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专题31 光学-2024届高考物理一轮复习热点题型归类训练（原卷版）
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这是一份专题31 光学-2024届高考物理一轮复习热点题型归类训练（原卷版），共27页。试卷主要包含了几何光学，物理光学，几何光学与物理光学的综合等内容，欢迎下载使用。
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc6632" 题型一 几何光学 PAGEREF _Tc6632 \h 1
\l "_Tc31034" 类型1 折射定律和折射率的理解及应用 PAGEREF _Tc31034 \h 1
\l "_Tc32487" 类型2 全反射现象的理解和综合分析 PAGEREF _Tc32487 \h 13
\l "_Tc27560" 题型二 物理光学 PAGEREF _Tc27560 \h 27
\l "_Tc12793" 类型1 光的干涉现象 PAGEREF _Tc12793 \h 27
\l "_Tc26486" 类型2 光的衍射和偏振现象 PAGEREF _Tc26486 \h 33
\l "_Tc25380" 类型3 电磁振荡、电磁波 PAGEREF _Tc25380 \h 38
\l "_Tc15196" 题型三 几何光学与物理光学的综合 PAGEREF _Tc15196 \h 45
\l "_Tc12763" 类型1 光的折射现象和物理光学 PAGEREF _Tc12763 \h 45
\l "_Tc28190" 类型2 全反射现象和物理光学 PAGEREF _Tc28190 \h 49
\l "_Tc17031" 类型3 光学与其他知识的综合问题 PAGEREF _Tc17031 \h 55
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＝eq \f(sin θ1,sin θ2)；(2)n＝eq \f(c,v)；(3)sin C＝eq \f(1,n).
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＝eq \f(c,n)。
(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
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
【例1】（2023·安徽·校联考模拟预测）一块玻璃砖的横截面为直角三角形，如图所示，，，直角边的长度为。一束蓝光平行于从斜边上的点射向玻璃砖，与夹角，光线经面折射后从面上的点射出。已知该玻璃砖对蓝光的折射率，真空中的光速为，则蓝光从点传播到点所用时间为（ ）
A．B．C．D．
【例2】（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）现要测量一玻璃圆盘的折射率，但是由于手边没有角度测量工具，一同学想到用表盘辅助测量。使一束单色光从11点处水平射入，发现从7点处水平射出，则玻璃折射率n为（ ）
A．1.5B．2C．D．
【例3】．（2023·湖南·模拟预测）一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它可视为由半径为的四分之一圆与直角三角形组成，，。现有一束单色光从边上的点以入射角射入玻璃砖，折射光线与平行，再经圆弧界面反射后从点垂直边界射出。已知光在真空中的速率为，则（ ）
A．该单色光在玻璃砖材料中的折射率为
B．
C．
D．该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为
【例3】（2023春·河南南阳·高三南阳中学校考阶段练习）如图所示，某透明材料的横截面是半径为的半圆，为直径，O为圆心。P为圆周上的一点，P到的距离为；透明材料的折射率为，底面用吸光材料涂黑。入射光平行于射向圆面上的P点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为，求：
（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角；
（2）光通过透明材料的时间。
【例4】．（2023·四川成都·统考三模）如图为放置在水平面上的某矩形容器的剖面图，右侧壁为镀银镜面，左侧壁为屏幕，容器底部处发射一束与夹角为的激光束，
光束经反射后打到上的点。已知，。
（ⅰ）求的距离；
（ⅱ）向容器内缓慢注入某溶液至上的光点位置下降至点，已知的距离，溶液对该光束的折射率，求液面的深度。
【例5】．（2023春·陕西汉中·高三校联考阶段练习）图为一个透明的玻璃圆柱体的横截面，其半径，是过圆心的一条水平直径。有一激光源S，发射出一条很细的水平激光束，恰好与玻璃圆柱体顶部相切。现将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动时，水平激光束第一次从B点射出。求
（ⅰ）玻璃的折射率n；
（ⅱ）经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间t（从进入玻璃圆柱体开始计时，只考虑一次反射，真空中的光速）。
【例6】．（2023春·全国·高三期末）2021年12月9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象课后张同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是R，外径是2R。假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角，经折射后恰好与内球面在B点相切，最后到达C点，已知光速为c，求：
（1）单色光在水球内的折射率n；
（2）单色光从A点到C点在水球内传播的时间t。
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＝eq \f(c,n)。
(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＝eq \f(l,v)求解光的传播时间。
【例1】（2023·黑龙江哈尔滨·哈师大附中校考三模）如图所示，取一个半径为的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在下面的长度为。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。则液体的折射率为（ ）
A．B．C．D．
【例2】．（2023·山西阳泉·统考三模）水底某处有个红色的点光源，在水面上形成的红色的圆形光亮区域的面积为，若把该处的红色点光源换成蓝色点光源，其它条件不变，则在水面上形成的蓝色的圆形光亮区域的面积为，已知水对红、蓝两种光的折射率分别为和，则等于（ ）
A．B．C．D．
【例3】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）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
【例4】（2023·四川成都·成都七中校考模拟预测）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。
【例5】．（2023·江西南昌·统考三模）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。
