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专题31 光学
目录
题型一 几何光学.............................................................................................................................1
类型1 折射定律和折射率的理解及应用..............................................................................1
类型2 全反射现象的理解和综合分析................................................................................10
题型二 物理光学...........................................................................................................................26
类型1 光的干涉现象..........................................................................................................26
类型2 光的衍射和偏振现象..............................................................................................34
类型3 电磁振荡、电磁波..................................................................................................40
题型三 几何光学与物理光学的综合...........................................................................................49
类型1 光的折射现象和物理光学......................................................................................49
类型2 全反射现象和物理光学..........................................................................................55
类型3 光学与其他知识的综合问题..................................................................................62
题型一 几何光学
【解题指导】1．光的折射和全反射的三个公式：(1)n＝；(2)n＝；(3)sin C＝.
2.解题关键：准确作出光路图；充分运用几何图形中的边角关系、三角函数、相似三角形
等知识．
类型1 折射定律和折射率的理解及应用
1.对折射率的理解
(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在介质中传播速度的大小v
＝。
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色
光折射率越大，传播速度越小。
(3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
2.光路的可逆性
1
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在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就
会逆着原来的入射光线发生折射。
3.解决光的折射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图。
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。
(3)利用折射定律、折射率公式求解。
(4)注意折射现象中光路是可逆的。
4.常见介质对光路的控制
类别
项目
平行玻璃砖
三棱镜
圆柱体(球)
结构
玻璃砖上下表面是平行的
横截面为三角形
横截面是圆
对光线
的作用
通过平行玻璃砖的光线不改
变传播方向，但要发生侧移
通过三棱镜的光线经
两次折射后，出射光
线向棱镜底边偏折
圆界面的法线是过圆
心的直线，经过两次
折射后向圆心偏折
应用
测定玻璃的折射率
全反射棱镜，改变光
的传播方向
改变光的传播方向
1．现有一光线以相同的入射角
，打在不同浓度
的两杯溶液中，折射光线如图所示
，已知折射率随浓度增大而变大。则（ ）
2
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A．甲折射率大
B．甲浓度小
C．甲速度大
D．甲临界角大
【答案】A
【详解】入射角相同，由于折射角
，根据折射定律可知
，故甲浓度大；
根据
可知光线在甲中的传播速度较小；
根据
可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。
故选A。
2．为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔，孔内安装一透明材料，厚
度与坦克壁厚度相同．ABCD 为该材料的纵截面，如图所示。已知坦克壁厚度为
，该
材料对光的折射率为
。不考虑光在
面的反射，若坦克内的人通过这块材料能看
到的外界角度范围最大为
，则
之间的距离为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【详解】光路图如图所示，由光的折射定律可得
由题意知
，解得
3
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由几何关系得
解得
故选D。
3．如图所示，某透明均质光学元件的截面ABCD 是长为2L、宽为L 的矩形。一细束单色
光从AB 边上中点P，以与AB 边夹角
的方向由真空中射入该元件，经折射后从CD
边上M 点（图中未画出）出射。已知该元件对该单色光的折射率
，则PM 的长度为
（ ）（取
，不考虑光的反射）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】设该单色光从P 点入射的折射角为
，根据折射定律
4
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可得
根据几何关系可得
故选C。
4．如图所示，半圆
为某种透明材料的截面，
点到
的距离等于半
径的一半。一细光束
从
点以
角射入材料，折射光线刚好照射在
点，一细光束
从
点以平行于
的方向射入材料，折射光线刚好照射在
点。光在真空中传播的速度为，
则细光束
和
在透明材料中传播的速度大小分别为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】分别作出a、b 的折射光线，如下图所示
5
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由于DE 为半径的一半，故a 光束的折射角
，根据光的折射定律及折射率的速度表
达式可知
解得
同理，对于b 束，由几何知识可知，其入射角、折射角的大小分别为
所以
解得
A 正确。
故选A。
5．当入射的自然光以某特定角度射入界面时，反射光线与折射光线是互相垂直的偏振光，
通常将此角度叫布儒斯特角。如图所示，一束光线从真空中射入折射率
的介质，入
6
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射角为，已知光在真空中的传播速度，下列说法中不正确的是（ ）
A．当入射角
时，会发生全反射现象
B．当入射角为布儒斯特角时，反射光与入射光一样都是横波
C．布儒斯特角满足关系
D．光在此介质中的传播速度为
【答案】A
【详解】A．发生全反射的条件是光从光密介质到光疏介质且入射角达到临界角，所以光
从空气中射入介质中不可能会发生全反射现象，选项A 错误；
B．光是一种横波，不管反射光还是入射光都是横波，选项B 正确；
C．当反射光与折射光垂直时，则
即布儒斯特角满足关系
选项C 正确；
D．光在介质中的传播速度
得
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选项D 正确。
本题选择不正确的，故选A。
5.在桌面上铺上白纸，长方形玻璃砖ABCD 放在白纸上，用铅笔画出玻璃砖的轮廓线，然
