重難點15光學和電磁波

工命題趨勢

考點分析三年考情分析2025命題熱點

2024：廣東卷、甘肅卷、江蘇卷、全國甲卷

2023：江蘇卷、湖南卷、湖北卷、山東卷、浙

光的折射和全反射江6月選考卷

2022：山東卷、廣東卷、湖南卷、河北卷、江13k虹口人ua

廿興▼…去1、光的折射和全反射

辦看、遼丁看

而*由士、7生上―2、光的干涉、衍射和偏

2024：江西卷、山東卷、黑口遼卷、廣西卷、

湖南卷振

光的波動性

2023：江蘇卷、山東卷

2022：山東卷、浙江卷

電磁波僅在21年出現過

【課標要求】

1.能利用光的折射和全反射規律解決光的傳播問題。

2.理解光的干涉、衍射和偏振現象。

3.了解電磁振蕩規律，知道電磁波譜。

【考查方向】

本章屬于選擇性熱點，是必考點。高考命題突出考查光的折射、折射率、全反射的計算。

【備考建議】

(1)重點理解光的折射定律和全反射的內涵，這是考查的重點。

(2)平時多注重數學能力的訓練和培養，重點突出與數學知識中三角函數部分知識相關聯

的訓練，這往往是解決問題的關鍵所在。

(3)理解光的干涉、衍射和偏振的概念及相關現象的解釋。

(4)重點掌握測量折射率、用雙縫干涉測量光的波長實驗，理解雙縫干涉實驗中各物理量

的含義。關注前沿科技、生活實際等情境中與光學知識相聯系的部分。

-----------------------h

重難詮釋

【情境解讀】

1.幾何光學命題情境

光的折射與全反射：

常以玻璃磚、三棱鏡等為介質，考查光的折射定律的應用。例如，光線從空氣進入玻璃磚，

已知入射角，求折射角；或者已知玻璃磚的折射率和折射光線的方向，求入射角。

全反射現象的考查也很常見，如光纖通信的原理。給出光在某種介質中的傳播情況，要求考生

根據臨界角公式判斷是否發生全反射，并計算相關角度和光線傳播的路徑長度。

光路圖的繪制與光學儀器原理：

要求考生繪制簡單的光路圖，如通過透鏡的光路圖。對于凸透鏡，包括平行光會聚、物像關系

等光路；對于凹透鏡，考查發散光線的光路。

結合光學儀器，如顯微鏡、望遠鏡的原理進行考查?？忌枰斫馕镧R和目鏡的成像特點，以

及它們是如何組合起來放大物體的。

2.物理光學命題情境

光的干涉、衍射和偏振：

光的干涉方面，以雙縫干涉實驗為背景，考查條紋間距公式的應用。例如，已知雙縫間距、

光屏與雙縫的距離和條紋間距，求光的波長。

光的衍射情境下，考查單縫衍射和圓孔衍射的特點，如比較不同波長的光在同一單縫或圓孔中

衍射條紋的寬窄，或者根據衍射現象判斷光的波長范圍。

偏振現象主要考查對自然光和偏振光的理解，以及偏振片的作用。例如，在一些利用偏振現象

來減少反射光等實際應用場景中的考查。

3.電磁波命題情境

電磁波的產生與傳播：

以LC振蕩電路為背景，考查電磁波是如何產生的，包括電場能和磁場能的相互轉化。要求考

生理解振蕩周期公式，并能根據電路參數計算周期等相關參數。

考查電磁波在不同介質中的傳播速度和頻率不變、波長變化的特點。例如，已知電磁波在真空

中的波長和頻率，求在某種介質中的波長。

電磁波譜及其應用：

考查電磁波譜（無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、丁射線）中各頻段的特點和主

要應用。如紅外線的熱效應在遙感中的應用，紫外線的殺菌消毒作用，X射線在醫療透視中的

應用等。

【高分技巧】

、三種光學模型的光路特點

1、平行玻璃磚

結構：玻璃磚上下表面是平行的。

光路圖的特點為通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發生側移，如下圖所示。

應用：測定玻璃的折射率。

2、三棱鏡

結構：橫截面為三角形的三棱鏡。

