2025年高考物理二轮复习：光学、电磁波

第14讲光学电磁波

【目标要求】1.能利用光的折射和全反射规律解决光的传播问题。2.理解光的干涉和衍射现象。3.会分析几何光

学与物理光学的综合问题。4.了解电磁振荡规律，知道电磁波谱。

T知识体系

折射率："=繇,单缝衍射

光的折射、，光的衍射]-衍射光栅

全反射：sinC=-^-—、全反射，-圆盘衍射一泊松亮斑

-

光

相干光源的获得方法「学自然光

T光的偏振可

和

电偏振光

单色光：等宽等

磁

亮，明暗相间杨氏波

图样T激光4特点

——双缝-]一

白光：中央亮纹—特征

干涉

白色，两边彩色

T光的干涉)■)「电磁波是横波

条纹间距Ax=/A_

—电磁振荡一T=2TTJLC

q电磁波卜

-麦克斯韦电磁场理应器媪;篝

检查工件表面平整度下应用一干涉

l

增透膜」电磁波谱

考点一光的折射与全反射

.常用的三个公式：m

1s)=n,nv=-,sinCn=-o

sin02

2.折射率的理解

⑴折射率与介质和光的频率有关，与入射角的大小无关。

(2)光密介质指折射率较大的介质，而不是指密度大的介质。

(3)同一种介质中，频率越高的光折射率越大，传播速度越小。

3.求解光的折射和全反射问题的思路

(1)根据题意画出正确的光路图，特别注意全反射的临界光线。

(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系。

⑶利用折射定律等公式求解。

(4)注意折射现象中光路的可逆性。

例1(2022・河北卷.16(2))如图，一个半径为R的玻璃球，。点为球心。球面内侧单色点光源S发

出的一束光在A点射出，出射光线与球直径SC平行，0=30。。光在真空中的传播速度为c。求:

、AB

⑴玻璃的折射率；

(2)从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。

答案(1)73⑵皿

C

解析(1)光路图如图所示，

根据几何关系可知

26=30。，22=60°

根据折射定律有史处=〃

sinq

解得n=43

(2)设全反射的临界角为C,则sinC=-=4

n3

光在玻璃球内的传播速度有

v=n-

根据几何关系可知当6=45。时，

即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长户或R

则最短时间为小卫雪

VC

例2(2024・山东卷」5)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角

三棱镜尸G边的延长线过O点，EG边平行于A3边且长度等于R,NFEG=30。。横截面所在平面

内，单色光线以。角入射到所边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该

单色光的折射率均为1.5。

M

⑴求sin0；

⑵以。角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧可以发生全反射，求光线在E尸上入射点

。(图中未标出)到E点距离的范围。

答案(1)0.75(2)0<d〈部

解析(1)由题意，设光在三棱镜中的折射角为a,

则根据折射定律有，尸辿

sina

由于折射光线垂直EG边射出，

根据几何关系可知a=NFEG=3Q。

代入数据解得sin0=0.75

(2)根据题意作出单色光第一次到达半圆弧恰好发生全反射的光路图如图

则根据几何关系可知/芯上从P点到E点以。角入射的单色光线第一次到达半圆弧都可以发生全反射，

根据全反射临界角公式有sinC=n-

设尸点到FG的距离为I,则根据几何关系有l=RsinC

又因为XPE=QN;,联立解得%PE=乎R

cos30°9

所以光线在口上的入射点。到E点的距离范围为也R。

9

例3(2023・全国乙卷-34(2))如图，一折射率为a的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC,

