《新课标高中物理模型与方法》专题22 光学中常见的物理模型（原卷版）

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专题 22 光学中常见的物理模型

一. 光的色散模型...................................................................................................................................................1

二．“三棱镜”模型.............................................................................................................................................3

三．“球形玻璃砖”模型.....................................................................................................................................7

四．平行玻璃砖模型...........................................................................................................................................10

一.光的色散模型

【模型如图】

1、偏折角：出射光线与入射光线（延长线）的夹角；偏折角越大说明棱镜对光线的改变越大。偏折角大

小与棱镜的顶角、入射角、折射率等有关系。

2、光线射向棱镜在 AB 面折射角小于入射角，AC 面折射角大于入射角，

两次折射后，光线向棱镜底边偏折折射率越大偏折的越厉害。

3、实验表明：白光色散后红光的偏折角最小，紫光的偏折角最大

说明玻璃棱镜对不同色光的折射率不同，对紫光的折射率最大，红光

最小。。

4、折射率越大的光其频率也越大所以将不同色光照射某一金属表面紫光更容易发生光电效应现

象。

5、根据可知频率越大的色光其波长越短则由此可知在衍射现象中红光相比其他色光现象

更为明显（明显衍射条件：）；让不同色光在同一套双缝干涉装置中实验根据可知红光

相比其他色光条纹间距更宽。

6、根据可知不同色光在同种介质中传播速度不同，折射率越大传播越慢，折射率越小传播越快即：

。

红

紫

7、根据可知当不同色光从介质射向空气时发生全反射的临界角不同，红光最大，紫光最小即

当改变入射角时紫光更容易先发生全反射而消失。

【模型演练 1】(多选)(2021·江西重点中学联盟联考)如图所示，一束黄光和一束紫光，从圆心 O点以相同

角度沿 PO 方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从 M、N两点射出，已知 α＝60°，β＝

60°，光速 c＝3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)

A．两束光穿过玻璃柱体所需时间相同

B．ON 是黄光，OM 是紫光

C．玻璃对 OM 光束的折射率为

D．OM 光束在该玻璃中传播的速度为×108 m/s

E．分别用 OM、ON 光束在同一个双缝干涉实验装置上做实验，OM 光束的相邻两个亮条纹的中心间距大

于ON 光的相邻两个亮条纹的中心间距

【模型演练 2】(多选)(2020·浙江 1月选考·15)如图所示，波长为 λa和λb的两种单色光射入三棱镜，经折射

后射出两束单色光 a和b，则这两束光(　　)

A．照射同一种金属均有光电子逸出，光电子最大初动能 Eka>Ekb

B．射向同一双缝干涉装置，其干涉条纹间距 Δxa>Δxb

C．在水中的传播速度 va<vb

D．光子动量 pa<pb

【模型演练 3】(多选)(2020·浙江杭州市模拟)如图所示，a、b两束不同频率的单色光光束，分别从图示位

置平行地由空气射向平静的湖面，湖底面水平且铺有反射材料，两束光经两次折射和一次反射后，一起从

湖面 O处射出．下列说法正确的是(　　)

A．a光在水中的传播速度比 b光小

B．两束光从 O处射出时方向一定相同

’



r

C．改变两束光的入射角，则两束光均有可能在 O点的左侧发生全反射

D．用相同的双缝干涉装置进行实验时，a光的条纹间距较大

【模型演练 4】(多选)(2020·安徽黄山市高三期末)如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种

颜色不同的可见光细光束 a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是(　　)

A．玻璃对 a光的折射率小于对 b光的折射率

B．a光和 b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小

C．a光和 b光在玻璃中传播时 a光的波长小于 b光的波长

D．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比 b光小

E．a光和 b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则 a光先发生全反射

二．“三棱镜”模型

【模型如图】

(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为 δ，如图所示．

(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折．

(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示．

①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射

出

②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出，

入射光线和出射光线互相平行．

（4）最小偏向角法测量三棱镜折射率原理

参见下图一束平行的单色光射向一棱镜，先后经棱镜表面两次折射，使得出射光线与入射光线之间有了一

个夹角，称其为偏向角。偏向角随入射角而变，是的函数。在入射光和出射光处于光路对称的

情况下，即 =，偏向角为最小，记为

由图 1.2.1 可知 =( －)＋(－)，其中和的意义见图，当 =

时，由折射定律有= ，得

=2（－) (1)

又因

+ =2 = －=－（－）= (2)

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