第四章 光【速记清单】-2024-2025学年高二物理单元速记·巧练（人教版2019选择性必修第一册）

第四章 光 一、光的折射 1．光的反射和折射 （1）光的反射： 光从________________________射到该介质与________________________的________时，一部分光会________到第1种介质，这个现象叫作光的反射。 （2）反射定律： ①________与________________、________在同一平面内，________和________分别位于法线的________；反射角________入射角，即，如图； ②三线共面，两线分居，角度相等。 （3）光的折射： ①光从________________________射到该介质与________________________的________时，一部分光会进入________________________，这个现象叫作光的折射，如图2所示。图中入射光线与法线间的夹角，叫入射角,折射光线与法线间的夹角叫折射角。 ②三线共面，两线分居，角度不等。 2．折射定律 （1）内容： ________与________________、________处在同一平面内，________与________________分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成________。 （2）公式： （3）对折射率概念的理解： 3．折射率 （1）定义： 光从________射入________发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即 （2）折射率与光速的关系： ，其中表示光在真空中的传播速度，表示光在这种介质中的传播速度，由于，所以。 4．对折射率的理解 （1）公式中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，总是真空中的光线与法线间的夹角，总是介质中的光线与法线间的夹角。 （2）折射率由________决定，与________________的大小无关。 （3）折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质也不是指密度小的介质。 （4）折射率的大小不仅与________有关，还与________有关，同一种介质中，频率越大的色光折射率越________，传播速度越________。 （5）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 。 （6）光从一种介质进入另一种介质时，________不变，________改变，________改变，。 5．实验 测量玻璃的折射率 （1）注意事项： ①实验时，将大头针尽可能________地插在木板上，并且使A与B之间、C与D之间距离________，这样可以减小确定光路方向时的误差。 ②入射角________，以减小测量角度的误差，但入射角________，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定C、D的位置， ③在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁________面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。 ④在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置________改变。 （2）误差分析： ①确定入射光线和出射光线时产生误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜________些； ②测量入射角与折射角时产生误差，故入射角不宜________，但也不宜________，过大则反射光________，出射光________。 二、全反射 1．光密介质和光疏介质 （1）定义： 对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较大的称为________，折射率较小的称为________。 （2）特点： ①光由光疏介质射入光密介质时，折射角________入射角；光由光密介质射入光疏介质时，折射角________入射角； ②光在光疏介质中的传播速度________光在光密介质中的传播速度。 2．全反射 （1）定义： 当光从________介质射入________介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越________，而且越来越________，反射光却越来越________。当入射角增大到某一角度，使折射角达到________时，折射光完全________，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。 （2）临界角： ①定义：折射角为________时的入射角叫作全反射的临界角； ②公式：光从介质斜射入空气(真空)时,发生全反射的临界角与介质的折射率的关系是。 （3）发生全反射的条件： ①光由________介质射向________介质； ②入射角________或________临界角。 （4）对全反射的理解： ①光密介质和光疏介质是________而言的，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________发生全反射现象； ③在全反射现象中，遵循光的反射定律，光路均是________； ④当光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。 3．全反射棱镜 （1）定义： 截面为________的棱镜叫作全反射棱镜。 （2）作用： 全反射棱镜可以改变________。 （3）优点： 反射率________，几乎可达 100%。 4．光导纤维 （1）原理： 光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与外套的界面上发生________。 （2）光纤通信的优点： 传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。 三、光的干涉 1．光的双缝干涉 （1）光的干涉现象： ________、________、________的两列光波相叠加，某些区域的光被________，某些区域的光被________，并且光被加强和减弱的区域相互间隔的现象叫作光的干涉现象。 （2）光产生干涉现象的条件： 两列光________，________，________。 2．杨氏双缝干涉实验 （1）原理图： （2）相干光源的获取： 将单缝射出的光波通过双缝分为两列光波。 （3）产生明、暗条纹的条件： 设光波的波长为，屏上某点到两缝的路程差为，则时，两列光波传到时相互加强，出现亮条纹。时，两列光波传到时相互削弱，出现暗条纹。 （4）双缝干涉图样的特点： ①中央为________条纹。两边是明暗相间的条纹。且亮条纹与亮条纹间、暗条纹与暗条纹间的距离________； ②条纹间距：，其中为两缝间的距离, 为缝到屏的距离， 为光的波长； ③若用白光做光源，干涉条纹是彩色条纹，中央亮纹是________的。 （5）双缝干涉亮、暗条纹的判断： ①光源、发出的光到屏上某点的路程差为________时，光屏上出现亮条纹； ②光的路程差是________时，光屏上出现暗条纹。 （6）双缝干涉条纹间距： 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是，其中是双缝到光屏的距离， 是双缝间的距离， 是光波的波长。 3．薄膜干涉 （1）相干光源的获取： 如图所示，竖直放置的肥皂液膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，被膜的________和________分别反射回来，形成两列频率相同的光波，即为相干光源。 （2）薄膜干涉的原理： 光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前、后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现________；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱,于是出现________。 