后作出直线MN，让直线MN 与玻璃砖的AB 边平行。作玻璃砖AD 边平行线
与CD、
AB 分别交于O、
。拿一只激光笔，让红色激光束从O 点以某一入射角射到玻璃砖上，
经过玻璃砖两次折射后红色激光束照射到直线MN 上的P 点，在其他条件不变的情况下，
仅取走玻璃砖，红色激光束照射到直线MN 上的Q 点，
是直线OQ 与AB 的交点，测得
，
，
，则玻璃砖的折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】设
，
，
设在O 点时，光线入射角为
、折射角为
，根据折射定律有
由于玻璃砖使光线发生侧移，如图所示
8
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则
，
所以三角形
是等腰直角三角形
，
联立解得
故选A。
类型2 全反射现象的理解和综合分析
1.分析综合问题的基本思路
(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质。
(2)判断入射角是否大于等于临界角，明确是否发生全反射现象。
(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后
结合几何知识进行推断和求解相关问题。
(4)折射率n 是讨论折射和全反射问题的重要物理量，是联系各物理量的桥梁，应熟练掌握
跟折射率有关的所有关系式。
2.求光的传播时间的一般思路
(1)全反射现象中，光在同种均匀介质中的传播速度不发生变化。即v＝。
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(2)全反射现象中。光的传播路程应结合光路图与几何关系进行确定。
(3)利用t＝求解光的传播时间。
1．如图所示，由折射率为n 的透明材料制成、半径为R 的半圆柱形透明砖平放在桌面上，
A、C 为透明砖的截面直径的上、下端点，计时开始，激光束垂直AC 对应的侧面照射到A
点，此后激光束沿AC 方向以速度v 匀速向C 点平移，忽略光在透明砖中的传播时间，从
圆弧面ABC 上开始有光射出的时刻为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】恰好有光从圆弧面射出，光路图如图1 所示，临界角为θ，根据临界角公式
设此时光线与AC 面交点为D 点，即AD 过程没有光线从圆弧面射出，根据数学知识
看到射出光的时刻
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故选C。
2．如图所示，水中的潜水员看到水面以上的所有景物都会处在一个倒立的圆锥内，已知该
圆锥轴截面的顶角为α，光在真空中的传播速度为c。则光在水中的传播速度为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】水面以上光线射入人眼的临界光线如图所示
由光路的可逆性可知，光在水中发生全反射的临界角为
又
联立解得光在水中的传播速度为
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故选A。
3．如图为水流导光实验，出水口受激光照射，下方桶中的水被照亮，不计空气阻力，则（
）
A．激光在水和空气中传播的速度大小相等
B．激光在水与空气的界面上发生了全
反射
C．水在空中的速度大小均匀变化
D．水在空中的速度方向变化越来越快
【答案】B
【详解】A．光在介质中的速度为
，故激光在水中的传播速度小于在空气中的传播速
度，故A 错误；
B．水流导光的原理为光在水中射到水与空气分界面时入射角大于临界角，发生了全反射，
故B 正确；
C．水在空中做平抛运动，水平速度不变，竖直速度均匀增大，但合速度大小不是均匀增
大，故C 错误；
D．平抛运动加速度竖直向下，得知速度变化的方向竖直向下，所以任意两段时间内速度
变化方向相同，故D 错误。
故选B。
4．如图所示是光由空气经过
点射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射向空气中的光路图，
点是半圆形玻璃砖的圆心。下列叙述正确的是（ ）
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A．光线在圆弧界面
上会发生全反射
B．在圆弧界面
上始终有光线出射
C．增大角度
，光线会在下界面
发生全反射
D．增大角度
，玻璃的折射率增大
【答案】B
【详解】AB．根据题意可知，
点是半圆形玻璃砖的圆心，可知，光线一定垂直射到圆弧
界面
上，则光线一定能从圆弧界面
上射出，不可能发生全反射，故A 错误，B
正确；
C．发生全反射需要光从光密介质射入光疏介质，则光线不会在下界面
发生全反射，
故C 错误；
D．折射率是介质的固有属性，与入射角无关，故D 错误。
故选B。
5．如图a 所示，公园里的装饰灯在晚上通电后会发出非常漂亮的光。该装饰灯可简化为图
b 所示模型，该装饰灯为对红光折射率
的透明材料制成的棱长为
的立方体，中心
有一个发红光点光源
，不考虑光的二次反射，光速为，则（ ）
A．立方体某一面有光射出部分的图形是椭圆
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B．若不考虑多次反射，光线从玻璃砖射出的最长时间为
C．若点光源发出的光由红光变为蓝光，表面有光射出的区域面积将增大
D．从外面看玻璃砖被照亮的总面积为
【答案】B
【详解】A．当从O 点射出的光线射到侧面上的入射角等于临界角时发生全反射，可知立
方体某一面有光射出部分的图形是圆形，选项A 错误；
B．考虑射到侧面上一条发生全反射的光线，临界角
则
联立解得光线从玻璃砖射出的最长时间为
选项B 正确；
C．若点光源发出的光由红光变为蓝光，因蓝光折射率大于红光，可知蓝光临界角小于红
光，根据
表面有光射出的区域半径减小，即面积将减小，选项C 错误；
D．每一侧面被照亮的半径
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面积为
从外面看玻璃砖被照亮的总面积为
选项D 错误。
故选B。
6.如图所示，横截面为圆环的柱形容器由折射率为n 的玻璃制成，其外径为
，内径为
，
MN 为一条直径。有两束光线，其中光线A 在纸平面内传播，从M 点射向容器，经一次折
射后，恰好与容器内壁相切，另一束光线B 平行于MN 射向容器，经过一次折射后，恰好
在容器内壁发生全反射，则下列说法正确的是（ ）
A．光线A 的入射角正弦值为
B．光线B 到MN 的距离等于
C．光线A 的入射角大于光线B 的入射角
D．光线B 从射入柱形容器外壁到第一次到达内壁的时间为
【答案】C
【详解】A．光线与容器内壁相切，光路图如图1 所示，设光线在M 点的入射角为i，折射
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角为r，由折射定律得
由几何关系得
解得
故A 错误；
C．平行于MN 的光线B 射向容器，在容器外壁的入射角为i′，折射角为r′，如图2 所示，
由折射定律得
光线恰好在容器内壁发生全反射，入射角等于临界角C，光路图如图所示，则
根据正弦定理可得
解得
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即
则
故C 正确；
B．设光线B 到MN 的距离为d，根据几何关系可得
d=R1sini′=R2
故B 错误。
D．光线B 从射入柱形容器外壁到第一次到达内壁，根据正弦定理可得
时间为
选项D 错误。
故选C。
7.如图所示，透明玻璃体的下半部分是圆柱体，上半部分是半球体，圆柱体的底面半径和
高均为
，半球体的半径也为
为半球体的球心，
为圆柱体底面圆心。现有一束光从
处射向玻璃体，入射光与
的夹角为
，逐渐增大
，使得光线从半球体
点射出，
射出方向与
平行，
点距半球体底面的距离为
，已知光在真空中传播速度为。求：
（ⅰ）透明玻璃体的折射率；
（ⅱ）逐渐增大
，求光在玻璃体里面的最短传播时间。
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【答案】（ⅰ）
（ⅱ）
【详解】（ⅰ）因为射出方向与
平行，由几何关系可知，出射角为
，入射角为
，
根据折射率定义有
解得
（ⅱ）发生全反射的临界角为
，有
，
得出
故光不会入射到圆柱体侧面，从半球体表面出射的最短传播时间即在球面刚好发生全反射
的光，设为B 点，则
，
玻璃中传播速度
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传播时间
8.如图所示，半圆玻璃砖的半径
，直径AB 与光屏MN 垂直并接触于A 点。一束激
光a 从半圆弧表面上射向半圆玻璃砖的圆心O，光线与竖直直径AB 之间的夹角为
，最
终在光屏MN 上出现两个光斑，且两个光斑之间距离为
。求：
（i）玻璃砖的折射率；
（ⅱ）改变激光Q 的入射方向，使光屏MN 上只剩一个光斑，求此光斑离A 点的最远距离。
