【模型与方法】2025届高考物理二轮复习热点题型归类选择10 光学（解析版）

选择10光学考点内容考情分析考向一光的折射与全反射计算高考对于这部分知识点的命题形式是以生产或生活中的情景为背景，强调情景与对应的光学知识的有机融合，突出了应用性，巩固了基础性。考向二光路控制问题考向三光的干涉衍射1.思想方法光的折射和全反射题型的分析思路(1)确定要研究的光线，有时需根据题意，分析、寻找临界光线、边界光线为研究对象。(2)找入射点，确认界面，并画出法线。(3)明确两介质折射率的大小关系。①若光疏→光密：一定有反射光线和折射光线。②若光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。(4)根据反射定律、折射定律列出关系式，结合几何关系，联立求解。2.模型建构一、折射定律的理解与应用(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量．(2)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(3)计算公式：n＝eq\f(c,v)，因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1.二、全反射现象的理解与应用1．条件：(1)光从光密介质射入光疏介质．(2)入射角大于或等于临界角．2．临界角：折射角等于90°时的入射角，若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．三、光路控制问题分析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四、光的干涉衍射和偏振1.双缝干涉(1)光能够发生干涉的条件：两光的频率相同，振动步调相同。(2)双缝干涉形成的条纹是等间距的，两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λ。(3)用白光照射双缝时，形成的干涉条纹的特点：中央为白条纹，两侧为彩色条纹。(4)亮暗条纹的判断方法①如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差r2－r1＝kλ(k＝0，1，2…)时，光屏上出现亮条纹。②光的路程差r2－r1＝(2k＋1)eq\f(λ,2)(k＝0，1，2…)时，光屏上出现暗条纹。(5)条纹间距：Δx＝eq\f(l,d)λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是光波的波长。(6)常考习题拓展：洛埃镜是一块下表面涂黑的平玻璃片或者是金属板，从一狭缝发出的光，以掠入射角（近90°的入射角i）入射到洛埃镜上，经反射，光的波阵面改变方向，反射光就像是光源的虚像发出的一样，两者形成一对相干光源，它们发出的光在屏上相遇，产生明暗相间的干涉条纹。两相邻亮条纹或相邻暗条纹间距离与波长成正比，即Δx＝eq\f(l,d)λd为SS’的距离2.薄膜干涉(1)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。(2)光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射出来，形成两列频率相同的光波，并且叠加，两列光波同相叠加，出现明纹；反相叠加，出现暗纹。(3)条纹特点：①单色光：明暗相间的水平条纹；②白光：彩色水平条纹。五、各种色光的比较颜色红橙黄绿蓝靛紫频率f低→高同一介质中的折射率小→大同一介质中速度大→小波长大→小临界角大→小通过棱镜的偏折角小→大考向一光的折射与全反射计算（2024•浙江模拟）一个光学圆柱体的横截面如图所示，中心部分是空的正方形，外边界是半径为R的圆，圆心O也是正方形的中心，C是正方形其中一个边上的中点，B是≥圆周上的一点，已知OC＝BC，∠BCO＝120°，光速为c，一束单色光AB从B点射入介质，入射角为60°，折射光线为BC，下列说法正确的是（）A．光在B点的折射角为45° B．正方形的边长为23C．介质对此单色光的折射率为2 D．光从B到C的传播时间为3【解答】解：AC．