專題16光學電磁波

目錄

01考情透視?目標導航............................................................................3

02知識導圖?思維引航............................................................................4

03核心精講?題型突破............................................................................5

題型一折射定律及折射率的應用..............................................................5

【核心精講】...............................................................................5

一、折射定律...............................................................................5

二、折射率.................................................................................5

三、應用光的折射定律解題的一般思路........................................................5

【真題研析】...............................................................................6

【命題預測】...............................................................................7

考向一圓形邊界中折射定律的應用............................................................7

考向二多邊形邊界中折射定律的應用..........................................................7

考向三立體空間中折射定律的應用............................................................8

題型二光的折射和全反射的綜合應用...........................................................9

【核心精講】...............................................................................9

一、全反射及條件..........................................................................9

二、全反射臨界角..........................................................................9

三、光的折射和全反射問題的解題要點........................................................9

【真題研析】..............................................................................10

【命題預測】..............................................................................11

考向一全反射定律的生活中的應用...........................................................11

考向二全反射定律的科技中的應用...........................................................12

題型三光的波動性電磁波...................................................................13

【核心精講】..............................................................................13

一、光的干涉、衍射和偏振..................................................................13

二、電磁振蕩和電磁波......................................................................14

【真題研析】..............................................................................15

【命題預測】..............................................................................16

考向一雙縫干涉............................................................................17

考向二薄膜干涉............................................................................17

考向三光的衍射............................................................................18

考向四電磁波..............................................................................19

考情透視?目標導航

題統計

2024年2023年2022年

命題要點

2024?全國甲卷134(2)2023?江蘇卷152022.山東卷17

2024.山東卷1152023?湖北卷?T62022?湖南卷116(2)

光的折射和全2024.貴州卷.T32023?浙江卷1月-T132022?河北卷-T16(2)

反射2024重慶卷152023?山東卷1162022?廣東卷118

熱2024?海南卷?T42023?重慶卷152022?湖北卷114

考

2024?甘肅卷-T102023?福建卷?T3

角

度2024?遼寧卷-T42023?江蘇卷162022?山東卷110

2024?山東卷-T42023?山東卷-T52022?北京卷?T2

光的波動性

2024.廣西番T92023?北京卷122022.天津卷17

電磁波

2024江蘇卷122023?河北卷12

2024?湖南卷-T9

從近三年高考試題來看，對光的折射和全反射、光的干涉的考查很頻繁，大

命題規律多以選擇題和計算題出現，題目難度要求大多不是太高，較為基礎，但也不排除

個別年份題目較難。

預計在2025年高考中，對光的折射和全反射、光的干涉的考查，可能會與

考向預測

生活中遇到的實際現象和現代光學科技相結合。

命題情景以生活中的實際現象和現代光學科技為命題背景

常用方法畫圖法、幾何法

核心增出翱型空衲

//?\\

題型一折射定律及折射率的應用

核心精講「I

一、折射定律

1.內容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的

正弦與折射角的正弦成正比。

sin仇

2.表達式:sin仇n°

注意：①在光的折射現象中，光路是可逆的。

②當光從真空(或空氣)射入某種介質時，入射角大于折射角；當光由介質射入真空(或空氣)時，入

射角小于折射角。

二,Oil

1.折射率

(1)折射率是反映介質的光學性質的物理量。

⑵定義式：力=瞿。

(3)計算式：?=;,因為v<c,所以任何介質的折射率都大于1。

2.折射率的理解

(1)折射率由介質本身性質決定，與入射角的大小無關。

(2)折射率與介質的密度沒有關系，光密介質不是指密度大的介質。

(3)同一種介質中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。

三、應用光的折射定律解題的一般思路

1.根據入射角、折射角及反射角之間的關系，作出比較完整的光路圖。

2.充分利用光路圖中的幾何關系，確定各角之間的聯系，根據折射定律求解相關的物理量：折射角、折射率

3.注意在折射現象中，光路是可逆的。

真題研析

1.(2024?貴州?高考真題)一種測量液體折射率的V形容器，由兩塊材質相同的直角棱鏡粘合，并封閉其

前后兩端制作而成。容器中盛有某種液體，一激光束從左邊棱鏡水平射入，通過液體后從右邊棱鏡射出，

其光路如圖所示。設棱鏡和液體的折射率分別為劭、n,光在棱鏡和液體中的傳播速度分別為北、v,貝卜

B.n<n0,v<v0C.n>n0,v>v0D.n>

n0,v<v0

【技巧點撥】

(1)根據折射定律判斷折射率的大?。?/p>

(2)根據表達式"=￡判斷速度大小。

n

2.(2024?重慶?高考真題)某同學設計了一種測量液體折射率的方案。容器過中心軸線的剖面圖如圖所示，

其寬度為16cm,讓單色光在此剖面內從空氣入射到液體表面的中心。調整入射角，當反射光與折射光垂直

時，測出豎直器壁上的反射光點與液體表面的距離/?,就能得到液體的折射率〃。忽略氣壁厚度，由該方案

可知()

