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专题五 热学、光学、近代物理
5.2 光学 电磁波
【命题分析】
几何光学核心考点：折射定律、全反射临界角
物理光学与波动性：双缝干涉、薄膜干涉、衍射现象（单缝/圆孔）、偏振原理。
电磁理论基础：麦克斯韦电磁场理论、电磁波谱
【素养要求】
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。
1. （2025 年1 月浙江卷）测量透明溶液折射率的装置如图1 所示。在转盘上共轴放置一圆
柱形容器，容器被透明隔板平分为两部分，一半充满待测溶液，另一半是空气。一束激光
从左侧沿直径方向入射，右侧放置足够大的观测屏。在某次实验中，容器从图2（俯视
图）所示位置开始逆时针匀速旋转，此时观测屏上无亮点；随着继续转动，亮点突然出现，
并开始计时，经
后亮点消失。已知转盘转动角速度为
，空气折射率为1，隔板折射率
为n，则待测溶液折射率
为（ ）（光从折射率
的介质射入折射率
的介质，入射角
与折射角分别为
与
，有
）
1
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A．
B．
C．
D．
重点一 光的折射与全反射
1.常用的三个公式：sin θ1
sin θ2
=n，n=c
v
，sin C=1
n
。
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。
2
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例题1. 光纤准直器是光通信系统中的一种重要组件，它的作用是将光纤内传输来的发散光
转变成准直光（平行光），其简化工作原理如图所示，棱镜的横截面为等腰三角形，从光
纤一端射出三束相同的单色光
光与棱镜的中心线重合，
光恰好分别入射到
上、下侧面的中点，经棱镜折射后与中心线平行。已知棱镜横截面的底角和入射光与中心
线的夹角均为
，棱镜底边长为
，光在真空中的传播速度为，则（ ）
A．棱镜对光的折射率为
B．棱镜对光的折射率为
C．
光通过棱镜需要的时间为
D．
光通过棱镜需要的时间为
训练1. （多选）如图所示，
为一棱镜的横截面，
，
。用一束平行于
边的细蓝光束从
边入射棱镜，观察到
边的折射光与反射光恰好垂直，同时
边上
的
点有蓝光射出。不考虑光在
边的反射，则（ ）
A．
边上也有蓝光射出
B．该材料对蓝光的折射率为
3
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C．若仅将蓝光换成绿光，
边上会有绿光射出
D．若仅将蓝光换成绿光，绿光在
边的出射点位于
之间
重点二 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
例题2. 如图甲所示的牛顿环，由两块玻璃砖组成，并用三颗螺丝固定，玻璃砖的横截面如
图乙所示。在单色光照射下，可看到如图丙所示的明暗相间的条纹。以下说法正确的是（
）
A．出现明暗相间的条纹是光的衍射现象
B．拧紧三颗螺丝时，会发现条纹变密集
4
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C．拧紧三颗螺丝时，会发现条纹变稀疏
D．如果条纹如图丁所示，可能是玻璃板B 上表面对应位置有凸起
训练2. 以下四幅图片中：图甲是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，图乙是双缝
干涉示意图，图丙是针尖在灯光下发生的现象，图丁是自然光通过偏振片A、B 的实验结
果，右边是光屏，当A 固定不动缓慢转动B 时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，下
列说法中正确的是（ ）
A．图甲中，当入射角
，逐渐增大到某一值后会在
面发生全反射
B．图乙中，若只增大屏到挡板的距离，两相邻亮条纹间距将减小
C．图丙中，这种现象反映了光的衍射现象
D．图丁中，这种现象表明光波是纵波
重点三 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。
例题3. 某图书馆的书籍防盗系统利用LC 振荡电路原理，在出口处的地毯下埋有线圈L 与
电容器C 构成的振荡电路，如图甲所示。当未消磁的书籍标签（内含金属材料）靠近时，
线圈的自感系数增大，导致振荡频率变化，从而触发警报。若该振荡电路中电容器上极板
的电荷量q 随时间t 变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
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A．
时刻，电容器
的电场能为零
B．
时刻，线圈
的自感电动势最大
C．
时间内，线圈
中电流逐渐减小D．
时间内，未消磁的书籍标签正在远
离线圈
训练3. 如图，为测量储物罐中不导电液体的高度，有人设计了一个监测液面高度变化的传
感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C 置于储罐中，电容C 可通过开
关S 与电感或电源相连，当开关从a 拨到b 时，由电感L 和电容C 构成的回路中产生振荡
