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专题16 光学 电磁波
目录
01 光学····································································································2
考向一 折射定律、折射率、光的传播问题及色散······································································2
考向二 全反射及其应用··················································································································7
考向三 光的干涉与衍射················································································································16
考向四 几何光学与物理光学综合问题························································································17
02 电磁振动及电磁波···········································································19
考向一 电磁振荡 电磁波··············································································································19
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01 光学
考向一 折射定律、折射率、光的传播问题及色散
1．（2023·全国·高考真题）（多选）等腰三角形△abc 为一棱镜的横截面，ab = ac；一平行于bc 边的细
光束从ab 边射入棱镜，在bc 边反射后从ac 边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光
的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的波长比乙光的长
B．甲光的频率比乙光的高
C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E．在棱镜内bc 边反射时的入射角，甲光比乙光的大
2．（2023·浙江·高考真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边
以
角度入射，依次经
和
两次反射，从直角边
出射。出射光线相对于入射光线偏转了
角，则
（ ）
A．等于
B．大于
C．小于
D．与棱镜的折射率有关
3．（2023·湖南·高考真题）（多选）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光
信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α 大于41°时，岸上救援人员才能收到他发
出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
2
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A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
4．（2023·江苏·高考真题）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会
发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（ ）
A．
B．
C．
D．
5．（2022·浙江·高考真题）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O 点，发现有a、b、c、d 四条细
光束，其中d 是光经折射和反射形成的。当入射光束a 绕O 点逆时针方向转过小角度
时，b、c、d 也会
随之转动，则（ ）
A．光束b 顺时针旋转角度小于
B．光束c 逆时针旋转角度小于
C．光束d 顺时针旋转角度大于
D．光束b、c 之间的夹角减小了
3
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6．（2021·浙江·高考真题）用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O 和
两出射点P、Q 恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、
出射光束c 和d、已知光束a 和b 间的夹角为
，则（ ）
A．光盘材料的折射率
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c 和d 的强度之和等于光束a 的强度
D．光束c 的强度小于O 点处折射光束
的强度
7．（2022·全国·高考真题）光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器，其简化的工作原理示意图如图
所示。图中A 为轻质绝缘弹簧，C 为位于纸面上的线圈，虚线框内有与纸面垂直的匀强磁场；M 为置于平
台上的轻质小平面反射镜，轻质刚性细杆D 的一端与M 固连且与镜面垂直、另一端与弹簧下端相连，
为圆弧形的、带有均匀刻度的透明读数条，
的圆心位于M 的中心。使用前需调零:使线圈内没有电流通
过时，M 竖直且与纸面垂直；入射细光束沿水平方向经
上的O 点射到M 上后沿原路反射。线圈通入电
流后弹簧长度改变，使M 发生倾斜，入射光束在M 上的入射点仍近似处于
的圆心，通过读取反射光射
到
上的位置，可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为k，磁场磁感应强度大小为B，线圈C 的匝
数为N。沿水平方向的长度为l，细杆D 的长度为d，圆弧
的半径为r﹐
，d 远大于弹簧长度改变
量的绝对值。
（1）若在线圈中通入的微小电流为I，求平衡后弹簧长度改变量的绝对值
及
上反射光点与O 点间的
弧长s；
（2）某同学用此装置测一微小电流，测量前未调零，将电流通入线圈后，
上反射光点出现在O 点上方，
与O 点间的弧长为
、保持其它条件不变，只将该电流反向接入，则反射光点出现在О 点下方，与O 点间
的弧长为
。求待测电流的大小。
4
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8．（2021·湖南·高考真题）我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验，认识到光沿直线传播。身
高
的人站在水平地面上，其正前方
处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞，直径为
、深度为
，孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时，由于孔洞深度过大，使得成像不完整，如图所示。
现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质，不考虑光在透明介质中的反射。
5
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（i）若该人通过小孔能成完整的像，透明介质的折射率最小为多少？