4．光的干涉的应用 （1）干涉法检查平面： 如图所示，将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使标准样板和被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在________的上、下表面反射出的两列光波发生干涉根据干涉条纹的形状来确定零件的表面情况。 （2）镜片增透膜： 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，起到减小反射光、增大透射光强度的作用。 四、实验：利用光的双缝干涉测量光的波长 1．实验原理 由得。 单缝：作为________。 双缝：作为两个________。 滤光片：装在单缝前，使光成为________。 毛玻璃屏：在屏上________。 透镜：使射向单缝的光更________。 为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离(累计法)。例如，可测出第1个亮条纹和第个亮条纹的距离，再求出相邻两个亮条纹间的距离： 2．注意事项 （1）放置单缝和双缝时，必须使缝________。干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 （2）要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在________上。 （3）测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，可转动测量头解决。 3．误差分析 （1）测量________存在误差。 （2）测________存在误差 ①干涉条纹没有调整到最清晰的程度； ②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心； ③测量多条明条纹间的距离时读数不准确。 五、光的衍射 1．光的衍射 （1）光的衍射现象 当光照射狭缝时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。 （2）光发生明显衍射现象的条件 障碍物或缝的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小。 （3）衍射图样 ①单缝衍射：中央为________，两侧有________的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为________，最靠近中央的是________，最远离中央的是________； ②圆孔衍射：明暗相间的________； ③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板上，在圆板的阴影中心出现的________，这是光的波动说的有力证据之一。 2．单缝衍射 （1）明暗相间条纹. （2）缝窄波长更明显(条纹间距更大)。 （3）单缝衍射和双缝干涉区别：单缝衍射中央亮纹更宽、更亮，亮纹不等距，双缝干涉亮纹等距。 3．圆孔衍射 中央亮斑+同心圆亮纹 4．圆盘衍射 中央小亮斑(泊松亮斑)+同心圆亮纹 5．衍射光栅 （1）分类： 投射光栅、衍射光栅。 （2）应用： 光盘彩色条纹、羽毛彩色条纹。 6．单缝衍射与双缝干涉的比较 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 条纹宽度 条纹宽度不等,中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度情况 中央条纹最亮,两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 7．三种不同的衍射现象的特点 （1）单缝衍射图样的四个特点： ①中央条纹亮而宽； ②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱； ③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大； ④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。 （2）圆孔衍射图样的两个特点： ①单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环越向外，亮环亮度越低； ②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 （3）泊松亮斑图样的特点： 圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环，与小孔衍射图样有明显区别。 六、光的偏振 1．偏振 （1）偏振现象： 在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。但不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是________的，这个现象称为偏振现象。 （2）偏振方向： 横波的________称为偏振方向。 （3）狭缝对横波、纵波的影响： ①若机械波是横波，当质点的振动方向与狭缝________时，机械波能通过狭缝，如图甲所示；反之，则不能通过，如图乙所示。 ②对纵波而言，无论狭缝的取向如何，纵波总能________，如图丙所示。 2．光的偏振 （1）偏振片： 由特定材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“________”。 （2）自然光： 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿________的光，而且沿各个方向振动的光波的强度________，这种光是自然光。 （3）偏振光： 在垂直于传播方向的平面上，沿着________的光叫作偏振光。光的偏振现象证明光是________。 （4）观察光的偏振现象： 通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫作起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫作检偏器。 （5）偏振现象的应用： 摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。 3．激光的特点及其应用 （1）激光： ________、________、振动方向一致的光波。 （2）特点： ①“纯净”：激光的频率相同、相位差恒定、振动方向一致，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中； ②平行度非常好：激光在传播很远距离后仍能保持一定的强度，可以用来进行精确地测距； ③亮度很高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。因此，工业上可以用激光切割、焊接、打孔,医学上可以用激光做“光刀”； ④激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。 一、光的折射易错易混点分析 1．光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变但速度改变。 2．从折射率小的介质斜射入大的介质时，入射角大于折射角，反之则小于。 3．折射率，其中为真空中光线与法线夹角，为介质中光线与法线夹角，不一定分别是入射角和折射角。 4．折射率由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，与介质密度无必然联系。 例：关于折射率，下列说法正确的是（　　） A．根据可知，介质的折射率与入射角的正弦值成正比 B．公式中，介质的折射率与折射角的正弦值成反比 C．根据可知，介质的折射率与光在真空中的速度成正比 D．同一频率的光在两种不同介质中传播时，折射率与波长成反比 1．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，光路图如图所示，下列说法正确的是（　　） A．a光和b光的入射角都是40° B．