由于OC＝CB，△BCO为等腰三角形，根据几何关系，光在B点的折射角为30°；根据折射定律，介质对此单色光的折射率n=sin60°B．设正方形的边长为a，根据数学知识a解得a=2D．根据折射率公式，光在介质中的传播速度为v=光从B到C的传播时间为t=代入数据解得t=R故选：B。（2024•泰州模拟）某同学在观看太空水球光学实验后，找到一块横截面为环形的玻璃砖模拟光的传播，如图所示，玻璃砖的内径为R、外径为2R。一束单色光在截面上的A点以i＝45°的入射角射入玻璃砖，经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切，则玻璃砖对该单色光的折射率为（）A．0.5 B．2 C．3 D．2【解答】解：根据题意，作出光路图如图所示。设光线在A点的折射角为θ，根据几何关系可得：sinθ=R玻璃砖对该单色光的折射率为：n=sini解得：n=2故选：B。（2024•邢台二模）一半圆形玻璃砖的截面如图所示，截面内一细束单色光以45°的入射角从MN上射入，在入射点由N缓慢移动到M的过程中，不考虑光的反射，圆弧MN上有一半区域有光线射出，已知玻璃砖的半径为R，单色光在真空中的传播速度为c，A为半圆的中点，下列说法正确的是（）A．圆弧AN上没有光线射出区域的长度与圆弧AN长度之比为5：6 B．出射光线与水平方向最大夹角为60° C．出射光线与入射光线均不平行 D．能从圆弧上射出的光线中，在玻璃砖内的最大传播时间为t【解答】解：A.如图所示设P和Q分别是半圆上光线射出的临界位置，因为半圆上有一半区域有光线射出，可知∠POQ＝90°设光线射入玻璃砖后的折射角为θ，全反射临界角为C，由几何关系可知∠POM＝∠AOQ即90°﹣θ﹣C＝C﹣θ解得C＝45°根据全反射临界角公式sinC=解得折射率n=又由折射定律可知sin45°sinθ解得θ＝30°则C﹣θ＝45°﹣30°＝15°故圆弧AN上没有光线射出的区域的长度与圆弧AN长度之比为.90°−15°90°故A正确；B.结合几何知识可知，出射光线与水平方向夹角最大为75°，故B错误；C.由对称性可知，从A点出射的光线与入射光平行，故C错误；D.玻璃砖内的光线路径最长的是从A点出射的光线，故最大传播时间为tmax=故D错误。故选：A。（2024•浙江模拟）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质，折射光束在NP面发生全反射，反射光射向PQ面。若θ逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（）A．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点 B．θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失 C．θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射 D．θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大【解答】解：A、在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率，则绿光的偏折程度更大，根据题意可知，绿光比红光更靠近P点，故A错误；B、红光的折射率小于绿光的折射率，根据全反射的临界角公式sinC=1n可知，C、全反射现象只能发生在由光密介质射入光疏介质的时候发生，所以入射光不可能在MN面发生全反射，故C错误；D、根据折射定律可知，n=sinθsinα，故选：B。（2024•洛阳一模）彩虹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，关于a光和b光的说法中，正确的是（）A．在真空中传播时，a光的波长更长 B．在水滴中，a光的传播速度小 C．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距小 D．从同种玻璃射入空气发生全反射时，b光的临界角小【解答】解：A．