2025年高中物理总复习第十四章 光学

2025版三维设计一轮高中总复习物理(通用版)第十四章光学

第十四章

光学

第71课时光的折射全反射［双基落实课］

「立足“四层”•夯基础概念公式定理

|折射光线与入射光线、法线处在_

-平而内.折射光线与入射光线分别位

折

；州受法线的_；入射角的正弦与折射

射1r

定卡的正弦嬴比

光I

律L遨相心徵

的

光从真空射入某种介质发生折射时.

入射角的正弦与折射用的正弦_.

折

叫这种介质的折射率

射折""繇，折射率由介质本身的

射T是灵

率

光学性质和光的所决定

，

I石礴而又系＞■!"

①秘射入

条件

全②入射角都界角

反现象折射光完全消失，只剩下

射

折射角等于3产时的入射角.用C表示,

sinC-

情境思辨•真题情境

(2023•湖南高考7题)一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光

光束与水面的夹角为a,如图所示。他发现只有当a大于41。时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束。

岸上救援人员

\

潜水爱好者•上激光器

判断下列说法的正误：

(1)救援人员收到潜水爱好者发出的激光光束，这是光的折射现象。()

(2)激光器向岸上救援人员发射的激光信号在水面处一定同时发生反射和折射。()

(3)激光光束与水面发生全反射的临界角C=41。。()

(4)救援人员的眼睛是逆着射入眼睛的光线方向，通过至少两条光线的交点才能确定潜水爱好者的位置。

一--着--眼--“-四---翼--”-•-探--考-点题型规律方法

考点一光的折射定律折射率［互动共研类］

1.对折射率的理解

（1）折射率的大小不仅与介质有关，还与光的频率有关，在同种介质中，频率越大的光折射率越大。

（2）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，丫=£。

n

（3）同种色光在不同介质中的波速、波长不同，但频率相同。

2.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。

【典例1】（2023•全国乙卷34题）如图，一折射率为鱼的棱镜的横截面为等腰直角△ABC,AB=AC=/,

BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边

反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。

尝试解题

□对点训练

1.【折射现象的分析】

（2023•江苏高考5题）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯

曲。下列光路图中能描述该现象的是（）

7太阳光线太/阳光线

地球表面_/挺球表面

AB

:太阳光线Z太阳光线

地球表面地球表面

r7f7Z77777777777777,.^777J77777777777777".

D

2.【折射定律的应用】

（多选）如图所示，两束不同频率的平行单色光服b从水射入空气（空气折射率为1）发生如图所示的折射

现象（a<p）,下列说法正确的是（）

A.水对a的折射率比水对b的折射率小

B.在水中的传播速度v>vh

C.在空气中的传播速度%>点

D.仅把空气和水对调，其他条件不变，则仍有a<0

考点二光的折射和全反射的综合问题［互动共研类］

1.解答全反射问题的技巧

（1）解答全反射问题时，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.求解光的折射、全反射问题的三点注意

（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）当光照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。

【典例2】（2023•湖北高考6题）如图所示，楔形玻璃的横截面尸。。的顶角为30。，。尸边上的点光源S到

顶点。的距离为d,垂直于。尸边的光线SN在。。边的折射角为45。。不考虑多次反射，。。边上有光射出部

分的长度为（）

D.V21i

听课I己录...................................................................................

【典例3】（2022•全国甲卷34题）如图，边长为。的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为A8边的中

