文档内容
第十六章 光学
近5年考情分析
考题统计
等级
考点要求 2022 2021 2020 2019 2018
要求
2022·重庆卷
·T16
2022·海南卷 2021·北京
·T3 卷·T2 2019·全国 2018·海南卷
2022·江苏卷 2021·海南 ** 错误的表 ·T16
·T12 卷·T6 2020·山东 达式 **卷 2018·江苏卷
2022·辽宁卷 2021·湖北 卷·T9 ·T34 ·T16
光的反射和 ·T5 卷·T5 2020·浙江1 2019·全国 2018·全国**
Ⅱ
折射 2022·山东卷 2021·江苏 月卷·T12 ** 错误的表 错误的表达式
·T7 卷·T7 2020·浙江7 达式 **卷 **卷·T34
2022·浙江6月 2021·辽宁 月卷·T13 ·T34 2018·全国**
卷·T8 卷·T4 2019·海南 错误的表达式
2022·浙江1月 2021·浙江省6 卷·T18 **卷·T34
卷·T11 月卷·T12
2022·全国乙
卷·T34（2）
2022·北京卷
·T2 2020·海南
2022·上海卷 2021·浙江省6 卷·T5
光的干涉衍 ·T3 月卷·T1 2020·山东 2019·北京 2018·北京卷
Ⅱ
射和偏振 2022·山东卷 2021· 山 东 卷·T3 卷·T14 ·T15
·T10 卷·T7 2020·浙江1
2022·浙江1月 月卷·T1
卷·T16
实验十五：
2019·天津
测定玻璃砖
卷·T23
的折射率
2022·海南卷 2019·全国
实验十六：
·T14 2021·浙江省6 ** 错误的表
用双缝干涉
2022·浙江6月 月卷·T18 达式 **卷
测光的波长
卷·T4 ·T34
物理观念：1.理解折射率、光的折射和全反射；2.掌握光的折射和全反射的应用方法；3.进一
步增强物质观念，认识光的物质性和波动性．
科学思维：1.通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力；2.利
核心素养 用光的折射和全反射规律求解问题．
科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的特性，认识波动性．
科学态度与责任：应用本专题知识解决生活中由光带来的折射问题，形成探索自然的内在动
力．命题分析：光的折射定律、折射率、全反射现象的考查常以计算题形式出现，是命题热点、常
考点；光的干涉、衍射和相对论基本假设则常以选择题形式出现．
命题规律 趋势分析：预计以后高考对本专题的考查仍然以光的折射、全反射等光的传播规律作为主要命
题方向，但对于光的干涉、衍射、偏振等内容的重要结论也需识记．
该部分内容主要以几何光学为主，以光的折射现象、全反射现象为主要命题点，需要理解光的
干涉、衍射、偏振等；对于本部分的实验，要注意对其原理、器材、步骤、数据处理方法、误
备考策略 差分析等的理解。
常见题型有：①光的折射和全反射；②光的干涉和衍射；③光学与数学知识的综合应用；④电
磁场理论与电磁波的性质；⑤电磁振荡与电磁波谱；⑥对相对论的初步认识。
【网络构建】
专题 16.3 测定玻璃砖的折射率
1.实验原理
如图所示，当光线AO以一定的入射角θ 穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应
1
的出射光线O′B，从而画出折射光线OO′，求出折射角θ，再根据n＝或n＝计算出玻璃的折射率。
2
2.实验器材
木板、白纸、玻璃砖、大头针、图钉、量角器、三角板、铅笔。3.实验步骤
(1)用图钉把白纸固定在木板上。
(2)在白纸上画一条直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O点的法线MM′。
(3)画出线段AO作为入射光线，并在AO上插上P、P 两根大头针。
1 2
(4)在白纸上放上玻璃砖，使玻璃砖的一条长边与直线aa′对齐，并画出另一条长边的对齐线bb′。
(5)眼睛在bb′的一侧透过玻璃砖观察两个大头针并调整视线方向，使P 的像被P 的像挡住，然后在眼睛这
1 2
一侧插上大头针P，使P 挡住P、P 的像，再插上P，使P 挡住P 和P、P 的像。
3 3 1 2 4 4 3 1 2
(6)移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P 、P 的针孔位置确定出射光线O′B及出射点O′，连接O、O′得线
3 4
段OO′。
(7)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。
1 2 1 2