【答案】（i）
；（ⅱ）
【详解】（i）光路如上图所示，由题意可得，激光在AB 面上发生折射时的入射角
设半圆玻璃砖的折射率为n，折射角为
，则
其中
，由于
所以
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且
解得
（ⅱ）分析可得，当激光在AB 面上恰好发生全反射时，光屏MN 上只剩一个光斑，且光斑
离A 点的距离最远，光路如下图所示。
设激光在AB 上恰好发生全反射时的临界角为C，则
由数学知识可得
光斑离A 点的最远距离
9.我国航天员王亚平在空间站进行太空授课时，往水球里注入一个气泡，观察水球产生的
物理现象．一同学画了过球心的截面图，如图所示，内径是
，外径是
．假设一束单
色光（纸面内）从外球面上A 点射入，光线与
直线所成夹角
，经折射后恰好与
内球面相切。已知光在真空中传播速度为c，求：
（1）单色光在水球中的折射率和传播时间；
（2）入射角的正弦值为多大时，光束在内球恰好发生全反射。
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【答案】（1）
，
；（2）
【详解】（1）在A 点时，由题意可知，入射角为
由几何关系有
由折射定律得
该束单色光在该透明材料中的传播速度为
单色光在该材料中的传播时间为
代入数据解得
（2）光束从A 点入射，入射角为
时光束经折射到达内球面的
点，恰好发生全反射。如
图：
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此时有
由正弦定理得
又
解得
由折射定律得
解得
10.如图所示，三角形
是直角三棱镜的横截面，其中
。当光线垂直于
边由
中点
射入时，刚好在
边上发生全反射。已知
边的长度为
，光在真空中的传播速
度为。
（1）求棱镜的折射率为多大；
（2）若使光线从
边的中点
平行于
边射入，求光在棱镜中的传播时间（不考虑由
面返回的光）。
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【答案】（1）2 ；（2）
【详解】（1）当光线从垂直于
边的中点
射入时，在
面上的入射角
根据
解得
（2）光线从
边的中点
平行于
边射入，光在棱镜中的光路图如图所示
光线经过
两次全反射后，从
面垂直射出根据几何关系可知
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光在棱镜中的传播距离
光在棱镜中的传播速度
光在棱镜中的传播时间
解得
题型二 物理光学
类型1 光的干涉现象
1．双缝干涉
(1)条纹间距公式：Δx＝λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。
(2)明暗条纹的判断方法
如图所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。
当Δr＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现亮条纹。
当Δr＝(2k＋1)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2．薄膜干涉
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(1)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照
射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，
并且叠加。
(2)亮暗条纹的判断方法
两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr，等于薄膜厚度的2 倍。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1，2，3…)，薄膜上出现亮条纹。
在Q 处，Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
1.如图甲所示为双缝干涉实验的原理图，屏上的
点位于双缝
和
的中垂线上，在双缝
与屏之间充满折射率为n 的均匀介质。用一单色光垂直照射双缝，在屏上会产生干涉条纹，
屏上
点是一条暗条纹的中心，
点到
点的距离为x。已知该单色光在真空中的波长为
，双缝与屏之间的距离为L，则双缝
和
间的距离为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】
点到
点的距离为x，根据图乙有
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双缝与屏之间充满折射率为n 的均匀介质，则有
根据干涉规律有
解得
故选A。
2.如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是（ ）
A．光屏上的条纹关于平面镜M 上下对称
B．相邻亮条纹的间距为
C．若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变
D．若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变
【答案】C
【详解】A．根据双缝干涉原理，当光程差为波长的整数倍时出现亮条纹，当光程差为半
个波长的奇数倍时出现暗条纹，可知，光屏上的条纹与镜面平行，并非关于平面镜M 上下
对称，故A 错误；
B．根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式
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其中
，
，所以相邻两条亮条纹之间的距离为
故B 错误；
C．若将平面镜向右移动一些，不影响光源的像的位置和L 的大小，相邻亮条纹间距不变，
故C 正确；
D．若将平面镜向右移动一些，射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动，宽
度减小，而条纹间距不变，亮条纹数量减少，故D 错误；
故选C。
3.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之
上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射
后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条亮条纹或
暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻亮条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差
恒定。现若在图甲所示装置中再加上一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，
从上往下观察到的干涉条纹将（ ）
A．变疏
B．变密
C．不变
D．消失
【答案】B
【详解】从空气膜的上、下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差
即光程差为空气薄膜厚度的2 倍，当光程差
（n 为整数）
时为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为
，增加一张纸片后空气薄膜的倾
角变大、厚度增大，则相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变小，干涉条纹变密。
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故选B。
4．用平行单色光竖直向下照射一透明薄膜，形成的干涉图样如图所示。相邻两亮条纹的中
心间距依次为
、
、
、
……，已知
。则该透明薄膜竖直截面
的形状可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【详解】同一条纹对应的薄膜厚度相同，自左向右条纹间距越来越小，薄膜厚度随距离变
化的越来越快。
故选D。
5．某小组用图甲装置进行双缝干涉实验，调节完毕后，在屏上观察到如图乙所示的竖直条
纹。下列说法正确的是（ ）
A．缩小单缝到双缝的距离，可使干涉条纹间距变大
B．在实验中，通过目镜看到的干涉条纹场景如图乙所示，纠正图中问题只需旋转测量
头
C．仅更换双缝间距更小的双缝，干涉条纹间距将变小
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D．仅将绿色滤光片换为红色滤光片，干涉条纹间距将变小
【答案】B
【详解】ACD．根据双缝干涉相邻条纹间距公式
缩小单缝到双缝的距离，干涉条纹间距不变；仅更换双缝间距更小的双缝，干涉条纹间距