【例6】．（2023春·山西晋中·高三统考阶段练习）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。
【例7】．（2023·河北·校联考模拟预测）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）。
【例8】．（2023·贵州毕节·统考三模）如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱棱镜的横截面图，只有CD面镀上银，其中，，，，截面内有一束光从图示的位置E点垂直AB边射入棱镜，，不考虑AB界面的反射。
（i）画出光路图；
（ⅱ）确定光线最终从哪个界面射出，射出点距B点的距离为多少?
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＝eq \f(l,d)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)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2．薄膜干涉
(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)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
【例1】（2023春·全国·高三期末）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．
【例2】．（2023·山东青岛·统考三模）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
【例3】．（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端加入四张纸片，形成一个空气薄膜。当红光从上方玻璃垂直射入后，从上往下看到的条纹如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．图乙是光的衍射形成的图案
B．任意相邻两条亮条纹中心所对应的薄膜厚度差等于入射光的波长
C．若仅将红光换为紫光，则相邻两条亮条纹的中心间距变大
D．若抽出两张纸片，则相邻两条亮条纹的中心间距变大
【例4】．（2023·湖北襄阳·襄阳四中校考模拟预测）趁着微风不燥阳光正好，约三五好友去户外郊游是一件十分惬意的事情。在户外的时候要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。如果所要消除的紫外线的频率为9.0 × 1014Hz，他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为，那么这种“增反膜”的最小厚度为（ ）
A．5.0 × 10－8mB．8.3 × 10－8mC．1.0 × 10－7mD．1.7 × 10－7m
【例5】（2023·海南·统考模拟预测）某同学利用双缝干涉实验装置测量红光的波长，当测量头分划板中心刻线分别与第1条和第6条亮纹中心对齐时，测量头的读数分别为，则下列说法正确的是（ ）
A．相邻两条亮条纹的间距为
B．相邻两条亮条纹的间距为
C．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将增加
D．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将减少
类型2 光的衍射和偏振现象
1．对光的衍射的理解
(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
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
(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。
【例1】(2022·北京顺义区统考)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
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
【例2】 (多选)(2022·江苏名校3月联考)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
【例3】 (多选)(2022·天津市等级考模拟)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
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
【例4】（2023春·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）下列关于光的偏振的说法中正确的是（ ）
A．自然光通过偏振片后就变成了偏振光
B．自然光通过偏振片后就变成了单色光
C．光的偏振现象说明光波是横波
D．光的偏振现象说明光波是纵波
【例5】（2023春·全国·高三期末）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（ ）
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
【例6】．（2023春·广东揭阳·高三校考期末）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
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
【例7】．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）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
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
【例1】（2023春·黑龙江哈尔滨·高三校考期中）下列关于电磁场和电磁波说法正确的是（ ）
A．变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场
B．电磁波是横波，不能在真空中传播
C．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量
D．变化的电场在周围的空间一定产生变化的磁场
【例2】．（2023春·山东·高三济南市章丘区第四中学校联考阶段练习）LC振荡电路的振荡周期为T，时刻线圈中的磁场最强，方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i，电容器极板a带的电荷量为q，线圈中储存的磁场能为（与通过线圈的电流的平方成正比），极板间储存的电场能为（与电容器所带的电荷量的平方成正比），以a板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【例3】．（2023春·上海浦东新·高二上海市进才中学校考阶段练习）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
【例4】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）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（ ）
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