光路圖的特點為通過三棱鏡的光線經兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折，如下圖所示。

應用：全反射棱鏡，改變光的傳播方向。

3、圓柱體（球）

結構：橫截面是圓。

光路圖的特點為圓界面的法線是過圓心的直線，光線經過兩次折射后向圓心偏折，如下圖

應用：改變光的傳播方向。

二、七色光的比較

顏色紅橙黃綠青藍紫

頻率V低一

同一介質中的折射率小一大

同一介質中的速度大T小

同一介質中的波長大一小

通過同一棱鏡的偏折角小一大

同一介質中的臨界角大一小

同一裝置的雙縫干涉條紋間距大一小

三、單縫衍射與雙縫干涉的比較

類型單縫衍射雙縫干涉

不產生條件只要狹縫足夠窄，任何光都能頻率相同的兩列光波相遇

同發生疊加

點

條紋寬度條紋寬度不等，中央最寬條紋寬度相等

條紋間距各相鄰條紋間距不等各相鄰條紋等間距

亮度中央條紋最亮，兩邊最暗條紋清晰，亮度基本相等

相成因都有明暗相間的條紋，條紋都是光波疊加時加強或削弱的

同結果

點

意義都是波特有的現象，表明光是一種波

<1

限時提升練

一、單選題

1.（2024.福建.一模）肥皂膜看起來常常是彩色的，雨后公路積水上漂浮的油膜，也經常顯現

出彩色條紋。下列現象的原理與之相同的是（）

A.楊氏雙縫干涉實驗

B.影子的形成

C.利用光導纖維傳遞信息，實現光纖通信

D.泊松亮斑

【答案】A

【知識點】用光沿直線傳播解釋生活中的現象、光導纖維、薄膜干涉現象和原理、泊松亮斑

【詳解】彩色肥皂膜和油膜是由于光在此薄層上形成薄膜干涉，呈現彩色花紋。

A.楊氏雙縫實驗為光的干涉，故A正確；

B.影子的形成為光沿直線傳播，故B錯誤；

C.光導纖維原理為光的全反射，故C錯誤；

D.泊松亮斑為光的衍射，故D錯誤。

故選Ao

2.（2024.貴州遵義.一模）某勻質透明材料的橫截面為半圓形，圓心為。。一激光束沿AO方向

從空氣中射入該材料，5為出射點。4?與界面夾角為與法線夾角為夕，光在真空中傳

播速度為c,部分光路如圖所示。則（）

B.該材料的折射率為8組

C0S6Z

C.若改變a角，光可能在3點發生全反射

D.光束在該材料中的傳播速度為黑。

【答案】D

【知識點】光的折射定律、折射率、折射率的波長表達式和速度表達式、發生全反射的條件、

臨界角

【詳解】AB.該材料的折射率為

sin(90°-a)cosa

n=---------------=--------

sinPsin0

故AB錯誤；

C.由于在3點出射的光線一定與8點處的界面垂直，即光線沿著法線方向，所以光不可能在

3點發生全反射，故C錯誤；

D.根據

C

v=—

n

可得光束在該材料中的傳播速度為

sin夕

v=-----c

cosa

故D正確。

故選D。

3.（2023?河北?三模）牛頓在劍橋大學讀書時，對光的顏色問題頗感興趣，于是在1664年初做

了一個三角形玻璃棱鏡，對太陽光進行了實驗研究。牛頓的實驗如圖甲所示，太陽光通過三角

形玻璃棱鏡后，在光屏上形成一條彩色的光帶。圖乙為其中一種單色光在三角形玻璃棱鏡中傳

播的情況，角A為棱鏡頂角，。稱為偏向角。下列說法正確的是（）

A.根據牛頓的實驗可知，同種介質對不同波長的光的折射率不同

B.折射率越大，偏向角。越小

C.偏向角。與棱鏡頂角A無關

D.入射角越大，折射角〃越大，所以光一定能夠在圖乙中棱鏡右側表面發生全反射

【答案】A

【知識點】光的折射定律、折射率、折射和全反射的綜合問題

【詳解】A.根據圖甲可知，太陽光（白光）通過三角形玻璃棱鏡后，光的入射角相同，但不

同波長的光的折射角不同，根據光的折射定律可知，不同波長的光，盡管通過同樣的介質，光

的折射率不同，故A正確；

B.根據折射定律

n=-si-nz=-s-inz-.

