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第 13 讲 光学 电磁波
命题规律 1.命题角度：(1)光的折射与全反射；(2)光的干涉和衍射；(3)电磁波；(4)几何光
学与物理光学的综合分析.2.常用方法：几何分析法，光路可逆.3.常考题型：选择题、计算题．
考点一 光的折射与全反射
1．常用的三个公式
＝n，n＝，sin C＝.
2．折射率的理解
(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关．
(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质．
(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小．
3．求解光的折射和全反射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线．
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系．
(3)利用折射定律等公式求解．
(4)注意折射现象中光路的可逆性．
例1 (多选)(2022·湖北省八市二模)一种“光开关”的“核心区”如图中虚线框区域所示，
其中1、2是两个完全相同的、截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚线框平行，两斜
面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能．单色光a从1
的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折
射率为2，下列说法正确的是( )
A．若不充入介质，则能实现“关”功能
B．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，则有可能实现“开”功能
C．若充入的介质相对棱镜是光密介质，则有可能实现“关”功能
D．单色光a通过“光开关”后传播方向一定改变
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例2 (2022·山东卷·7)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的
圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角45°，AC中点为B.a、b两种频率的细激光
束，垂直AB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PM面全反射后，从OM面出射的光是(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
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例3 (2022·广东卷·16(2))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45°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.
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考点二 光的波动性 电磁波
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)；
光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑．
2．光的双缝干涉和单缝衍射的比较
双缝干涉 单缝衍射
障碍物或狭缝的尺寸足够小
发生条件 两束光频率相同、相位差恒定
(明显衍射现象)
条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
图样
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
不同点
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
干涉、衍射都是波特有的现象；
与光的偏振的区别
光的偏振现象说明光是横波
3.电磁振荡和电磁波
(1)电磁振荡：T＝2π，电流为0时电场能最大，电流最大时磁场能最大．
(2)麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场．
(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时速度与介质材料和电磁波频率有关．
(4)电磁波谱：按照电磁波的频率或波长的大小顺序把它们排列成谱叫作电磁波谱．按波长
由长到短排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线．
例4 (多选)(2022·广东省模拟)以下说法正确的是( )
A．振荡的电场在周围空间产生的磁场也是振荡的
B．电磁波和声波在介质中的传播速度都是由介质决定的，与频率无关
C．卫星用红外遥感技术拍摄云图照片，因为红外线衍射能力较强
D．波长越短的电磁波，反射性能越弱
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例5 (2021·山东卷·7)用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图所示明暗相间的干
涉条纹．下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的变化图像，可能正确的是( )
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例6 (2022·山东泰安市期末)如图实验装置，单色线光源S垂直纸面水平放置，平面镜水平
放置在桌面上．单色线光源S发出的光有一部分直接入射到竖直放置的光屏上，一部分通过
平面镜反射后再入射到光屏上，光屏上会出现明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
A．光屏上的条纹与水平面垂直，是光的干涉现象
B．光屏上的条纹与水平面平行，是光的衍射现象
C．将光屏沿水平方向远离线光源S，相邻亮条纹间距增大
D．将线光源S沿竖直方向靠近平面镜，相邻亮条纹间距减小
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考点三 几何光学与物理光学的综合应用
1．含有多种颜色的光从一种介质进入另一种介质，由于介质对不同色光的折射率不同，各
种色光的偏折程度不同．
2．各种色光的比较颜色 红橙黄绿蓝靛紫
频率f 低→高
同一介质中的折射率 小→大
同一介质中速度 大→小
波长 大→小
临界角 大→小
通过棱镜的偏折角 小→大
例7 (多选)(2022·山西晋中市榆次区一模)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，
书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”．如图是彩虹成因的简化示
意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，
a、b是两种不同频率的单色光．下列说法正确的是( )
A．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹
B．水滴对a光的临界角小于对b光的临界角
C．在水滴中，a光的波长大于b光的波长
D．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小
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1．(多选)(2022·甘肃省第一次诊断)用同一双缝干涉实验装置分别做甲、乙两种光的双缝干
涉实验，获得的双缝干涉条纹如图甲、乙所示．下列说法正确的是( )
A．甲光在水中的传播速度大于乙光在水中的传播速度
B．在同一种介质中，甲光的折射率小于乙光的折射率
C．从同种介质射向空气，且发生全反射时，甲光的临界角小于乙光的临界角
D．遇到同一障碍物，甲光比乙光更容易发生明显的衍射现象
2．(2022·浙江精诚联盟联考)如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元
件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在B处有一点光源，该材料对该光的折射率n＝，只考虑首次从圆弧AC全反射与折射的光线．则下列
说法中正确的是( )
A．从D点观察，圆弧AC被照亮的弧长有
B．AD边和CD边有一部分接收不到点光源经圆弧AC折射的光线
C．点光源经圆弧AC全反射射到AB边，这部分长度为
D．从D点观察，看到B处点光源的像比实际位置更远离AC面
3．(2022·安徽省二模)如图(a)所示电视机遥控器中有一个用透明介质封装的发光二极管，它
发出红外光来控制电视机的各种功能．一兴趣小组找来一个用此种材料制成的半圆柱体，利
用插针法测定该透明介质的折射率．实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个
大头针确定出射光路．P和Q分别是入射点和出射点，且AB⊥MN，如图(b)所示．测得半
圆柱体的半径R＝5 cm，OP＝1 cm，DQ＝4 cm，D到法线OQ的距离DG＝2 cm.已知光速c
＝3.0×108 m/s.
(1)求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度大小；
(2)实际测得封装二极管的半球直径d＝5 mm，发光二极管的发光面是以EF为直径的发光圆
盘，其圆心位于半球的球心点O，如图(c)所示．为确保发光面发出的红外光第一次到达半
球面时都不发生全反射，发光二极管的发光面半径r最大应为多大？
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