a光在玻璃中的折射率较大 C．a光在玻璃中的传播速度较大 D．a光和b光从空气进入玻璃后频率都会增大 2．声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况如图所示，由图判断下面的说法正确的是（　　） A．若i>r，则声波在介质Ⅰ中的传播速度小于声波在介质Ⅱ中的传播速度 B．若i>r，则Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水 C．若i>r，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气 D．在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质Ⅱ中的传播速度v2满足 3．如图，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是（　　）    A．光是从真空射向介质 B．介质的折射率约为1.73 C．光在介质中的传播速度约为 D．反射光线与折射光线成60°角 4．光以入射角从空气射入某玻璃中，折射角，光在真空中传播速度为c。 求： (1)该玻璃的折射率n (2)光在该玻璃中的传播速度v 二、全反射易错易混点分析 1．易错误地认为密度大的介质就是光密介质，实际上光密介质与光疏介质是相对的，取决于介质的折射率，折射率大的为光密介质，小的为光疏介质. 2．全反射需满足光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角这两个条件，缺一不可。 3．不同颜色的光频率不同，在同一介质中折射率也不同，频率越大的光折射率越大，临界角越小。 4．光路图绘制不准确，绘制全反射光路图时，可能出现光线方向错误、角度标注错误、反射光线和折射光线的虚实线不分等问题，导致无法正确分析问题. 5．几何关系与计算错误：解决全反射问题常需结合几何知识，如三角形内角和、相似三角形等。 例：判断下列说法的正误。 (1)光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线。( ) (2)光从一种介质进入另一种介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象。( ) (3)只要光由光密介质进入光疏介质时，一定会发生全反射现象。( ) (4)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180°。( ) (5)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理。( ) (6)光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速c。( ) (7)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射。( ) 1．如图所示，一细束单色光从半圆形玻璃砖上的P点沿半径方向射向圆心O，刚好在玻璃砖的底面发生全反射后从玻璃砖射出，单色光在玻璃砖下表面的反射角为53°，取，玻璃砖对该单色光的折射率为（　　） A． B． C． D． 2．甲图是某物理老师于2024年8月2日下午5点拍摄的青海湖“日晕”照片，“日晕”又叫“圆虹”，是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示，为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图a，b为其折射出的光线中的两种单色光，设a、b光在冰晶中折射率为、，临界角为、。下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 3．如图所示，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面4.5m。距水面6m的湖底P处有一点光源，P发出的一束光从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°（取）已知水的折射率为。 (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)求P发出的光能从水面射出时对应的水面面积（结果用表示）。 三、光的干涉易错易混点分析 1．相干条件：光发生干涉需两列光波频率相同、相位差恒定、振动方向一致，缺一不可。 2．计算条纹间距时，光从一种介质进入另一种介质，波长会发生变化。 3．薄膜干涉的相干光来自薄膜上下表面的反射光。同一条亮（或暗）条纹对应薄膜的厚度相等。 例：下列说法正确的是（　　） A．图甲是利用光的衍射现象检验工件的平整度 B．若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起 D．如图丁所示，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环 1．薄膜干涉：(1)薄膜干涉中相干光的获得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面 的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的 ，恒定的 。 (2)薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，前后两个面的 光的路程差等于相应位置膜厚度的 ，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现 ；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现 。 2．在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长为600的橙色光照射，在光屏中心点呈现亮条纹。若点上方的P点出现第3级亮条纹，现改用波长为400的紫光照射，则（   ） A．和P都呈现亮条纹 B．为亮条纹，P为暗条纹 C．为暗条纹，P为亮条纹 D．和P都呈现暗条纹 3．实验小组的同学在做双缝干涉实验，如图所示，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　） A．减小双缝到光屏的距离 B．将绿光换为红光 C．将整个装置放在水中 D．减小与的间距 故选BD。 四、实验：利用光的双缝干涉测量光的波长易错易混点分析 1．安装仪器时顺序错误，或未使各元件中心位于遮光筒轴线上，导致光路不正，影响干涉条纹的形成. 2．单缝与双缝不平行、间距不合适，会使干涉条纹不清晰、间距不均匀，从而影响测量结果． 3．测量条纹间距时，易选错测量对象，如把相邻暗纹间距误当成亮纹间距，或测量多条条纹间距时，条纹数计算错误，使计算波长等物理量产生误差。 例：在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。 (1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件，将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为： （选填“①”或“②”）。 ①C、D、E、B、A          ②C、D、B、E、A (2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节________。 A．仅左右转动透镜 B．仅旋转单缝 C．仅旋转双缝 D．仅旋转测量头 (3)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其他条件不变的情况下，以下做法合适的是________。 A．增大单缝与双缝间距 B．增大双缝与毛玻璃屏间距 C．更换双缝间距更小的双缝片 D．增强光源亮度 1．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，用如图所示装置测量红光的波长： (1)图中标示的器材“A”应为 。 (2)下列操作正确的是______。 A．先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头 B．接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压 C．