【例5】．（2023春·江苏淮安·高三淮阴中学校考阶段练习）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
【例6】．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，电流计G可视为理想电表，先将开关S置于a处，待电路稳定后将开关S移至b处同时开始计时，电感线圈L和电容器C组成振荡电路，其振荡周期为T。下列说法正确的是（ ）
A．开关S刚移至b处，电流计G中将有从左向右的电流经过
B．过程中，电容器C放电，电容减小
C．时刻，电感线圈L中磁场能最大
D．过程中，电流计G的读数逐渐变大
【例7】．（2023春·安徽合肥·高三校联考期中）LC振荡电路中某时刻的磁场方向如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．若磁场正在减弱，则电容器的上极板带负电
B．若电容器的上极板带正电，则线圈中电流正在减小
C．若电容器正在放电，则电容器的上极板带正电
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流减小
【例8】．（2023春·江西上饶·高三校联考阶段练习）如图所示是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对回路情况的判断正确的是（ ）
A．若电路中电容的上板带正电，则该电路中电流在增大
B．若电路中电容的下板带正电，则电感产生的磁场在增强
C．若电路中电流i正在增大，则该电路中电容上的电荷量也在增大
D．若电路中电流i正在减小，则该电路中电容器里的电场必定向下
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
【例1】（2023·辽宁丹东·统考二模）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
【例2】．（2023·北京海淀·北大附中校考三模）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
【例3】．（2023·广东深圳·校考模拟预测）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
【例4】．（2023·北京·高三专题练习）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
类型2 全反射现象和物理光学
【例1】（2023·天津红桥·高三统考期中）频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一上下表面平行等厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．单色光1的波长大于单色光2的波长
B．在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度
C．改变空气中光线的入射角，在玻璃板下表面可能发生全反射
D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
【例2】．（2023·天津和平·统考三模）每年夏季，我国多地会出现日晕现象如图甲，日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（ ）
A．在冰晶中，a光的传播速度小
B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大
C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D．照射同一金属发生光电效应，b光使其逸出的光电子最大初动能大
【例3】．（2023春·湖北武汉·高三统考阶段练习）一包含有两种频率光的激光束，从真空中垂直射入截面为直角三角形的玻璃棱镜，光路如图所示。激光从棱镜的斜边面出射时被分为a、b两束光。已知，截面顶角为，棱镜对这两种频率光的折射率分别为和。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率大于比b光的频率
B．a光与b光在三棱镜中的传播速度之比是
C．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹比a光的宽
D．为使这两种频率的光都能从棱镜斜边射出，角的取值范围是
【例4】．（2023秋·广东深圳·高三深圳市罗湖外语学校校考期末）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
【例5】．（2023·天津和平·耀华中学校考二模）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
类型3 光学与其他知识的综合问题
【例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
【例2】(2022·北京海淀区一模)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( )
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
【例3】（2023·湖北省直辖县级单位·统考模拟预测）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
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
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
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
名称
项目
电磁波
机械波
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
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc6632" 题型一 几何光学 PAGEREF _Tc6632 \h 1
\l "_Tc31034" 类型1 折射定律和折射率的理解及应用 PAGEREF _Tc31034 \h 1
\l "_Tc32487" 类型2 全反射现象的理解和综合分析 PAGEREF _Tc32487 \h 13
\l "_Tc27560" 题型二 物理光学 PAGEREF _Tc27560 \h 27
\l "_Tc12793" 类型1 光的干涉现象 PAGEREF _Tc12793 \h 27
\l "_Tc26486" 类型2 光的衍射和偏振现象 PAGEREF _Tc26486 \h 33
\l "_Tc25380" 类型3 电磁振荡、电磁波 PAGEREF _Tc25380 \h 38
\l "_Tc15196" 题型三 几何光学与物理光学的综合 PAGEREF _Tc15196 \h 45
\l "_Tc12763" 类型1 光的折射现象和物理光学 PAGEREF _Tc12763 \h 45
\l "_Tc28190" 类型2 全反射现象和物理光学 PAGEREF _Tc28190 \h 49
\l "_Tc17031" 类型3 光学与其他知识的综合问题 PAGEREF _Tc17031 \h 55
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＝eq \f(sin θ1,sin θ2)；(2)n＝eq \f(c,v)；(3)sin C＝eq \f(1,n).
