光学【讲解】【解析版】-2023年高考物理二轮复习（新教材新高考）

第五部分热学、振动和波动、光学及原子物理

专题14光学【讲】

目录

讲高考真题——感悟核心素养....................................................................1

【考情研判】...................................................................................1

【考题分析】...................................................................................1

【题后总结】...................................................................................8

讲核心问题一一提炼主干必备知识................................................................9

核心问题一光的折射现象.......................................................................9

核心问题二光的全反射问题....................................................................H

核心问题三光的干涉与衍射问题................................................................14

核心问题四几何光学与物理光学的综合应用.....................................................16

三.讲科学思维——几何光学问题的综合分析......................................................20

（一）科学思维一一光的折射和全反射问题分析..................................................20

（二）科学思维一一折射率和光的传播问题.......................................................22

一.讲高考真题--感悟核心素养

【考情研判】

本专题主要复习光的折射和全反射以及光路控制问题等知

解决问题

专题识。

复习高考重点光的折射和全反射现象的分析；折射率的求解和光路作图；

定位高考中选择题和计算题中都有命题，特别是光的折射和全

题型难度

反射出现计算题的可能性较大。难度为中等。

【考题分析】

【例1］（新高考全国卷∏∙浙江•第12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。和两出射点P、。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反射光

束从出射光束C和小已知光束α和力间的夹角为90°,则（）

P

b

A.光盘材的折射率〃=2

B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二

C.光束6、C和4的强度之和等于光束α的强度

D.光束C的强度小于。点处折射光束OP的强度

【答案】D

/=45

折射角为

r=30

根据折射定律有

√2

sin45

n=-------

sin30

2

所以A错误;

8.根据

c∖∣2

V=—=-----

n2

所以B错误;

C.光束在6、C和d的强度之和小于光束”的强度，因为在Q处光还有反射光线，所以C错误；

D.光束C的强度与反射光线PQ强度之和等于折身光线OP的强度，所以D正确；

故选D。

【试题情境】本题以激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象为素材创设生活问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于基础性。

【必备知识】本题考查的知识点为折射定律。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据情境做出光路图并用折射定律和光速公式求解。

【学科素养】考查的核心素养是科学思维：会正确做光路图。

【例2】（新高考全国卷∏∙海南•第5题）下列说法正确是（）

A.单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小

B.观察者靠近声波波源过程中，接收到的声波频率小于波源频率

C.同一个双缝干涉实验中，蓝光产生的干涉条纹间距比红光的大

D.两束频率不同的光，可以产生干涉现象

【答案】A

【解析】A.根据U=£

n

可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A正确；

B.根据多普勒效应，若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率大于波源频率，故B错误；

C.根据

∆x=—λ,

d

同个双缝干涉实验中，蓝光的波长小于红光的波长，故蓝光产生的干涉条纹间距比红光的小，故C错误；

D.根据光的干涉的条件可知，两束频率不同的光不能产生干涉现象，故D错误。

故选Ao

【试题情境】本题以基本概念为素材创设学习问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于基础性。

【必备知识】本题考查的知识点为物理光学。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据所学光学知识对选项做出正确的判断。

【学科素养】考查的核心素养是物理观念与科学思维中的批评思维。

【例3】（2022年高考全国甲卷第15题）如图，单色光从折射率“=1.5、厚度4=10.0Cm的玻璃板上表面射入。

己知真空中的光速为3xl0iim∕s,则该单色光在玻璃板内传播的速度为m/s；对于所有可能的入射角,

该单色光通过玻璃板所用时间/的取值范围是s<r<s（不考虑反射）。

玻璃板

【答案】(1).2×108(2).5×10^'°(3).3√5×10^'°

【解析】［1］该单色光在玻璃板内传播的速度为

c3×IO8,-,c8,

V=—=--------m/s=2×10m/s

n1.5

⑵当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，该单色光通过玻璃板所用时间最短，最短时间

d0∙1UICTo

—=-------s=5χl0S

V2×IO87

⑶当光的入射角是90。时，该单色光通过玻璃板所用时间最长。由折射定律可知

nsi=n9-0-°---

Sine

最长时间

d

d=3岛IOToS

Vv√l-sin2^

【试题情境】本题以单色光在玻璃砖中的传播为素材创设学习探索问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于基础性。