sin%sinz3

可知，折射率越大，偏向角越大，故B錯誤;

C.通過幾何關系有

8=i—i?+一‘3

+z3=A

解得

0=i+i4—A

說明偏向角。與折射率與棱鏡頂角A有關，故C錯誤；

D.白最大為4若A小于臨界角，則不會發生全反射，故D錯誤。

故選Ao

4.（2024.浙江紹興.一模）為模擬光在光導纖維中的傳播原理，取一圓柱形長直玻璃絲進行實

驗。如圖所示，紙面內有一束激光由空氣中以a=45。的入射角射向玻璃絲的A3端面圓心。，

恰好在玻璃絲的內側面發生全反射，此時內側面入射角為6。下列說法正確的是（）

A.sin6=

4

B.玻璃絲只能傳播特定頻率的光

C.激光由空氣中進入玻璃絲后，其波長不變

D.減小入射角a,激光在玻璃絲中仍能發生全反射

【答案】D

【知識點】發生全反射的條件、臨界角

【詳解】A.根據折射定律有

sinasina

n=---------------=-------

sin（90°-0）cos6

1

n=------

sin。

解得

sin0=

3

故A錯誤；

B.玻璃絲可以傳播不同頻率的光，故B錯誤；

C.激光由空氣中進入玻璃絲后，傳播速度改變，則波長改變，故C錯誤；

D.減小入射角a,則折射角減小，光在玻璃絲的內側面入射角增大，大于臨界角，發生全反

射，故D正確。

故選D。

5.（2024.河北.模擬預測）把鍍過增透膜的玻璃作為墻面來代替有色玻璃，黃綠光能暢通無阻

地進入室內，使得建筑物內的人可對外面景物一覽無余，而外面的人只能從藍紫色的反射光看

到天光云影，對建筑物內部的情況卻難窺一斑。關于此現象，下列說法正確的是（）

A.該現象與光的干涉有關B.該現象與海市蜃樓的成因相同

C.該現象是由于藍紫色的光發生了全反射D.該現象與泊松亮斑的成

因相同

【答案】A

【知識點】發生全反射的條件、臨界角、增透膜與增反膜、泊松亮斑

【詳解】A.增透膜的工作原理是光的干涉現象。光具有波粒二象性，即光波和機械波一樣可

發生干涉,在鏡頭前面涂上一層增透膜（一般是氟化鈣），當光線照射到這層膜上時，如果膜的

厚度等于入射光在增透膜中波長的四分之一，那么光線在膜的前后表面反射的光會發生干涉，

從而相互抵消，減少反射光，A正確；

B.海市蜃樓是由于空氣不均勻，光在不均勻介質中不沿直線傳播，發生光的折射和全反射造

成的，B錯誤；

C.發生全反射的條件是光由光密介質進入光疏介質，所以由空氣（光疏介質）射入玻璃（光

密介質）的藍、紫光無法發生全反射，c錯誤；

D.泊松亮斑是由于光的衍射而產生的一種光學現象，是指當單色光照射直徑小于或等于光源

波長的不透光的小圓板時，會在小圓板之后的光屏上出現環狀的明暗相間的衍射條紋，并且在

圓心處會出現一個較小的亮斑，D錯誤。

故選Ao

6.（24-25高三上?廣東?開學考試）某同學用紅色光從真空對著一正方體透明玻璃磚的A3邊似

與法線成夕角入射，在玻璃成內AD邊的中點發生全反射，如圖所示，下列說法正確的是（）

8

5

透明

璃

玻

磚

DC

A.該光線還會在CD邊全反射

B.該光線不會在CD邊全反射，出射光線與開始入射的光線平行

C.若。角度增大到一定程度，則會在A3邊全反射

D.若。角不變，換用折射率大一點的紫色光入射，則在AD邊全反射點下移靠近。點

【答案】D

【知識點】發生全反射的條件、臨界角

【詳解】AB.如圖所示

紅色光線從玻璃病內通過CD邊發生折射時，人射角與光線從邊入射發生折射時的折射角相

同，根據光路可逆原理，光線一定會從CD邊出射，且折射角為6,從CD邊出射的光線與從A3