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＝eq \f(c,n)。
(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
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
【例1】（2023·安徽·校联考模拟预测）一块玻璃砖的横截面为直角三角形，如图所示，，，直角边的长度为。一束蓝光平行于从斜边上的点射向玻璃砖，与夹角，光线经面折射后从面上的点射出。已知该玻璃砖对蓝光的折射率，真空中的光速为，则蓝光从点传播到点所用时间为（ ）
A．B．C．D．
【例2】（2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测）现要测量一玻璃圆盘的折射率，但是由于手边没有角度测量工具，一同学想到用表盘辅助测量。使一束单色光从11点处水平射入，发现从7点处水平射出，则玻璃折射率n为（ ）
A．1.5B．2C．D．
【例3】．（2023·湖南·模拟预测）一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它可视为由半径为的四分之一圆与直角三角形组成，，。现有一束单色光从边上的点以入射角射入玻璃砖，折射光线与平行，再经圆弧界面反射后从点垂直边界射出。已知光在真空中的速率为，则（ ）
A．该单色光在玻璃砖材料中的折射率为
B．
C．
D．该单色光在玻璃砖材料中的传播时间为
【例3】（2023春·河南南阳·高三南阳中学校考阶段练习）如图所示，某透明材料的横截面是半径为的半圆，为直径，O为圆心。P为圆周上的一点，P到的距离为；透明材料的折射率为，底面用吸光材料涂黑。入射光平行于射向圆面上的P点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为，求：
（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角；
（2）光通过透明材料的时间。
【例4】．（2023·四川成都·统考三模）如图为放置在水平面上的某矩形容器的剖面图，右侧壁为镀银镜面，左侧壁为屏幕，容器底部处发射一束与夹角为的激光束，
光束经反射后打到上的点。已知，。
（ⅰ）求的距离；
（ⅱ）向容器内缓慢注入某溶液至上的光点位置下降至点，已知的距离，溶液对该光束的折射率，求液面的深度。
【例5】．（2023春·陕西汉中·高三校联考阶段练习）图为一个透明的玻璃圆柱体的横截面，其半径，是过圆心的一条水平直径。有一激光源S，发射出一条很细的水平激光束，恰好与玻璃圆柱体顶部相切。现将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动时，水平激光束第一次从B点射出。求
（ⅰ）玻璃的折射率n；
（ⅱ）经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间t（从进入玻璃圆柱体开始计时，只考虑一次反射，真空中的光速）。
【例6】．（2023春·全国·高三期末）2021年12月9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物理现象课后张同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是R，外径是2R。假设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角，经折射后恰好与内球面在B点相切，最后到达C点，已知光速为c，求：
（1）单色光在水球内的折射率n；
（2）单色光从A点到C点在水球内传播的时间t。
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＝eq \f(c,n)。
(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＝eq \f(l,v)求解光的传播时间。
【例1】（2023·黑龙江哈尔滨·哈师大附中校考三模）如图所示，取一个半径为的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在下面的长度为。这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。则液体的折射率为（ ）
A．B．C．D．
【例2】．（2023·山西阳泉·统考三模）水底某处有个红色的点光源，在水面上形成的红色的圆形光亮区域的面积为，若把该处的红色点光源换成蓝色点光源，其它条件不变，则在水面上形成的蓝色的圆形光亮区域的面积为，已知水对红、蓝两种光的折射率分别为和，则等于（ ）
A．B．C．D．
【例3】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）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
【例4】（2023·四川成都·成都七中校考模拟预测）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。
【例5】．（2023·江西南昌·统考三模）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。
【例6】．（2023春·山西晋中·高三统考阶段练习）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。
【例7】．（2023·河北·校联考模拟预测）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）。
【例8】．（2023·贵州毕节·统考三模）如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱棱镜的横截面图，只有CD面镀上银，其中，，，，截面内有一束光从图示的位置E点垂直AB边射入棱镜，，不考虑AB界面的反射。
（i）画出光路图；
（ⅱ）确定光线最终从哪个界面射出，射出点距B点的距离为多少?
