，经过
BC边全反射后能照亮（即有光射出）半圆某区域。则半圆ADC上被照亮（即有光射出）
的圆弧长度为（ ）A. B. C. D.
3．（2023南京六校联考）如图所示，AOB是置于真空中截面为四分之一圆的玻璃砖，圆
的半径为R，一束单色光从OA的中点G垂直OA射入，在圆弧面上的D点发生反射和折射，
反射光线和折射光线分别照射到OB所在平面上的E点和F点，已知△EDF为直角三角形，
光在真空中的速度为c. 求：
(1)玻璃砖对光的折射率；
(2)光由G点传播到F点的时间．
4。（8分）（2022年9月河北示范性高中调研）内圆半径为r，外圆半径为 的透明介
质半球壳的截面图如图所示。现将点光源放在P处，P在圆心O点正上方内壳上，光射向
外壳经过折射后射出球壳，出射点距OP连线的最大距离为 。（不考虑光的反射，已
知光在真空的传播速度为c）。求：
①此透明介质的折射率；
②光线从P点第一次到外球壳传播的最长时间。5. （2023四川内江一中入学考试）如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚
线OO′表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束
平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后
的光线）。求：
（1）从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；
（2）距光轴 的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
6.（2023浙江舟山质检）夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由
大量均匀透明介质球组成的反光材料。如图所示，介质球的球心位于O点，半径为R。平
行于直径 的单色光沿 从空气射入介质球，在球内表面经一次反射后，再次折射
回空气中时出射光线恰好与 平行，已知 与 的距离为 ，下列说法正确的
是（ ）
A. 介质球的折射率为
B. 该单色光从空气射入球面不同位置，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时的出
射光线均与入射光平行C. 换不同的单色光线，沿 入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与
平行
D. 增大单色光的频率，入射光射入球体后，在球内表面可能发生全反射
7. （2023四川遂宁摸底）下列关于光的说法正确的是（ ）
A. 图甲中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的折射现象
B. 图乙中，激光切割主要利用了激光的能量高的特性
C. 图丙中，DNA双螺旋结构的发现利用了衍射图样
D. 图丁中，戴特制的眼镜观看立体电影，是利用了光的干涉现象
8. （2023浙江舟山质检）如图所示，下列说法正确的有（ ）
A. 如图甲，自然光由空气射向水面，反射光是偏振光
B. 如图乙，立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理相同
C. 拍摄图丙中玻璃橱窗中的物体，通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光D. 如图丁所示的衍射图样是由光照射一个不透光的圆盘得到的
9. （2023湖北新高考协作体高三起点考试）一束复色光由空气射入玻璃，在界面发生折射，
分为a、b两束单色光，折射光路图如图所示，现比较a、b两束单色光，下列说法正确的
是（ ）
A. 玻璃对a光的折射率更大
B. b光在玻璃中传播速度更大
C. 两束光从玻璃射向空气时，b光更容易发生全反射
D. 若a光照射某金属表面，恰能发生光电效应，则b光照射此金属，一定不能发生光电效
应
10. （2023湖北新高考协作体高三起点考试）某同学在“用双缝干涉测量光的波长”实验
中：
（1）双缝干涉实验装置如图所示：
下列说法中正确的是___________。
A．光源发出的光要经滤光片成为单色光，滤光片一般装在单缝前
B．实验中要注意使单缝与双缝相互平行，以便在光屏上观察到清晰干涉条纹
C．为了减小测量误差，最好测量相邻条纹间的中心距离D．如果把普通光源换成激光光源，则光具座上透镜、滤光片、单缝均可以撤去
（2）该同学以某种单色光做实验时，先将测量头的分划板中心刻度线与某亮纹中心对齐，
将该亮纹定为第一条亮纹，此时手轮上的刻度如图所示，读数为_______mm；转动手轮，
当分划板中心刻度线与第6条亮纹中心对齐时，读数是17.332mm，已知装置中双缝间距为
0.2mm，双缝到屏的距离是1.0m，则测得此单色光的波光为_______m（保留两位有效数
字）。
12. （2023陕西师大附中期初检测）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由
D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至 边的E点，如图所
示，逐渐减小i，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，且 ，单色光在三
棱镜中的折射率 ，求：
（1）当逐渐减小入射角i时，E点向AB上哪个点移动；
（2）恰好没有光线从 边射出棱镜时，入射角θ的正弦值。
（温馨提示：本题可能涉及到数学公式 ， ）
13. （2023四川成都蓉城名校联盟联考） 2021年12月9日，“天宫课堂” 第一课正式开
讲，某同学在观看太空水球光学实验后，想研究光在含有气泡的水球中的传播情况，于是
找到一块环形玻璃砖模拟光的传播，俯视图如图所示。已知玻璃砖的折射率为 ，外圆半
径为2R，光线a沿半径方向射入玻璃砖，光线b与光线a平行，两束光线之间的距离为x=
R，光线b经折射后恰好与内柱面相切；光在真空中的传播速度为c。求：
（1）该玻璃砖的内圆半径r；
（2）光线a、b在外圆界面内传播的时间差 t （不考虑光线反射）。
∆14（10分）（2023江西红色十校第一次联考）如图所示，AOB是截面为四分之一圆的玻璃
砖，圆的半径为R，一束单色光从OA的中点G垂直OA射入，在圆弧面上的D点发生反射
和折射，反射光线和折射光线分别照射到OB所在平面上的E点和F点，已知△EDF为直
角三角形。
（ⅰ）求玻璃砖对光的折射率；
（ⅱ）若将入射光从G点向上平移，则向上平移多大距离，光照射到圆弧面上刚好发生全
反射？
15. （2022年9月甘肃张掖一诊）如图所示，一半径为R的透明球体放在水平地面上，球
心为O，球与地面的接触点为B，在球体的顶点A有一点光源，点光源发出的光通过球体
后照亮地面上的部分区域．已知透明球体材料的折射率 ，真空中光速为c．
（1）求光从A点到B点的传播时间．
（2）若不考虑光在透明球体中的反射影响，求地面上被光照亮的区域的面积．
16.(10分) （2023江苏百校联考第一次考试）如图所示,这是一个半球形透明物体的剖视图,
现有垂直于左侧平面的平行单色光入射,不考虑光线在透明物体内部的二次反射因素。
√2
(1) 距O点距离小于 R的单色光均可从右侧半球面出射,求透明物体对该单色光的折射率;
2
(2)求距O点0.5R处的一根极细单色光束经半球体折射后,其出射光线与OA轴线的交点与O
√6-√2
点间的距离。(已知sin15°= )
417. （2023陕西师大附中期初检测）一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由
D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至 边的E点，如图所
示，逐渐减小i，当 时，恰好没有光线从 边射出棱镜，且 ，单色光在三
棱镜中的折射率 ，求：
（1）当逐渐减小入射角i时，E点向AB上哪个点移动；
（2）恰好没有光线从 边射出棱镜时，入射角θ的正弦值。
（温馨提示：本题可能涉及到数学公式 ， ）