【必备知识】本题考查的知识点为折射定律与光速公式。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据情境做出光路图并用折射定律和光速公式求解。

【学科素养】考查的核心素养是科学思维：会正确做光路图。

【例4］.(新高考全国卷U•河北•第18题)将两块半径均为R完全相同的透明半圆柱体48正对放置，圆

心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A,设圆心处入射角为当6*=60°时，

A右侧恰好无光线射出；当6=30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移〃，不考虑多次

反射，求：

(1)半圆柱体对该单色光的折射率；

(2)两个半圆柱体之间的距离”。

ɔP

【答案】(i)H=-ʌ/ɜ：(ii)d=y∕2(h----)

32

【解析】(i)光从半圆柱体A射入，满足从光密介质到光疏介质，当e=60°时发生全反射，有

Sine=L

n

解得

n=—ʌ/ɜ

3

(ii)当入射角8=30。，经两次折射从半圆柱体B的半径出射，设折射角为r,光路如图

由折射定律有

Sin"刀=Sinr

有几何关系有

Zz-RsinO

tanr=-------------

d

联立解得

√=√2(Λ--)

2

【试题情境】本题以单色光在透明半圆柱体的传播为素材创设学习探索问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于综合性。

【必备知识】本题考查的知识点为折射定律与全反射公式。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据情境做出光路图并用折射定律和全反射公式及

几何光学求解。

【学科素养】考查的核心素养是科学思维：会正确做光路图。

【例5】(2022年高考全国乙卷物理第16题)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、

B两个大头针确定入射光路、C、D两个大头针确定出射光路，。和0'分别是入射点和出射点，如图(。)所示。

测得玻璃砖厚度为h=15.()mm，A到过O点的法线OM的距离AM=10.()mm,M到玻璃砖的距离

MO-20.0mm,0'到OM的距离为S=5.0mm。

(i)求玻璃砖折射率；

(ii)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的截面如图S)所示。光从上表面

入射，入时角从。逐渐增大，达到45°时.，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。

图(a)图(b)

【答案】(i)√2(ɪɪ)15°

【解析】(i)从。点射入时，设入射角为α,折射角为4。根据题中所给数据可得:

10.0

sina-[―-------

√10.02+20.025

5.0√iδ

sinβ=

715.02+5.02"w"

再由折射定律可得玻璃砖的折射率:

Sina

n=加

sinβ

(ii)当入射角为45。时，设折射角为γ,由折射定律:

nsi=n4--5-°----

sin/

可求得:

7=30°

再设此玻璃砖上下表面的夹角为仇光路图如下:

而此时出射光线恰好消失，则说明发生全反射，有：

.万1

sinC=-

n

解得:

C=45°

由几何关系可知:

8+300=C

即玻璃砖上下表面的夹角：8=15°

【试题情境】本题以插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率为素材创设学习探索问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于综合性。

【必备知识】本题考查的知识点为折射定律与全反射公式。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据情境做出光路图并用折射定律和全反射公式及