（ii）若让掠射进入孔洞的光能成功出射，透明介质的折射率最小为多少？
9．（2024·吉林白山·统考一模）如图所示，横截面为半圆的玻璃砖放置在平面镜上，直径AB 与平面镜垂
直。一束激光a 射向半圆柱体的圆心O，激光与AB 的夹角为
，已知玻璃砖的半径为12cm，平面镜上
的两个光斑之间的距离为
，则玻璃砖的折射率为（ ）
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A．
B．
C．2
D．
10．（2024·河南·统考二模）一种光学传感器是通过接收器接收到红绿灯光信号而触发工作的。如图所示，
一细束黄色光沿AB 方向从汽车玻璃外侧（汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖）的B 点射入，入射角为
i，折射光线刚好沿BC 方向在汽车玻璃内侧C 点触发光学传感器。若入射光的颜色发生变化，且入射光的
入射位置B 不变，仍要使折射光线沿BC 方向在汽车玻璃内侧C 点触发光学传感器。下列说法正确的是（
）
A．若改用绿色光射入，需要入射角i 减小到某一合适的角度
B．若改用红色光射入，需要入射角i 减小到某一合适的角度
C．若改用红色光射入，需要入射角i 增大到某一合适的角度
D．改用任何颜色的光射入，都需要入射角i 减小到某一合适的角度
考向二 全反射及其应用
11．（2023·湖北·高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ 的顶角为
，OP 边上的点光源S 到顶点
O 的距离为d，垂直于OP 边的光线SN 在OQ 边的折射角为
。不考虑多次反射，OQ 边上有光射出部分
的长度为（ ）
A．
B．
C．
D．
12．（2022·辽宁·高考真题）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021 年12 月，在中国
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空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，
若气泡与水球同心，在过球心O 的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（ ）
A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C．若光线1 在M 处发生全反射，光线2 在N 处一定发生全反射
D．若光线2 在N 处发生全反射，光线1 在M 处一定发生全反射
13．（2022·山东·高考真题）柱状光学器件横截面如图所示，
右侧是以O 为圆心、半径为R 的
圆，
左侧是直角梯形，
长为R，
与
夹角
，
中点为B。a、b 两种频率的细激光束，垂直
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
面全反射后，从
面射出的光是（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
14．（2023·山东·高考真题）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所
示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为
，折射率为n（
）。M、N 下端横
截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M 内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面
反射至N 下端面，N 下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M 下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为，求的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N 下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面
到被测物体距离b 的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
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15．（2022·湖南·高考真题）如图，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于
屏幕平行排列，可实现对像素单元可视角度的控制（可视角度定义为某像素单元发出的光在图示平面
内折射到空气后最大折射角的2 倍）。透明介质的折射率
，屏障间隙
。发光像素单元紧贴
屏下，位于相邻两屏障的正中间．不考虑光的衍射。
（1）若把发光像素单元视为点光源，要求可视角度控制为60°，求屏障的高度d；
（2）若屏障高度
，且发光像素单元的宽度不能忽略，求像素单元宽度x 最小为多少时，其可视
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角度刚好被扩为180°（只要看到像素单元的任意一点，即视为能看到该像素单元）。
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16．（2022·全国·高考真题）如图，边长为a 的正方形ABCD 为一棱镜的横截面，M 为AB 边的中点。在截
面所在的平面，一光线自M 点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC 边的N 点恰好发生全反射，反射
光线从CD 边的P 点射出棱镜，求棱镜的折射率以及P、C 两点之间的距离。
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17．（2021·山东·高考真题）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展
宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为。一细束脉冲激光垂直第一个棱
镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的
光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离
，脉冲激光中包含两种频率的光，
它们在棱镜中的折射率分别为
和
。取
，
，
。
（1）为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求的取值范围；
（2）若
，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差
（保留3 位有效数字）。
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18．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示，水平地面上放置一截面为等腰梯形的玻璃砖
，玻璃砖
的折射率为
。在
点正下方地面上处有一光源S，一束光自S 射向
面上的
点，
，则（ ）
A．此光线射至
面恰好发生全反射
B．此光线经折射从
面射出时偏折了
C．此光线在玻璃内多次反射从
面射出的光线都相互平行
D．若自发出的光束入射至
之间，此光束的折射光到
面可能发生全反射
19．（2024·陕西商洛·校联考一模）如图所示，一束平行于等边三棱镜横截面ABC 的光线从空气中射到E
点，折射光线沿路径EF 射到F 点。已知入射光线与AB 边的夹角为θ=30°，折射光线在F 点恰好发生全反