点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60。，经折射后在8C边的N点恰好发生全反射,

反射光线从CD边的尸点射出棱镜。求棱镜的折射率以及尸、C两点之间的距离。

尝试解题

□对点训练

1.【全反射条件的理解及应用】

（2022•辽宁高考5题）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站

“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与

水球同心，在过球心。的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（）

A.此单色光从空气进入水球，频率一定变大

B.此单色光从空气进入水球，频率一定变小

C.若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射

D.若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射

2.【光的折射和全反射的综合】

（多选）（2024・九省联考河南）如图，将一平面镜置于某透明液体中，光线以入射角i=45。进入液体，经平

面镜反射后恰好不能从液面射出。此时，平面镜与水平面（液面）夹角为a,光线在平面镜上的入射角为仇

已知该液体的折射率为应，下列说法正确的是（）

A.p=30°

B.p=37.5°

C,若略微增大a,则光线可以从液面射出

D.若略微减小i,则光线可以从液面射出

考点三光路控制及光的色散现象［素养自修类］

1.【三棱镜的色散】

如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光。、b,波长分别为％、该玻璃对单色光。、b的折

射率分别为七、%,则（）

n

AAa<kb,,a>n,b

n

CAa<Xb,,a<n,b

2.【球体的色散】

（多选）《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照

雨则有之”。彩虹成因的简化示意图如图所示，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线

在过此截面的平面内，6是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是（）

A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹

B.水滴对a光的临界角小于对b光的临界角

C.在水滴中，a光的波长大于b光的波长

D.在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度

3.【全反射棱镜对光路的控制】

自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行

车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角三棱镜（折射率〃〉&）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于

横截面的光线从。点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O点射出，则出射光

线是（）

A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②

C.平行于边的光线③D.平行于AB边的光线④

4.【平行玻璃砖对光路的控制】

（多选）如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃

砖的下表面射出。已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有()

A.a光束在玻璃砖中传播速度比b光小

B.从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行

C.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了

D.从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同

□考点归纳

1.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体（球体）对光路的控制特点

平行玻璃砖三棱镜圆柱体（球体）

结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆

圆界面的法线是过圆心的直

对光线的作用通过三棱镜的光线经两次

线，光线经过两次折射后向

通过平行玻璃砖的光线不改变传播折射后，出射光线向棱镜

圆心偏折

方向，但要发生侧移底面偏折

应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传改变光的传播方向

播方向

2.各种色光的比较与分析

颜色红橙黄绿蓝靛紫

频率v低一＞rW

同一介质中的折射率小一大

同一介质中的速度大一小

同一介质中的波长大一小

通过同一棱镜的偏折角小一大

同一介质中的临界角大一小

同一装置的双缝干涉条纹间距大一小

温馨提示：请完成《课时跟踪检测》P453-454

第72课时光的干涉、衍射和偏振［双基落实课］口

“立足"四层全基硼概念公式定理

俨王系初两列光的相同.

1有恒定

-亮条纹:Ar=*A(A-0,1,2,--)

光

暗条纹:Ar=

的

T双缝F涉L0=0,12…）-

光

涉-白光:彩色条纹,中央为一

的

L条纹间距:Ax=

干

海版不涵T应用：增透膜

涉L

、

i'wilW'Ll障碍物尺寸与光的波氏差

衍光1町委住「I不多，或比光的波长小

的

射单缝衍射：明暗相间的条纹.

衍

和中间最亮最宽

射

偏圜孔衍射：明喑相间的圆环.

■条纹特点-

振中间亮班较大

泊松亮斑：明喑相间的isl环,

中间亮斑很小

光

一的一：偏振H光波只沿某一特定的方向振动

偏拍皴先写福而无：

振

情境思辨•教材情境

以下四图均来自人教版选择性必修第一册：图甲（P95）、图乙（P100）、图丙（P106）、图

丁(P108)o

imiiniili

泊松亮斑

甲乙丙

判断下列说法的正误:

（1）图甲中的肥皂膜呈现彩色条纹是光的干涉现象。（）

（2）图乙中用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度利用了薄膜干涉现象。（）

（3）图丙中泊松亮斑是光的偏振现象。（）

（4）图丁中的立体电影利用了光的衍射现象。（）

L着眼“四翼”•探考点廖型规律方法

考点一光的干涉现象［多维探究类］口

考向一条纹间距公式微=4的理解及应用

d

【典例1】（2023•江苏高考6题）用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹

如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。则双缝

间的距离变为原来的（）

32

C.2倍D.3倍

听课记录

考向二双缝干涉中明暗条纹的判断

【典例2】如图所示，用频率为了的单色光（激光）垂直照射双缝，在光屏的尸点出现第3条

暗条纹，已知光速为c,则P到双缝S］、的距离之差I勺一rj应为（）

ASB.女

2f2f

C.史D.三

f2/

听课记录....................

