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重难17 光学（几类光学现象及其应用、光的折射和全反射 综合应用） 高考指导方向标 近三年考查趋 势分析 近三年高考中，本专题通常以选择题和计算题（几何光学部分）形式出现，分值约6-12 分。命题注重对光的本性（波动性）及传播规律（折射、反射、全反射）的考查，常结 合生活科技应用（如光纤通信、增透膜、检测平整度）设计情境，强调理论联系实际。 命题特点： 聚焦几何光学计算：重点考查光的折射定律和全反射临界条件的综合应用，常涉及光在 介质界面或棱镜中的传播路径与角度计算。 辨析波动光学现象：要求准确区分干涉（双缝）、衍射（单缝、圆孔、圆盘）图样的特 点及形成条件，理解增透膜、检查平整度等薄膜干涉原理。 考查色散与光的特性：结合折射现象，考查七种色光在频率、波长、折射率、全反射临 界角等方面的比较与排序。 强调光路作图与分析：在几何光学问题中，正确、规范地作出光路图，并利用几何关系 求解是解题的关键。 核心方法聚焦 几何光学解题“三步法”：准确作光路图 → 标出已知角和待求角 → 运用折射定律及 内容导航 速度提升 技巧掌握 手感养成 重难考向聚焦 锁定目标 精准打击：快速指明将要攻克的核心靶点，明确主攻方向 重难技巧突破 授予利器 瓦解难点：总结瓦解此重难点的核心方法论与实战技巧 重难保分练 稳扎稳打 必拿分数：聚焦可稳拿分数题目，确保重难点基础分值 重难抢分练 突破瓶颈 争夺高分： 聚焦于中高难度题目，争夺关键分数 重难冲刺练 模拟实战 挑战顶尖：挑战高考压轴题，养成稳定攻克难题的“题感” 几何关系列式求解。 全反射问题分析：紧抓发生全反射的两个条件（光密→光疏、入射角≥临界角），准确 找出临界光线。 波动现象辨析：掌握干涉（等间距明暗条纹）与衍射（中央亮纹宽、条纹不等距）的核 心特征及图样区别。 色光特性记忆：熟记七色光从红到紫，频率、折射率递增，波长、临界角、介质中光速 递减的规律。 备考指导建议 夯实概念与规律：透彻理解折射率、临界角、干涉、衍射、偏振等核心概念及对应规 律。 强化几何光路训练：提升规范作图能力，并熟练运用三角函数和几何知识寻找边角关 系。 对比记忆波动现象：将干涉、衍射、偏振等现象进行对比学习，结合典型图样加深理 解。 联系实际应用：关注光学技术在生产和生活中的应用实例（如光导纤维、镜头镀膜、3D 电影），学会将实际问题转化为物理模型。 1 干涉和衍射中几种光现象的判断 (1)单缝衍射：①单色光的衍射图样中间为宽且亮的单色条纹，两侧是明暗相间的条纹，条纹宽度比中央窄 且暗；单色光的波长越长，单缝越窄，中央亮纹越宽。 ②白光的衍射图样中间为宽且亮的白条纹，两侧是渐窄且暗的彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光、 离中央最远的是红光如图所示，这是光在衍射时的色散。 (2)圆孔衍射：①单色光的衍射图样如图所示，中央是大且亮的圆形光斑，周围分布着明暗相间的不等距 的 同心圆环，且越靠外，亮圆环越窄越暗。 ②白光的衍射图样，中央是大且亮的白色亮斑，周围是不等间距的彩色的同心圆环 (3)圆盘衍射(泊松亮斑)：如图所示，当光照到不透明的半径很小的小圆盘上时，对于一定的波长，在适当 的距离上，圆盘的阴影中心出现亮斑，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。 （4）双缝干涉：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条 纹，且加强区域和减弱区域相互间隔。单色光照射时，形成明暗相间的等间距的干涉条纹。 2. 单缝衍射与双缝干涉的比较 两种现象 单缝衍射 双缝干涉 不同点 图样特 点 图样 条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等 条纹中心间距 两相邻亮条纹中心间距不等 两相邻亮条纹中心间距相等 亮度情况 中央条纹最亮，两侧条纹逐渐变暗 条纹清晰，亮度基本相等 发生条件 产生明显衍射的条件：障碍物或孔、缝 的尺寸与光的波长差不多或比光的波长 更小 两束光频率相同、相位差恒定、 振动方向相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，波长越长越明显；干涉、衍射都形成明暗相间的条纹，从本质上看都属 于光波的叠加，干涉是从双缝通过两列频率相同的光波在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位 置的光在屏上叠加形成的 3. 