几何光学求解。

【学科素养】考查的核心素养是科学思维：会正确做光路图。

【例6】(新高考全国卷∏∙广东•第18题)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触

发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为。，折射角为万；光从尸点

射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角。的正弦值表达式。

【解析】根据光的折射定律有

Sina

根据光的全反射规律有

Sine=L

n

联立解得

.八Sina

sinθ=-------

sinB

［试题情境】本题以分析光学传感器原理为素材创设学习探索问题情境。

【考核要求】本题考核要求属于基础性。

【必备知识】本题考查的知识点为折射定律与全反射公式。

【关键能力】本题主要考察的关键能力是：推理论证能力：根据情境做出光路图并用折射定律和全反射公式及

几何光学求解。

【学科素养】考查的核心素养是科学思维：会正确做光路图。

【题后总结】

1.光的波动性

(1)光的干涉

①双缝干涉：频率相同的两束光相遇叠加形成明暗相间条纹的现象，双缝干涉条纹是等间距的，条纹间距∆Λ-

=%,利用该关系可测定光的波长。

②薄膜干涉：由透明薄膜(油膜、肥皂沫、空气膜等)前后表面的反射光叠加形成干涉，薄膜干涉为等厚干涉，

同一条纹处薄膜厚度相同。增透膜的最小厚度为光在介质中波长的四分之一。

(2)光的衍射：发生明显衍射的条件是，孔或障碍物的尺寸与光的波长差不多，或者比光的波长还要小。

(3)光的偏振：振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。自然光通过偏振片产生偏振光：自然光发生反射和

折射可以成为部分偏振光或完全偏振光。偏振现象证明光是横波。

2,求解光的折射和全反射问题的思路

二.讲核心问题--提炼主干必备知识

核心问题一光的折射现象

1.常用的三个公式

2.折射率的理解

(1)折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关.

(2)光密介质指折射率大的介质，而不是指密度大的介质.

(3)同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小.

【例1】(2022•浙江稽阳联谊学校联考)如图所示，某种透明介质的截面图由圆心为O,半径为R的四分之一圆

弧BC和直角三角形AOC组成，其中/A=60。。一束单色光从D点垂直AB面射入透明介质中，射到圆弧BC

R

上时恰好发生全反射，已知D点与O点之间的距离为,光在真空中的传播速度为c,以下说法正确的是()

A.单色光在介质中的传播速度为

B.单色光射到Ae面发生全反射，没有光线射出

C.单色光第一次射出介质时折射角为45。

D.单色光第一次射出介质时折射角为30°

【答案】C

【解析】光路图如图所示

由于单色光射到圆弧8C上时恰好发生全反射，则由几何关系可得sinC=器=盒=坐,则临界角为C=45。，

则该透明介质的折射率为w=⅛=d⅛=√2>由可得，单色光在介质中的传播速度为v=⅛=-⅛=⅛,

故A错误：由几何关系可知，单色光射到AC面时入射角r=30。，由于小于临界角，单色光将在AC面发生折

射，从AC面射出，故B错误；单色光在AC面第一次射出介质，由折射定律〃=需可得Sini="sinr=也XSin

30。=孚，解得i=45。，所以单色光第一次射出介质时折射角为45。，故C正确，D错误。

【技巧方法归纳总结】求解光的折射问题的思路

(1)作图时要找出具有代表性的光线，如符合边界条件或全反射临界条件的光线。

(2)解答时注意利用光路可逆性、对称性和几何知识。

【变式训练1】(2022•山东、湖北名校联考)如图所示为一个透明球体的横截面，其半径为R,AB是一竖直直径，

现有一束半径为半R的圆环形平行细光束沿AB方向射向球体(AB直径为圆环中心轴线)，所有光线经折射后恰

好经过B点射出，则透明球体的折射率为()

A.√3B.√2

C.2√3D.√5

【答案】A

【解析】光路图如图所示，由几何关系可知，a=60。，α=2",得"=30。，由折射定律有"=安=黑黑=

ð111I)<)111wʃVz

小，故选项A正确。

【针对训练2】(2020•全国卷II∙34(2))直角棱镜的折射率"=1.5,其横截面如图2所示，图中/C=90。，NA=

30。.截面内一细束与BC边平行的光线，从棱镜4B边上的。点射入，经折射后射到BC边上.

(ɪ)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；

(ii)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值.

【答案】见解析

【解析】(i)如图，设光线在C点的入射角为i,折射角为二折射光线射到8C边上的E点.设光线在E点的

入射角为仇由几何关系，有

i=30。①

6=90°-(30°-r)>60°②

根据题给数据得sinGSin60。>标

即。大于全反射临界角，因此光线在E点发生全反射.

(ii)设光线在AC边上的尸点射出棱镜，入射角为V,折射角为心由几何关系、反射定律及折射定律，有

r=9O°-(9@

sini=ns∖nr(§)

nsinir=sin,⑥

联立①@④⑤⑥式并代入题给数据，得Sinrl=2。亚

由几何关系可知，/即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角.