【解题技法】

亮、暗条纹的判断方法

对于两个振动步调一致的光源,如图所示，光源S2发出的光到屏上某点的路程差:

7~

工?三二二二二加」-

居

(1)j—0=枕(左=0,1,2,…)时，光屏上出现亮条纹；

(2)r-r=(2左+1)i(左=0,1,2,…)时，光屏上出现暗条纹。

212

注意：对于两个振动步调反相的光源，产生亮、暗条纹的条件与上面的正好相反。

考向三薄膜干涉

【典例3】(2021•山东高考7题)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Q随坐标x的变化图像，可能正确的是()

听课记录

【解题技法】

对薄膜干涉的理解

(1)形成：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，在膜的前表面和后表面59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

①在与、£处，两个表面反射回来的两列光波的路程差等于波长的整数倍，即加=心(〃=

1,2,3,…)，薄膜上出现亮条纹。

②在。处，两列反射回来的光波的路程差加等于半波长的奇数倍，即加=(2〃+1)4(〃=0,

2

1,2,3,…)，薄膜上出现暗条纹。

考向四应用薄膜干涉检查平面

【典例4】(多选)利用光的干涉规律可以检测工件表面的平整度与设计要求之间的微小差

异。现将精度很高的标准玻璃板(样板)，放在被检查工件上面，如图甲所示，在样板的左端垫

薄片，使标准玻璃板与被检查平面之间形成一楔形空气膜。用平行单色光向下照射，检查不同平

面时可观察到图乙或图丙的干涉条纹。下列说法正确的是()