A.若〃=4cm,則n=冉B.若h=6cm,則n=(

C.若n=I，則h=10cmD.若n=|,則h=5cm

【技巧點撥】

(1)畫出光路圖，找出入射角和折射角；

(2)在幾何三角形中找準邊角關系求入射角和折射角的正弦大小，根據折射定律求折射率。

命題預測

考向一圓形邊界中折射定律的應用

3.（2024?山東濰坊.三模）水晶球是用天然水晶加工而成的一種透明的球型物品。如圖甲所示為一個質量

分布均勻的透明水晶球，半徑為過球心的截面如圖乙所示，P。為直徑，一單色細光束從尸點射入球內，

折射光線與尸。夾角為37℃,出射光線與平行。已知光在真空中的傳播速度為c,sin37°=0.6,cos37°=

0.8,則（）

A.光束在尸點的入射角為53。B.“水晶球”的折射率為1.6

C.光在“水晶球”中的傳播速度為"D.光在“水晶球”中的傳播時間為詈

45c

4.（2024?浙江金華.二模）如圖所示，由a、b兩種單色光組成的復色光由空氣經過。點射入半徑為R的半

圓形玻璃磚，。點是半圓形玻璃磚的圓心，與AC垂直，玻璃對。光的折射率為％,玻璃對b光的折射

率為電，且的〉電。下列敘述正確的是（）

A.隨著。角的增大，。光比6光先在下界面AOC發生全反射

B.改變6角，在圓弧界面A8C上可能沒有光線出射

C.改變。角，在圓弧界面ABC上與的夾角正弦值大于1/2的位置一定沒有光線出射

D.光從。點到圓弧界面ABC射出，。光所需時間比。光一定長3叫-孫）

考向二多邊形邊界中折射定律的應用

5.（2024.四川遂寧.模擬預測）如圖所示的三角形為某透明三棱鏡的橫截面，其中NC=90°,ZB=60°,

一束單色光從BC邊的D點射入三棱鏡，入射角為八折射角為r,折射光線經過4B邊的E點，反射光線EF正

好與邊平行，已知BD=L,i-r=15°,光在真空中的傳播速度為c,下列說法正確的是（）

c

F

A.光線DE在E點的反射角為45°B.光線在D點的折射角r=30°

C.三棱鏡對此種單色光的折射率為當D.光從。到E的傳播時間為三

6.（2025?浙江?模擬預測）如圖所示為一正六邊形冰晶截面，邊長為一束紫光由AF中點處射到在冰晶

上，仇為冰晶上的入射角，仇為經過第一個界面的折射角，仇為光離開冰晶的折射角，其中仇=仇=60。。

若將紫光改為紅光，光線仍可從邊上射出。已知光在真空中的速度為c,則下列說法中錯誤的是（）

A.冰晶對紫光的折射率為我

B.紫光在冰晶中傳播時間為嬰

C.在冰晶內紅光的傳播速度比紫光的傳播速度小

D.在冰晶內紅光的波長比紫光的波長長

考向三立體空間中折射定律的應用

7.（2024?江西南昌?二模）如圖所示，昌昌同學為了測量某溶度糖水折射率，將圓柱形透明薄桶放在水平

桌面上，倒入半桶糖水；再將圓柱體豎直插入水中，圓柱體的中軸線與圓桶的中軸線重合；用刻度尺測量

圓柱體在糖水中成的像的直徑d?=5.80cm；已知圓柱體截面直徑為d】=4.00cm,透明圓桶直徑

10.00cm則該糖水折射率（）

,圓柱體

透明圓柱體

出射光線

截面示意圖

A.1.45B.1.72C.2.00D.2.50