核心问题二光的全反射问题

1.全反射的条件

(1)光从光密介质射向光疏介质。

(2)入射角大于或等于临界角，其中临界角满足：SinC=/

2.光的色散问题

(1)同种介质对不同频率的光的折射率不同，频率越高，折射率越大。

(2)由〃=泉〃=殳可知，光的频率越高，在介质中的波速越小，波长越小。

【例2】(2022•浙江长兴、余杭、缙云三校联考)如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，。。为直径，一

束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，紫光、红光分别从8、C点射出。设紫光由。到B

的传播时间为加，红光由。到C的传播时间为fc，则下列说法中正确的是()

A.改变入射角，出射光线不会与入射光线平行

B.向右平移入射光线AO,紫光会先发生全反射

C.⅛=fc

D.tβ>tc

【答案】C

【解析】当调整入射角，恰好使玻璃中的出射点在圆柱体玻璃的最低点，此时进入玻璃和射出玻璃的两条法

线是平行的，根据折射定律，易知出射光线会与入射光线平行，故A错误；向右平移入射光线A0,只会使折

射光线在射出玻璃时的入射角变化，不能达到发生全反射的条件，所以紫光不会发生全反射，故B错误；设任

一光线入射角为/，折射角为r,光在玻璃中传播的路程是s,半圆柱的半径为R.光在玻璃中传播的速度为V

=；，由几何知识知s=2∕?COS(90。一r)=2∕?Sin/，则光在玻璃中传播的时间为/=1,由折射定律得“sinr=Sini,

联立可得f=2誓，依题意，紫光与红光入射角相等，/?、C相等，所以紫光由。到8的传播时间与红光由0

到C的传播时间相等，故C正确，D错误。

【技巧方法归纳总结】分析思路

(1)根据题意严格作出光路图，有时需分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。

(2)明确两介质折射率的大小关系

①若光疏一光密：定有反射、折射光线。

②若光密T光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。

(3)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系(充分考虑三角形、圆的特点)，联立求解。

【变式训练1】（2022•浙江丽水、湖州、衢州4月质检）夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为

使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料。如图所示，介质球的球心位于。点，半径为凡平行于直径AOB

的单色光从空气射入介质球，其中一条光线沿。C射入球体，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中出

射光线恰好与OC平行，已知。C与AB的距离为叩R,下列说法正确的是（）

A.介质球的折射率为〃=也

B.换不同的单色光线，沿OC入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与。C平行

C.在同一过球心的截面内，只有三条光线在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时与入射光平行

D.增大单色光的频率，单色光射入球体后，在球内表面可能发生全反射

【答案】C

【解析】由题意作出光路图如图所示

由几何关系可得Sini=H=坐，解得,=60°，由图可知i=2r,则r=30°,所以介质球的折射率为〃=*=4,

故A错误；若增大入射光的频率，折射率增大，由折射定律知，折射角r减小，折射光线将射到8点下方，反

射光线将射到E点左侧，再次折射到空气中时折射角∕=i,由几何知识可知，出射光线与入射光线不再平行，

故B错误；在同一过球心的截面内，只有沿直径和直径两侧对称的两条光线，共三条光线在球内表面经一次反

射后，再次折射回空气时与入射光平行，故C正确；增大单色光的频率，若该光沿E。平行于CO的方向射入

时，根据几何知识得知，第一次射到界面的折射角等于第二次射到界面的入射角，根据光路的可逆性原理，不

可能在介质球内表面发生全反射，故D错误。

【变式训练2】（2022•浙江温州市3月适应性测试）如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学

元件的横截面，该种材料折射率"=|，4C为一半径为R的四分之一圆弧，。为圆弧面圆心，ABCZ）构成正方

形。在。处有一红色点光源，在纸面内照射弧面AC,若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，则以

下说法正确是（）

AB

A.光从该材料到空气的临界角为53°

B.该光学元件的BC边上有光射出的长度为%?

