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第 14 讲 光学 电磁波
目标要求 1.能利用光的折射和全反射规律解决光的传播问题。2.理解光的干涉和衍射现象。3.会分析几
何光学与物理光学的综合问题。4.了解电磁振荡规律，知道电磁波谱。
考点一 光的折射与全反射
sin θ c 1
1
1.常用的三个公式： =n，n= ，sin C= 。
sin θ v n
2
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 (2022·河北卷·16(2))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：(1)玻璃的折射率；
(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。
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例2 (2024·山东卷·15)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱
镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光
线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率
均为1.5。
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中
未标出)到E点距离的范围。
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例3 (2023·全国乙卷·34(2))如图，一折射率为√2的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，
AB=AC=l，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，
若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。
考点二 光的干涉与衍射
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)。
2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。
3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较
双缝干涉
单缝衍射
发生条件
两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小(明显衍射现象)
图样
不同
点
条纹
宽度
条纹宽度相等
条纹宽度不等，中央最宽
条纹
间距
各相邻条纹间距相等
各相邻条纹间距不等
亮度
情况
清晰条纹，亮度基本相等
中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏
振的区别
干涉、衍射都是波特有的现象；
光的偏振现象说明光是横波
例4 (多选)(2024·广西卷·9)如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过平面
镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相干光源。
设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为a和l，a l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正
确的是( )
≪
l
A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为 λ
2a
l
B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为 λ
a
C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为nλD.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx，则该液体的折射
l
率为 λ
2aΔx
例5 (多选)(2024·湖南省北师联盟二模)图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其中A
为标准平板，B为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉条纹，下列
说法正确的是( )
A.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹
B.当A、B之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是亮条纹
C.若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷
D.若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷
一题多变
变式1 (2024·安徽省部分学校联考一模)如图甲所示，将一块平板玻璃a放置在另一块平板玻璃板b上，
在右端夹入两张薄纸片。当单色光从上方垂直射入后，从上往下看可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则
下列说法正确的是( )
A.干涉条纹是由a、b两玻璃板上表面反射的光叠加产生的
B.若仅增大垂直射入的单色光波长，则条纹将变疏
C.将b缓慢向下平移，则条纹之间的距离将变大
D.若抽去一张薄纸片，则条纹将变密
变式2 (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( )
变式3 (2024·江苏省锡中、省常中、溧阳中学调研)如图甲所示为牛顿环装置示意图，将一块曲率半径较
大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，
如图乙所示。如果将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙，则观察到的条纹可能是( )干涉装置 图样
考点三 电磁波
电磁振荡和电磁波
(1)电磁振荡：T=2π√LC，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：按照电磁波的频率高低或波长大小的顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。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6 (2020·浙江1月选考·8)如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时开关S打到
b端，t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则( )A.LC回路的周期为0.02 s
B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C.t=1.01 s时线圈中磁场能最大
D.t=1.01 s时回路中电流沿顺时针方向答案精析
4√6R
例1 (1)√3 (2)
c
解析 (1)光路图如图所示，
根据几何关系可知
i =θ=30°，i =60°
1 2
sin i
2
根据折射定律有 =n
sin i
1
解得n=√3
(2)设全反射的临界角为C，
1 √3
则sin C= =
n 3
c
光在玻璃球内的传播速度有v=
n
根据几何关系可知当θ=45°时，
即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长x=√2R
4x 4√6R
则最短时间为t= = 。
v c
2√3
例2 (1)0.75 (2)0