将变大；仅将绿色滤光片换为红色滤光片，由于红光的波长大于绿光的波长，则干涉条纹
间距将变大，故ACD 错误；
B．在实验中，通过目镜看到的干涉条纹场景如图乙所示，纠正图中问题只需旋转测量头
使分划板中心刻线与条纹平行，故B 正确。
故选B。
6．1834 年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿OA 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。S 为单色点光源。则（ ）
A．沿AO 向左略微平移平面镜，干涉条纹间距变大
B．沿OA 向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变
C．若
，沿OA 向右略微平移平面镜，干涉条纹间距变大
D．若
，沿AO 向左略微平移平面镜，干涉条纹间距变小
【答案】A
【详解】CD．根据题意画出光路图
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如图所示，S 发出的光与通过平面镜反射光（可以等效成虚像S′发出的光）是同一列光分
成的，满足相干光条件。所以实验中的相干光源之一是通过平面镜反射的光，且该干涉可
看成双缝干涉，设S 与S′的距离为d，则
d=2aS 到光屏的距离为l，代入双缝干涉公式
可得
则若θ=0°，沿OA 向右（沿AO 向左）略微平移平面镜，对l 和d 均没有影响，则干涉条纹
间距不变，故CD 错误；
AB．同理再次画出光路图有
沿OA 向右略微平移平面镜，即图中从①位置→②位置，由图可看出双缝的间距增大，则
干涉条纹间距减小，反之，沿AO 向左略微平移平面镜，干涉条纹间距变大，故A 正确，B
错误。
故选A。
7．利用如图所示的实验装置可以测定液体的折射率，将水平面上一块平板玻璃放置在另一
平板玻璃之上，使在两玻璃表面之间形成一个倾角
很小的劈形空气薄膜（空气可视为真
空，折射率为
），光从上方入射后，从上往下看到干涉条纹，测得相邻亮条纹间距
30
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为
；保证倾角
不变，在两块平板玻璃之间充满待测液体，然后用同种单色光垂直照射
玻璃板，测得相邻亮条纹间距为
，则该液体的折射率为（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】根据薄膜干涉原理，干涉条纹平行等宽，当光垂直标准工件方向射向玻璃板时，
得到干涉条纹，相邻亮条纹对应劈尖厚度差为
由几何关系有
则
又
则
C 正确。
类型2 光的衍射和偏振现象
1．对光的衍射的理解
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(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的
差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，
光才可以看做是沿直线传播的。
2．单缝衍射与双缝干涉的比较
单缝衍射
双缝干涉
不
同
点
条纹宽度
条纹宽度不等，
中央最宽
条纹宽度相等
条纹间距
各相邻条纹间距不等
各相邻条纹等间距
亮度情况
中央条纹最亮，
两边变暗
条纹清晰，亮度基本相同
相同点
干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间
的条纹
3.光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于波的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理
都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4．光的偏振
(1)自然光与偏振光的比较
类别
自然光(非偏振光)
偏振光
光的
来源
从普通光源发出的光
自然光通过起偏器后的光
光的振
动方向
在垂直于光的传播方向的平面内，
光沿任意方向振动，且沿各个方向
振动的光的强度相同
在垂直于光的传播方向的平面内，
光沿特定方向振动
(2)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
1.以线状白炽灯为光源，通过狭缝观察该光源，可以看到( )
A．黑白相间的条纹，这是光的干涉
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B．黑白相间的条纹，这是光的衍射
C．彩色的条纹，这是光的干涉
D．彩色的条纹，这是光的衍射
【答案】 D
【解析】 由题可知该现象为光的衍射现象，故A、C 错误；线状白炽灯发出的光是复色
光，其中各种色光的波长不同，产生的单缝衍射的图样中条纹宽度和间距都不相同，因此
各单色光的亮条纹或暗条纹不能完全重叠在一起，所以形成彩色条纹，故B 错误，D 正确。
2.利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光
通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度
θ，这一角度称为“旋光角”，θ 的值与糖溶液的浓度有关。将θ 的测量值与标准值相比较，
就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S 是自然光源，A、B 是偏振片，转动B，使到
达O 处的光最强，然后将被测样品P 置于A、B 之间，则下列说法中正确的是( )
A．到达O 处光的强度会明显减弱
B．到达O 处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片B 转过的角度等于θ
D．将偏振片A 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片A 转过的角度等于θ
【答案】 ACD
【解析】 偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴
线，旋转一个角度θ，所以到达O 处光的强度会明显减弱，故A 正确，B 错误；将偏振片
A 或B 转动一个角度，使得O 处光的强度最大，偏振片A 或B 转过的角度等于θ，故C、D
正确。
3.下列关于光的性质说法正确的是( )
A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波
B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振片可以使影像更清晰
C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的干涉现象
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D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象
【答案】 BC
【解析】 托马斯·杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波，A 错误；在照相机镜头
前装上偏振片可以滤掉反射光，使影像更清晰，B 正确；马路积水上的油膜呈现彩色图样
是光的薄膜干涉现象，C 正确；照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应
用了光的干涉现象，D 错误。
4．在白炽灯的照射下从两块捏紧的玻璃板表面看到彩色条纹，通过狭缝观察发光的白炽灯
也会看到彩色条纹，这两种现象（ ）
A．前者是光的衍射现象，后者是光的折射现象
B．前者是光的干涉现象，后者是光的衍射现象
C．前者是光的干涉现象，后者时光的折射现象
D．前者是光的衍射现象，后者是光的干涉现象
【答案】B
【详解】两玻璃板间将形成空气薄膜，光照射在空气薄膜上下表面的反射光发生干涉，由
于是白光，产生了彩色干涉条纹；而从狭缝观察到彩色条纹是光的衍射现象。
故选B。
5．光在生产生活及现代科技中有着广泛的运用，下列关于光的说法正确的是（
）
A．全息照相运用了光的偏振
B．立体电影利用了光的衍射
C．阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是光的干涉现象
D．拍摄玻璃橱窗中的物体，通常要在照相机镜头前加一个滤光片来消除反光
【答案】C
【详解】A．全息照相运用了光的干涉，故A 错误；
B．立体电影利用了光的偏振，故B 错误；
C．阳光下的肥皂薄膜呈现彩色条纹是薄膜干涉，是光的干涉现象，故C 正确；
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D．拍摄玻璃橱窗中的物体，通常要在照相机镜头前加一个偏振片来消除反光，故D 错误。