电流。通过检测振荡电流的频率变化，可以推知液面的升降情况。关于此装置下面说法正
确的是（ ）
A．电源电动势越小，则振荡电流的频率越低
B．当电路中电流最大时，电容器两端的电压最小
C．开关a 拨向b 瞬间，电感L 的自感电动势为零
D．检测到振荡电流的频率增加，说明液面高度在升高
难点一 光学中正弦定理、余弦定理的应用
例题4. 真空中一透明介质的横截面为如图所示的等腰梯形，下底边的长度为100L，上底边
的长度为44L，两腰的长度均为35L，一束激光平行于底边CD 从AC 边的中点射入透明介
6
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质，经CD 边反射后，恰好从BD 边的中点射出透明介质。已知激光在真空中的传播速度大
小为c，下列说法正确的是( )
A.透明介质的临界角为45°
B.透明介质的折射率为√3
C.激光在透明介质中通过的路程为80L
D.激光在透明介质中的传播时间为100 L
c
训练4. 如图甲所示，一个边长为3d 的匀质玻璃立方体内有一个三棱柱真空“气泡”，立
方体置于水平桌面上，其中某一截面图如图乙所示，A、B、C、D 为正方形四个顶点，
Q、N 为底边的三等分点，MN 垂直于底边，PO 平行于底边，O 为QM 的中点，
，D、P 位置有相同的光源。真空中光速为c，不考虑光的反射。
（1）D 处光源向O 点发出一束光恰好不能进入“气泡”，求该玻璃的折射率；
（2）P 处光源向O 点发出一束光，求该束光第一次穿过“气泡”的时间。
（建议用时：30 分钟）
一、单选题
1．如图所示，半圆形ABC 为玻璃砖的横截面，O 点为其圆心，一细束与ABC 平行的单色
光由空气经过O 点射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射向空气中。下列叙述正确的是
（ ）
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A．光线在圆弧界面ABC 上会发生全反射B．在圆弧界面ABC 上始终有光线出射
C．增大角度θ，光线会在下界面AOC 发生全反射
D．增大角度θ，玻璃的折射率增大
2．如图所示，
是由透明材料制成的光学元件的横截面，圆弧
是半径为
的四分
之一圆周，
为其圆心，
是边长为
的正方形。一单色光从
点垂直于
边射入光
学元件，
、
间距离为
，透明材料对该单色光的折射率为
，则下列说法正确
的是（ ）
A．光射在
弧面上的入射角小于
B．光射在
弧面上不会发生全反射
C．光从
边射出时的折射角为
D．若仅减小单色光的频率，则光线从
边射出时的折射角增大
3．潜水员在潜水时偶然会观察到上方坑洞里存在着明亮的“反光”，这是因为坑洞里存在
空气，光在水面发生了全反射。如图，a 处光源发出沿ab 方向的光在b 点恰好发生全反射，
被c 处的潜水员观察到。若水的折射率为n，光线与水面的夹角为θ，则（ ）
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A．
B．
C．
D．
4．某透明均匀介质的截面如图所示，在边长为
的正三角形正中心挖去一边长为L
的正三角形，三角形ABC 和三角形DEF 的边两两平行，一束蓝光从AB 边中点以入射角
射入介质，正好经过D 点射向AC 边，不考虑光的反射，除介质外其余部分均为真空，
光在真空中的传播速度用c 表示，则下列说法正确的是（ ）
A．该光在介质中的折射率为
B．该光在介质中的传播时间为
C．若用一束红光照射，则有可能不能从AC 边射出
D．若用一束紫光照射，则与射入介质前相比，光线从AC 边离开介质时的偏转角是
5．洛埃德（H。Lloyd）在1834 年提出了一种更简单的观察干涉现象的装置。如图所示，
缝光源S 与光屏平行，从缝光源
发出的光，一部分入射到平面镜M 后反射到屏上，另一
部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹，缝光源S 通过平面镜成
的像
相当于另一缝光源。某次实验，S 发出波长为
的单色光，虚线
上方的第3
条亮条纹出现在N 处。不考虑半波损失，下列说法正确的是（ ）
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A．若撤去平面镜M，光屏上将不再出现明暗相间的条纹
B．若缝光源S 发出波长为
的单色光，光屏上N 处将出现第2 条亮条纹
C．若将缝光源S 下移少许，光屏上的条纹间距将变小
D．若将平面镜M 右移少许，光屏上的条纹间距将变大
6．1834 年，洛埃利用平面镜得到了杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验）：
为单色点光
源，平面镜沿
放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某
微小角度
，如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．沿
向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动
B．沿
向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小
C．若
，沿