a、b两条出射光线均在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角小于b光的折射角，由折射定律n=sini则折射率na＞nb根据规律，折射率大的光的频率高，则频率fa＞fb根据c＝λf，真空中传播时，a、b波长的关系λa＜λb故A错误；B．根据n=cv所以两束光在水滴中的传播速度关系为va＜vb故B正确；C．根据双缝干涉条纹间距公式Δx=LD．根据临界角与折射率的关系sinC=1故选：B。（2024•天河区三模）如图甲所示为“水下世界国际摄影大赛”的获奖作品，摄影师在水下对水上的景物进行拍摄，获得了美轮美奂、令人赞叹的美学效果。忽略镜头尺寸的影响，假设摄影师由水下竖直向上拍摄，光的传播路径如图乙所示，已知水的折射率为43，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8、空气中光速c＝3.0×108A．光线射入水中频率减小 B．摄影师看到的水上景物比实际位置偏低 C．光进入水中速度变为v＝2.25×108m/s D．进入镜头的光线与竖直方向的夹角θ最大为37°【解答】解：A、光的频率由光源决定，与介质无关，所以光线由水上射入水中时，频率不变，故A错误；B、画出光路图如图所示。光源成像的位置S′比S的位置偏高，故B错误；C、根据光速与折射率关系有v=cn=D、当光线在水面的入射角为90°时，水中光线与竖直方向夹角达到最大值，即临界角C，且有sinC=1故选：C。考向二光路控制问题（2024•南昌模拟）如图所示，将正方形玻璃砖abcd放置在水平桌面上，一束激光从O点出发，沿OA方向从玻璃砖上的A点水平入射，到达ab面上的B点发生全反射，再到C点，D点是OA的延长线与ab边的交点。则玻璃砖的折射率为（）A．n=ABAD B．n=BCBb C．【解答】解：激光沿OA方向从玻璃砖上的A点水平入射，到达ab面上的B点发生全反射，光路图如图所示，由图可知玻璃砖的折射率为设入射角为i，折射角为r，则：sini=AaAD则n=故A正确，BCD错误。故选：A。（2024•盘锦三模）如图，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往水球中央注入空气，形成了一个明亮的气泡。若入射光在气泡表面的p点恰好发生全反射，反射角为θ，光在真空中传播速度为c，则（）A．水的折射率n＝sinθ B．光在水球中的传播速度v=cC．光从空气进入水球，波长变短 D．光从空气进入水球，频率变大【解答】解：A、入射光在气泡表面的p点恰好发生全反射，反射角为θ，根据反射定律可知入射角为θ，则临界角为θ，水的折射率为n=1B、根据n=cv得光在水球中的传播速度为v＝csinCD、光从空气进入水球，波速变小，频率不变，根据v＝λf可知波长变短，故C正确，D错误。故选：C。（2024•长沙模拟）如图所示，一个折射率为n的柱状玻璃砖横截面由四分之一圆OPQ和直角三角形OQS组成，∠QSO＝60°，OS＝a。一束单色光从SQ的中点A以入射角i＝60°入射，折射光线恰好射向圆心O点，已知光在真空中传播的速度为c，则（）A．玻璃砖材料的折射率n=2B．光束在O点将发生全反射 C．光束在玻璃砖内的传播时间为nacD．如果入射光束绕A点逆时针旋转使入射角减小，折射光束一定会在O点发生全反射【解答】解：AB、A是SQ的中点，且∠QSO＝60°，由几何关系可知ΔOSA是等边三角形，可知光在A点的折射角为β＝90°﹣60°＝30°，由折射定律有：n=sinC=1由几何关系可知光线AO在SP界面上的入射角为30°＜C，所以光束在O点不会发生全反射，故AB错误；C、已知OS＝a，ΔOSA是等边三角形，可知OA＝OS＝a，光束在O点不发生全反射，则光束在玻璃砖内的传播距离s＝OA＝a光束在玻璃砖内的传播速度：v=则光束在玻璃砖内的传播时间为：t=sD、如果入射光束绕A点逆时针旋转使入射角减小，则光在A点的折射角减小，折射光线不能射向圆心O点，则一定不能在O点发生全反射，故D错误。故选：C。（2024•武进区校级模拟）浦耳弗里许折射计的原理图如图所示。会聚光照射载有待测物质的折射面AB，然后用望远镜从棱镜的另一侧AC进行观测。由于棱镜的折射率大于待测物的折射率，即ng＞n，所以在棱镜中将没有折射角大于θc的光线（θc是棱镜一待测物界面的全反射临界角）。