观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整 D．测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合 (3)下列图示中条纹间距表示正确的是______ A． B． C． D． 2．现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上螺旋测微器示数为2.320mm。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图中手轮上的示数为 mm；已知双缝间距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离L为0.600m，求所测量光的波长为 nm（波长结果保留三位有效数字）。 五、光的衍射易错易混点分析 1．易将光的直线传播现象与衍射现象混淆，如误认为小孔成像、影子的形成等是光的衍射现象，实际上当障碍物或孔的尺寸远大于光的波长时，光沿直线传播，只有当尺寸与光的波长相差不多甚至比波长还小时，才会发生明显的衍射现象. 2．单缝衍射：对单缝衍射条纹的分布规律记忆不准确，如认为单缝衍射条纹是等间距的，而实际上单缝衍射条纹间距不等，中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹宽度和亮度逐渐递减. 3．圆孔衍射：易混淆圆孔衍射图样与圆板衍射图样，或记错圆孔衍射图样中亮环、暗环间距的变化规律，实际上圆孔衍射中央是亮斑，外围是明暗相间的圆环，且亮环、暗环间距随半径增大而减小. 例：如图，在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用红色平行光照射狭缝，光屏上出现如图所示的图样。可使中央亮条纹变宽的操作是（　　） A．增大平行光的宽度 B．减小单缝的宽度 C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色平行光照射 1．下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是（    ） A． B． C． D． 2．一束红色激光射向一块有双缝的不透光的薄板。在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红色激光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（　　） A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗一些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条纹变宽些 C．只有一条与缝宽对应的亮条纹 D．无条纹，只存在一片红光 六、光的偏振易错易混点分析 1．易混淆偏振光和自然光的概念，自然光包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且各方向振动的光波强度相同，而偏振光则是在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光. 2．认为光在任何情况下都会产生偏振现象，忽略了只有在特定条件下，如光通过偏振片、在两种介质的界面发生反射和折射等，光才会变成偏振光. 例：光的偏振：(1)偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个 的方向，只有沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“ 方向”。 (2)自然光和偏振光 （i）自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于 上沿 方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的 都 。这种光是“自然光”。 （ii）偏振光：在垂直于 的平面上，沿着某个 的方向振动。这种光叫作偏振光。 (3)光的偏振现象说明光是一种 波。 1．下列四幅图所涉及的光学现象和相应的陈述中，错误的是（　　） A．图①中的明暗相间的条纹，是由干涉形成的 B．图②中的亮斑，最早是由泊松推算出，阿拉果在实验中观察到的 C．图③是内窥镜，利用了光的全反射把光传送到人体内部进行照明 D．图④是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种纵波 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章 光 一、光的折射 1．光的反射和折射 （1）光的反射： 光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质，这个现象叫作光的反射。 （2）反射定律： ①反射光线与入射光线、法线在同一平面内，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角，即，如图； ②三线共面，两线分居，角度相等。 （3）光的折射： ①光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质，这个现象叫作光的折射，如图2所示。图中入射光线与法线间的夹角，叫入射角,折射光线与法线间的夹角叫折射角。 ②三线共面，两线分居，角度不等。 2．折射定律 （1）内容： 折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比。 （2）公式： （3）对折射率概念的理解： 3．折射率 （1）定义： 光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即 （2）折射率与光速的关系： ，其中表示光在真空中的传播速度，表示光在这种介质中的传播速度，由于，所以。 4．对折射率的理解 （1）公式中，不论是光从真空射入介质，还是从介质射入真空，总是真空中的光线与法线间的夹角，总是介质中的光线与法线间的夹角。 （2）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。 （3）折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质，光疏介质也不是指密度小的介质。 （4）折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关，同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 （5）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 。 （6）光从一种介质进入另一种介质时，频率不变，波速改变，波长改变，。 5．实验 测量玻璃的折射率 （1）注意事项： ①实验时，将大头针尽可能竖直地插在木板上，并且使A与B之间、C与D之间距离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时的误差。 ②入射角应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定C、D的位置， ③在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。 ④在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。 （2）误差分析： ①确定入射光线和出射光线时产生误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距离宜大些； ②测量入射角与折射角时产生误差，故入射角不宜过小，但也不宜过大，过大则反射光较强，出射光较弱。 二、全反射 1．光密介质和光疏介质 （1）定义： 对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较大的称为光密介质，折射率较小的称为光疏介质。 （2）特点： ①光由光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角； ②光在光疏介质中的传播速度大于光在光密介质中的传播速度。 