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＝eq \f(l,d)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)eq \f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
2．薄膜干涉
(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)eq \f(λ,2)(n＝0，1，2，3…)，薄膜上出现暗条纹。
【例1】（2023春·全国·高三期末）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．
【例2】．（2023·山东青岛·统考三模）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
【例3】．（2023·河北沧州·河北省吴桥中学校考模拟预测）如图甲所示，将一块平板玻璃放置在另一块平板玻璃上，在一端加入四张纸片，形成一个空气薄膜。当红光从上方玻璃垂直射入后，从上往下看到的条纹如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．图乙是光的衍射形成的图案
B．任意相邻两条亮条纹中心所对应的薄膜厚度差等于入射光的波长
C．若仅将红光换为紫光，则相邻两条亮条纹的中心间距变大
D．若抽出两张纸片，则相邻两条亮条纹的中心间距变大
【例4】．（2023·湖北襄阳·襄阳四中校考模拟预测）趁着微风不燥阳光正好，约三五好友去户外郊游是一件十分惬意的事情。在户外的时候要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。如果所要消除的紫外线的频率为9.0 × 1014Hz，他选用的薄膜材料对紫外线的折射率为，那么这种“增反膜”的最小厚度为（ ）
A．5.0 × 10－8mB．8.3 × 10－8mC．1.0 × 10－7mD．1.7 × 10－7m
【例5】（2023·海南·统考模拟预测）某同学利用双缝干涉实验装置测量红光的波长，当测量头分划板中心刻线分别与第1条和第6条亮纹中心对齐时，测量头的读数分别为，则下列说法正确的是（ ）
A．相邻两条亮条纹的间距为
B．相邻两条亮条纹的间距为
C．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将增加
D．若仅将红色滤光片换成紫色滤光片，则在目镜中观察到的条纹数目将减少
类型2 光的衍射和偏振现象
1．对光的衍射的理解
(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
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
(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。
【例1】(2022·北京顺义区统考)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
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
【例2】 (多选)(2022·江苏名校3月联考)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
【例3】 (多选)(2022·天津市等级考模拟)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
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
【例4】（2023春·陕西宝鸡·高三校联考阶段练习）下列关于光的偏振的说法中正确的是（ ）
A．自然光通过偏振片后就变成了偏振光
B．自然光通过偏振片后就变成了单色光
C．光的偏振现象说明光波是横波
D．光的偏振现象说明光波是纵波
【例5】（2023春·全国·高三期末）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（ ）
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
【例6】．（2023春·广东揭阳·高三校考期末）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
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
【例7】．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）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
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
【例1】（2023春·黑龙江哈尔滨·高三校考期中）下列关于电磁场和电磁波说法正确的是（ ）
A．变化的磁场在周围的空间一定产生变化的电场
B．电磁波是横波，不能在真空中传播
C．电磁波既可以传递信息，又可以传递能量
D．变化的电场在周围的空间一定产生变化的磁场
【例2】．（2023春·山东·高三济南市章丘区第四中学校联考阶段练习）LC振荡电路的振荡周期为T，时刻线圈中的磁场最强，方向如图所示。LC振荡电路中的电流为i，电容器极板a带的电荷量为q，线圈中储存的磁场能为（与通过线圈的电流的平方成正比），极板间储存的电场能为（与电容器所带的电荷量的平方成正比），以a板所带的正电荷增加时的电流方向为正。下列图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【例3】．（2023春·上海浦东新·高二上海市进才中学校考阶段练习）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
【例4】．（2023春·浙江·高三校联考阶段练习）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（ ）
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