8.（2024.河南?模擬預測）如圖所示，有一邊長為/的由透明材料構造的正四面體ABC。，其底面水平。一

束豎直向下的藍光照射在正四面體側面48c的中心。/點，光束經折射后恰好到達正四面體底面的中心O2

點。已知真空中光速為c,下列說法正確的是（）

A.藍光在四面體內的傳播速度為梟

B.材料的折射率為舊

C.藍光進入四面體后，波長變長

D.將藍光換成紅光，光束在四面體中的傳播速度不變

題型二光的折射和全反射的綜合應用

核心精講口

一、全反射及條件

1.定義：光從光密介質射入光疏介質，當入射角增大到某一角度時，折射光線將全部消失，只剩下反射光

線的現象。

2.條件：（1）光從光密介質射入光疏介質。

（2）入射角大于或等于臨界角。

二、全反射臨界角

1.定義：折射角等于90。時的入射角。

2.公式:sinC=J。若光從光密介質（折射率為〃）射向真空或空氣時，發生全反射的臨界角為C,由〃=翳

nsin（72

得C=~

sinno

3.大?。航橘|的折射率〃越大，發生全反射的臨界角C越小。

三、光的折射和全反射問題的解題要點

兩個技巧四點注意

(1)明確哪種是光密介質、哪種是光疏介質。同一種介

(1)解答全反射類問題時，要抓住發生全反射的質，相對于其他不同的介質，可能是光密介質，也可能

兩個條件：是光疏介質。

①光必須從光密介質射入光疏介質；(2)如果光線從光疏介質進入光密介質，則無論入射角

②入射角大于或等于臨界角。多大，都不會發生全反射現象。

(2)利用好光路圖中的臨界光線，準確地判斷出(3)光的反射、折射和全反射現象，光路均是可逆的。

恰好發生全反射的光路圖是解題的關鍵，且在(4)當光射到兩種介質的界面上時，往往同時發生光的

作光路圖時盡量與實際相符。折射和反射現象，但在全反射現象中，只發生反射，不

發生折射。

真題研析：］

9.(2024?廣東?高考真題)如圖所示，紅綠兩束單色光，同時從空氣中沿同一路徑以。角從面射入某長

方體透明均勻介質。折射光束在NP面發生全反射。反射光射向尸。面。若。逐漸增大。兩束光在NP面上的

全反射現象會先后消失。已知在該介質中紅光的折射率小于綠光的折射率。下列說法正確的是()

A.在面上，紅光比綠光更靠近尸點

B.e逐漸增大時，紅光的全反射現象先消失

c.e逐漸增大時，入射光可能在面發生全反射

D.e逐漸減小時，兩束光在MN面折射的折射角逐漸增大

【技巧點撥】

(1)根據折射定律判斷兩種光的折射角大小，進而判斷離P點的遠近；

(2)根據反射定律判斷臨界角的大小。

10.(2024.甘肅.高考真題)(多選)如圖為一半圓柱形均勻透明材料的橫截面，一束紅光。從空氣沿半徑

方向入射到圓心。，當8=30。時，反射光b和折射光c剛好垂直。下列說法正確的是()

A.該材料對紅光的折射率為舊B.若0=45。，光線c消失

C.若入射光。變為白光，光線b為白光D.若入射光。變為紫光，光線〃和c仍然垂直

【技巧點撥】

（1）根據折射定律求折射率，同時根據折射率的大小，可判斷a變紫光時，b和c是否垂直;

