押江苏卷3题
光学
考点内容 考情分析
考点一 光的折射计算 几何光学主要考察光的折射、全反射的理解与计算；光的干涉原理主要考察双缝干涉原理及明暗条纹的判断；光电效应一般考察对爱因斯坦光电效应方程的理解、光电效应图像的理解。
考点二 全反射应用
考点三 光的干涉与衍射原理分析
考点四 光电效应原理分析和图像
考向一、光的折射与全反射
1．常用的三个公式＝n，n＝，sin C＝。
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。
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。
（3）利用折射定律等公式求解。
注意折射现象中光路的可逆性。
4．全反射
（1）定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象．
（2）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。
（3）临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
考向二、光的干涉原理
1．双缝干涉
（1）条纹间距：Δx＝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＝nλ(n＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹。
当Δr＝(2n＋1)(n＝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，从膜的前表面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）明暗条纹的判断方法：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，光在薄膜中的波长为λ。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹。
（3）应用：增透膜、检查平面的平整度。
3．光的双缝干涉和单缝衍射的比较
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)
图样不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波
考向三、光电效应
1．光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止频率。
2．光电效应规律
（1）每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。
（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
（3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
（4）当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
3．光电效应两条对应关系
（1）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；
（2）光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
4．定量分析时应抓住三个关系式
爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0
最大初动能与遏止电压的关系 Ek＝eUc
逸出功与截止频率的关系 W0＝hνc
5．光电效应图像
图像名称 图线形状 获取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和电流：电流的最大值； ③最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
考点一 光的折射计算
1．常用的三个公式：＝n，n＝，sin C＝。
2．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。
（3）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。
【真题精讲】
1．（2022·山东卷·T7）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的四分之一圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A. 仅有a光 B. 仅有b光 C. a、b光都可以 D. a、b光都不可以
【答案】A
【解析】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得
根据全反射临界角公式得，
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为
故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。故选A。
【巩固训练】
1．（2023·全国·高考真题）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，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AB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。
【答案】
【解析】由题意可知做出光路图如图所示
光线垂直于BC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，根据
有
则折射角为30°；，因为，所以光在BC面的入射角为
根据反射定律可知
根据几何关系可知，即为等腰三角形，则
又因为与相似，故有
由题知
联立可得
所以M到A点的距离为
考点二 全反射应用
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或等于临界角，明确是否会发生全反射现象。
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，然后结合几何知识推断和求解相关问题。
【真题精讲】
1．（2023·浙江·高考真题）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】灯带发出的光从水面射出时发生全反射临界角的正弦值，则，灯带上的一个点发出的光发生全反射的临界角如图所示
根据几何关系可得，则一个点发出的光在水面上能看到的的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，如图所示
等腰直角三角形发光体的内切圆半径满足，解得，故中间无空缺。故选C。
【巩固训练】
1．（2021·湖北·高考真题）如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（ ）
A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置
C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置
【答案】D
【解析】由双缝干涉条纹间距的公式，可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知M光的折射角小，又由折射定律可知，入射角相同时，折射率越大的色光折射角越大，由于，则，所以N是波长为λ1的光出射位置，故D正确，ABC错误。故选D。
考点三 光的干涉与衍射原理分析
1．光的衍射：发生明显衍射的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显。
2．光的干涉：条纹间距：Δx＝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。当Δr＝nλ(n＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
3．光的偏振：光的偏振现象说明光是一种横波。
【真题精讲】
1．（2022·山东卷·T10）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，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。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。下列描述不正确的是（ ）