【例5】．（2023春·江苏淮安·高三淮阴中学校考阶段练习）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
【例6】．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）在如图所示的电路中，L是直流电阻可以忽略的电感线圈，电流计G可视为理想电表，先将开关S置于a处，待电路稳定后将开关S移至b处同时开始计时，电感线圈L和电容器C组成振荡电路，其振荡周期为T。下列说法正确的是（ ）
A．开关S刚移至b处，电流计G中将有从左向右的电流经过
B．过程中，电容器C放电，电容减小
C．时刻，电感线圈L中磁场能最大
D．过程中，电流计G的读数逐渐变大
【例7】．（2023春·安徽合肥·高三校联考期中）LC振荡电路中某时刻的磁场方向如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．若磁场正在减弱，则电容器的上极板带负电
B．若电容器的上极板带正电，则线圈中电流正在减小
C．若电容器正在放电，则电容器的上极板带正电
D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流减小
【例8】．（2023春·江西上饶·高三校联考阶段练习）如图所示是某时刻LC振荡电路中振荡电流i的方向，下列对回路情况的判断正确的是（ ）
A．若电路中电容的上板带正电，则该电路中电流在增大
B．若电路中电容的下板带正电，则电感产生的磁场在增强
C．若电路中电流i正在增大，则该电路中电容上的电荷量也在增大
D．若电路中电流i正在减小，则该电路中电容器里的电场必定向下
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
【例1】（2023·辽宁丹东·统考二模）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
【例2】．（2023·北京海淀·北大附中校考三模）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
【例3】．（2023·广东深圳·校考模拟预测）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
【例4】．（2023·北京·高三专题练习）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
类型2 全反射现象和物理光学
【例1】（2023·天津红桥·高三统考期中）频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一上下表面平行等厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．单色光1的波长大于单色光2的波长
B．在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度
C．改变空气中光线的入射角，在玻璃板下表面可能发生全反射
D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角大于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
【例2】．（2023·天津和平·统考三模）每年夏季，我国多地会出现日晕现象如图甲，日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（ ）
A．在冰晶中，a光的传播速度小
B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大
C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D．照射同一金属发生光电效应，b光使其逸出的光电子最大初动能大
【例3】．（2023春·湖北武汉·高三统考阶段练习）一包含有两种频率光的激光束，从真空中垂直射入截面为直角三角形的玻璃棱镜，光路如图所示。激光从棱镜的斜边面出射时被分为a、b两束光。已知，截面顶角为，棱镜对这两种频率光的折射率分别为和。下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率大于比b光的频率
B．a光与b光在三棱镜中的传播速度之比是
C．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹比a光的宽
D．为使这两种频率的光都能从棱镜斜边射出，角的取值范围是
【例4】．（2023秋·广东深圳·高三深圳市罗湖外语学校校考期末）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
【例5】．（2023·天津和平·耀华中学校考二模）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
类型3 光学与其他知识的综合问题
【例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
【例2】(2022·北京海淀区一模)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( )
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
【例3】（2023·湖北省直辖县级单位·统考模拟预测）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
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
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
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
名称
项目
电磁波
机械波
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
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