故选C。
6．用图示实验装置演示光的偏振现象，白炽灯O 发出的光通过两个透振方向平行的偏振
片P、Q 照到光屏上，通过偏振片前后的光束分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示，下列说法正确的是
（ ）
A．白炽灯发出的光是纵波
B．偏振片Q 起到检偏的作用
C．光束Ⅱ中光振动方向与透振方向垂直
D．将偏振片Q 以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ完全消失
【答案】B
【详解】A．白炽灯的光通过两个透振方向平行的偏振片P、Q 照到光屏上，不能说明白炽
灯的光是纵波，A 错误；
B．当白炽灯光经偏振片P 后就成为偏振光，又经与P 平行的偏振片Q 照到光屏上，所以
偏振片Q 起到检偏的作用，B 正确；
C．光束Ⅱ中的光是经偏振片P 透射来的，所以光束Ⅱ中光振动方向与透振方向平行，C 错
误；
D．将偏振片P 以光传播方向为轴转过45°，光束Ⅲ将会减弱，但不会完全消失，D 错误；
故选B。
7.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，
下列说法正确的是（ ）
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A．甲图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心
确实有这个亮斑
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是清晰的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
【答案】D
【详解】A．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，属于圆盘衍射，故A 错误；
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒
谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B 错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C 错误；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，
故D 正确。
故选D。
8.某研究性学习小组用激光束照射圆孔和不透明圆板后，分别得到如图甲、乙所示的图样，
则下列说法错误的是（ ）
A．甲图属于圆孔衍射
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，后来泊松发现圆板中心
的确有这个亮斑
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C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里
【答案】B
【详解】A．根据衍射条纹的特点可知甲图属于圆孔衍射，故A 正确；
B．乙图的亮斑是“泊松亮斑”，最早由泊松先推算出这个亮斑，但泊松认为这是非常荒
谬的，后来菲涅耳与阿拉果发现圆板中心有这个亮斑，故B 错误；
C．不管是圆孔衍射还是圆盘衍射，影像的边缘轮廓都是模糊不清的，故C 正确；
D．发生圆孔衍射时，圆形光环的图样半径远大于圆孔的半径，即光绕到障碍物的影子里，
故D 正确。
本题选择错误选项；
故选B。
9.图示为通过3D 眼镜看电脑显示屏的照片，下列说法正确的是（ ）
A．左侧镜片上涂有增反膜
B．右侧镜片上涂有增透膜
C．两侧镜片为透振方向不同的偏振片
D．电脑显示屏发出的光为自然光
【答案】C
【详解】D．手机、电脑、电视等电子显示设备发出的光是偏振光，D 错误；
ABC．3D 眼镜的2 个镜片是两个透振方向互相垂直的偏振片，图中电脑显示屏发出的偏振
光的透振方向与左侧眼镜垂直，没有光穿过左侧眼镜，左侧眼镜看不见电脑显示屏，电脑
显示屏发出的偏振光的透振方向与右侧眼镜平行，有光穿过右侧眼镜，右侧眼镜看得见电
脑显示屏，AB 错误，C 正确。
故选C。
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类型3 电磁振荡、电磁波
1．电磁振荡的特点
LC 电路工作过程具有对称性和周期性。
(1)两个物理过程
①放电过程：电场能转化为磁场能，q↓→i↑，电流从正极板流向负极板。
②充电过程：磁场能转化为电场能，q↑→i↓，电流从负极板流向正极板。
(2)两个特殊状态
①充电完毕状态：磁场能向电场能转化完毕，电场能最大，磁场能最小(为零)。
②放电完毕状态：电场能向磁场能转化完毕，磁场能最大，电场能最小(为零)。
(3)在一个周期内，充电、放电各两次，振荡电流的方向改变两次；电场能(或磁场能)完成
两次周期性变化。
2．对麦克斯韦电磁场理论的理解
3．对电磁波的理解
(1)电磁波是横波。电磁波的电场、磁场、传播方向三者两两垂直。
(2)电磁波与机械波的比较
名称
项目
电磁波
机械波
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产生
由周期性变化的电场、磁场产生
由质点(波源)的振动产生
波的特点
横波
纵波或横波
波速
在真空中等于光速
c＝3×108 m/s
在空气中不大(如声波波速在空气
中一般为340 m/s)
是否需
要介质
不需要介质(在真空中仍可传播)
必须有介质(真空中不能传播)
能量传播
电磁能
机械能
1．如图所示的LC 振荡电路中，已知某时刻电流i 的方向指向A 板，则（ ）
A．若仅增大线圈的自感系数，振荡频率增大
B．若仅增大电容器的电容，振荡频率增大
C．若i 正在减小，则线圈两端电压在增大
D．若i 正在增大，此时A 板带正电
【答案】C
【详解】AB．根据
可知若仅增大线圈的自感系数，振荡频率减小；若仅增大电容器的电容，振荡频率减小，
故AB 错误；
C．若i 正在减小，则磁场能正在减小，电场能正在增大，电容器极板间电压正在增大，即
线圈两端电压在增大，故C 错误；
D．若i 正在增大，则磁场能正在增大，电场能正在减小，电容器正在放电，由于该时刻电
流i 的方向指向A 板，则此时A 板带负电，故D 错误。
故选C。
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2．为了保证考试的公平，大型考试中广泛使用了金属探测器，图甲就是一款常用的金属探
测器，其内部的线圈与电容器构成LC 振荡电路，结构原理如图乙所示，线圈靠近金属时，
线圈的自感系数增大。若某时刻电路中的电流方向如图所示，电容器A 极板带正电，则下
列说法正确的是（ ）
A．电路中的电流正在增大
B．电容器两板的电压在减小
C．线圈中的自感电动势在增大
D．线圈靠近金属时，LC 振荡电路的周期减小
【答案】C
【详解】ABC．图示时刻，电容器正在充电，电荷量在增大，电压增大；电流减小，但电
流减小得越来越快，根据
线圈中的自感电动势正在增大，故AB 错误，C 正确；
D．若探测仪靠近金属时，相当于给线圈增加了铁芯，所以其自感系数L 增大，根据
可知T 增大，故D 错误。
故选C。
3．金属探测仪在各场景广泛应用，探测仪内部的线圈与电容器构成LC 振荡电路，当探测
仪检测到金属物体时，探测仪线圈的自感系数会发生变化，从而引起振荡电路中的电流频
率发生变化，探测仪检测到这个变化就会驱动蜂鸣器发出声响。在LC 振荡电路中，某时
刻线圈中的磁场方向和电容器中的电场方向如图所示。下列说法正确的是（ ）
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A．此时电容器中的电场能正在减小
B．此时穿过线圈的磁通量的变化率正在增大
C．若LC 振荡电路中的电感减小，则其振荡周期增大
D．若自感系数L 和电容C 都增大到原来的2 倍，则其振荡周期变为原来的
【答案】A
【详解】AB．根据图中磁场方向结合右手螺旋定则可知，此时电流方向沿顺时针方向，由
下极板流向上极板，且下极板带正电，所以此时电容器正在放电，电容器两板间的电压正
在减小，电容器中的电场能减小，线圈中磁场能增大，则电路中电流正在增大，但电流增
大越来越慢，所以此时穿过线圈的磁通量的变化率正在减小，故A 正确，B 错误；
CD．根据
可知，若LC 振荡电路中的电感减小，则其振荡周期减小，若自感系数L 和电容C 都增大
到原来的2 倍，则其振荡周期变为原来的2 倍，故CD 错误。
故选A。
4．如图所示，i—t 图像表示LC 振荡电路的电流随时间变化的图像。在ab 时间段，以下说
法中正确的是（ ）
A．回路电流正在增大
B．电场能正在减小
C．电容器正在放电
D．磁场能正在减小
【答案】D
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【详解】由图可知，在ab 时间段，回路电流正在减小，说明电容器正在充电，磁场能正在