C.照射在AC边上的入射光，有弧长为京πR区域的光不能从A&BC边直接射出

D.将点光源换成紫光，则AB边上有光射出的长度增大

【答案】C

【解析】设光从该材料折射到空气的临界角为C,则有SinC=求得C=37。，故A错误；假设光线沿

OE方向照射到AB面上正好发生全反射，QE与弧AC相交于F,则/A£>E=37。，如图所示

假设光线沿。G方向照射到8C面上正好发生全反射，DG与弧AC相交于“，可知NCoG=37。，则NGoE=

4π∕?4

16。，求得光线不能射出对应的弧长"/=黑，即照射在AC边上的入射光，有弧长为东兀R区域的光不能从A8、

3

8C边直接射出。由几何知识求得该光学元件的BC边上有光射出部分的长度为CG=Rtan37o故C正确，

B错误；若将点光源换成紫光，由于紫光的频率大于红光的频率，故在该种材料中紫光的折射率大于红光的折

射率，根据SinC=^可知，紫光从该种材料中到空气中的临界角小于红光的临界角，则A8边上有光射出的长度

将减小，故D错误。

核心问题三光的干涉与衍射问题

双缝干涉单缝衍射

产生条件两束光频率相同、相位差恒定障碍物或狭缝的尺寸足够小（明

显衍射）

图样条纹宽度条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽

不同条纹间距各相邻条纹间距相等各相邻条纹间距不等

点亮度情况清晰条纹，亮度基本相等中央条纹最亮，两边变暗

干涉、衍射都是波特有的现象；

与光的偏振的区别

光的偏振现象说明光是横波

[例3]（2022•山东卷∙7）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的变化图象，可能正确的是（）

minI

【答案】D

【解析】从薄膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Ar=22,即光程差为薄膜厚度的2倍,

当光程差ΔΛ=ΠZ时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为发，在题图中相邻亮条纹（或暗条

纹）之间的距离变大，则薄膜的厚度逐渐变小，因条纹宽度逐渐变宽，则厚度不是均匀变小，故选D.

【技巧点拨】物理光学常考点归纳

1.光的干涉现象和光的衍射现象证明了光的波动性，光的偏振现象说明光为横波.

2.光的干涉和光的衍射产生的条件：发生干涉的条件是两光源频率相等，相位差恒定；发生明显衍射的条件是

障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小.

3.光的干涉现象：双缝干涉、薄膜干涉（油膜、空气膜、增透膜、牛顿环）；

光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑.

4.光的双缝干涉

（1）条纹间距ΔΛ=^1.

（2）单色光条纹间隔均匀，亮度均匀，中央为亮条纹.

【变式训练1】（多选）（2022•安徽蚌埠二中高三模拟）下列说法正确的是（）

A.一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短

B.激光信号在光导纤维中传输时是利用了光的衍射原理进行的

C.声源向静止的观察者靠近，观察者接收到的频率小于声源的频率

D.日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰

E.分别用红光、紫光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，红光的相邻两个亮条纹的中心间距大于紫光的相

邻两个亮条纹的中心间距

【答案】ADE

【解析】单色光由空气射入玻璃，频率不变，根据公式有"=5v=λf,

可知，这束光的速度变慢，波长变短，故A正确；

激光信号在光导纤维中传输时是利用了光的全反射原理进行的，故B错误；

根据多普勒效应，声源向静止的观察者靠近，观察者接收到的频率大于声源的频率，故C错误；

根据偏振片的原理可知，日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使影像更清晰，

故D正确；根据双缝干涉的条纹间距公式，有AX=5,7怅故E正确.

【变式训练2】（多选）（2022∙重庆市模拟）如图所示的4种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双

缝干涉仪器形成的干涉图样及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮条纹）.则在下面

的四个图中（）

IlllIIIIIIIIIIIIIIIllll

abed

A.属于衍射图样的是a和C

B.属于干涉图样的是a和C

C.b图对应的光的频率比d图对应的光的频率更小

D.从左到右的四幅图a、b、c、d对应的色光的顺序是红光、紫光、蓝光、黄光

【答案】BD

【解析】双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故a图和C图两个是双缝干

涉图样，A项错误，B项正确；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧越暗宽度越小；波长越长（频率越低），

中央亮条纹越粗，故b图对应的光的频率比d图对应的光的频率更大，C项错误；a图对应的光的波长比C图对

应的光的波长更长，所以a图是红光，c图是蓝光：b图对应的光的频率比d图对应的光的频率更大，所以b图

是紫光，d图为黄光，故从左向右依次是红光、紫光、蓝光和黄光，D项正确.