(8)改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的，并取平均值。
4.数据处理
(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 。算出不同入射角时的，
1 2 1 2
并取平均值。
(2)作sin θ －sin θ 图像：改变不同的入射角θ ，测出不同的折射角θ ，作sin θ －sin θ 的图像，由n＝可
1 2 1 2 1 2
知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。
(3)“单位圆”法确定sin θ、sin θ，计算折射率n。
1 2
以入射点O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3所示，sin θ ＝，sin θ ＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝。只
1 2
要用刻度尺量出EH、E′H′的长度就可以求出n。
一、单选题1．（2022·北京顺义·高二期末）如图所示，在“测量玻璃的折射率”实验中，下列说法正确的是（ ）
A．为了提高实验的准确度，必须选用两光学表面平行的玻璃砖
B．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部
C．大头针与 与 ， 与 的间距适当远一些，可以减小实验误差
D．在白纸上放好玻璃砖后，首先要用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界
【答案】C
【解析】A．光学表面是否平行不影响该实验的准确度，A错误；
B．判断像与针是否在同一直线时，应观察大头针的整个部分，不能只观察大头针的头部，B错误；
C．大头针与 与 ， 与 的间距适当远一些，可以减小实验误差，C正确；
D．为了防止弄脏玻璃砖，不能用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界，D错误。
故选C。
2．（2022·北京朝阳·高二期末）在测量玻璃的折射率的实验中，某同学利用插针法得到的图像如图所示。
关于此实验的操作和误差分析，下列说法正确的是（ ）
A．选择 两面间距较大的玻璃砖可以减小实验误差
B．实验中入射角 过大可能导致图中光线发生全反射
C．减小C、D两大头针的距离，可以减小实验误差
D．若换用 两面不平行的玻璃砖，实验误差会增大
【答案】A
【解析】A．选择 两面间距较大的玻璃砖可以减小测量误差，从而减小实验误差，故A正确；
B．光线在a面的折射角等于在a′面的入射角，则实验中入射角 过大也不可能导致图中光线发生全反射，故B错误；
C．减小C、D两大头针的距离，会增大测量误差，从而增大实验误差，故C错误；
D．根据该实验原理可知，若玻璃砖两面不平行，只会导致入射光线和出射光线不平行，入射角和出射角
大小不会变化，因此测得的折射率不变，故D错误。
故选A。
二、填空题
3．（2022·浙江绍兴·二模）小周在“测定玻璃折射率”的实验中，使用了以下器材：直径为7.00厘米的半
圆形玻璃砖、红色激光、平木板、图钉（若干）、白纸、铅笔、三角尺，当激光沿某一半径方向照射到圆
心O点时恰好发生全反射。他作出的光路图如图所示，则玻璃砖的折射率为 ________ （保留三位有效数
字）。将入射光线向右平移一小段距离， ___________ （填“有”或“没有”）光线从玻璃砖底面射出。
【答案】 1.52 有
【解析】[1]激光恰能在O点全反射，则
其中的
解得
n=1.52
[2]将入射光线向右平移一小段距离，则光线射到上底面时的入射角减小，则光线将不能发生全发射从而从
底面射出。
4．（2022·广东梅州·模拟预测）如图1所示，是利用插针法测定玻璃砖折射率的实验得到的光路图，玻璃
砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则：（1）以入射点O为圆心，以R=5cm长度为半径画圆，与入射线PO交于M点，与折射线的延长线OQ交
于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN=1.68cm，FE=1.12cm，则该玻璃砖的折射率
n=________；
（2）若玻璃砖AB面与CD平行，但某同学操作时将界线aa'、bb'画好后误用另一块宽度稍窄的玻璃砖如
图2所示，实验中除用原界线外，其他操作都正确，则测得玻璃的折射率将________
A．偏大 B．偏小 C．不影响结果 D．不能确定
【答案】 1.5 B