向电场能转化，所以磁场能减小，电场能增大。
故选D。
5．
振荡电路中某时刻电容器内电场与线圈内磁场情况如图所示，该时刻（ ）
A．电容器在充电，电场能在向磁场能转化
B．电容器在充电，磁场能在向电场能转化
C．电容器在放电，电场能在向磁场能转化
D．电容器在放电，磁场能在向电场能转化
【答案】B
【详解】根据
振荡电路的电场与线圈内磁场情况可知，电容器的下极板带正电，上极
板带负电，由右手螺旋定则可知电流流向电容器的正极板，则电容器正在充电，磁场能在
向电场能转化。
故选B。
6．如图所示是LC 振荡电路和通过电路中P 点的电流i 随时间t 变化的规律。若规定流过P
点向左为电流的正方向，则下列说法中正确的是（ ）
A．在0～t1内，电容器C 在放电
B．在t1～t2内，电容器C 上极板带负电
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C．在t2～t3内，磁场能在向电场能转化
D．在t3～t4内，P 点电势比Q 点电势高
【答案】C
【详解】A．由图可知，在
内，电流值正在减小，所以电容器正在充电，故A 错误；
B．由图可知，在
内，电流值正在负向增大，所以电容器正在放电，且电流为顺时针，
所以电容器C 上极板带正电，故B 错误；
C．由图可知，在
内，电流值正在减小，所以电容器正在充电，所以磁场能在向电场
能转化，故C 正确；
D．由图可知，在
内，电流值正在正向增大，所以电容器正在放电，且电流为逆时针，
电容器C 下极板带正电，所以P 点电势比Q 点电势低，故D 错误。
故选C。
7．飞机失事后，为了分析事故的原因，必须寻找黑匣子，而黑匣子在30 天内能以一定的
频率自动发出信号，人们就可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位
置。如图甲是黑匣子中电磁波发射电路中的LC 电磁振荡电路，图乙为电容器的电荷量q
随时间t 变化的图像，t=0 时刻电容器的M 板带正电。下列关于 LC 电磁振荡电路的说法
中正确的是（ ）
A．若减小电容器的电容，则发射的电磁波波长变长
B．0~t₁ 时间内，线圈中的磁场方向向下
C．
时间内，线圈的磁场能不断减小
D．
时间内，电容器N 板带正电，电容器正在充电
【答案】D
【详解】A．根据
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可知若减小电容器的电容，则发射的电磁波频率变大，根据
可知波长变短，故A 错误；
B．0~t₁ 时间内，电容器的电荷量减少，电容器放电，电流由M 极板流向N 极板，根据右
手定则可知线圈中的磁场方向向上，故B 错误；
C．图像的切线的斜率大小表示电流，
时间内，由图像可知电流逐渐增大，线圈的磁
场能不断增大，故C 错误；
D．
时间内，线圈产生的感应电流对电容器反向充电，所以电容器N 板带正电，电容
器正在充电，故D 正确。
故选D。
8.麦克斯韦通过对电磁场统一理论的研究，预言了电磁波的存在。下列有关电磁波的理解
正确的是（ ）
A．电磁波在任何介质中传播速度都是相同的
B．电磁波和机械波一样，都依靠介质传播振动形式和能量
C．太空中传送至地面的无线电波是横波
D．电磁波与机械波一样可以发生反射、折射等现象，但不会产生干涉现象
【答案】C
【详解】A．电磁波的传播速度不仅与介质有关，而且与频率有关，在不同介质中传播速
度不同，故A 错误；
B．电磁波的传播不需要介质，机械波的传播必须要有介质，故B 错误；
C．太空中传送至地面的无线电波是电磁波，电磁波是横波，故C 正确；
D．电磁波与机械波一样可以发生反射、折射等现象，也会产生干涉现象，故D 错误。
故选C。
9.正是人类对电与磁的研究，发展成了电磁场与电磁波的理论。下列说法正确的是
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（ ）
A．奥斯特发现电流的磁效应，并创造性地用“磁感线”形象地描述“场”的物理图景
B．麦克斯韦建立了电磁场理论，并在实验中捕捉到了电磁波
C．普朗克认为振动着的带电微粒的能量是连续的
D．爱因斯坦认为光是一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫作光子
【答案】D
【详解】A．奥斯特发现电流的磁效应，法拉第创造性地用“磁感线”形象地描述“场”
的物理图景，故A 错误；
B．麦克斯韦建立了电磁场理论，赫兹在实验中捕捉到了电磁波，故B 错误；
C．普朗克认为振动着的带电微粒的能量是量子化的，故C 错误；
D．爱因斯坦认为光是一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子叫作光子，故D 正确。
故选D。
10.电磁波谱及其相关应用如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A．电磁波是一种物质
B．可见光中红光光子的能量最大
C．紫外线可以用来灭菌消毒
D．电磁波中最容易发生衍射现象的是无线电
波
【答案】B
【详解】A．电磁波是一种看不见、摸不着的特殊物质，故A 正确，不符合题意；
B．可见光中红光波长最长，频率最小，所以红光光子的能量最小，故B 错误，符合题意；
C．紫外线可以用来灭菌消毒，故C 正确，不符合题意；
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D．电磁波中无线电波的波长最长，所以无线电波最容易发生衍射现象，故D 正确，不符
合题意。
故选B。
题型三 几何光学与物理光学的综合
类型1 光的折射现象和物理光学
1.如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈
球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡，如图乙所示。假设
此液体球其内外半径之比为
，当由a、b、c 三种颜色的光组成的细光束在过球心的平面
内，从A 点以
的入射角射入球中，其中
光的折射光线刚好与液体球内壁相切，则
下列说法正确的是（ ）
A．该液体材料对a 光的折射率小于对c 光的折射率
B．若继续增大入射角i，b 光可能因发生全反射而无法射出液体球
C．该液体材料对
光的折射率为
D．光在液体球中的传播速度最小
【答案】C
【详解】A．由图乙可知，a 光在液体材料中的折射角比c 光的小，由折射率
， 可
知该液体材料对a 光的折射率大于对c 光的折射率，故A 错误；
B．若继续增大入射角i，b 光的折射角增大，光线远离同心球形气泡，光线从液体材料射
出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光的可逆性可知不会发生全反射，
故B 错误；
C．由图乙可得，b 光在液体材料中的折射角
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由折射率
，可得该液体材料对
光的折射率为
故C 正确；
D．由图乙可知，a、b、c 三种颜色的光的入射角相同，c 光的折射角最大，由折射率公式
，可知c 光的折射率最小；由
，可知光在液体球中的传播速度最大，故D 错
误。
故选C。
2.一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变为a、b 两
束平行单色光，如图所示。对于两束单色光来说（ ）
A．玻璃对a 光的折射率较小
B．a 光在玻璃中传播的速度较大
C．b 光的波长较长
D．b 光光子的能量较大
【答案】C
【详解】A．由图可知玻璃对a 光的折射率较大，故A 错误；
B．由
可知a 光在玻璃中传播的速度较小，故B 错误；
47
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C．a 光的折射率大，则a 光的频率大，波长较短，故C 正确；
D．a 光的频率大，由
可知a 光光子的能量较大，故D 错误。
故选C。
3.彩虹的形成是雨后太阳光射入空气中的水滴先折射，然后在水滴的背面发生反射，最后
离开水滴时再次折射形成。如图所示，一束太阳光从左侧射入球形水滴，a、b 是其中的两
条出射光线，一条是红光，另一条是紫光。关于a 光和b 光的说法中，正确的是（
）
A．a 光是红光
B．a 光的波长更长
C．b 光更容易发生衍射
D．在真空中传播时，b 光的速度更大
【答案】C
【详解】A．a、b 两条出射光线均在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a 光的折射角
小于b 光的折射角，根据折射定律
，可知
折射率大则光的频率高，因此a 光是紫光，b 光是红光，故A 错误；
B．由于光的频率越大，波长越短，因此
故B 错误；
C．根据光的衍射现象，遇到相同的障碍物，波长越长的光越容易发生明显衍射，因此b