邊入射的光線不平行，故AB錯誤；

C.全反射的條件為從光密介質進入光疏介質，光線從空氣經過A3邊進入玻璃的過程中不會發

生全反射，故C錯誤；

D.紫光的折射率大于紅光的折射率，故紫光的折射光線較紅光的折射光線更低，在池邊全

反射點更靠近。點，故D正確。

故選D。

7.（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2,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()

入射光

,p

A.兩次反射位置間的距離滿足1=N〃N=1,2,3,4,)

B.更換形狀相同、折射率更大的凸透鏡，尸點亮條紋可能消失

C.若將入射光波長調整為，=1幾(。=1,2,3,4,),則尸點仍為亮條紋

a

D.若向上移動距離為尸點相鄰兩次出現亮條紋時，凸透鏡移動的距離Ad=4

【答案】C

【知識點】薄膜干涉現象和原理

【詳解】A.兩束光發生干涉，在尸位置產生亮條紋時，光程差為2d,滿足

2d=NA(N=l,2,3,4,)

解得

N

(N=l,2,3,4,)

2

故A錯誤；

B.根據A選項推導出的公式可知，光程差與凸透鏡的折射率無關，故B錯誤;

C.當入射光波長調整為

力=L2(。=1,2,3,4,?)

a

時

NNa

d=—A=—Af(N=l,2,3,4,；a=l,2,34)

22

依然滿足產生亮條紋的條件，故C正確；

D.再次出現亮條紋時，光程差增大X,移動距離滿足

2Ad=4

解得

故D錯誤。

故選c。

8.（2022.浙江臺州.模擬預測）下列說法錯誤的是（)

A.用偏振鏡頭拍攝水面下游魚與觀看立體電影的原理相同

B.應用超聲波多普勒效應可測量星球上某些元素發出的光波頻率

C.筷子豎直插入裝有水的薄圓柱形玻璃杯中，筷子發生了側移是光的折射現象

D.收音機LC接收電路的固有頻率與某信號電磁波頻率不相等時，也會接收該電磁波

【答案】B

【知識點】產生機械波的條件、生活中的波動現象、光的折射現象、光路的可逆性、偏振的應

用、電磁波的發射和接收

【詳解】A.用偏振鏡頭拍攝水面下游魚與觀看立體電影的原理相同，都是利用了光的偏振，

故A正確，不符合題意；

B.超聲波屬于波長極短得機械波，而機械波得傳播需要依靠介質，其在真空中不能傳播，因

此，應用超聲波多普勒效應不能測量星球上某些元素發出的光波頻率，故B錯誤，符合題意；

C.筷子豎直插入裝有水的薄圓柱形玻璃杯中，人眼看到筷子發生了側移是光的折射現象，故

c正確，不符合題意；

D.收音機LC接收電路的固有頻率與某信號電磁波頻率相等時，接收電路發生電諧振，電流

最強，不相等時，也會接收該電磁波，只是接收電路中得電流較弱，故D正確，不符合題意。

故選B。

二、多選題

9.（2024.四川德陽.模擬預測）如圖為一折射率〃=2的玻璃磚截面示意圖，其截面一側是以。

點為圓心、半徑為R的四分之一圓弧，其余兩側為直面AC與3C,且AC=3C=R。僅靠。點

下方有一單色激光發射器S,能在玻璃磚截面所在的平面內發出過。點的光束，現讓激光發射

器S繞過。點垂直于紙面的軸開始順時針勻速轉動，轉動周期為T,觀察到玻璃磚AC面和BC

面上有光斑移動，光在真空中速度大小為c,不考慮光線的多次反射，下列說法正確的是（）

A.光線透過玻璃磚最長時間為蟲匚竺

B.光斑從玻璃磚AC面消失到3c面出現的時間間隔為!T

C.光斑在玻璃磚AC面上剛要消失的瞬時速度為等

D.在發射器S開始轉動的一個周期內，能觀察到AC面和3C面上有光斑的時間為!