向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
D．若
，沿
向左略微平移平面镜，干涉条纹向
处移动
7．如图为利用光学干涉原理测量滚珠K 直径的装置。将标准立方体玻璃块G 放在平板
上，上面盖一块标准平面玻璃板
，使中间空气层形成尖劈，尖劈开口间距d（未知）远
小于G 的边长。用单色光从上方垂直照射玻璃板
，在玻璃板
与G 之间的尖劈处得到
了等距干涉条纹。滚珠K 与
接触点为M，滚珠K 和G 接触。已知相邻亮条纹间距为
，
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再结合下列哪个选项中的数据可以求解滚珠K 的直径（ ）
A．玻璃板
的厚度
、平板
的厚度
B．M 点与玻璃板
右端的距离
C．单色光的波长
、玻璃板
的厚度
D．单色光的波长
、标准立方体玻璃块G 的边长a
8．弹簧振子和LC 振荡电路虽然有着本质的不同，但它们的一些物理量及周期性变化规律
相类似。如图甲、乙所示，分别为研究弹簧振子和LC 振荡电路的实验装置示意图。已知
当图乙中的双掷开关置于a 时，线圈L 和电容C 可构成一个理想的LC 振荡电路且其振荡周
期与图甲中弹簧振子的振动周期相等。现将图乙中的开关置于b 处给电容C 充电，待充电
完毕后又突然将开关置换到a 处，与此同时，将图甲中的弹簧振子从最大振幅处由静止释
放，则下列说法中不正确的是（ ）
A．弹簧振子速度最大时，LC 振荡电路中的电流达到最大
B．弹簧振子加速度最大时，LC 振荡电路中的电场能达到最大
C．弹簧振子从最大振幅处运动到平衡位置过程中，LC 振荡电路处于放电过程
D．若减小
振荡电路中的电容
，则
振荡电路的周期将大于弹簧振子的周期
9．如图甲所示为某小区进口处的智能道闸系统，其简化示意图如图乙所示，两个车辆检测
器的电感线圈分别铺设在自动栏杆前、后的地面下，检测器内部的电容器与电感线圈构成
LC 振荡电路，振荡电流如图丙所示，当汽车接近或离开线圈时，使线圈的自感系数发生变
化，从而引起振荡电路中的电流频率发生变化，车辆检测器检测到这个变化就发出电信号，
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“通知”车牌识别器对车辆身份进行鉴别。然后控制自动栏杆抬起或落下，在图丙中，下
列说法正确的是（ ）
A．
时刻电容器两端电压为最大值
B．
时间内，电场能转化为磁场能
C．若汽车靠近线圈时线圈自感系数增大，则振荡电流的频率升高
D．
时间内，电容器上的电荷量增加
10．图甲所示为LC 振荡电路，其电流随时间变化的规律如图乙所示。在
时刻，电容
器的M 板带正电。在某段时间里，回路的磁场能在增大，且M 板带负电，则这段时间对应
图像中（ ）
A．Oa 段
B．ab 段
C．bc 段
D．cd 段
二、解答题
11．如图所示，平行玻璃砖的厚度为d，某单色光第一次垂直于玻璃砖上表面从O 点射入，
从下表面的O′点射出。第二次以53°入射角从O 点射入玻璃砖，从下表面的P 点射出，测
得
。已知光在真空中的传播速度为c，sin53°=0.8。求
12
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(1)玻璃砖对该单色光的折射率；
(2)该单色光两次在玻璃砖内传播的时间差（不考虑反射光线）。
12．如图为半圆形玻璃砖的截面，O 为半圆的圆心，半径为R。在半圆的对称轴上有一点
光源P，沿PA 方向射出一束单色光，已知
，
，光在A 点的折射光线照
射到圆弧面上的B 点，OB 与AP 平行，光在真空中的传播速度为c，求：
(1)半圆形玻璃砖对该光的折射率；
(2)光从A 点传播到B 点所用的时间。
13．如图所示，三角形
为一透明直角三棱柱的竖直截面，
边
长为
点是
边上一点，
。一束与底边
平行的单色光从
点进入三棱柱，
折射光线恰好能射到
中点，已知光在真空中的传播速度为，不考虑光的多次反射。求：
(1)透明直角三棱柱对该单色光的折射率；
(2)该单色光从
点入射到第一次出射在透明直角三棱柱中的传播时间。
13
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14．如图甲是天然水晶制成的水晶球。如图乙是半径为R 的水晶球的一个截面圆，AB 是截
面圆的直径，某种单色细光束从C 点平行直径AB 射入水晶球，恰好从B 点射出水晶球，
已知CB 与直径AB 的夹角为θ，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)水晶球对此单色细光束的折射率；
(2)细光束在水晶球中的传播时间。
15．玻璃堆是一种获得全偏光的光学仪器。可见光是横波，当光从一种折射率为
的介质
射向另一种折射率为
的介质时，反射光是部分偏振光，当入射角满足特定的角度
时，
反射光可获得线偏振光，这个角叫布儒斯特角，满足条件：反射光与折射光垂直。入射光
经过玻璃堆后折射光也接近线偏振光。如图所示是玻璃堆中的一片玻璃。已知光在真空中
的速度为，相对折射率
为入射角，
为折射角。
(1)当光从真空以布儒斯特角
入射时，试求该玻璃的折射率。
(2)若该玻璃片的厚度为
，试求光在玻璃中传播的时间（不考虑折射光的反射）。
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