光更容易发生明显衍射，故C 正确；
D．在真空中传播时，a、b 光的速度一样大，故D 错误。
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故选C。
4．彩虹的形成原理可简化为如图，阳光由空气射入球形水滴后，可分成红、橙、黄、绿、
蓝、靛、紫七种色光，其中a、b 是射出的某两种单色光（其他色光没有画出），则下列说
法正确的是（ ）
A．a 光在水滴中的传播速度较大
B．a 光和b 光在水滴中的传播速度相等
C．若b 光是靛光，则a 光一定是紫光
D．若a 光是绿光，则b 光可能是紫光
【答案】C
【详解】CD．阳光中单色光的折射率从红光到紫光依次升高，由光路图可知，a 光的偏折
程度较大，则a 光的折射率较大，若a 光是绿光，则b 光不可能是紫光。若b 光是靛光，
则a 光一定是紫光，故C 正确，D 错误；
AB．因a 光的折射率更大，根据
可知a 光在水滴中的传播速度较小，故AB 错误。
故选C。
5．如图所示为圆柱体玻璃砖的横截面，虚线为圆形截面的直径，一光束从真空中经直径端
点斜射入玻璃砖，进入玻璃砖后分成
、
两束单色光，分别从
、
点射出玻璃砖，
下列说法正确的是（ ）
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A．
光的频率比
光的小
B．
光在玻璃砖中的传播速度比
光的小
C．
光的波长比
光的波长大
D．
、
两束单色光通过玻璃砖的时间相同
【答案】B
【详解】ABC．根据题意画出光路图，如图所示
由图可知，
光的折射角小于
光，由折射定律
可知，
光的折射率大于
光，则
光的频率比
光的大，
光的波长比
光的波长小，由
可知，
光在玻璃砖中的传
播速度比
光的小，故AC 错误，B 正确；
D．根据题意，由几何关系可得，
光在玻璃砖中的传播距离为
光在玻璃砖中的传播距离为
、
两束单色光通过玻璃砖的速度分别为
，
则
光通过玻璃砖的时间为
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同理可得，
光通过玻璃砖的时间为
由数学知识可知a 光的传播时间长，故D 错误。
故选B。
6.如图所示，一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在玻璃砖与空气的界
面上发生反射和折射，入射角为
，折射角为
。下列说法正确的是（ ）
A．反射光的频率大于入射光的频率
B．折射光的波长等于入射光的波长
C．若增大入射角
，则折射角
将减小
D．若增大入射角
，则折射光将减弱
【答案】D
【详解】A．光发生反射和折射后频率不变，所以反射光的频率等于入射光的频率，故A
错误；
B．折射光的传播速度大于入射光的传播速度，频率相同，由
可知折射光的波长大
于入射光的波长，故B 错误；
C．由
可知若增大入射角
，则折射角
将增大，故C 错误；
D．若增大入射角
，反射光增强，折射光将减弱。故D 正确。
故选D。
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类型2 全反射现象和物理光学
1．如图所示，一束红光以30°入射角射向半圆玻璃砖的平直边，在玻璃砖与空气的分界面
上发生了反射和折射。若保持半圆玻璃砖不动，入射光线与法线的夹角从30°逐渐缓慢增
大到90°的过程中（ ）
A．反射角变小
B．反射光的亮度不变
C．折射光的亮度不变
D．折射光会消失
【答案】D
【详解】入射光线与法线的夹角从30°逐渐缓慢增大到90°的过程中，则反射角变大，反射
光线的亮度增加，折射光线的亮度减小，当入射角到达临界角时，全部光线返回原介质，
即发生全反射，此时折射光线消失，反射光亮度最大。故选项ABC 错误，D 正确。
故选D。
2.如图甲所示，为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径
向射入，入射光线与法线成θ 角，由光学传感器CD 可以探测反射光的强度。实验获得从
AB 面反射回来的反射光的强度随θ 角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，
则该激光在这种透明新材料中（ ）
A．折射率为
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B．传播速度为
c
C．θ=0°时，反射光强度为0
D．反射光的强度随θ 角的增大而增大
【答案】B
【详解】A.根据图像可得当
时激光发生全反射，根据折射定律得
故A 错误；
B.根据速度公式
故B 正确；
C.θ=0°时大量的激光从O 点射出，少量激光反射经过C 点，故C 错误；
D.根据图像可得当
时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D 错误。
故选B。
3．一束细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体，如图甲所示，对其射出后的折射
光线的强度进行记录，发现折射光线的强度随着
的变化而变化，如图乙的图线所示，则
下列说法正确的是（ ）
A．透明体的临界角为
B．透明体的临界角为
C．透明体的折射率为
D．透明体的折射率为
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【答案】B
【详解】AB.由题图乙的图线可知，当
小于等于30 时，入射角大于等于60 ，折射光线
的强度为零，光线产生全反射现象，所以此透明体的临界角为60 ，故选项A 不合题意，
选项B 符合题意；
CD.由临界角公式
，C=60 ，解得折射率
，故选项CD 不合题意．
4．如图所示，一束复色光通过矩形玻璃砖后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是
（ ）
A．a 光的频率比b 光大
B．在玻璃砖中的传播速度，a 光比b 光小
C．若用b 光照射某金属表面能发生光电效应，则用a 光照射该金属也一定能发生光电
效应
D．通过同一双缝干涉演示仪，a 光形成的条纹间距比b 光的大
【答案】D
【详解】A．由图知两束光的入射角相等，b 的折射角小于a 的折射角，根据折射定律可知，
玻璃砖对a 光的折射率比对b 光的小，由于折射率越大，光的频率越大，则a 光的频率比b
光的频率小，故A 错误；
B．由于玻璃砖对b 光的折射率大，根据
可知在玻璃砖中b 光的传播速度比a 光的小，故B 错误；
C．根据光电效应的发生条件可知，由于b 光的频率较大，若b 光能使某金属发生光电效应，
则a 光不一定能使该金属发生光电效应，故C 错误；
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D．由于玻璃砖对b 光的折射率大，故空气中b 光的波长更小，根据
可知，经同一套双缝干涉装置发生干涉，a 光形成的条纹间距比b 光的大，故D 正确。
故选D。
6．为了研究某种透明新材料的光学性质，先将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光
由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O 的法线成
角射入，CD 为光学传感器，可以探测
光的强度。从AB 面反射回来的光强随
变化的情况如图乙所示。又将这种新材料制成的一
根光导纤维束弯成半圆形，暴露于空气中（假设该激光在空气中的折射率与其在真空中的
相同），此半圆形外半径为R，光导纤维束的半径为r，如图丙所示。已知
，
，下列说法正确的是（ ）
A．该激光在此新材料中的折射率
B．图甲中若减小入射角
，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
C．用同种激光垂直于光导纤维束端面EF 射入，若该束激光恰好不从光导纤维束侧面
外泄，则弯成的半圆形外半径R 与光导纤维束半径r 应满足的关系R=5r
D．如果用红色激光垂直于光导纤维束端面EF 射入时该激光不会从侧面外泄，则换成
紫色激光时将可能会从侧面外泄
【答案】C
【详解】A．从乙图中可以看出，当
时发生全反射，则有
故A 错误；
B．图甲中若减小入射角
，根据反射定律和折射定律可知反射角和折射角都减小，则反
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射光线和折射光线之间的夹角将变大，故B 错误；
C．激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在外侧面处发生全反射，临界光路
如图所示
根据几何关系有
解得
故C 正确；
D．根据频率越大，折射率就越大，临界角就越小，如果用红色激光垂直于光导纤维束端
面EF 射入时该激光不会从侧面外泄，则换成紫色激光时也将不会从侧面外泄，故D 错误。
故选C。