核心问题四几何光学与物理光学的综合应用

1.杨氏双缝干涉

（1）单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。

（2）白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。

（3）相邻条纹间距公式：∆x=50

2.薄膜干涉

（1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。

(2)图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)条纹对应的薄膜的厚度相等。单色光照射薄膜时形成明暗相间的条

纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。

3.区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法

(1)根据条纹的宽度区分：双缝干涉条纹的宽度相同，而单缝衍射的中央亮条纹最宽，两侧的亮条纹逐渐变窄。

(2)根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮条纹往两侧亮度变化很小，而单缝衍射条纹中央亮条纹最

亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。

4.亮、暗条纹的判断方法

(1)如图所示，光源0、S2发出的光到屏上某点的路程差「2—，I=M(Z=O，1，2…)时，光屏上出现亮条纹。

(2)光的路程差〃一r∣=(2Z+l)孤=0,1,2...)时，光屏上出现暗条纹。

【例4】(多选)(2022•西藏高三一模)如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为小b两种色光,

下列说法正确的是()

A.玻璃砖的气泡缺陷处显得更亮是光的全反射现象

B.a光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度小

C.α光的频率比。光的频率小

D.若保持复合光的方向不变仅将入射点上移，则。光先消失

E.若让a、b两种色光通过同一双缝干涉装置，则。光形成的干涉条纹的间距更大

【答案】ABD

【解析】光线从玻璃砖的气泡缺陷处射入气泡时发生全反射，这会导致气泡看起来显得更亮，A正确；光线

从玻璃射入气泡时入射角r相同，“光的折射角i较大，据〃=捐=?可知，。光的折射率〃较大，。光在玻璃

中的传播速度较小，。光的频率较大，B正确，C错误；由SinC=；可知，。光的临界角较小，故保持复合光

的方向不变仅将入射点上移，会使入射角增大，“光先发生全反射而消失，D正确；。光折射率较大，波长较短，

据∆x=3可知，若让人人两种色光通过同一双缝干涉装置，则α光形成的干涉条纹的间距更小，E错误.

【方法技巧总结】各种色光特征比较

项目红T紫

越来越高

波长越来越热

折射率越来越大

介质中传播速度越来越小

发生全反射时的临界角越来越小

光子能量越来越大

【变式训练1】（2022•浙江“七彩阳光”联盟联考）如图甲所示是利用圆锥形光学玻璃演示实验的现象，模型如图

乙所示，一束白光从圆锥体玻璃（介质I）底面垂直入射，圆锥体玻璃倒立在水平有机玻璃砖（介质II）上表面，人

眼在一侧进行观察，下列说法正确的是（）

甲乙

A.人眼观察到的色散现象是由于光的衍射而产生的

B.人眼观察到介质1中的色散的光是经过介质∏表面反射回介质I而产生的

C.介质I上表面的光均能经过一次介质I折射和介质II反射到人眼

D.若用力将圆锥体向下挤压有机玻璃砖，产生的彩色条纹间距将不变

【答案】B

【解析】根据题意，人眼观察到的色散主要由于光在玻璃中的折射而产生的现象，故A错误；根据光路图可

知，人眼观察到介质I中的色散来源于介质∏表面光反射再在介质I中折射产生的，故B正确：介质I上表面

左侧光线的光未能折射到人眼，故C错误；若向下挤压有机玻璃，介质∏表面下凹，彩色条纹间距缩小，可以

观察到微小形变，故D错误。

【变式训练2】（多选）（2022•浙江北斗星盟12月适应性联考泮径为R的玻璃球，放在真空中，球心为O,AOA'