【解析】（1）[1]由几何知识得，入射角的正弦
折射角的正弦
则得折射率
（2）[2]如图所示，实线是实际光线，虚线是该同学所作的光线，可见，该同学利用插针法确定入射光线、
折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小。
三、实验题
5．（2022·北京八十中三模）在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验小组在白纸上放好玻璃砖MNPQ，
画出玻璃砖与空气的两个界面aa'和bb'（如图）。
（1）实验小组内的三位学生在实验中
①第一位学生在纸上正确画出了玻璃砖的两个折射面aa′和bb′。因不慎碰动了玻璃砖，使它向aa′方向平移
了一点（如图1所示），以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折
射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；②第二位学生为了避免笔尖触划玻璃砖的折射面，画出的aa′和bb′都比实际的折射面向外侧平移了一些
（如图2所示）以后的操作都正确无误，并仍以aa′和bb′为折射面画出了光路图，这样测出的折射率n的
值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
③第三位学生的操作和所画的光路图都正确无误，只是所用的玻璃砖的两个折射面不平行（如图3所示）。
用这块玻璃砖测出的折射率n的值将_____（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
（2）另一实验小组的甲、乙、丙、丁四位同学实验中得到如图所示的插针结果，由图可知
①从图上看，肯定把针插错了的同学是_____；
②从图上看，测量结果准确度最高的同学是_____。
【答案】 不变 偏小 不变 甲、乙 丁
【解析】（1）[1]同学1光路图，如图
由图可知
角度保持不变，所以n的值不变。
[2]同学2光路图，如图
由图可知其中 变大，则n变小，即测量值偏小。
[3]同学3光路图，如图
由于测量操作无误，所以测量值等于真实值，即不变。
（2）[4]根据结果画出的光路图如图所示
连线可以发现，甲的折射光线与入射光线处于法线的一侧，针插错了。乙同学的入射光线与折射光线在同
一直线上，肯定针也插错了。
[5]丁同学插针的位置距离较大，误差较小，所以测量结果准确度更高。
6．（2022·浙江杭州·二模）小明想测量一块平行玻璃砖的折射率。
①如图所示，该玻璃砖的A、B面光洁，C、D面粗糙，下列说法正确的是______（填字母）。
A．如果A面被磨损会直接影响到折射率的测量
B．B面不宜直接用手去触碰
C．C面不宜直接用手去触碰
D．D面边缘有缺损不会影响到折射率的测量
②经过一系列正确的操作（如图），作图得到如图所示的图样，并测得 mm，
mm， mm，则该玻璃砖的折射率为______（结果保留3位有效数字）。【答案】 BD##DB 1.56
【解析】①[1]A．玻璃上下表面不平行也能测出折射率，所以如果A面被磨损不会直接影响到折射率的测
量，故A错误；
BC．手拿玻璃砖时，手只能接触玻璃砖的粗糙面或棱，不能触摸光洁的光学面，故B正确，C错误；
D．D面边缘有缺损不会影响到折射率的测量，故D正确；
②[2]根据折射定律得
由几何关系得
联立可得
7．（2022·浙江温州·二模）在“测定玻璃的折射率”实验时:
（1）下列做法正确的是______；
A．入射角越大，误差越小
B．画出玻璃砖边界面后，实验过程中玻璃砖就可以任意移动了
C．插大头针时，要尽量让针处于竖直状态且间距适当远一些
D．所用玻璃砖必须是平行玻璃砖，用其他形状的玻璃砖无法测得其折射率
（2）某学生在插第三枚大头针 时，在视线中看到 、 两枚大头针“断”成了a、b、c、d四截，如图
所示。正确的做法是让 同时挡住______。A．a、b B．c、d C．a、c D．b、d
【答案】 C B
【解析】（1）A．入射角不宜太大也不宜太小，入射角过大，会使折射光线亮度变暗，入射角太小则入射
角、折射角的相对误差较大，A错误；
B．实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变，B错误；
C．插大头针时，让针处于竖直状态且间距适当远一些有助于减小误差，C正确；
D．除了平行玻璃砖其他形状的玻璃砖也能测出折射率，D错误；
故选C。
（2）在本实验中 应挡住 、 透过玻璃砖的像而不是 、 ，图中a、b为 、 ，c、d为 、 透过
玻璃砖的像，即应让 同时挡住c、d，故选B。