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、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【答案】B
【解析】由图可知，图乙中间部分等间距条纹，所以图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。故选B。
【巩固训练】
1．（2023·山东·高考真题）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（ ）
A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
【答案】A
【解析】由题知，C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动。故选A。
2．（2023·浙江·高考真题）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1中的对应的是Ⅰ
B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
【答案】CD
【解析】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得，可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。A．可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误；B．由公式有，干涉条纹间距为，由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，故B错误；C．根据题意，由公式可得，光子动量为，可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；D．根据光电效应方程及动能定理可得，可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。故选CD。
考点四 光电效应原理分析和图像
光电效应的分析思路
【真题精讲】
1．（2022·河北·高考真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）
A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比
【答案】A
【解析】根据遏止电压与最大初动能的关系有，根据电效应方程有，当结合图像可知，当为0时，解得，A正确；钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得，可知，图中直线的斜率表示，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。故选A。
【巩固训练】
1．（2021·江苏）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（ ）
A．B．C． D．
【答案】C
【解析】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。故选C。
2．（2022·河北）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）
A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比
【答案】A
【解析】根据遏止电压与最大初动能的关系有，根据电效应方程有
当结合图像可知，当为0时，解得，A正确；钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得，可知，图中直线的斜率表示，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。
故选A。
1．（2023·全国·高考真题）（多选）等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab = ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的波长比乙光的长
B．甲光的频率比乙光的高
C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大
【答案】ACE
【解析】根据折射定律和反射定律作出光路图如图所示
由图可知，乙光的折射角较小，根据折射定律可知乙光的折射率大，则乙光的频率大，根据c = fλ可知，乙光的波长短，A正确、BD错误；C．根据可知在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大，C正确；E．根据几何关系可知光在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大，E正确。故选ACE。
2．（2023·浙江·高考真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（ ）
A．等于 B．大于
C．小于 D．与棱镜的折射率有关
【答案】A
【解析】如图所示
设光线在AB边的折射角为，根据折射定律可得，设光线在BC边的入射角为，光线在AC边的入射角为，折射角为；由反射定律和几何知识可知，，联立解得，根据折射定律可得，可得，过D点做出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为，由几何知识可知，入射光与出射光的夹角为。
故选A。
3．（2023·湖南·高考真题）（多选）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α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【答案】BC
【解析】他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，则说明α = 41°时激光恰好发生全反射，则，则，A错误、B正确；CD．当他以α = 60°向水面发射激光时，入射角i1 = 30°，则根据折射定律有nsini1 = sini2折射角i2大于30°，则岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确、D错误。故选BC。
4．（2023·江苏·高考真题）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（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】根据折射定律n上sinθ上 = n下sinθ下，由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则n下 > n上，则θ下逐渐减小，画出光路图如下
则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。故选A。
5．（2022·浙江·高考真题）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，b、c、d也会随之转动，则（ ）
A．光束b顺时针旋转角度小于
B．光束c逆时针旋转角度小于
C．光束d顺时针旋转角度大于
D．光束b、c之间的夹角减小了
【答案】B
【解析】设入射光线a的入射角为，则反射角为，光束c的折射角为，光束d的反射角也为，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，入射角变为，由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于，故A错误；B．由折射定律有，，可得，即光束c逆时针旋转角度小于，故B正确；C．光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于，故C错误；D．光束b顺时针旋转角度等于，光束c逆时针旋转角度小于，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于，故D错误；故选B。
6．（2021·浙江·高考真题）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O和两出射点P、Q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a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为，则（ ）