为玻璃球的一条轴线，如图所示。三束激光1、2和3频率分别为电、吸和V3（也=V2<V3）,照射到玻璃球上，并

且三束光线的延长线相交于轴线上的3点，。8=小反光束2与轴线AO4的夹角为30。，玻璃对光束2的折射

率为√L经玻璃球折射后经过轴线上的。点。光束1与轴线AoV的夹角为0。<6<30。，光束3照射到玻璃球的

顶点C,即CO,A41下列说法正确的是（）

B.光束1经玻璃球折射后也经过轴线的D点

C.光束3经玻璃球折射后经过轴线的O点左侧

D.通过相同的双缝干涉实验装置后，光束3的干涉条纹间距最宽

【答案】AB

【解析】作辅助线OE,如图所示

对光束2分析，由折射定律可知Sina=√^sin∕Oa,根据正弦定理得甯=则1年即，代入数据解得a=45。，

NOEO=30。，在4OED中，根据正弦定理得小久浮J=迎与刃",解得OD=乎R,由上可知^OEDSA（）BE,

同理1光线可得类似结论，即光束1经玻璃球折射后也经过轴线的力点，故A、B正确；因为光束3的频率大

于光束1的频率，则经玻璃球折射后的光束与A04的交点在。点右侧，故C错误；由图可知光束3的折射率

最大，频率最大，波长最短，根据ΔΛ='可知光束3的干涉条纹的间距最小，故D错误。

【变式训练3］（多选）如图所示，△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面，“、b两束可见单色光从空气垂直射入

棱镜底面例M两束光关于00'对称），在棱镜侧面。W、ON上反射和折射的情况如图所示，下列说法正确的是

)

A.若光束从玻璃棱镜中射向空气，则光束b容易发生全反射

B.若保持6光入射点位置不变，将光束人顺时针旋转，则NO面可能有光线射出

C.〃、6光用同样的装置做“双缝干涉”实验，。光的条纹间距大

D.用“、6光照射同一狭缝，6光的衍射现象更明显

【答案】ABC

【解析】由光路图可知，〃光束在No面上发生了全反射，而“光束在MO面上没有发生全反射，而入射角

相同，说明b光的临界角小于a光的临界角，由sinC=:分析得知，玻璃对α光束的折射率小于对b光束的折

射率，由V=：得知，在玻璃中。光的传播速度比人光大，α光的频率小于匕光的频率，由c=，知，α光波长大

于方光的波长，则用同样的装置做“双缝干涉”实验时，根据∆x=%知，。光的条纹间距大，故A、C正确；保

持6光入射点位置不变，将光束人顺时针旋转，则光束b在N。面的入射角减小，故No面可能有万光线射出，

故B正确；因a光波长大于b光的波长，故两光照射同一狭缝，波长越大，衍射现象越明显，故D错误。

三.讲科学思维几何光学问题的综合分析

（-）科学思维…-光的折射和全反射问题分析

1.题型特点

光射到两种介质的界面上会发生反射和折射。反射角和入射角、折射角和入射角的关系分别遵守反射定律和折

射定律。当光从光密介质射向光疏介质中时，若入射角等于或者大于临界角会发生全反射现象。

2.涉及问题

（1）光的反射（反射光路、反射规律）

（2）光的折射（折射光路、折射定律、折射率）

（3）光的全反射（临界角、全反射条件）

3.解题技巧

折射率公式为M2=黑（仇为介质1中的入射角，&为介质2中的折射角）。根据光路可逆原理，入射角、折射

角是可以随光路的逆向而“换位”的。我们可以这样来理解、记忆：

Sinel（介质1）1sin。（介质2）

nsinΘ2（介质2）Tltsinft（介质1）°

【例1】（2022•山东莒县高三期中）如图，AABC是一直角三棱镜的横截面，ZA=90o,/8=60。。一细光束从

BC边的。点入射，折射后，射到AC边的E点，并在E点恰好发生全反射，后经AB边的尸点射出。已知反

射光线E尸平行于棱镜的3C边，AC=d,七点恰好是AC的中点。不计多次反射。

B

C-A

E

(1)棱镜的折射率"；

(2)光束从BC边的D点入射时，入射角的正弦值sina