全反射 1. 定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消 失，只剩下反射光的现象。 说明：入射角增大的过程中，折射光的能量减少，反射光的能量增加，当发生全反射时，反射光的能量最 强。 2. 条件：①光从光密介质射入光疏介质。②入射角大于或等于临界角。 3. 临界角：折射角等于90°时的入射角。若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临 界角为C，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。 4．应用： (1)全反射棱镜 (2)光导纤维 说明：内芯相对于外套为光密介质，内芯的折射率大于外套的折射率。 4. 光学现象的几种应用 1. 薄膜干涉的应用 （1）增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一的奇数倍，使薄膜前后两面的反射光的路 程差为薄膜中波长的一半的奇数倍，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。 （2）利用薄膜干涉检测平整度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如 果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凸起，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲， 如图乙所示；如果某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。 2. 偏振光的应用：应用于照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等。 5. 光的折射和全反射的综合应用 1. 应用光的折射和全反射解决问题的两个技巧： (1)解答全反射类问题时，要抓住发生全反射的两个条件： ①光必须从光密介质射入光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 (2)利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽 量与实际相符。 2. 应用光的折射和全反射解决问题的四个注意： (1)明确哪种是光密介质、哪种是光疏介质。同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可 能是光疏介质。 (2)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。 (3)光的反射、折射和全反射现象，光路均是可逆的。 (4)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射， 不发生折射。全反射问题的解题要点 6. 几何光学中的范围和临界问题 应用光的折射定律解题的一般思路 (1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系，作出比较完整的光路图。 (2)充分利用光路图中的几何关系，确定各角之间的联系，根据折射定律求解相关的物理量：折射角、折射 率等。 (3)注意在折射现象中，光路是可逆的。 7. 七种色光的物理量比较分析 可见光中各种色光特征比较 单色光的颜色 红→橙→黄→绿→青→蓝→紫 频率（决定光的颜色） 低→高 真空（空气）中的波速 c＝3×108 m/s 真空（空气）中的波长 长→短 同一介质中的折射率n 小→大 同一介质中的光速v＝ 大→小 同一介质中的波长 长→短 同一介质中的全反射临界角C＝arcsin 大→小 （建议用时：20 分钟） 1．（2025·天津·高考真题）在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以 方便地展示干涉条纹分布。a、b 两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图 所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代 表相同位置，则（ ） A．