AB=AC=l,边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于方向经边上的A1点射入

棱镜,若这束光被边反射后恰好射向顶点A,求M点到A点的距离。

3-V3,

答案--------/

解析由题意作出光路图如图所示

光线垂直于方向射入，根据几何关系可知入射角为45。；由于棱镜折射率为加，根据『黑，

有sin,则折射角为30°；ZBMO=6Q°,因为NB=45°,

所以光在BC面的入射角为叙15。

根据反射定律可知/M0A=2叙30。

根据几何关系可知/540=30。，即为等腰三角形，则翳=与

又因为△30M与△C4O相似，故有翳=翳

由题知A3=AC=/

联立可得创七当4。=学

所以M到A点的距离为

x=MA=l-BM=^f-lo

考点二光的干涉与衍射

1.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）。

2.光的衍射现象：单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射、泊松亮斑。

3.光的双缝干涉和单缝衍射的比较

\

双缝干涉单缝衍射

两束光频率相障碍物或狭缝的尺寸足够

发生条件

同、相位差恒定小（明显衍射现象）

图样

条纹

不同条纹宽度相等条纹宽度不等，中央最宽

宽度

点

条纹各相邻条纹间距

各相邻条纹间距不等

间距相等

亮度清晰条纹，亮度

中央条纹最亮，两边变暗

情况基本相等

与光的偏干涉、衍射都是波特有的现象；

振的区别光的偏振现象说明光是横波

例4（多选）（2024・广西卷-9）如图，S为单色光源，S发出的光一部分直接照在光屏上，一部分通过

平面镜反射到光屏上。从平面镜反射的光相当于S在平面镜中的虚像发出的，由此形成了两个相

干光源。设光源S到平面镜和到光屏的距离分别为。和/,a«l,镜面与光屏垂直，单色光波长为

九下列说法正确的是（）

光

屏

s

而

-------7777777777--------------

I平面镜

I*--------------1--------------

A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为我

2a

B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为匕

a

C.若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中此时单色光的波长变为加

D.若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Ax,则该液体的

折射率为1

答案AD

解析根据光的反射对称性可知光源S与平面镜中的虚像距离为2a,根据条纹间距公式可知A1幺二；2,

故A正确，B错误；若将整套装置完全浸入折射率为n的蔗糖溶液中，光的频率不变，根据妗c,户彳,

其中c为在真空中的光速，则加=4，故C错误；若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条

n

亮条纹的中心间距为M,根据条纹间距公式有4X=-22,可得屋竿，结合C选项的分析可知弱=竿二，

2aIInr

所以〃——-A,故D正确。

例5（多选）（2024•湖南省北师联盟二模）图甲是用光的干涉法来检查物体平面平整程度的装置，其

中A为标准平板，8为被检查其平面的物体，C为入射光，图乙和图丙分别为两次观察到的干涉

条纹，下列说法正确的是（）

lllllc

条纹HI川mm

甲乙丙

A.当A、3之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是暗条纹

B.当A、3之间某处距离为入射光的半波长奇数倍时，对应条纹是亮条纹

C.若所观察的条纹是图乙，被检查表面上有洞状凹陷

D.若所观察的条纹是图丙，被检查表面上有沟状凹陷

答案BD

解析空气层厚度相同的地方，两列光波的光程差相同，当A、3之间某处距离的两倍为入射光的半波长

奇数倍时，根据叠加原理可知对应条纹是暗条纹，故A错误，B正确；空气层干涉是等厚干涉，即同一条

纹处空气膜的厚度相同；从图乙中弯曲的条纹可知，弯曲处是凸起的，故C错误；由图丙可知，被检查平

面的条纹位置偏左，即左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，所以该条纹处是凹陷的，该条纹与

其他的条纹平行，可知被检查平面上有沟状凹陷，故D正确。

【一题多变】

变式1（2024•安徽省部分学校联考一模）如图甲所示，将一块平板玻璃a放置在另一块平板玻璃板b上，

在右端夹入两张薄纸片。当单色光从上方垂直射入后，从上往下看可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则

下列说法正确的是（）

A.干涉条纹是由a、b两玻璃板上表面反射的光叠加产生的

B.若仅增大垂直射入的单色光波长，则条纹将变疏

C.将b缓慢向下平移，则条纹之间的距离将变大

D.若抽去一张薄纸片，则条纹将变密

答案B

解析干涉条纹是由a的下表面和b上表面反射的光叠加产生的，故A错误；若仅增大垂直射入的单色光

波长时，根据七J,可知条纹变疏，将b缓慢向下平移时条纹间距不变，故B正确，C错误；若抽去一

2tan8

张薄纸片，平板玻璃a、b之间的夹角减小，条纹间距变大，条纹变稀疏，故D错误。

变式2（2021•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的变化图像，可能正确的是（）

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Ax=2d,即光程差为薄膜厚度的2倍，

当光程差醺=〃2时此处为亮条纹，故相邻亮条纹之间的薄膜的厚度差为中,在题图中相邻亮条纹（暗条纹）

之间的距离变大，则薄膜的厚度变化得越来越慢，故选D。

变式3（2024•江苏省锡中、省常中、漂阳中学调研）如图甲所示为牛顿环装置示意图，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，则观察到的条纹可能是（）