射。已知光在真空中的传播速度为c，BE=L，求：
（1）三棱镜的折射率；
（2）光从E 传播到F 所用的时间。（结果保留根号）
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20．（2024·广东惠州·统考二模）如图所示为一块半径为R 的半圆形玻璃砖，AB 为其直径，O 为圆心。一
束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，第一次到达弧形表面后只有CD 间的光线才能从弧形表面射出，已知
CO 垂直于DO，光在真空中的传播速度为C。求：
（1）玻璃砖的折射率；
（2）从玻璃砖的下表面射向C 点的光束，经弧形表面反射后再次返回玻璃砖的下表面在玻璃砖中传播的
时间。
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21．（2024·陕西渭南·统考一模）如图所示，三角形
为三棱镜的横截面，一细束单色光从
的侧面
上中点
点入射，改变入射角，当
侧面的折射光线与
边平行时，恰好没有光线从
侧面边
射出棱镜，已知
，且
，
，空气中的光速
，求：
（ⅰ）该棱镜对该单色光的折射率；
（ⅱ）当AC 侧面的折射光线与BC 边平行时，该单色光从
点入射到第一次从棱镜中射出传播的时间。
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考向三 光的干涉与衍射
22．（2023·江苏·高考真题）用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改
变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝间的距离变为原来的（
）
A．
倍
B．
倍
C．2 倍
D．3 倍
23．（2021·山东·高考真题）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（ ）
A．
B．
C．
D．
24．（2022·山东·高考真题）（多选）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝
，
的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙，图丙所
示图样。下列描述正确的是（ ）
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A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝
、
到屏上P 点的路程差为半波长的奇数倍，P 点处一定是暗条纹
25．（2024·四川绵阳·统考二模）由甲、乙两种不同颜色的光，垂直于直角三棱镜的AC 边界面射入，照射
到斜面上的D 点，甲光恰好发生全反射，乙光可以从D 点折射出棱镜，如图所示。若甲、乙单色光在该棱
镜中传播速度分别为k1c 和k2c（c 为真空中的光速），则可以判断k1 k2（选填“>”或“<”）；甲、
乙两单色光在该介质中的折射率之比为 （用k1、k2表示）；在同一双缝干涉装置中，甲光形成的
条纹间距 乙光形成的条纹间距（选填“>”或“<”）。
考向四 几何光学与物理光学综合问题
26．（2023·重庆·高考真题）某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b 两单色光的干涉条纹，发现
在相同的条件下光屏上a 光相邻两亮条纹的间距比b 光的小。他们又将a、b 光以相同的入射角由水斜射入
空气，发现a 光的折射角比b 光的大，则（ ）
A．在空气中传播时，a 光的波长比b 光的大
B．在水中传播时，a 光的速度比b 光的大
C．在水中传播时，a 光的频率比b 光的小
D．由水射向空气时，a 光的全反射临界角比b 光的小
27．（2022·天津·高考真题）（多选）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛
的应用。a、b 两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
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A．若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级能量差大
B．若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，a 光的衍射现象更明显
C．若a、b 光分别照射同一光电管发生光电效应，a 光的遏止电压高
D．若a、b 光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a 光的干涉条纹间距大
28．（2021·北京·高考真题）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025 年建成。同步辐
射光具有光谱范围宽（从远红外到X 光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～
105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应
用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速
器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量
约为104eV。下列说法正确的是（ ）
A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样
B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离
C．蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样
D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小
29．（2024·山东潍坊·寿光现代中学校考模拟预测）下列有关光现象的说法中正确的是（ ）
A．在光的衍射现象中缝的宽度d 越小，衍射现象越明显；入射光的波长越短，衍射现象越明显
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄
C．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振，光的偏振现象说明光是一种纵波
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02 电磁振动及电磁波
考向一 电磁振荡 电磁波
1．（2021·浙江·高考真题）大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接
收的微波功率达到
时会引起神经混乱，达到
时会引起心肺功能衰竭。现有一微波武器，
其发射功率
。若发射的微波可视为球面波，则引起神经混乱和心肺功能衰竭的有效攻击的最
远距离约为（ ）
A．
B．
C．
D．
2．（2023·浙江宁波·校考三模）关于无线电波的发射和接收，下列说法错误的是（ ）
A．振荡电路频率越高，发射电磁波的本领就越大
B．振荡电路的电场和磁场必须集中到尽可能小的空间，这样才能有效地把能量辐射出去
C．在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术叫做调制，有调幅和调频两种方法来调制
D．使接收电路产生电谐振的过程叫做解调，调制的逆过程叫做调谐
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