2．全反射 （1）定义： 当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射。如果入射角逐渐增大，折射光离法线会越来越远，而且越来越弱，反射光却越来越强。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光，这种现象叫作全反射。 （2）临界角： ①定义：折射角为 90°时的入射角叫作全反射的临界角； ②公式：光从介质斜射入空气(真空)时,发生全反射的临界角与介质的折射率的关系是。 （3）发生全反射的条件： ①光由光密介质射向光疏介质； ②入射角大于或等于临界角。 （4）对全反射的理解： ①光密介质和光疏介质是相对而言的，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在全反射现象中，遵循光的反射定律，光路均是可逆的； ④当光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。 3．全反射棱镜 （1）定义： 截面为等腰直角三角形的棱镜叫作全反射棱镜。 （2）作用： 全反射棱镜可以改变光路。 （3）优点： 反射率高，几乎可达 100%。 4．光导纤维 （1）原理： 光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 （2）光纤通信的优点： 传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。 三、光的干涉 1．光的双缝干涉 （1）光的干涉现象： 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光波相叠加，某些区域的光被加强，某些区域的光被减弱，并且光被加强和减弱的区域相互间隔的现象叫作光的干涉现象。 （2）光产生干涉现象的条件： 两列光频率相同，相位差恒定，振动方向相同。 2．杨氏双缝干涉实验 （1）原理图： （2）相干光源的获取： 将单缝射出的光波通过双缝分为两列光波。 （3）产生明、暗条纹的条件： 设光波的波长为，屏上某点到两缝的路程差为，则时，两列光波传到时相互加强，出现亮条纹。时，两列光波传到时相互削弱，出现暗条纹。 （4）双缝干涉图样的特点： ①中央为亮条纹。两边是明暗相间的条纹。且亮条纹与亮条纹间、暗条纹与暗条纹间的距离相等； ②条纹间距：，其中为两缝间的距离, 为缝到屏的距离， 为光的波长； ③若用白光做光源，干涉条纹是彩色条纹，中央亮纹是白色的。 （5）双缝干涉亮、暗条纹的判断： ①光源、发出的光到屏上某点的路程差为波长的整数倍时，光屏上出现亮条纹； ②光的路程差是半波长的奇数倍时，光屏上出现暗条纹。 （6）双缝干涉条纹间距： 相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是，其中是双缝到光屏的距离， 是双缝间的距离， 是光波的波长。 3．薄膜干涉 （1）相干光源的获取： 如图所示，竖直放置的肥皂液膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形，光照射到薄膜上时，被膜的前表面和后表面分别反射回来，形成两列频率相同的光波，即为相干光源。 （2）薄膜干涉的原理： 光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前、后两个面的反射光的路程差不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱,于是出现暗条纹。 4．光的干涉的应用 （1）干涉法检查平面： 如图所示，将被检查平面和放在上面的透明标准样板的一端垫一薄片，使标准样板和被检查平面间形成一个楔形空气薄层，单色光从上面照射，入射光在空气层的上、下表面反射出的两列光波发生干涉根据干涉条纹的形状来确定零件的表面情况。 （2）镜片增透膜： 在光学元件(透镜、棱镜)的表面涂一层薄膜，当薄膜的厚度是光在薄膜中波长的时，在薄膜的两个面上的反射光的光程差恰好等于半波长，因而相互抵消，起到减小反射光、增大透射光强度的作用。 四、实验：利用光的双缝干涉测量光的波长 1．实验原理 由得。 单缝：作为线光源。 双缝：作为两个相干光源。 滤光片：装在单缝前，使光成为单色光。 毛玻璃屏：在屏上观察干涉条纹。 透镜：使射向单缝的光更集中。 为了减小测量误差，可测多个亮条纹间的距离，再求出相邻两个条纹间的距离(累计法)。例如，可测出第1个亮条纹和第个亮条纹的距离，再求出相邻两个亮条纹间的距离： 2．注意事项 （1）放置单缝和双缝时，必须使缝平行。干涉条纹不清晰一般是因为单缝与双缝不平行。 （2）要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。 （3）测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不平行，可转动测量头解决。 3．误差分析 （1）测量双缝到屏的距离存在误差。 （2）测条纹间距存在误差 ①干涉条纹没有调整到最清晰的程度； ②分划板刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于条纹中心； ③测量多条明条纹间的距离时读数不准确。 五、光的衍射 1．光的衍射 （1）光的衍射现象 当光照射狭缝时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。 （2）光发生明显衍射现象的条件 障碍物或缝的尺寸可以跟光的波长相比，甚至比光的波长还小。 （3）衍射图样 ①单缝衍射：中央为亮条纹，两侧有明暗相间的条纹，但间距和亮度不同。白光衍射时，中央仍为白光，最靠近中央的是紫光，最远离中央的是红光； ②圆孔衍射：明暗相间的不等距圆环； ③泊松亮斑：光照射到一个半径很小的圆板上，在圆板的阴影中心出现的亮斑，这是光的波动说的有力证据之一。 2．单缝衍射 （1）明暗相间条纹. （2）缝窄波长更明显(条纹间距更大)。 （3）单缝衍射和双缝干涉区别：单缝衍射中央亮纹更宽、更亮，亮纹不等距，双缝干涉亮纹等距。 3．圆孔衍射 中央亮斑+同心圆亮纹 4．圆盘衍射 中央小亮斑(泊松亮斑)+同心圆亮纹 5．衍射光栅 （1）分类： 投射光栅、衍射光栅。 （2）应用： 光盘彩色条纹、羽毛彩色条纹。 6．单缝衍射与双缝干涉的比较 项目 单缝衍射 双缝干涉 不同点 条纹宽度 条纹宽度不等,中央最宽 条纹宽度相等 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距 亮度情况 中央条纹最亮,两边变暗 条纹清晰，亮度基本相同 相同点 干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 7．三种不同的衍射现象的特点 （1）单缝衍射图样的四个特点： ①中央条纹亮而宽； ②两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱； ③波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大； ④白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。 （2）圆孔衍射图样的两个特点： ①单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环越向外，亮环亮度越低； ②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。 （3）泊松亮斑图样的特点： 圆形阴影中心有一亮斑，圆形阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环，与小孔衍射图样有明显区别。 六、光的偏振 1．偏振 （1）偏振现象： 在横波中，各点的振动方向总与波的传播方向垂直。但不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为偏振现象。 （2）偏振方向： 横波的振动方向称为偏振方向。 （3）狭缝对横波、纵波的影响： ①若机械波是横波，当质点的振动方向与狭缝平行时，机械波能通过狭缝，如图甲所示；反之，则不能通过，如图乙所示。 ②对纵波而言，无论狭缝的取向如何，纵波总能通过，如图丙所示。 2．