（2）根據全反射定律判斷是否發生全反射。

命題預測HR

考向一全反射定律的生活中的應用

11.（2024?廣西柳州?一模）如圖所示，一游泳池水面與池邊相平，水深為〃，池底中心一點光源發出的光

線只能在其正上方半徑為r的圓形區域內射出水面。一救生員坐在高椅上，他的眼睛到池邊的水平和豎直距

離均為/,則救生員能看到水底最近的點對應光線與左側壁的夾角6的正弦值為（）

12.（2025?浙江?模擬預測）如圖所示，橫截面為圓環的柱形容器由折射率為〃的玻璃制成，其外徑為4,

內徑為七，為一條直徑。有兩束光線，其中光線A在紙平面內傳播，從M點射向容器，經一次折射后，

恰好與容器內壁相切，另一束光線2平行于射向容器，經過一次折射后，恰好在容器內壁發生全反射，

n[RJ-R2

B.光線A射入柱形容器后折射出去的時間為3------

C

C.光線B的入射角的正弦值sinr=胃

D.光線B到MN的距離等于經

n

考向二全反射定律的科技中的應用

13.（2024?寧夏銀川?模擬預測）光纖通訊已成為現代主要的有線通信方式。現有一長為1km,直徑為d=

0.2mm的長直光纖，一束單色平行光從該光纖一端沿光纖方向射入，經過5X10-6$在光纖另端接收到該光

束。求：

（1）光在光纖中的傳播速度；

（2）光纖的折射率；

（3）如圖所示該光纖繞圓柱轉彎，若平行射入該光纖的光在轉彎處均能發生全反射，求該圓柱體半徑R的

最小值。

14.（2024?陜西銅川?模擬預測）光刻機是半導體工業耀眼的明珠，是生產大模集成電路的核心設備。光刻

機物鏡投影原理簡化圖如圖所示，其中△MNP為等腰直角玻璃三棱鏡，直角邊長為2R,。'為MP邊的中點，

半球形玻璃枝的半徑為R，。為球心，。0'為半球形玻璃磚的對稱軸，。點到三棱鏡NP邊距離為3R,兩條

平行光線。、6間距為8/?,從左側垂直MN邊射入三棱鏡，經反射向下進入半球玻璃磚，反射光線關于軸

線。。，對稱，最后聚焦到硅片上尸點，已知棱鏡和玻璃磚的折射率為百，光在真空中的速度為C,求：

（1）。廠兩點間距離；

（2）光從進入三棱鏡到聚焦點尸的時間。

\F?硅片

題型三光的波動性電磁波

核心精講

'I...............

一,光的干涉、衍射和偏振

1.產生干涉的條件

兩列光的頻率相同，振動方向相同，且具有恒定的相位差，才能產生穩定的干涉圖樣。

2.楊氏雙縫干涉

(1)暗條紋的條件：

①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為亮條紋。

光的路程差-2—八=以(4=0,1,2,...),光屏上出現亮條紋。

光的路程差廠2f=(2左+1)與(左=0,1,2,...),光屏上出現暗條紋。

②白光：光屏上出現彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫顏色)。

③條紋間距公式：Ax=：九

3.薄膜干涉的理解和應用

(1)形成：如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上時，在膜

的前表面AV和后表面3夕分別反射回來，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。

(2)亮、暗條紋的判斷

①在Pi、P2處，兩個表面反射回來的兩列光波的路程差Ar等于波長的整數倍，即冊=〃物=1,2,3,…)，

薄膜上出現亮條紋。

②在。處，兩列反射回來的光波的路程差Ar等于半波長的奇數倍，即Ar=(2"+l)/〃=0,l,2,3,…)，薄膜

上出現暗條紋。

標準樣板

單色光t

薄

片

被檢查平面

(3)應用：干涉法檢查平面如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜，用單色光從上向下照射，如果被檢查平

面是平整光滑的，我們會觀察到平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢查平面不平整，則干涉條紋發生

彎曲。

4.發生明顯衍射的條件：只有當障礙物的尺寸與光的波長相差不多，甚至比光的波長還小的時候，衍射現

象才會明顯。

5.衍射條紋的特點

（1）單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較

單縫衍射圓孔衍射

①中央是大且亮的圓形亮斑，周圍分布著明

中央為亮且寬的條紋，兩側為明暗相間的條暗相間的同心圓環，且越靠外，圓形亮條紋

單色光紋，且越靠近兩側，亮條紋的亮度越弱，寬的亮度越弱，寬度越小

度越?、诹镰h或暗環間的距離隨圓孔半徑的增加而

減小

中央為亮且寬的白色條紋，兩側為亮度逐漸

中央是大且亮的白色亮斑，周圍是不等間距

白光變暗、寬度逐漸變窄的彩色條紋，其中最靠

的彩色的同心圓環

近中央的色光是紫光、離中央最遠的是紅光

（2）泊松亮斑（圓盤衍射）

當光照射到不透明的半徑很小的圓盤上時，在圓盤的陰影中心出現亮斑（在陰影外還有不等間距的明暗相間

的圓環）。

6.偏振光：在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個特定方向振動的光。光的偏振證明光是橫波。自然光通