a、b 的光子动量大小相同 B．a 的光子能量小于b 的光子能量 C．在真空中，a 的波长大于b 的波长 D．通过同一单缝衍射装置，a 的中央亮条纹窄 2．（2025·海南·高考真题）下列关于光现象描述正确的是（ ） A．海市蜃楼是光的衍射现象 B．光电效应表明光具有粒子性 C．水面上的油膜在阳光下呈现彩色条纹是光的干涉现象 D．斜插在水杯中的筷子看起来像被折断是光的反射现象 3．（2025·重庆·高考真题）杨氏双缝干涉实验中，双缝与光屏距离为l，波长为 的激光垂直入射到双缝 上，在屏上出现如图所示的干涉图样。某同学在光屏上标记两条亮纹中心位置并测其间距为a，则 （ ） A．相邻两亮条纹间距为 B．相邻两暗条纹间距为 C．双缝之间的距离为 D．双缝之间的距离为 4．（2025·北京·高考真题）下列现象属于光的衍射的是（ ） A．雨后天空出现彩虹 B．通过一条狭缝看日光灯观察到彩色条纹 C．肥皂膜在日光照射下呈现彩色 D．水中的气泡看上去特别明亮 5．（2025·广东·高考真题）如图为测量某种玻璃折射率的光路图。某单色光从空气垂直射入顶角为 的玻 璃棱镜，出射光相对于入射光的偏转角为 ，该折射率为（ ） A． B． C． D． 6．（2025·广西·高考真题）如图扇形的材料，折射率大于 ，现有两条光线1 和2，从扇形材料的A 点传 播，光线1 传到圆弧（ 圆）AC 的中点B．光线2 传播到C 点偏上，则两光线发生下列哪种情况（ ） A．1 不全反射，2 全反射 B．都不全反射 C．都全反射 D．1 全反射，2 不全反射 7．（2025·浙江嘉兴·一模）关于下列四幅图所涉及的物理知识的分析，以下说法正确的是（ ） A．图甲：方解石双折射现象说明它具有各向异性的特征 B．图乙：水波由深水区至浅水区传播方向发生改变是波的反射现象 C．图丙：根据管中液面凹凸情况可知细管材料可以用来制作防水衣 D．图丁：观看立体电影时佩戴的眼镜利用了光的干涉原理 （建议用时：30 分钟） 8．（2025·浙江·高考真题）氢原子从 的能级向 的能级跃迁时分别发出光P、Q。则（ ） A．P、Q 经过甲图装置时屏上谱线分别为2、1 B．若乙图玻璃棒能导出P 光，则一定也能导出Q 光 C．若丙图是P 入射时的干涉条纹，则Q 入射时条纹间距减小 D．P、Q 照射某金属发生光电效应，丁图中的点1、2 分别对应P、Q 9．（2025·四川·高考真题）某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示，模组内置一块上 下表面平行（ ）的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射，经过三次全反射后平行于入射光射出。则 （ ） A．可以选用折射率为1.4 的光学玻璃 B．若选用折射率为1.6 的光学玻璃， 可以设定为 C．若选用折射率为2 的光学玻璃，第二次全反射入射角可能为 D．若入射光线向左移动，则出射光线也向左移动 10．（2025·湖南·高考真题）如图，ABC 为半圆柱体透明介质的横截面，AC 为直径，B 为ABC 的中点。真 空中一束单色光从AC 边射入介质，入射点为A 点，折射光直接由B 点出射。不考虑光的多次反射，下列 说法正确的是（ ） A．入射角θ 小于45° B．该介质折射率大于 C．增大入射角，该单色光在BC 上可能发生全反射 D．减小入射角，该单色光在AB 上可能发生全反射 11．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）在双缝干涉实验中，某实验小组用波长为 的蓝色激光和波长为 的红色激光组成的复合光垂直照射双缝，双缝间距为 ，双缝到屏的距离为 ，则屏上 （ ） A．蓝光与红光之间能发生干涉形成条纹 B．蓝光相邻条纹间距比红光相邻条纹间距小 C．距中央亮条纹中心 处蓝光和红光亮条纹中心重叠 D．距中央亮条纹中心 处蓝光和红光亮条纹中心重叠 12．（2025·河南·高考真题）折射率为 的玻璃圆柱水平放置，平行于其横截面的一束光线从顶点入射， 光线与竖直方向的夹角为 ，如图所示。该光线从圆柱内射出时，与竖直方向的夹角为（不考虑光线在 圆柱内的反射）（ ） A． B． C． D． 13．（2024·重庆·高考真题）某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所 示，其宽度为16cm，让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角，当反射光与折射光 垂直时，测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h，就能得到液体的折射率n。