A．光盘材料的折射率
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D．光束c的强度小于O点处折射光束的强度
【答案】D
【解析】
如图所示由几何关系可得入射角为，折射角为，根据折射定律有，所以A错误；根据，所以B错误；光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，因为在Q处光还有反射光线，所以C错误；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。
7．（2024·吉林白山·统考一模）如图所示，横截面为半圆的玻璃砖放置在平面镜上，直径AB与平面镜垂直。一束激光a射向半圆柱体的圆心O，激光与AB的夹角为，已知玻璃砖的半径为12cm，平面镜上的两个光斑之间的距离为，则玻璃砖的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
【答案】B
【解析】光路如图所示
由题意可得，激光在AB面上发生折射时的入射角，在直角△OBD中，根据数学知识，根据题意，设半圆玻璃砖的折射率为n，折射角为，则，解得，根据折射定律，折射率。故选B。
8．（2024·河南·统考二模）一种光学传感器是通过接收器接收到红绿灯光信号而触发工作的。如图所示，一细束黄色光沿AB方向从汽车玻璃外侧（汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖）的B点射入，入射角为i，折射光线刚好沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器。若入射光的颜色发生变化，且入射光的入射位置B不变，仍要使折射光线沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器。下列说法正确的是（ ）
A．若改用绿色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
B．若改用红色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
C．若改用红色光射入，需要入射角i增大到某一合适的角度
D．改用任何颜色的光射入，都需要入射角i减小到某一合适的角度
【答案】B
【解析】若改用绿色光射入，频率变大，折射率变大，折射角不变，根据，可知，入射角变大，故A错误；若改用红色光射入，频率变小，折射率变小，折射角不变，根据，可知，入射角变小，故B正确C错误；如果改用频率更高的光，则折射率变大，折射角不变，根据，入射角变大，故D错误。故选B。
9．（2024·河南·校联考模拟预测）如图所示为一潜水员在水下用相机竖直向上拍摄的一张照片。照片中，水面外的场景呈现在半径的圆形范围内，水面上一条小船的长度，已知水的折射率，船的实际长度约为，，则该潜水员所在水深约为（ ）
A．2.0m B．2.4m C．2.6m D．2.9m
【答案】B
【解析】根据全反射临界角公式可知，又，，联立解得。故选B。
10．（2024·浙江·校联考模拟预测）如图所示是一种脉冲激光展宽器的截面图，其构造为四个相同的顶角为θ的直角三棱镜，对称放置在空气中。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm，脉冲激光中包含频率不同的光1和2，它们在棱镜中的折射率分别为和。取，，，则（ ）
A．光1和2通过相同的双缝干涉装置后1对应条纹间距更大
B．为使光1和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，需θ>45°
C．减小d后光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差不变
D．若θ=37°则光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差约为14.4mm
【答案】D
【解析】由于，可知两束激光的频率关系为，根据，可知波长关系为，双缝干涉相邻条纹间距为，可得光1和2通过相同的双缝干涉装置后2对应条纹间距更大，A错误；只要光1能从棱镜中射出，光2就一定能射出，设光1临界角为C，则，可得，因此要使光1和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，根据几何关系可知Θ
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】设光线在OQ界面的入射角为，折射角为，几何关系可知，则有折射定律，光线射出OQ界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中，
光线在AB两点发生全反射，有全反射定律，即AB两处全反射的临界角为，AB之间有光线射出，由几何关系可知。故选C。
12．（2022·辽宁·高考真题）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O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
【答案】C
【解析】光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，AB错误；如图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有，则可得出光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。故选C。
13．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示，水平地面上放置一截面为等腰梯形的玻璃砖，玻璃砖的折射率为。在点正下方地面上处有一光源S，一束光自S射向面上的点，，则（ ）
A．此光线射至面恰好发生全反射
B．此光线经折射从面射出时偏折了
C．此光线在玻璃内多次反射从面射出的光线都相互平行
D．若自发出的光束入射至之间，此光束的折射光到面可能发生全反射
【答案】C
【解析】发生全反射的条件是光密介质到光疏介质，所以光线射至面不会发生全反射，故A错误；根据几何关系可知，所以在P点入射角为45°，根据折射率定律可知，折射角为，所以，因为，所以在面入射角为30°，这从面射出时折射角为45°，所以从面射出时偏折了，故B错误；C．因为光线在面入射角为30°，根据反射定律可知，反射角为30°，且BC∥AD，所以再次反射到AD面入射角仍为30°，则从面射出的光线都相互平行，故C正确；若自发出的光束入射至之间，入射角变大，折射角变大，在面入射角变小，不会发生全反射，故D错误。故选C。
15．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）用频率为的a光照射截止频率为的金属时发生了光电效应，用b光照射时不发生光电效应现象。普朗克常量为h，电子电量为e。则（ ）
A．该金属的逸出功为
B．a光的强度一定比b光强
C．若用a光实验，将P右移，电流表示数变大
D．调节P使电流表的示数恰好为零，此时电压表示数为
【答案】 D
【解析】该金属的截止频率为，则逸出功为，故A错误；a光的频率一定比b光高，a光的强度不一定比b光强，故B错误；若用a光实验，将P右移，光电管两端加反向电压，电流表示数减小，故C错误；调节P使电流表的示数恰好为零，则，解得遏止电压，此时电压表示数为，故D正确。故选D。
16．（2023秋·江苏·高三统考开学考试）如图甲所示是一款光电烟雾探测器的原理图.当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流.如果产生的光电流大于，便会触发报警系统.金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图乙所示，则（ ）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波频率要小于金属钠的极限频率
B．图乙中图像斜率的物理意义为普朗克常量h
C．触发报警系统时钠表面会释放出光电子
D．无法通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度
【答案】 C