過偏振片后，就得到了偏振光。

二、電磁振蕩和電磁波

1.電磁振蕩物理量的變化

（1）振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像（如圖所示）

（乙）圖中“為上面極板的電荷量

(2)各物理量變化情況一覽表

時刻(時間)工作過程qEiB能量

八T>

。?a放電過程Qm-0Em-0—0—>BmE電一＞E磁

TT

充電過程磁一＞電

4^2。一9m0—Em，m—05m—0EE

T3T

5~彳放電過程[m-0Em—0。一，m0—5mE電一＞E磁

3T〃

充電過程磁一＞電

410—0—Em，m一03m一0EE

2.LC振蕩電路的周期和頻率

(1)明確7=2周沅，即T取決于L、C,與極板所帶電量、兩板間電壓等無關。

(2)明確電感線圈的自感系數L及電容器的電容C由哪些因素決定。乙一般由線圈的大小、形狀、匝數及有

無鐵芯決定，平行板電容器的電容C由公式c=W可知，與電介質的介電常數&、極板正對面積S及板間

距離d有關。

3.電磁波譜

(1)電磁波譜的排列

按波長由長到短依次為：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、丫射線。

(2)不同電磁波的特點及應用

特點用途

無線電波波動性強通訊、廣播、導航

紅外線熱作用強加熱、遙測、遙感、紅外線制導

可見光感光性強照明、照相等

紫外線化學作用熒光效應殺菌消毒、治療皮膚病等

X射線穿透力強檢查、探測、透視、治療

Y射線穿透力最強探測、治療

真題研析T

15.(2024?廣西?高考真題)(多選)如圖，S為單色光源，S發出的光一部分直接照在光屏上，一部分通

過平面鏡反射到光屏上。從平面鏡反射的光相當于S在平面鏡中的虛像發出的，由此形成了兩個相干光源。

設光源S到平面鏡和到光屏的距離分別為a和/,a?l,鏡面與光屏垂直，單色光波長為3下列說法正確

的是()

77777

平面鏡

A.光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為;2

2a

B.光屏上相鄰兩條暗條紋的中心間距為

a

C.若將整套裝置完全浸入折射率為n的蔗糖溶液中此時單色光的波長變為位

D.若將整套裝置完全浸入某種透明溶液中，光屏上相鄰兩條亮條紋的中心間距為Ax,則該液體的折射

【技巧點撥】

(1)類比成雙縫干涉，找出光源的像，作為相干光源；

(2)根據雙縫干涉條紋間距公式求解有關問題。

16.(2024?山東?高考真題)檢測球形滾珠直徑是否合格的裝置如圖甲所示，將標準滾珠a與待測滾珠氏c

放置在兩塊平板玻璃之間，用單色平行光垂直照射平板玻璃，形成如圖乙所示的干涉條紋。若待測滾珠與

標準滾珠的直徑相等為合格，下列說法正確的是()

A.滾珠氏c均合格

B.滾珠b、c均不合格

C.滾珠b合格，滾珠c不合格

D.滾珠b不合格，滾珠c合格

【技巧點撥】

(1)明確發生干涉的是那兩束光，知道兩束相關光的光程差大小與兩玻璃距離的關系；

(2)合格與不合格判斷的標準，合格必定是同一條干涉條紋位置處。

命題預測.

考向一雙縫干涉

17.（2024?浙江金華?三模）雙縫干涉實驗原理如圖所示，光源S到雙縫S〉S2的距離相等，S〉S2連線平

行于光屏，。點為&、S2連線的中垂線與光屏的交點。光源S發出單色光經Si、S2傳播到光屏上尸點的時間

差為A3其中S1P垂直于光屏，尸為某亮條紋中心，OP之間還有機條亮條紋。若緊貼￡放置一厚度均勻的玻

璃片、光由S1垂直穿過玻璃片傳播到尸點與光由52直接傳播到尸點時間相等。已知光在真空中的傳播速度

為c、玻璃對該單色光的折射率為“，不考慮光在玻璃片內的反射。則單色光在真空中的波長及玻璃片的厚

18.（2024?安徽淮南?二模）有兩種透明物質甲、乙，知道其中一種為玻璃，另一種為水晶。某同學利用圖

示裝置根據光的干涉原理對甲、乙兩種物質進行鑒別，該同學上網查得水晶的折射率略大于玻璃的折射率，

他先后把透明物質甲和乙放置在雙縫和屏幕之間（充滿之間的區域），通過單縫So的某種單色光經過雙縫S1、

S2后在屏幕上形成明暗相間的條紋，測得兩相鄰亮條紋的間距分別為X甲和X乙，且無甲＜X乙，己知雙縫和屏

幕的間距遠大于雙縫間的距離。下列說法正確的是（）

單縫雙縫

A.透明物質甲為水晶

B.光在甲中的傳播速度大于在乙中的傳播速度

C.該單色光在透明物質甲、乙中傳播時的波長之比為上

%甲

D.透明物質甲、乙對該單色光的折射率之比為生

X乙

考向二薄膜干涉

19.（2024.全國?模擬預測）利用牛頓環可以測量微小位移。如圖所示，將一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸

面和一平面玻璃接觸，入射光線分別在凸透鏡下表面和平面玻璃上表面反射產生的光線發生干涉，已知在

圖示P位置產生亮條紋，入射光線波長為人圖中兩次反射位置間的距離為d,固定平面玻璃板，當向上平移

凸透鏡時，亮條紋將周期性出現，下列說法正確的是（）