忽略气壁厚度，由该 方案可知（ ） A．若h = 4cm，则 B．若h = 6cm，则 C．若 ，则h = 10cm D．若 ，则h = 5cm 14．（2025·云南·高考真题）用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部 中心位置O 点的样品等效为点光源，为避免O 点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物 镜的间隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5，盖玻片厚度 ，盖 玻片与物镜的间距 ，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空中光速 。 (1)求未滴油时，O 点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积（结果保留2 位有效数字）； (2)滴油前后，光从O 点传播到物镜的最短时间分别为 ，求 （结果保留2 位有效数字）。 15．（2025·湖北·高考真题）如图所示，三角形ABC 是三棱镜的横截面， ， ，三棱镜放 在平面镜上，AC 边紧贴镜面。在纸面内，一光线入射到镜面O 点，入射角为 ，O 点离A 点足够近。已 知三棱镜的折射率为 。 (1)当 时，求光线从AB 边射入棱镜时折射角的正弦值； (2)若光线从AB 边折射后直接到达BC 边，并在BC 边刚好发生全反射，求此时的 值 （建议用时：20 分钟） 16．（2024·浙江·高考真题）在如图所示的直角坐标系中， 平面为介质Ⅰ和Ⅱ的分界面（z 轴垂直纸面 向外）。在介质I 中的 （0， ）处有一点波源，产生波长为 、速度为v 的波。波传到介质Ⅱ中，其速 度为 ，图示时刻介质Ⅱ中仅有一个波峰，与x 轴和y 轴分别交于R 和S 点，此时波源也恰好位于波峰。 M 为O、R 连线的中点，入射波与反射波在O 点相干加强，则（ ） A．介质Ⅱ中波的频率为 B．S 点的坐标为（0， ） C．入射波与反射波在M 点相干减弱 D．折射角 的正弦值 17．（2025·内蒙古乌兰察布·模拟预测）如图所示为光导纤维（可简化为长直玻璃丝）的示意图，玻璃丝 长为l=9m，AB、CD 分别代表光纤的两个端面，一束光以45°的入射角从端面AB 射入长直光纤，玻璃丝对 该光束的折射率为 。已知光在真空中的传播速度的大小为 ，则光从玻璃丝的端面AB 传播到端面CD 经历的时间为（ ） A． B． C． D． 18．（2025·浙江·一模）如图所示，半球形均匀玻璃砖过球心O 的截面为CPD，PO 与底面垂直。由黄、 紫两种单色光组成的一束细光束从P 点以45°入射，折射光分为a、b 两束光。下列说法正确的是（ ） A．a 光光子动量小于b 光光子动量 B．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压Ua>Ub C．a、b 两束光从P 点到底面所用的时间关系为ta<tb D．a、b 两束光从P 点射入玻璃砖经底面反射一次到圆弧CP 上所用的时间关系为ta=tb 19．（2025·河北·模拟预测）中国最北端城市黑龙江漠河，极寒天气频繁，城市的路灯、霓虹灯、汽车大 灯等在稳定大气中易形成“寒夜灯柱”现象，这是一种冰晕现象，因大气中的冰晶反射灯光而形成。简化 光路如图所示，一束灯光（复色光）从左侧界面折射进入冰晶，分成两束单色光a 和b，再经右侧界面反 射，又从左侧界面折射出来被人们看到。关于这一现象，下列说法正确的是（ ） A．b 光更易发生全反射 B．在冰晶中，a 光的速度比b 光的速度大 C．单色光b 在冰晶右侧的反射不是全反射 D．用同一装置做双缝干涉实验，b 光的条纹间距比a 光小 20．（2025·甘肃武威·模拟预测）如图所示为柱状透明体的半圆形横截面，O 为圆心，半径为R，底面镀有 反射膜。一束平行单色光沿着与水平面成30°角的方向射向透明体，边界光线1 恰好沿半径射到O 点经反 射后从圆弧上的B 点（未画出）射出透明体，边界光线2 从透明体的最高点A 射入透明体后经反射后也从 圆弧上的B 点沿竖直方向射出透明体。已知该光束在真空中的传播速度为c，求： (1)透明体对该单色光的折射率n； (2)光线2 在透明体中传播的时间t（不考虑多次反射）。