光的偏振 （1）偏振片： 由特定材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”。 （2）自然光： 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光是自然光。 （3）偏振光： 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光叫作偏振光。光的偏振现象证明光是横波。 （4）观察光的偏振现象： 通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫作起偏器，第二个偏振片的作用是检验光是否是偏振光，叫作检偏器。 （5）偏振现象的应用： 摄影师在拍摄池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物时，由于水面和玻璃表面的反射光的干扰，景象会不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，转动滤光片，让它的透振方向与水面和玻璃表面的反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。 3．激光的特点及其应用 （1）激光： 频率相同、相位差恒定、振动方向一致的光波。 （2）特点： ①“纯净”：激光的频率相同、相位差恒定、振动方向一致，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中； ②平行度非常好：激光在传播很远距离后仍能保持一定的强度，可以用来进行精确地测距； ③亮度很高：激光可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。因此，工业上可以用激光切割、焊接、打孔,医学上可以用激光做“光刀”； ④激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息，光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。 一、光的折射易错易混点分析 1．光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变但速度改变。 2．从折射率小的介质斜射入大的介质时，入射角大于折射角，反之则小于。 3．折射率，其中为真空中光线与法线夹角，为介质中光线与法线夹角，不一定分别是入射角和折射角。 4．折射率由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角无关，与介质密度无必然联系。 例：关于折射率，下列说法正确的是（　　） A．根据可知，介质的折射率与入射角的正弦值成正比 B．公式中，介质的折射率与折射角的正弦值成反比 C．根据可知，介质的折射率与光在真空中的速度成正比 D．同一频率的光在两种不同介质中传播时，折射率与波长成反比 【答案】D 【详解】AB．介质的折射率由介质本身决定，与入射角、折射角无关，故A、B错误； C．光在真空中的速度为定值，介质的折射率不与光在真空中的速度成正比，故C错误； D．根据 可得 即同一频率的光在两种不同介质中传播时，折射率与波长成反比，故D正确。 故选D。 1．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，光路图如图所示，下列说法正确的是（　　） A．a光和b光的入射角都是40° B．a光在玻璃中的折射率较大 C．a光在玻璃中的传播速度较大 D．a光和b光从空气进入玻璃后频率都会增大 【答案】B 【详解】A．由入射角定义，入射角应该为50°，故A错误； B．由光路图和折射定律可知 因a光折射角较小，则 故B正确； C．根据 可知，在玻璃中的传播速度光更大，C错误； D．光进入玻璃后频率不会发生改变，D错误。 故选B。 2．声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况如图所示，由图判断下面的说法正确的是（　　） A．若i>r，则声波在介质Ⅰ中的传播速度小于声波在介质Ⅱ中的传播速度 B．若i>r，则Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水 C．若i>r，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气 D．在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质Ⅱ中的传播速度v2满足 【答案】C 【详解】A．若i>r，则介质Ⅰ相对于介质Ⅱ是“声疏介质”，可知声波在介质Ⅰ中的传播速度大于声波在介质Ⅱ中的传播速度，选项A错误； B．若i>r，因声波在水中传播速度大于空气中的速度，则Ⅰ可能是水，Ⅱ可能是空气，选项B错误； C．若i>r，因声波在钢铁中的传播速度大于空气中的速度，则Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气，选项C正确； D．由相对折射率公式可知，在介质Ⅰ中的传播速度v1与在介质Ⅱ中的传播速度v2满足 选项D错误。 故选C。 3．如图，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是（　　）    A．光是从真空射向介质 B．介质的折射率约为1.73 C．光在介质中的传播速度约为 D．反射光线与折射光线成60°角 【答案】B 【详解】A．由图可知，光线的入射角为30°，折射角为60°，则光线从介质进入真空，故A错误； B．根据折射定律得 故B正确； C．光在介质中的传播速度为 故C错误； D．反射角等于入射角，则反射角30°，根据几何关系得，反射光线与折射光线的夹角为90°，故D错误。 故选B。 4．光以入射角从空气射入某玻璃中，折射角，光在真空中传播速度为c。 求： (1)该玻璃的折射率n (2)光在该玻璃中的传播速度v 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据折射定律有 （2）根据折射率与传播速度关系可知 二、全反射易错易混点分析 1．易错误地认为密度大的介质就是光密介质，实际上光密介质与光疏介质是相对的，取决于介质的折射率，折射率大的为光密介质，小的为光疏介质. 2．全反射需满足光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角这两个条件，缺一不可。 3．不同颜色的光频率不同，在同一介质中折射率也不同，频率越大的光折射率越大，临界角越小。 4．光路图绘制不准确，绘制全反射光路图时，可能出现光线方向错误、角度标注错误、反射光线和折射光线的虚实线不分等问题，导致无法正确分析问题. 5．几何关系与计算错误：解决全反射问题常需结合几何知识，如三角形内角和、相似三角形等。 例：判断下列说法的正误。 (1)光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线。( ) (2)光从一种介质进入另一种介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象。( ) (3)只要光由光密介质进入光疏介质时，一定会发生全反射现象。( ) (4)全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180°。( ) (5)光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理。( ) (6)光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速c。( ) (7)光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射。( ) 【答案】(1)正确 (2)错误 (3)错误 (4)正确 (5)正确 (6)正确 (7)正确 【详解】（1）光发生全反射时，折射光线消失，只剩下反射光线，故题目说法正确。 （2）光从光密介质进入光疏介质时，只要入射角足够大就一定会发生全反射现象，故题目说法错误。 （3）只要光由光密介质进入光疏介质时，入射角大于等于临界角时才会发生全反射现象，故题目说法错误。 （4）全反射棱镜可以使光线传播的方向改变180°，故题目说法正确。 （5）光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，故题目说法正确。 （6）根据 可知，光在光导纤维中的传播的速度小于光在真空中的光速，故题目说法正确。 （7）光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射，故题目说法正确。 1．如图所示，一细束单色光从半圆形玻璃砖上的P点沿半径方向射向圆心O，刚好在玻璃砖的底面发生全反射后从玻璃砖射出，单色光在玻璃砖下表面的反射角为53°，取，玻璃砖对该单色光的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据折射率及全反射的临界条件可知 故选C。 2．甲图是某物理老师于2024年8月2日下午5点拍摄的青海湖“日晕”照片，“日晕”又叫“圆虹”，是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示，为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图a，b为其折射出的光线中的两种单色光，设a、b光在冰晶中折射率为、，临界角为、。下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】BC 【详解】AB．由题图可知光的偏折程度比光的偏折程度小，根据折射定律可知，六角形冰晶对光的折射率小于对光的折射率，故A错误，B正确； CD．根据全反射临界角公式 又 可则从同种玻璃中射入空气发生全反射时，光的临界角较大，故 故C正确，D错误。 故选BC。 3．如图所示，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面4.5m。距水面6m的湖底P处有一点光源，P发出的一束光从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°（取）已知水的折射率为。 (1)求桅杆到P点的水平距离； (2)求P发出的光能从水面射出时对应的水面面积（结果用表示）。 【答案】(1)10.5m (2) 【详解】（1）设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到点的水平距离为；桅杆高度为点处水深为；光束在水中与竖直方向的夹角为。 由几何关系有 由折射定律有 设桅杆到点的水平距离为，则 （2）光束刚好在水面发生全反射时 由几何关系 面积 解得 三、光的干涉易错易混点分析 1．相干条件：光发生干涉需两列光波频率相同、相位差恒定、振动方向一致，缺一不可。 2．计算条纹间距时，光从一种介质进入另一种介质，波长会发生变化。 3．薄膜干涉的相干光来自薄膜上下表面的反射光。同一条亮（或暗）条纹对应薄膜的厚度相等。 例：下列说法正确的是（　　） A．图甲是利用光的衍射现象检验工件的平整度 B．若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变疏 C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凸起 D．如图丁所示，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环 【答案】D 【详解】A．图甲是利用光的干涉现象检验工件的平整度。故A错误； B．由公式可得，若换用波长更短的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变密。故B错误； C．若图丙为俯视图甲所示装置时看到的干涉条纹，条纹弯曲说明被检查的平面在此处出现了凹陷。故C错误； D．由公式可得，用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，可以得到间距不相等的明暗相间的同心圆环。故D正确。 故选D。 1．薄膜干涉：(1)薄膜干涉中相干光的获得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面 的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的 ，恒定的 。 (2)薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，前后两个面的 光的路程差等于相应位置膜厚度的 ，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现 ；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现 。 【答案】（1）反射 频率 相位差 （2）反射 2倍 亮条纹 暗条纹 【解析】11．[1][2][3]光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面反射的光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。 12．[1][2][3][4]光照在厚度不同的薄膜上时，前后两个面的反射光的路程差等于相应位置膜厚度的2倍，在某些位置，两列波叠加后相互加强，于是出现亮条纹；在另一些位置，叠加后相互削弱，于是出现暗条纹。 2．在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长为600的橙色光照射，在光屏中心点呈现亮条纹。若点上方的P点出现第3级亮条纹，现改用波长为400的紫光照射，则（   ） A．和P都呈现亮条纹 B．为亮条纹，P为暗条纹 C．为暗条纹，P为亮条纹 D．和P都呈现暗条纹 【答案】B 【详解】由题知橙光的波长为，紫光的波长为，且P点出现第3级亮条纹，可知 故当改用紫光照射时，光到P点的路程差为半波长的奇数倍，故P变为暗条纹，仍为亮条纹。 故选B。 3．实验小组的同学在做双缝干涉实验，如图所示，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹，要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（　　） A．减小双缝到光屏的距离 B．将绿光换为红光 C．将整个装置放在水中 D．减小与的间距 【答案】BD 【详解】根据相邻条纹间距公式 A．减小双缝到光屏的距离，则减小，故A错误； B．将绿光换为红光，则波长变大，变大，故B正确； C．将整个装置放在水中，则光在水中的波速变小，频率不变，根据 可知波长变小，减小，故C错误； D．减小与的间距，则变大，故D正确。 故选BD。 四、实验：利用光的双缝干涉测量光的波长易错易混点分析 1．安装仪器时顺序错误，或未使各元件中心位于遮光筒轴线上，导致光路不正，影响干涉条纹的形成. 2．单缝与双缝不平行、间距不合适，会使干涉条纹不清晰、间距不均匀，从而影响测量结果． 3．测量条纹间距时，易选错测量对象，如把相邻暗纹间距误当成亮纹间距，或测量多条条纹间距时，条纹数计算错误，使计算波长等物理量产生误差。 例：在“用双缝干涉测量光的波长”实验中。 (1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件，将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为： （选填“①”或“②”）。 ①C、D、E、B、A          ②C、D、B、E、A (2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示。若要使两者对齐，该同学应如何调节________。 A．仅左右转动透镜 B．仅旋转单缝 C．仅旋转双缝 D．仅旋转测量头 (3)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其他条件不变的情况下，以下做法合适的是________。 A．增大单缝与双缝间距 B．增大双缝与毛玻璃屏间距 C．更换双缝间距更小的双缝片 D．增强光源亮度 【答案】(1)① (2)D (3)BC 【详解】（1）为了获取单色的线光源，光源后面放一个透镜把光会聚（实验过程中可以不加），滤光片、单缝，单缝形成的相干线性光源经过双缝产生干涉现象，在光屏上可以观察到干涉条纹，因此，由左至右，各光学元件排列顺序应为白光光源C、滤光片D、单缝E、双缝B、毛玻璃屏A。故填①。 （2）发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应旋转测量头。 