甲乙丙

同乙更密更疏等距

ABCD

答案B

解析凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个空气薄膜，当竖直向下的平行光射向平凸透镜时，尖劈形

空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。同一半径的圆环处的空气膜厚度相同，上、下表面

反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。若将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，即对应图乙

同一亮环，这一厚度要内移，对应的牛顿亮环的半径变小，其他环半径依次变小，所以圆环半径要变小，

环更密，故选B。

r多题归一」

干涉装置图样

0

等距

--------

看专随声7^■III

考点三电磁波

电磁振荡和电磁波

(1)电磁振荡：T=2H4LC,电流为。时电场能最大，电流最大时磁场能最大。

⑵麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场。

(3)电磁波传播不需要介质，在介质中传播时，速度与介质材料和电磁波频率有关。

(4)电磁波谱：按照电磁波的频率高低或波长大小的顺序把它们排列成的谱叫作电磁波谱。按波长由长到短

排列的电磁波谱为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线。

例6(2020•浙江1月选考⑹如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。U0时开关S

打到人端，仁0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。贝M)

AZC回路的周期为0.02s

B.LC回路的电流最大时电容器中电场能最大

C./=1.01s时线圈中磁场能最大

D.U1.01s时回路中电流沿顺时针方向

答案C

专题强化练

［1选择题］［分值：60分］

1~7题每题5分，8~10题每题6分，11题7分，共60分

［保分基础练］

1.(2024.北京市丰台区期末)关于电磁场与电磁波，下列说法正确的是()

A.变化的电场一定会产生电磁波

B.医院里常用紫外线进行病房消毒

C.医院中用来检查人体器官的是丫射线

D.红外线在真空中传播的速度小于X射线在真空中传播的速度

答案B

解析根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁

场产生周期性变化的电场；均匀变化的电（磁）场只能产生恒定不变的磁（电）场，因此变化的电场不一定会产

生电磁波，故A错误；医院里常用紫外线照射病房和手术室进行消毒，故B正确；医院中用来检查人体器

官的是X射线，故C错误；红外线和X射线都是电磁波，电磁波的传播不需要介质，在真空中的传播速

度等于光速，因此红外线在真空中传播的速度等于X射线在真空中传播的速度，故D错误。

2.（2024•江苏卷・6）现有一光线以相同的入射角6,打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，折射光线如图所示

31＜色），已知折射率随浓度增大而变大。则（）

A.光在甲中折射率大B.甲的NaCl浓度小

C.光在甲中速度大D.甲的临界角大

答案A

解析入射角。相同，氏＜阮，由修学可知〃甲”乙,故甲浓度大；根据v=-,可知光线在甲中的传播速度

较小，由sinC=；可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。故选A。

3.（2023•福建卷-3）如图，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有

适量清水。水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平

面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是（）

A.减弱激光强度

B.提升瓶内液面高度

C.改用折射率更小的液体

D.增大激光器与小孔之间的水平距离

答案B

解析若想使激光束完全被限制在液流内，则应使激光在液体内发生全反射现象，根据,可知应该

增大液体的折射率或增大激光束的入射角。

减弱激光的强度，激光的临界角、折射率均不会改变，故A错误；提升瓶内液面的高度，会造成开口处压

强增大，水流的速度增大，水流得更远，进而增大了激光束的入射角，则会有大部分光在界面处发生全反

射，有助于光束更好地沿液流传播，故B正确；若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全

反射，故C错误；增大激光器与小孔之间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，现象不会

改变，故D错误。

4.（多选）（2024・甘肃卷40）如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光。从空气沿半径方向入射到

圆心O,当。=30。时，反射光》和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是（）

A.该材料对红光的折射率为百

B.若心45。，光线c消失

C.若入射光a变为白光，光线6为白光

D.若入射光。变为紫光，光线6和c仍然垂直

答案ABC

解析由几何关系可知当入射角为30。时，折射角为60°,故折射率为片笔=次，故A正确；

sin30°

设临界角为C,得sin

故C<45°,故若8=45。，会发生全反射，光线。消失，故B正确；

由于反射角等于入射角，故当入射光。变为白光，光线6也为白光，故C正确；

对同种介质，紫光的折射率比红光大，故若入射光a变为紫光，折射角将变大，光线。和c不会垂直，故

D错误。

5.（2023•江苏卷・6）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（）

（甲）IIIIIIIIIIIII

（乙）■II

A.：倍B.淮C.2倍D.3倍

答案B

解析根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有A『夕，由题图知Ax乙=21甲，则d乙=|d甲，故选Bo