【解析】当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，照射到钠表面时会产生光电流，则光源S发出的光波频率要大于金属钠的极限频率，故A错误，C正确；由光电效应方程可得，变式可得，可知该图像斜率为，故B错误；当光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管的光就越多，产生的电流越大，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，故D错误。故选C。押江苏卷3题
光学
考点内容 考情分析
考点一 光的折射计算 几何光学主要考察光的折射、全反射的理解与计算；光的干涉原理主要考察双缝干涉原理及明暗条纹的判断；光电效应一般考察对爱因斯坦光电效应方程的理解、光电效应图像的理解。
考点二 全反射应用
考点三 光的干涉与衍射原理分析
考点四 光电效应原理分析和图像
考向一、光的折射与全反射
1．常用的三个公式＝n，n＝，sin C＝。
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。
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。
（3）利用折射定律等公式求解。
注意折射现象中光路的可逆性。
4．全反射
（1）定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象．
（2）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。
（3）临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝，得sin C＝。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。
考向二、光的干涉原理
1．双缝干涉
（1）条纹间距：Δx＝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＝nλ(n＝0,1,2…)时，光屏上P′处出现明条纹。
当Δr＝(2n＋1)(n＝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，从膜的前表面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）明暗条纹的判断方法：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，光在薄膜中的波长为λ。
在P1、P2处，Δr＝nλ(n＝1,2,3…)，薄膜上出现明条纹．在Q处，Δr＝(2n＋1)(n＝0,1,2,3…)，薄膜上出现暗条纹。
（3）应用：增透膜、检查平面的平整度。
3．光的双缝干涉和单缝衍射的比较
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)
图样不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等，中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
与光的偏振的区别 干涉、衍射都是波特有的现象；光的偏振现象说明光是横波
考向三、光电效应
1．光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止频率。
2．光电效应规律
（1）每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应。
（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
（3）光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
（4）当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
3．光电效应两条对应关系
（1）光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；
（2）光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
4．定量分析时应抓住三个关系式
爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0
最大初动能与遏止电压的关系 Ek＝eUc
逸出功与截止频率的关系 W0＝hνc
5．光电效应图像
图像名称 图线形状 获取信息
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率(极限频率)νc：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和电流：电流的最大值； ③最大初动能：Ek＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
考点一 光的折射计算
1．常用的三个公式：＝n，n＝，sin C＝。
2．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。
（3）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。
【真题精讲】
1．（2022·山东卷·T7）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的四分之一圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（ ）
A. 仅有a光 B. 仅有b光 C. a、b光都可以 D. a、b光都不可以
【巩固训练】
1．（2023·全国·高考真题）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形，，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AB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。
考点二 全反射应用
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或等于临界角，明确是否会发生全反射现象。
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，然后结合几何知识推断和求解相关问题。
【真题精讲】
1．（2023·浙江·高考真题）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
【巩固训练】
1．（2021·湖北·高考真题）如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则（ ）
A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置 B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置
C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置 D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置
考点三 光的干涉与衍射原理分析
1．光的衍射：发生明显衍射的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显。
2．光的干涉：条纹间距：Δx＝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。当Δr＝nλ(n＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现明条纹．当Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2…)时，光屏上P′处出现暗条纹。
3．光的偏振：光的偏振现象说明光是一种横波。
【真题精讲】
1．（2022·山东卷·T10）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，的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。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。下列描述不正确的是（ ）
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、到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