0

【答案】CD

【知識點】斜牽引運動的運動分解、折射率的波長表達式和速度表達式、折射和全反射的綜

合問題

【詳解】A.光線透過玻璃磚最長時間為從C點射出的光線，則

t42R-R

V

又

C

n=—

v

聯立，解得

f2(72-1)7;

C

故A錯誤；

BD.若射到E點和G點的光線恰能發生全反射，可知射到AE之間和G3之間的光線都能從透

明光學部件中射出，如圖所示

由

1

sinC=—

n

解得

/C=30°

根據幾何關系可知

/EOG=90°-2x30°=30°

可知光斑從玻璃磚AC面消失到面出現的時間間隔為

30°

T=—T

360°12

在發射器S開始轉動的一個周期內，能觀察到AC面和面上有光斑的時間為

60°

T=-T

360°6

故B錯誤；D正確;

C.把光斑在玻璃磚AC面上剛要消失的瞬時速度分解為沿光線方向和垂直光線方向，可得

vcos30°=o)rOE

又

2%R

a)=——rE

T°~cos30°

聯立，解得

8兀H

v=----

3T

故C正確。

故選CDo

10.（2024.山東.模擬預測）如圖所示，A、B兩束不同顏色的光在同一平面內以相同入射角射

入厚度為L的玻璃磚，入射點間的距離為力兩束光恰好在玻璃成下邊沿交于一點，現增加玻

璃磚厚度，使兩束光在下邊沿的出射位置間的距離等于4。則（）

A.A光的頻率較大

B.B光在玻璃磚中傳播的速度小

C.兩束光能在交點產生干涉現象

D.玻璃磚厚度增加了g

【答案】BD

【知識點】光的折射定律、折射率、折射率的波長表達式和速度表達式、發生雙縫干涉的條

件

【詳解】A.兩列光入射角相同，而A光的折射角較大，由折射定律可知，玻璃磚對A光的

折射率較小，則A光的頻率較小，故A錯誤；

B.因，A<，B,由v=￡可知，則VA>VB,即B光在玻璃磚中的傳播速度小，故B正確；

n

C.兩束光頻率不同，則不會在交點產生干涉現象，故c錯誤；

D.由相似三角形可得，玻璃磚厚度增加了g,故D正確。

故選BDo

11.（2024.海南省直轄縣級單位.模擬預測）以下四幅圖中，相關敘述正確的是（）

A.圖甲是雜技演員在表演“水流星”節目，杯子經過最低點時繩子最容易斷裂

B.圖乙是光電效應實驗，其中驗電器兩箔片起電的方式是感應起電

C.圖丙是a粒子散射實驗，當顯微鏡在放射源的后面E處時也能觀察到閃光

D.圖丁是用單色光檢查平面的平整度，這利用了光的衍射

【答案】AC

【知識點】繩球類模型及其臨界條件、檢查工件的平整度、光電效應現象及其解釋、a粒子散

射實驗的裝置、現象和結果分析

【詳解】A.圖甲是雜技演員在表演“水流星”節目，杯子經過最低點時，根據牛頓第二定律可

得

2

1,—mg=mv—

由于杯子經過最低點時速度最大，繩子拉力最大，所以繩子最容易斷裂，故A正確；

B.圖乙是光電效應實驗，其中驗電器兩箔片起電的方式是接觸起電，故B錯誤；

C.圖丙是a粒子散射實驗，當顯微鏡在放射源的后面E處時也能觀察到閃光，只是觀察到閃

光的次數極少，故C正確；

D.圖丁是用單色光檢查平面的平整度，這利用了光的干涉，故D錯誤。

故選ACo

三、解答題

12.（2024.廣東湛江.模擬預測）如圖為空氣中兩個完全相同的透明半球體介質，半徑均為七

底面水平平行錯開放置且豎直間距為。，其折射率未知。一束單色光與豎直方向成30。角沿半

球體甲的半徑射入，射出后恰好射向另一半球體乙底面的圓心處，并從半球體乙射出；當該單

色光與豎直方向成45。角同樣沿半球體甲的半徑射入時，光線恰好未從半球體甲的底面射出。

（1）該介質的折射率n；

⑵兩半球體球心錯開的水平距離5o