6.（2024•河北石家庄市质检）图甲为LC振荡电路，振荡电流i随时间/的变化规律如图乙所示，贝女）

Sr°二

甲

All时刻，电容器充电完毕

B.G时刻，线圈中的磁场最弱

C/72过程中，电容器极板间的电压变大

Dli~/2过程中，线圈中的自感电动势变大

答案A

解析在振荡电路中，当振荡电流为零时，表示电容器充电结束，故A正确；

友~打过程中电容器放电，电场能向磁场能转化，打时刻放电电流达到最大，此时电场能最小，电容器两极

板间的电压最小，而线圈中的磁场最强，故B、C错误；电流的变化率越大，自感电动势越大，反之电流

的变化率越小，自感电动势越小，在人池过程中，电流的变化率逐渐减小，则可知线圈的自感电动势逐渐

减小，故D错误。

7.（2024•河南漂河市模拟）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。光和6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6光，中间小圆为复色光，下列说法正确的是（

空气

6光

水

点光源S

甲

A.a光发生全反射的临界角大

B.fl光的频率小于b光

C.水对a光的折射率大于对6光的折射率

D.用同一装置做双缝干涉实验，6光条纹间距更小

答案C

解析作出光路图如图所示，

空气

水4/'

//b

【点光源5

在被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生了全反射，入射角等于临界角，由于。光照射的面积较小，则知。

光的临界角较小，故A错误；

根据〃啧可知水对〃光的折射率大于对°光的折射率，故C正确；

由上可知。光的折射率大于人光,故a光的频率大于6光，故B错误；

a光的频率较高，则波长较小，根据

用同一装置做双缝干涉实验，。光条纹间距更小，故D错误。

［争分提能练］

8.（2024•山东卷4）检测球形滚珠直径是否合格的装置如图甲所示，将标准滚珠a与待测滚珠b、c放置在两

块平板玻璃之间，用单色平行光垂直照射平板玻璃，形成如图乙所示的干涉条纹。若待测滚珠与标准滚珠

的直径相等为合格，下列说法正确的是（）

A.滚珠b、c均合格

B.滚珠b、c均不合格

C.滚珠b合格，滚珠c不合格

D.滚珠b不合格，滚珠c合格

答案C

解析单色平行光垂直照射平板玻璃，上玻璃下表面和下玻璃上表面的反射光在上玻璃上表面发生干涉，

形成干涉条纹，光程差为两块玻璃距离的两倍，根据光的干涉知识可知，同一条干涉条纹位置处光的光程

差相等，即滚珠a的直径与滚珠b的直径相等，即滚珠b合格，不同的干涉条纹位置处光的光程差不同，

则滚珠a的直径与滚珠c的直径不相等，即滚珠c不合格。故选C。

9.（2024•湖北省智学联盟三模）如图甲为一玻璃半球的截面图，其半径为R,。为球心，A3为直径，现有均

匀分布的红光垂直入射到半球的底面。已知球冠（不含圆底面）的表面积为S=2TIR〃（如图乙，其中R为球的

半径，。为球冠的高），光在真空中传播的速度为c,玻璃对红光的折射率为力=1.25,已知sin53*0.8,若

只考虑首次射到球面的光，则下面说法正确的是（）

A.从半球面射出的光中，在玻璃内的传播时间最短为:

4c

B.整个半球面透光的面积为，R2

C.所有射入到半球底面的光，有卷的会发生全反射

D.若将入射光由红光换成紫光，则半球面透光的面积增大

答案A

解析由光学知识有sinC=-,n=-

nv

解得C=53。，v专

由题意得从半球面射出的光中，最短路径是刚好发生全反射，最短路径L=0.6R

在玻璃内的传播时间最短为/=-=-，故A正确；

v4c

整个半球面透光的面积为S=2兀R/z=2叫R-|R）=，R2,故B错误；

发生全反射的光与射入到半球底面的光比例为吧学匚之

7TR225

即所有射入到半球底面的光，有骨的会发生全反射，故C错误；

若将入射光由红光换成紫光，折射率变大，临界角变小，则半球面透光的面积减小，故D错误。

10.（多选）（2024・湖南卷9）1834年，洛埃利用平面镜得到杨氏双缝干涉的结果（称洛埃镜实验），平面镜沿OA

放置，靠近并垂直于光屏。某同学重复此实验时，平面镜意外倾斜了某微小角度仇如图所示。S为单色

点光源。下列说法正确的是（）

光屏

A

A.沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹不移动

B.沿0A向右略微平移平面镜，干涉条纹间距减小

C.若0=0。，沿。4向右略微平移平面镜，干涉条纹间距不变

D.若6=0。，沿AO向左略微平移平面镜，干涉条纹向A处移动

答案BC

解析当6=0。时，根据题意画出光路图如图甲所示，S发出的光与通过平面镜反射的光（可以等效成虚像S，

发出的光）是同一列光分成的，满足相干光条件，所以实验中的相干光源之一相当于从光源卜发出的光，设

S与S的距离为d,则d相当于双缝之间的距离，S、S，到光屏的距离设为I,由双缝干涉公式Ax*,可得

AX=F,则若8=0。，沿OA向右或沿AO向左略微平移平面镜，对/和d均没有影响，则干涉条纹间距不变，

2a

也不会移动，故C正确，D错误；

当平面镜倾斜了微小角度时，同理再次画出光路图如图乙所示，若沿向右略微平移平面镜，即图中从

①位置一②位置，由图可看出双缝的间距增大，则干涉条纹间距减小，沿AO向左略微平移平面镜，即图

中从②位置一①位置，由图可看出干涉条纹向上移动，故A错误，B正确。

11.（2024•河北保定市二模）真空中一透明介质的横截面为如图所示的等腰梯形，下底边的长度为100L上

底边的长度为443两腰的长度均为35L一束激光平行于底边C。从AC边的中点射入透明介质，经CD

边反射后，恰好从8。边的中点射出透明介质。已知激光在真空中的传播速度大小为c,下列说法正确的

AB

A.透明介质的临界角为45°

B.透明介质的折射率为旧

C.激光在透明介质中通过的路程为80£

D.激光在透明介质中的传播时间为理

C

答案D

解析根据题意，画出光路图

根据图中几何关系有sina=%^,在△CPQ中，根据余弦定理P。2=82+。02_2cpCQsina,在△CPQ

中，根据正弦定理.、=.能根据折射定律〃=陋,全反射临界角满足sinC=i,联立解得,

sin(90°-a)sin(90°4-y)sinyn3

sinC="「。=字，故透明介质的临界角不为45°,透明介质的折射率为:，故A、B错误；根据对称性，激

423

光在透明介质中通过的路程为s=2PQ=15L，故C错误；激光在透明介质中的速度为v=^,激光在透明介质

中的传播时间t=V-,解得t=—C,故D正确。

［2计算题］［分值：50分］

1.(12分X2024.山东济南市三模)2024年国产智能手机技术发展迅猛，某一国产手机首次配备了超聚光伸缩

摄像头，某同学用一块截面为等腰直角三角形的透明材料ABC替代透镜模拟该摄像头的工作原理。如图所

示，光屏与3C边平行，过BC中点M与顶点A的虚线与光屏交于N点。两束单色光平行于MN射入透明

材料。已知透明材料的折射率为〃=萼，AC边长为d,两束单色光射入点到"的距离均为手力跖V的距离

24

为蛆”©d,不考虑在直角边上发生的反射，真空中的光速为c,tan150=2-V3,求：

4

1

(1)(6分)光穿过透明材料所用的时间；

（2）（6分）要使两束单色光经过透明材料后汇聚到光屏上的N点,通过计算说明应将透明材料沿MN向左还

是向右移动。

答案（1）竽（2）向右移动

4c

解析（1）设光在透明材料中的光速为V

CS

n=-,t=-

VV

由几何关系可知

4

解得仁回

4c

（2）根据折射定律可得修黑

解得i=60°

如图,在三角形〃Ac中，Xacb=15°,

光屏

N

tan15。=华,bc两点间的距离bc=—d+—d

bes24

由于,所以应将透明材料沿向右移动。

2.（12分X2024•四川达州市一模）如图所示，将厚度为4/1=5.20cm的玻璃砖放置在水平桌面上，其下表面镀

有反光膜，刻度尺在玻璃石专的正上方与玻璃砖平行放置，距玻璃砖上表面距离为"2=10.0。cm。激光笔发出

一束激光从刻度尺上的。点射向玻璃砖上表面，在刻度尺上观察到A、3两个光点，读出。4间的距离为