8．（2022·浙江·丽水第二高级中学高三阶段练习）（1）在探究“加速度与力、质量的关系”实验中：
①需要用到的方法是___________。
②实验过程中，为了平衡小车运动中受到的阻力。在不挂砝码盘的情况下，应该采用下面所述的
___________方法（选填“A”“B”或“C”）。
A．逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动
B．逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止
C．逐步调节木板的倾斜程度，使夹在小车后面的纸带上所打的点间隔均匀
③正确指出“探究求合力的方法”实验操作有误之处的是___________
A． 图中弹簧测力计与绳套的固定方式有误B． 铅笔触碰到绳子，改变了力的方向
C． 读数、画图中存在误差，图中合力与分力构成的四边形不严格的平行四边形
（2）某同学在“测定玻璃的折射率”实验中，将入射光线由AC面射入，然后在BD外侧看到了 的
像，于是按原方法定了两枚大头针 ，根据你所学知识补全光路图。( )
【答案】 控制变量法 C AB##BA
【解析】（1）[1]在探究“加速度与力、质量的关系”实验中，需要用到的实验方法是控制变量法。
[2]实验过程中，为了平衡小车运动中受到的阻力。在不挂砝码盘的情况下，逐步调节木板的倾斜程度，使
夹在小车后面的纸带上所打的点间隔均匀，从而确定小车在木板上做匀速直线运动，故选C。
[3]A．图中绳套应挂在弹簧测力计挂钩上，而不是直接拴接在弹簧测力计上，即固定方式有误，故A符合
题意；B．在记录力的方向时，铅笔头不应与绳子触碰，否则会改变力的方向，增大误差，故B符合题意；
C．根据图中所标力的大小可知造成图中合力与分力构成的四边形不严格的平行的原因是没有采用比例尺
画力的图示，而不是因为读数和画图存在误差，故C不符合题意。
故选AB。
（2）[4]由题意可知光线在AB面发生了全反射，连结P、P 交AC于E，作出E关于AC面的对称点E′，
1 2
连结PP 交BD于F，最后连结E′F，如图所示。
3 4
9．（2022·北京·牛栏山一中高三开学考试）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）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。
请你在图丙中画出规范的完整的光路图______（不考虑光的反射）；标出入射角i和折射角r了，写出该
玻璃砖的折射率的表达式n=_______。（用题中字母i和 ）；（3）为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，
如图乙所示，图中P 和P 是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P 和
1 2 3
_______（填“A”或“B”）。
【答案】 AD A
【解析】(1)[1] A．为了作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，故A正确；
B．根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果
不产生影响，故B错误；
C．为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察
误差，使光线实际并不平行，故C错误；
D．插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，故
D正确。
故选AD；
(2)[2]根据作出的玻璃砖界面与插好的大头针作出光路图如图所示
[3]该玻璃砖的折射率的表达式(3)[4]光线经由PP 射入后光路图如图
1 2
第一次折射时入射角大于折射角，第二次折射在玻璃砖内向空气中折射，折射角要大于入射角，出射光线
要远离法线，由图可知经由PA的出射光线符合事实，而经由PB的出射光线靠近法线不符合事实。故对
3 3
应的出射光线上的2枚大头针是P 和A。
3
故选A。
10．（2022·浙江·温州市英才学校模拟预测）某实验小组做“用插针法测定玻璃折射率”的实验。
(1)在白纸上放好平行玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上
两枚大头针P 和P，用“ ”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P 和
1 2 3
P，在插P 时，应使P______，在插P 时，应使P______；
4 3 3 4 4