【答案】（1）〃=&

⑵區

2

【知識點】折射和全反射的綜合問題

【詳解】（1）當入射角為45。時，光線恰好未從半球體甲的底面射出，說明此時光線恰好發生

全反射現象。臨界角為C=45。。由

sinC=-

n

得

n=V2

（2）以入射角30。沿半球體甲的半徑射入，在半球甲底面發生折射現象，設此時入射角為r,

折射角為，，由題意知廠=30。，根據折射定律，有

sinz

n=-----

sinr

得

z=45°

由幾何關系，兩半球體球心錯開的水平距離為

13.(2024.山東.高考真題)某光學組件橫截面如圖所示，半圓形玻璃成圓心為。點，半徑為R；

直角三棱鏡RG邊的延長線過。點，EG邊平行于A3邊且長度等于R,〃EG=30。。橫截面所

在平面內，單色光線以。角入射到ER邊發生折射，折射光線垂直EG邊射出。已知玻璃磚和

三棱鏡對該單色光的折射率均為1.5。

(1)求sin。；

(2)以。角入射的單色光線，若第一次到達半圓弧可以發生全反射，求光線在ER上入

射點。(圖中未標出)到E點距離的范圍。

【答案】(1)sin^=0.75；(2)0<x<^-R

【知識點】根據反射與折射定律畫出光路圖、發生全反射的條件、臨界角

【詳解】(1)由題意設光在三棱鏡中的折射角為則根據折射定律有

sin。

n=-----

sina

由于折射光線垂直￡G邊射出，根據幾何關系可知

a=NFEG=30

代入數據解得

sin8=0.75

(2)根據題意作出單色光第一次到達半圓弧AAffi恰好發生全反射的光路圖如圖

E

AB

/O

C/

Q

M

則根據幾何關系可知史上從P點到E點以。角入射的單色光線第一次到達半圓弧都可以

發生全反射，根據全反射臨界角公式有

sinC=-

n

設尸點到RG的距離為/,則根據幾何關系有

I=7?sinC

又因為

R-1

cos30°

聯立解得

XPE=9R

所以光線在所上的入射點D到E點的距離范圍為

0<x<^^R

9

14.（2024.山東煙臺.二模）光導纖維是一種利用全反射規律使光線沿著彎曲路徑傳播的光學元

件。如圖所示為某一光導纖維（可簡化為圓柱形長玻璃絲）的示意圖，玻璃絲長度L=50km,

直徑為4=2叩1,折射率為〃=1.25。已知光在真空中的傳播速度為c=3.0xl08m/s,sin37°=0.6,

則

（1）欲使從玻璃絲左側橫截面圓心。射入的激光在玻璃絲中發生全發射，求入射角。的正弦

值取值范圍;

（2）若從玻璃絲左側橫截面圓心。射入的激光在玻璃絲中恰好發生全發射，求激光在玻璃絲

中傳播所用的時間及發生反射的次數（結果均保留兩位有效數字）。

【答案】(1)0<sin^<0.75；(2)77?1.9xlO10^：

【知識點】折射和全反射的綜合問題、光導纖維

【詳解】（1）光線進入玻璃絲后，在玻璃絲與空氣的分界面恰好發生全反射時，設臨界角為C,

光路圖如圖所示

解得

C=53°

由幾何關系可知此時在左側截面處的折射角為

&=90°—53°=37°

由折射定律得

sin8

n=------

sina

入射角e的正弦值的取值范圍為

0<sin<0.75

（2）光在玻璃絲中的速度為v

v=—=0.8c

n

它沿玻璃絲中軸線的速度分量為

%=vcosar=0.64c

所用的時間為

50xl03

L_=2.6*10%

「0.64x3x108

第一次全反射前沿玻璃絲中軸線的傳播長度

d

^F=txl0"m

后面相鄰兩次全反射沿玻璃絲中軸線的傳播長度

dQ

4==—xl0-6m

tan37°3

假設反射次數為小有

L=I】+(71—1)，2

解得