7.某实验小组用完全相同的双缝干涉实验装置进行实验，仅换用频率不同的单色光a、b 得
到的干涉图样分别如图甲、乙所示，下列说法中正确的是（ ）
A．a 光子的能量大于b 光子的能量
B．b 光更容易发生明显的衍射现象
C．单色光a 在水中的传播速度比b 光快
D．从同一种介质射入空气发生全反射时，a 光的临界角小于b 光的临界角
【答案】C
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【详解】A．根据
知，在屏幕上相邻的两条亮纹间距越大，则光的波长较长，则a
光波长较大，由
知频率越短，则a 光子的能量
越小，故A 错误；
B．a 光波长大于b 光波长，则a 光比b 光更容易发生明显的衍射现象，故B 错误；
C．a 光的波长长，则频率小，故折射率小，根据
知在介质中传播速度大，故C 正确；
D．从同一种介质射入空气发生全反射时，临界角
，可知a 光的临界角大于b 光
的临界角，故D 错误。
故选C。
8.用a、b 两束单色光照射同一单缝做衍射实验，观察衍射图样发现：a 光的中央亮纹比b
光的中央亮纹窄，下列说法正确的是（ ）
A．a、b 两束单色光以相同的入射角从空气射入水中，b 光的折射角小
B．a、b 两束单色光在水下同一深度处，b 光照亮水面的面积较大
C．用同一装置进行双缝干涉实验，a 光的条纹间距较大
D．用a 光照射某金属，不能发生光电效应，用b 光照射有可能发生光电效应
【答案】B
【详解】A．a 光的中央亮纹比b 光的中央亮纹窄，可知b 光的波长大，频率小，所以折射
率小，所以当a、b 两束单色光以相同的入射角从空气射入水中时，b 光的光线偏折小，则
折射角大，故A 错误；
B．a、b 两束单色光在水下同一深度处，因为b 光的折射率小，根据公式
可知b 光的临界角大，所以b 光照亮水面的面积较大，故B 正确；
C．用同一装置进行双缝干涉实验，根据公式
可知b 光的波长大，b 光的条纹间距较大，故C 错误；
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D．用a 光照射某金属，不能发生光电效应，因为b 光的波长大，频率小，所以b 光照射也
不发生光电效应，故D 错误。
故选B。
类型3 光学与其他知识的综合问题
1.(多选)一束复色光射到平行玻璃砖的上表面，经玻璃砖下表面射出后分为a、b 两束光，
下列说法正确的是( )
A．在玻璃砖中a 光的传播速度小于b 光的传播速度
B．若从同一介质射入真空，发生全反射时a 光的临界角比b 光的大
C．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间距Δxa＞Δxb
D．a、b 两束光分别照射到同种金属上，相应的遏止电压分别为Ua和Ub，则Ua＞Ub
【答案】 AD
【解析】 由公式n＝可知，a 光的折射率大于b 光的折射率，由公式v＝可知，在玻璃砖
中a 光的传播速度小于b 光的传播速度，故A 正确；由公式sin C＝可知，折射率越大，临
界角越小，则从同一介质射入真空，发生全反射时a 光的临界角比b 光的小，故B 错误；
由于a 光的折射率大于b 光的折射率，则a 光的频率大于b 光的频率，由公式c＝λν 可知，
a 光的波长小于b 光的波长，由公式Δx＝λ 可知，通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹间
距Δxa＜Δxb，故C 错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可得eUc＝hν－
W0，则Ua＞Ub，故D 正确。
2.由a 和b 两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。a 光是氢原子
由n＝4 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是( )
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A．该三棱镜对a 光的折射率较大
B．在该三棱镜中，a 光的传播速度小于b 光的传播速度
C．用同一双缝干涉装置进行实验，a 光干涉条纹的间距大于b 光干涉条纹的间距
D．b 光可能是氢原子从n＝3 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的
【答案】 C
【解析】 由题图可知，三棱镜对b 光的折射程度较大，则该三棱镜对b 光的折射率较大，
选项A 错误；根据v＝可知，在该三棱镜中，a 光的传播速度大于b 光的传播速度，选项B
错误；a 光折射率小，则频率小，波长大，根据Δx＝λ 可知，用同一双缝干涉装置进行实
验，a 光干涉条纹的间距大于b 光干涉条纹的间距，选项C 正确；b 光频率大，则所对应的
跃迁的能级差较大，因为a 光是氢原子由n＝4 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的，则b
光不可能是氢原子从n＝3 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的，选项D 错误。
3.1834 年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏双缝干涉实验的结果，利用的基本装置如图所
示，单色缝光源S 与平面镜M 平行。某次实验，S 发射波长为
的单色光a，光屏上形成干
涉条纹，虚线
上方的第二条亮条纹出现在N 处；若S 发射波长为
的单色光b，光屏
上N 处出现第三条亮条纹。已知单色光源S 与镜面所在直线间的距离为h，与光屏间的距
离为l，不考虑半波损失，下列说法正确的是（ ）
A．单色光波长为λ 时光屏上干涉条纹间距为
B．两单色光的光子动量之比
C．若将平面镜M 右移一小段距离，光屏上的条纹间距变小
D．若撤去平面镜M，光屏上仍然能出现明暗相间的条纹
【答案】D
【详解】A．由题意可知，可将单缝及其在平面镜中的像视为双缝，由双缝干涉条纹间距
公式
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其中
可得
A 错误；
B．波长为
的单色光和波长为
的单色光的条纹间距之比为3：2，故
结合
可知
B 错误；
C．将平面镜M 右移一小段距离，不影响光源的像的位置和l 的大小，条纹间距不变，C 错
误；
D．若撤去平面镜M，通过单缝光线会发生衍射，仍然可以观察到明暗相间的条纹，D 正
确。
故选D。
4．大连光源是中国科学院研制的中国第一台大型自由电子激光科学研究装置，是当今世界
上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置，也是世界上最亮的极紫外光源，极紫外光
源发出的极紫外线比紫外线的波长还要短，下列关于紫外线和极紫外线的判断正确的是（
）
A．极紫外线光子的能量小于紫外线光子的能量
B．由玻璃射向真空时极紫外线的临界角小于紫外线的临界角
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C．利用同一装置进行双缝干涉实验时极紫外线的条纹间距较大
D．分别照射同一光电管发生光电效应，极紫外线对应的遏止电压小于紫外线对应的遏
止电压
【答案】B
【详解】A．极紫外光源发出的极紫外线比紫外线的波长还要短，根据
可知，极紫
外线的频率较大，根据
可知，极紫外线光子的能量大于紫外线光子的能量，故A 错误；
B．全反射的临界角满足
极紫外线的频率较大，则极紫外线的折射率较大，由玻璃射向真空时极紫外线的临界角小
于紫外线的临界角，故B 正确；
C．根据
可知，利用同一装置进行双缝干涉实验时极紫外线的条纹间距较小，故C
错误；
D．根据动能定理
根据光电效应方程
联立可得
可知分别照射同一光电管发生光电效应，极紫外线对应的遏止电压大于紫外线对应的遏止
电压，故D 错误。
故选B。
5．如图所示，波长为
和
的两种单色光射入三棱镜，经折射后射出两束单色光a 和b，
则这两束光（ ）
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A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能
B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条件间距
C．在水中的传播速度
D．光子动量
【答案】B
【详解】A．根据光路图可知三棱镜对b 光的偏折程度更大，所以b 光折射率大，频率高，波长短。根据
光电效应方程
因为
，所以
，故A 错误；
B．根据双缝干涉条纹间距公式
因为
，所以
，故B 正确；
C．介质中传播速度
因为
，所以
，故C 错误；
D．根据光子动量的公式
因为
，所以
，故D 错误。
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