(2)该小组完成了四次实验，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______；
A． B． C． D．
(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=______（图中线段的字母表示）。【答案】 挡住P、P 的像 挡住P 以及P、P 的像 D
1 2 3 1 2
【解析】(1)[1][2]在插P 时，应使P 挡住P、P 的像，在插P 时，应使P 挡住P 以及P、P 的像；
3 3 1 2 4 4 3 1 2
(2)[3]光线经过玻璃砖后出射光线和入射光线是平行的，且错开一定的距离，即图像D正确。
(3) [4]玻璃的折射率
11．（2022·北京海淀·模拟预测）如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺
在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面 aa′和 bb′，O 为直线
MO 与 aa′的交点，在直线 MO 上竖直地插上 P、P 两枚大头针。
1 2
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有___；
A．插上大头针 P，使 P 仅挡住 P 的像
3 3 2
B．插上大头针 P，使 P 挡住 P 的像和 P 的像
3 3 1 2
C．插上大头针 P，使 P 仅挡住 P
4 4 3
D．插上大头针 P，使 P 挡住 P 和 P、P 的像
4 4 3 1 2
(2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针 P 应在图甲中的位置___（填“A”、“B”或
4
“C”）；
(3)请在图甲中画出光从空气入射到玻璃的入射角 θ 和折射角 θ____，并写出计算玻璃折射率n的表达式
1 2
n=____；
(4)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面 aa′和 bb′的间距画得过宽，若其他操作正确，则折射率的
测量值____准确值（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【答案】 BD B 小于
【解析】(1)[1]应该使P 挡住P 和P 的像，P 挡住P 和P、P 的像，只有这样P、P、P、P 才是一条光
3 1 2 4 3 1 2 1 2 3 4
线，因此BD正确，AC错误。
故选BD。
(2)[2]由于 和 两个边界平行，因此出射光线与入射光线也应平行，因此P 的位置在B点。
4
(3)[3]出射光线和折射光线及入射角 θ 和折射角 θ，如图所示
1 2
[4]光从光疏介质到光密介质时，折射率表达式
(4)[5]由下图可知，当aa′和 bb′的间距画得过宽时，使折射角 变大，因此折射率变小。
12．（2022·重庆市育才中学高二期中）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，量角器，圆规，笔，图钉，白纸。（1）某同学用图钉将白纸按在绘图板上，如图甲所示，先在白纸上画出一条直线aa'作为界面，过aa'上的
一点O画出界面的法线NN'，并画一条线段AO作为入射光线。把平行玻璃砖平放在白纸上，使它的长边
与aa'对齐，画出玻璃砖的另一条长边bb'。下列实验操作步骤的正确顺序是___________。
①在线段AO上竖直地插上两枚大头针P、P，透过玻璃砖观察大头针P、 的像，调整视线的方向，直
1 2 1
到P 的像被P 挡住。
1 2
②移去玻璃砖，连接 、P 并延长交bb'于O'，连接OO'即为折射光线，入射角 ，折射角
4
=∠O'ON'。
③在观察的这一侧依次插两枚大头针P、P，使 挡住P、 的像，P 挡住P、 的像及P，记下P、
3 4 1 4 1 3 3
P 的位置。
4
④改变入射角 ，重复实验，记录相关测量数据。
⑤用量角器测出入射角和折射角。
（2）如图乙所示，一同学在纸上画玻璃砖的两个界面aa'和bb'时，不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻
璃砖宽度大些，则测得的折射率___________。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】 ①③②⑤④ 偏小
【解析】（1）［1］根据测定玻璃的折射率实验的步骤，步骤排序应该为①③②⑤④
（2）［2］根据折射率的定义
宽度增加后，如图不变 增大 可知测得的n偏小。