由望远镜观察到的视场是半暗半明的，中间的分界线与折射角为θc的光线对应。n与ng与和θ的关系为（）A．ng2=n2C．ng＝nsinθ D．n＝ngsinθ【解答】解：CD、依题意，在棱镜中将没有折射角大于θc的光线，根据光路可逆性可知，光线在AB界面上，入射角为θc时，折射角为90°，刚好发生全反射，则有ng•sinθC＝nsin90°，解得：ngAB、光线在界面AC上发生折射，入射角为90°﹣θc，折射角为θ，由折射定律得：ngsin（90°﹣θC）＝1•sinθ，联立解得：ng2=故选：B。（2024•江宁区校级模拟）如图所示，AOB为扇形玻璃砖，一细光束照射到AO面上的C点，入射光线与AO面的夹角为30°，折射光线平行于BO边，圆弧的半径为R，C点到BO面的距离为R2A．玻璃砖的折射率2 B．光线在AB圆弧面上出射时的折射角30° C．光线会在AB圆弧面上发生全反射 D．若不考虑每个界面的反射光，则光在玻璃砖中传播的时间为2R【解答】A、光路如图所示：由于折射光线CE平行于BO，因此光线在圆弧面上的入射点E到BO的距离也为R2，则光线在E点的入射角α满足sinα=12由几何关系可知，∠COE＝90°，因此光线在C点的折射角为r＝30°由折射定律知，玻璃砖的折射率为n=siniBC、由于光线在E点的入射角为30°，根据折射定律可知，光线在E点的折射角为60°因为sinC=1D、由几何关系可知CE=光在玻璃砖中传播的速度为v=因此光在玻璃砖中传播的时间为t=CE故选：D。（2024•江苏模拟）如图所示，截面为直角三角形的玻璃砖放置在水平面上，其中∠B＝30°，现有一束平行于BC边的单色光，从AB边上的中点D射入玻璃砖并从AC边射出，已知玻璃砖对该单色光的折射率为3，不考虑光线在玻璃砖内的多次反射，下列说法正确的是（）A．光在AB边的入射角为30° B．光在BC边的入射角为30° C．光垂直于AC边射入空气 D．增大光在D点的入射角，光可能在AB边发生全反射【解答】解：A．光路图如图所示：由于入射光平行于BC边，根据几何知识可知光在AB边的入射角为α＝90°﹣30°＝60°，故A错误；B．根据折射定律n=代入数据解得折射角β＝30°由数学知识可得光在BC边的入射角为i＝60°，故B错误；C．根据反射定律及数学知识可知θ＝30°则出射光线与AC边的夹角∠EFC＝90°所以光垂直于AC边射入空气，故C正确；D．根据全反射的条件可知，光要从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角；由于玻璃相对于空气是光密介质，因此光从空气射入玻璃不会发生全反射，故D错误。故选：C。（2024•河西区校级模拟）ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光（）A．a光的频率比b光的频率大 B．b光比a光更容易发生明显衍射现象 C．在真空中，a光的传播速度比b光的大 D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小【解答】解：根据题意可知，两种光以相同的入射角射向CD面时，b光发生全反射，a光发生折射和反射，说明a光的临界角大于b光的临界角，根据sinC=1n可知，a光在棱镜中的折射率小于b光的折射率，即na＜nA、光在介质中的折射率越小，频率越小，所以在真空中，b光的频率比a光的大，故A错误；B、根据c＝λf，频率越高的波长越长，因此b光的波长比a光的短，那么a光比b光更容易发生衍射现象，故B错误；C、不同频率的光在真空中的传播速度都相同，故C错误；D、设光以入射角i从空气斜射入水中时，折射角为r，根据折射定律可得：n=sinisinr，解得sinr故选：D。考向三光的干涉衍射（2024•大兴区校级模拟）如图所示MN为半圆柱体玻璃砖的水平直径，O为圆心，两束平行的a光和b光从真空射到玻璃砖的MN面，都折射到O点正下方的P点，下列说法正确的是（）A．玻璃对a光的折射率比对b光的折射率要小 B．在玻璃砖中，b光的传播速度大于a光的传播速度 C．b光有可能在P点发生全反射 D．将a和b光通过相同的双缝干涉装置，b光的干涉条纹间距较大【解答】解：画出光路图如图所示。