【巩固训练】
1．（2023·山东·高考真题）如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是（ ）
A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动 B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动 D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
2．（2023·浙江·高考真题）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（ ）
A．图1中的对应的是Ⅰ
B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大
考点四 光电效应原理分析和图像
光电效应的分析思路
【真题精讲】
1．（2022·河北·高考真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）
A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比
【巩固训练】
1．（2021·江苏）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（ ）
A．B．C． D．
2．（2022·河北）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）
A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为
C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比
1．（2023·全国·高考真题）（多选）等腰三角形△abc为一棱镜的横截面，ab = ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是（ ）
A．甲光的波长比乙光的长
B．甲光的频率比乙光的高
C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
E．在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大
2．（2023·浙江·高考真题）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边以角度入射，依次经和两次反射，从直角边出射。出射光线相对于入射光线偏转了角，则（ ）
A．等于 B．大于
C．小于 D．与棱镜的折射率有关
3．（2023·湖南·高考真题）（多选）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α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
4．（2023·江苏·高考真题）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（ ）
A． B．
C． D．
5．（2022·浙江·高考真题）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，b、c、d也会随之转动，则（ ）
A．光束b顺时针旋转角度小于
B．光束c逆时针旋转角度小于
C．光束d顺时针旋转角度大于
D．光束b、c之间的夹角减小了
6．（2021·浙江·高考真题）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O和两出射点P、Q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a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为，则（ ）
A．光盘材料的折射率
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D．光束c的强度小于O点处折射光束的强度
7．（2024·吉林白山·统考一模）如图所示，横截面为半圆的玻璃砖放置在平面镜上，直径AB与平面镜垂直。一束激光a射向半圆柱体的圆心O，激光与AB的夹角为，已知玻璃砖的半径为12cm，平面镜上的两个光斑之间的距离为，则玻璃砖的折射率为（ ）
A． B． C．2 D．
8．（2024·河南·统考二模）一种光学传感器是通过接收器接收到红绿灯光信号而触发工作的。如图所示，一细束黄色光沿AB方向从汽车玻璃外侧（汽车玻璃可视为两表面平行的玻璃砖）的B点射入，入射角为i，折射光线刚好沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器。若入射光的颜色发生变化，且入射光的入射位置B不变，仍要使折射光线沿BC方向在汽车玻璃内侧C点触发光学传感器。下列说法正确的是（ ）
A．若改用绿色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
B．若改用红色光射入，需要入射角i减小到某一合适的角度
C．若改用红色光射入，需要入射角i增大到某一合适的角度
D．改用任何颜色的光射入，都需要入射角i减小到某一合适的角度
9．（2024·河南·校联考模拟预测）如图所示为一潜水员在水下用相机竖直向上拍摄的一张照片。照片中，水面外的场景呈现在半径的圆形范围内，水面上一条小船的长度，已知水的折射率，船的实际长度约为，，则该潜水员所在水深约为（ ）
A．2.0m B．2.4m C．2.6m D．2.9m
10．（2024·浙江·校联考模拟预测）如图所示是一种脉冲激光展宽器的截面图，其构造为四个相同的顶角为θ的直角三棱镜，对称放置在空气中。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d=100.0mm，脉冲激光中包含频率不同的光1和2，它们在棱镜中的折射率分别为和。取，，，则（ ）
A．光1和2通过相同的双缝干涉装置后1对应条纹间距更大
B．为使光1和2都能从左侧第一个棱镜斜面射出，需θ>45°
C．减小d后光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差不变
D．若θ=37°则光1和2通过整个展宽器过程中在空气中的路程差约为14.4mm
11．（2023·湖北·高考真题）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（ ）
A． B． C． D．
12．（2022·辽宁·高考真题）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O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
13．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示，水平地面上放置一截面为等腰梯形的玻璃砖，玻璃砖的折射率为。在点正下方地面上处有一光源S，一束光自S射向面上的点，，则（ ）
A．此光线射至面恰好发生全反射
B．此光线经折射从面射出时偏折了
C．此光线在玻璃内多次反射从面射出的光线都相互平行
D．若自发出的光束入射至之间，此光束的折射光到面可能发生全反射
15．（2023·江苏徐州·校考模拟预测）用频率为的a光照射截止频率为的金属时发生了光电效应，用b光照射时不发生光电效应现象。普朗克常量为h，电子电量为e。则（ ）
A．该金属的逸出功为
B．a光的强度一定比b光强
C．若用a光实验，将P右移，电流表示数变大
D．调节P使电流表的示数恰好为零，此时电压表示数为
16．（2023秋·江苏·高三统考开学考试）如图甲所示是一款光电烟雾探测器的原理图.当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流.如果产生的光电流大于，便会触发报警系统.金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图乙所示，则（ ）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波频率要小于金属钠的极限频率
B．图乙中图像斜率的物理意义为普朗克常量h
C．触发报警系统时钠表面会释放出光电子
D．无法通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度