故选D。 （3）根据双缝干涉相邻条纹间距公式 A．增大单缝与双缝间距，条纹间距不变，故A错误； B．增大双缝与毛玻璃屏间距，即增大，条纹间距增大，故B正确； C．更换双缝间距更小的双缝片，即减小，条纹间距增大，故C正确； D．增强光源亮度，条纹间距不变，故D错误。 故选BC。 1．在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，用如图所示装置测量红光的波长： (1)图中标示的器材“A”应为 。 (2)下列操作正确的是______。 A．先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头 B．接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压 C．观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整 D．测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线与该亮纹边缘重合 (3)下列图示中条纹间距表示正确的是______ A． B． C． D． 【答案】(1)红光滤光片（或滤光片） (2)ABC (3)C 【详解】（1）题图中标示的器材“A”应为红光滤光片。 （2）A．根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验操作步骤可知，安装器材的过程中，先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再安装单缝、双缝以及测量头，故A正确； B．若要小灯泡正常发光，则接通电源前把输出电压调到小灯泡的额定电压，故B正确； C．观察到条纹比较模糊，可能是单缝与双缝不平行，可以调节拨杆进行调整，故C正确； D．测量某亮条纹位置时，目镜分划板中心刻度线应与该亮纹的中心重合，故D错误。 故选ABC。 （3）干涉条纹的宽度是指相邻的明条纹（或暗条纹）的中心之间的距离，可知，第三个选择项符合要求。 故选C。 2．现用如图所示双缝干涉实验装置来测量光的波长。 将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上螺旋测微器示数为2.320mm。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图中手轮上的示数为 mm；已知双缝间距d为2.0×10-4m，测得双缝到屏的距离L为0.600m，求所测量光的波长为 nm（波长结果保留三位有效数字）。 【答案】 13.870mm 770nm 【详解】[1]手轮上的示数 [2]相邻亮纹间的距离 根据 可知波长 五、光的衍射易错易混点分析 1．易将光的直线传播现象与衍射现象混淆，如误认为小孔成像、影子的形成等是光的衍射现象，实际上当障碍物或孔的尺寸远大于光的波长时，光沿直线传播，只有当尺寸与光的波长相差不多甚至比波长还小时，才会发生明显的衍射现象. 2．单缝衍射：对单缝衍射条纹的分布规律记忆不准确，如认为单缝衍射条纹是等间距的，而实际上单缝衍射条纹间距不等，中央亮条纹最宽最亮，两侧条纹宽度和亮度逐渐递减. 3．圆孔衍射：易混淆圆孔衍射图样与圆板衍射图样，或记错圆孔衍射图样中亮环、暗环间距的变化规律，实际上圆孔衍射中央是亮斑，外围是明暗相间的圆环，且亮环、暗环间距随半径增大而减小. 例：如图，在挡板上安装一个宽度可调的狭缝，缝后放一个光屏。用红色平行光照射狭缝，光屏上出现如图所示的图样。可使中央亮条纹变宽的操作是（　　） A．增大平行光的宽度 B．减小单缝的宽度 C．减小屏到单缝的距离 D．改用绿色平行光照射 【答案】B 【详解】要使中央亮条纹变宽，即使衍射现象更明显，则可减小单缝的宽度，或者改用波长更大的平行光照射，因绿光的波长小于红光，则改用绿色平行光照射不能使中央亮纹变宽。 故选B。 1．下列四幅图中形成原理与其他三幅图不同的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】干涉图样的条纹间距相等，衍射图样的中央条纹最宽，所以C是光的双缝干涉图样，A是圆孔衍射图样，B是泊松亮斑，是光的衍射图样，D是光的单缝衍射图样。即ABD是光的衍射图样，C是光的干涉图样，原理与其他三幅图不同。 故选C。 2．一束红色激光射向一块有双缝的不透光的薄板。在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹。现在将其中一条窄缝挡住，让这束红色激光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到（　　） A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是亮条纹比原来暗一些 B．与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条纹变宽些 C．只有一条与缝宽对应的亮条纹 D．无条纹，只存在一片红光 【答案】B 【详解】因产生了干涉现象，说明两缝都很窄，能够满足使红光发生明显衍射的条件，即挡住一条窄缝后，在屏上得到的是红光的单缝衍射图样，即在光屏上可以看到与原来不相同的明暗相间的条纹，且中央亮条纹变宽些。 故选B。 六、光的偏振易错易混点分析 1．易混淆偏振光和自然光的概念，自然光包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，且各方向振动的光波强度相同，而偏振光则是在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光. 2．认为光在任何情况下都会产生偏振现象，忽略了只有在特定条件下，如光通过偏振片、在两种介质的界面发生反射和折射等，光才会变成偏振光. 例：光的偏振：(1)偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个 的方向，只有沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“ 方向”。 (2)自然光和偏振光 （i）自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于 上沿 方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的 都 。这种光是“自然光”。 （ii）偏振光：在垂直于 的平面上，沿着某个 的方向振动。这种光叫作偏振光。 (3)光的偏振现象说明光是一种 波。 【答案】(1) 特定 透振 (2) 传播方向 一切 强度 相同 传播方向 特定 (3)横 【详解】（1）[1][2]偏振片是由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，沿这个方向振动的光波能够顺利通过偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫做“透振方向”。 （2）[1][2][3][4] 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是“自然光”。 [5][6] 在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光。 （3）偏振现象是横波特有的现象，光的偏振现象说明光是一种横波。 1．下列四幅图所涉及的光学现象和相应的陈述中，错误的是（　　） A．图①中的明暗相间的条纹，是由干涉形成的 B．图②中的亮斑，最早是由泊松推算出，阿拉果在实验中观察到的 C．图③是内窥镜，利用了光的全反射把光传送到人体内部进行照明 D．图④是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种纵波 【答案】D 【详解】A．图①是检测工件的平整度，观察到的明暗相间的条纹，属于光的干涉现象，故A正确，不符合题意； B．图②中的亮斑，最早是由泊松推算出，阿拉果在实验中观察到的，故B正确，不符合题意； C．图乙是内窥镜，可以把光传送到人体内部进行照明，是利用了光的全反射，故C正确，不符合题意； D．图丁是用偏振眼镜观看立体电影，说明光是一种横波，故D错误，符合题意。 故选D。 1 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$