A、a光和b光的入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，根据n=siniB、根据n=cC、b光在P点的入射角等于第一次折射时的折射角，根据光路可逆原理，b光在P点不会发生全反射，故C错误；D、a光的折射率较小，频率较小，根据λ=cν，知a光的波长较大。根据双缝干涉条纹间距公式故选：A。（2024•南京二模）为了装点夜景，常在喷水池水下安装彩灯。如图甲所示，空气水下有一点光源S，同时发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光射出的圆形区域，俯视如图乙所示，环状区域只有b光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是（）A．a光发生全反射的临界角大 B．a光的频率小于b光 C．水对a光的折射率大于对b光的折射率 D．用同一装置做双缝干涉实验，b光条纹间距更小【解答】解：A、因为环状区域只有b光，中间小圆为复色光，说明a光在环状区域发生了全反射现象，说明a光的临界角小于b光的临界角，故A错误；BCD、根据n=1sinC可知a光的折射率大于b光的折射率，所以a光的频率大于b光的频率，根据c＝λν可知，a光的波长较短，根据双缝干涉条件间距公式故选：C。（2024•苏州校级二模）利用光在空气薄膜的干涉可以测量待测圆柱形金属丝与标准圆柱形金属丝的直径差（约为微米量级），实验装置如图甲所示。T1和T2是具有标准平面的玻璃平晶，A0为标准金属丝，直径为D0；A为待测金属丝，直径为D；两者中心间距为L。实验中用波长为λ的单色光垂直照射平晶表面，观察到的干涉条纹如图乙所示，测得相邻条纹的间距为ΔL。则以下说法正确的是（）A．|D﹣D0|=λLB．A与A0直径相差越大，ΔL越大 C．轻压T1右端，若ΔL增大则有D＜D0 D．A与A0直径相等时可能产生图乙中的干涉条纹【解答】解：A、设两标准平面的玻璃平晶之间的夹角为θ，由题图可得：tanθ=|D−由空气薄膜干涉的条件可知2ΔLtanθ＝λ又ΔL=联立解得：|D−DB、由上述分析可知，A0与A直径相差越大，θ越大，ΔL越小，B错误；C、轻压T1右端，若ΔL增大，则θ减小，说明D＞D0，故C错误；D、当A与A0直径相等时，tanθ＝0，空气薄膜的厚度处处相等，不能形成图乙中的干涉条纹，故D错误。故选：A。（2024•浙江模拟）双缝干涉的实验装置的截面图如图所示，光源到双缝S1、S2的距离相等，O是S1、S2连线中垂线与光屏的交点。若现在将该装置中垂线以下的部分没入水中，则原本处在O点的亮条纹将会（）A．向上移动 B．向下移 C．不动 D．无法确定【解答】解：由于水的折射，光在水中传播时，速度变小，根据v＝λf可知波长变短。光源发出的光通过狭缝S2到达O点的光程比通过S1到达O点的光程大，由于中央亮条纹到两个光源的光程相等，因此中央亮纹将向下移动，故B正确，ACD错误。故选：B。（2024•泰安三模）如图甲所示，将两块平板玻璃M、N放在水平桌面上，并在两块玻璃之间右侧边缘垫上两个纸条，用平行单色光竖直向下照射玻璃板，就会在玻璃板上方看到如图乙所示的明暗相间的条纹。下列说法正确的是（）A．图乙中的条纹是M的上表面、N的下表面两列反射光发生干涉的结果 B．在任意一条明条纹的下方，空气薄膜的厚度都是均匀变化的 C．如果撤掉一个纸条，则条纹间距增大 D．若改用频率更高的单色光进行实验，则条纹间距会更大【解答】解：A、乙图中的条纹是单色光分别在M的下表面和N的上表面的反射光发生干涉而形成的，故A错误；B、在任意一条明条纹的下方，反射光的光程差相等，所以空气薄膜的厚度都是相等的，故B错误；C、若抽去一张纸片，同一位置沿着斜面的方向，光程差的变化变缓，条纹间距将变宽，故C正确；D、根据tanθ=λ故选：C。（2024•武进区校级模拟）如图甲所示为牛顿环装置意识图，将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环，如图乙所示。如果将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙，则观察到