A.干涉条纹是样板的上下两个表面的反射光干涉形成的

B.当稍向右移动图甲中的薄片时，条纹间距会变小

C.当换用频率更高的单色光照射时，条纹间距不变

D.图丙条纹弯曲处对应着被检查平面处是凹陷的

听课记录

【解题技法】

干涉法检查平面

如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑

的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面是不平整的，则干涉条纹发生

弯曲。

单色光“蚪样本

被检查平面

考向五牛顿环问题

【典例5】如图甲所示，牛顿环的上表面是半径很大的玻璃球冠的平面，下表面是球冠的凸

面，其工作原理为“薄膜干涉”。可以用来判断透镜表面曲率半径和液体折射率等。把牛顿环与

玻璃面接触，在日光下或用白光照射时，可以看到明暗相间的彩色圆环；若用单色光照射，则会

出现一些明暗相间的单色圆

环，如图乙所示。它们是由球面和被检测面上反射的光相互干涉而形成的条纹，这些圆环的分布

情况与球冠半径及被测物品的表面情况有关。以下分析正确的是（）

甲乙

A.圆环的间距大小与球冠半径大小无关

B.球冠的半径越大，圆环的间距越小

C.若观察到的是规则圆环，则被检测的面是均匀、对称的

D.被检测的面必须是平的

听课记录

考点二光的衍射现象［素养自修类］□

1.【单缝衍射与双缝干涉的比较】

（多选）（2022•山东高考10题）某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭

缝S］、邑的宽度可调，狭缝到屏的距离为心同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到

了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是（）

•I1丙

A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射

B.遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大

C.照射两条狭缝时，增加L,其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大

D.照射两条狭缝时，若光从狭缝斗、$2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，尸点处一定是暗

条纹

2.【圆孔衍射】单色光分别入射到直径为"A和4的圆孔，形成如图所示的图A和图B,由图可

知（）

B

A.A图是衍射图像，d<dB.A图是干涉图像，d.>d

ADAKD

C.B图是衍射图像，d.<dD.B图是干涉图像，d.>cL

ARDAD

3.【小圆板衍射】

一束激光照在很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在阴影中心有一个亮斑，这就是著

名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是（）

A.圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象

B.圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象

C.圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象

D.圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象

□考点归纳

1.单缝衍射与双缝干涉的特点比较

单缝衍射双缝干涉

条纹宽

条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等

度

不

条纹间

同各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距

距

点

亮度情

中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相等

况

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

相同点

的条纹

2.光的干涉和衍射的本质

光的干涉和衍射都属于光的叠加，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。

口□

考点三光的偏振现象［素养自修类］口

1.【光的偏振现象的理解】

（多选）如图所示，电灯S发射的光先后经过偏振片A和5,人眼在P处迎着入射光方向，看不

到光亮，则（）

A.图中。光为偏振光

B.图中匕光为偏振光

C.以SP为轴将3转过180。后，在P处将看到光亮

D.以SP为轴将3转过90。后，在尸处将看到光亮

2.【光的偏振现象的应用】

（多选）光的偏振现象说明光是横波。下列现象能反映光的偏振特性及其应用的是（）

A.一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化

B.一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90。时，反

射光是偏振光

C.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图像更清晰

D.通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹

口考点归纳

1.自然光与偏振光的比较

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

光的振动方在垂直于光的传播方向的平面内,沿各个在垂直于光的传播方向的平面内，光沿

向方向振动的光的强度相同特定方向振动

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。

温馨提示：请完成《课时跟踪检测》P455〜456

第73课时光学实验［实验增分课］

「立足“四层”•夯基础原理操作数据

一、测量玻璃的折射率

装置原理操作要领数据处理误差分析

(1)铺白纸、画线

①将白纸用图钉固定在

(1)计算法：用量角器测量入射角耳和折射

木板上；

角外,并查出其正弦值sin¥和sin%。算出不

②画出两边界线a屋和(1)入射光

同入射角时的也叫。

bb、法线NN，、入射光sin02线、出射光线

(2)图像法：改变不同的入射角K，测出不

线AO,注意不能用玻确定的准确性

同的折射角%，作出sin，「sin%的图像，由〃

璃砖界面代替直尺画界造成误差，故

=生出可知图像应是过原点的直线，如图所

线。入射侧、出射

sinQ2

(2)插针与测量示，其斜率为折射率。侧所插两枚大

①在A。线上竖直插上头针间距应大

折射率”=包旺两枚大头针尸1、尸2，在一些。

sinG

2玻璃砖另一侧通过观察(2)入射角

(1)玻璃砖要用厚

插上大头针尸3、尸4,使和折射角的测

度较大的。(3)“单位圆法”：以入射点。为圆心，以

尸3挡住尸「尸2的像，尸4量造成误差，

(2)入射角不宜过一定的长度R为半径画圆，只要用刻度尺量出

挡住£和打、£的故入射角应适

大或过小，一般控EH、E7T的长度就可以求出〃("=里)

像；E'H'当大些，以减

制在30。到60。之间

②移去玻璃砖和大头小测量的相对

针，连接尸3、P4交仍'误差

于。'，连接。。'；

③测出入射角斗、折射

角内

二、用双缝干涉测量光的波长

装置原理数据处理误差分析注意事项

滤(1)双缝到光屏的距离/的

光(1)调节双缝干涉

片单缝双缝遮光筒屏测量存在误差。

仪时，要注意调整

用刻度尺测量出(2)测量条纹间距Ax带来

光源的高度。

双缝到光屏间的的误差

(2)放置单缝和双

距离/,由公式

甲①干涉条纹没有调整到最清

缝时，缝要相互平

Ax=-X#X=晰的程度。

d行。

4Ax计算波长，②分划板中心刻线与干涉条

i(3)不要直接测

重复测量、计纹不平行，中心刻线没有恰

要测多条亮条

算，求出波长的好位于亮条纹中心。

测出图乙中的d和/。用图丙中的测量头纹的间距再计算得

平均值③测量多条亮条纹间的距离

测出两条相邻明条纹间距△》，由Ar=到Ax,这样可以减

时读数不准确，此间距中的

3计算出波长入小误差

条纹数未数清

L着眼“四翼”•探考点履型规律方法

【典例1】(2023•海南高考14题)用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用

激光笔以一定角度照射，此时在屏上的劣处有激光点，移走玻璃砖，光点移到为处，回答下列问题：

(1)请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；

(2)已经测出AB=/jOA=l2,4邑二加则折射率〃=(用4、1、4表示)；

(3)若改用宽油更小的玻璃砖做实验，则斗邑间的距离会(选填“变大”“变小”或“不变”)。

难点助攻

第(2)问求解折射率〃的关键：

①根据两面平行玻璃砖的出射光线与入射光线平行的特点，可知射入玻璃砖的入射角等于射出玻璃砖的折射角

②根据题意可推知S{C//S2BO

听课记录

【典例2】某同学用如图甲所示的实验装置做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，他用带有游标尺的测量

头(如图乙所示)测量相邻两条亮条纹间的距离，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐某一条亮条纹

(将这一条纹确定为第一亮条纹)的中心，此时游标尺上的示数情况如图丙所示，转动测量头的手轮，使分划

板的中心刻线对齐第六亮条纹的中心，此时游标尺上的示数情况如图丁所示。

滤

光

光单双

片

源里粤

w

.J..

A

A

F

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1

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0什

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W

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