第十四章 光（教师用书）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（普高基础版）

第十四章　光 第一讲　光的折射　全反射 课前 [精要回顾] [微点判断] (1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生改变。 (×) (2)折射率的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。 (√) (3)光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。 (√) (4)(2024·浙江6月选考T3B)水流导光实验中，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则激光在水流中有全反射现象。 (√) (5)在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。 (√) (6)若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。 (√) (7)(人教选择性必修2 P91“思考与讨论”·改编)已知介质对某单色光的临界角为C，则该介质的折射率等于。 (√) 逐点清(一)　光的折射 题点1　折射现象的理解 1.(2023·江苏高考)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 (　　) 解析：选A　由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，即光线由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角，画出光路图如图所示，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。 2.(2024·贵州高考)一种测量液体折射率的V形容器，由两块材质相同的直角棱镜粘合，并封闭其前后两端制作而成。容器中盛有某种液体，一激光束从左边棱镜水平射入，通过液体后从右边棱镜射出，其光路如图所示。设棱镜和液体的折射率分别为n0、n，光在棱镜和液体中的传播速度分别为v0、v，则 (　　) A.n<n0，v>v0　　　　　 B.n<n0，v<v0 C.n>n0，v>v0 D.n>n0，v<v0 解析：选A　由题图可知光从棱镜进入液体中时，入射角小于折射角，根据折射定律可知n<n0，根据折射率的速度表达式v=，可得v>v0。故选A。 题点2　折射定律的应用 3.(2025·河北唐山高三期末)如图所示，横截面为半径R=6 cm的半圆形透明柱体与屏幕MN相切于B点，MN垂直于直径AB，一单色光以入射角53°射向圆心O，反射光线与折射光线恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s(sin 53°=0.8，cos 53°=0.6)。求： (1)介质的折射率； (2)光线从O点照射到屏幕MN上所用的时间。 解析：(1)如图所示，由几何关系可知α+β=90° 所以折射角β=37° 根据折射定律可得n= 解得n=。 (2)由折射率可得v==×108 m/s 由几何关系可知OF==0.1 m EF=OF-R 光线从O到E所用时间t1= 光线从E到F所用时间t2== 光线从O点到照射到屏幕MN上所用的时间 t=t1+t2=4×10-10 s。 答案：(1)　(2)4×10-10 s 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.(链接T1)光线由光疏介质斜射向光密介质时，光向法线方向偏折。 2.(链接T2)同一频率的光在不同介质中的折射率不同，传播速度也不同，折射率越大，对应传播速度越小。 3.解决光的折射问题的一般思路 (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。 (3)利用折射定律、折射率公式求解。 (4)注意：在光的折射现象中，光路是可逆的。如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射。 逐点清(二)　光的全反射 题点1　全反射条件的理解 1.(2024·广东高考)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 解析：选B　红光的折射率小于绿光的折射率，在MN面的入射角相同，根据折射定律n=可知，绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知，在PQ面上，绿光比红光更靠近P点，故A错误；根据全反射发生的条件sin C=可知，红光发生全反射的临界角较大，θ逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移，在NP面的入射角逐渐减小，且红光在NP面上的入射角小于绿光在NP面上的入射角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；在MN面，光是从光疏介质射入到光密介质，无论θ多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；根据折射定律n=可知，θ逐渐减小时，即入射角θ1减小，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。 题点2　全反射条件的应用 2.(2024·海南高考)一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率 (　　) A.　　　　　　　　 B. C. D.2 解析：选C　光路图如图所示，根据几何关系可知，光线在PQ界面的入射角为C=60°，根据全反射的临界条件可得sin C=，解得n=。故选C。 3.(2024·山东高考)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FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF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。 (1)求sin θ； (2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。 解析：(1)由题意设光在三棱镜中的折射角为α，则根据折射定律有n= 由于折射光线垂直EG边射出，根据几何关系可知α=∠FEG=30° 代入数据解得sin θ=0.75。 (2)根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图 则根据几何关系可知，FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有sin C= 设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有l=Rsin C 又因为xPE= 联立解得xPE=R 所以光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为。 答案：(1)0.75　(2) 题点3　光导纤维 4.光导纤维(可简化为长玻璃丝)示意图如图所示，其折射率为n，AB代表端面，为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光在端面AB上的入射角θ应满足的条件是 (　　) A.sin θ≥　　　 B.sin θ≤ C.sin θ≥ D.sin θ≤ 解析：选B　为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，则光在光导纤维内发生全反射，光路图如图所示。根据折射定律有n=，n=，C+r=90°，联立可得sin θ=，当入射角θ越小，则光在光导纤维的上、下面越容易发生全反射，所以应该满足sin θ≤，故选B。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.全反射现象的四点提醒 (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。 2.全反射问题的一般解题思路 (1)确定光是由光密介质进入光疏介质。 (2)应用sin C=确定临界角。 (3)根据题设条件，判定光在传播时是否发生全反射。 (4)如发生全反射，画出入射角等于临界角时的临界光路图。 (5)运用几何关系或三角函数关系以及反射定律等进行分析、判断、运算，解决问题。 3.光导纤维的特点 (1)内芯的折射率比外套的大。 (2)光线在光导纤维内部两种介质介面上的入射角不能小于临界角。 逐点清(三)　光的色散、光路的控制问题 必备知能 1.光的色散 (1)现象：一束白光通过三棱镜后在屏上会形成彩色光带。 (2)成因：棱镜材料对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光通过棱镜后的偏折程度最小，对紫光的折射率最大，紫光通过棱镜后的偏折程度最大，从而产生色散现象。 2.平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制 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，出射光线向棱镜底面偏折 圆界面的法线是过圆心的直线，光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 　 1.[三棱镜对光的色散] 如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则 (　　) A.λa<λb，na>nb　 　　 B.λa>λb，na<nb C.λa<λb，na<nb D.λa>λb，na>nb 解析：选B　一束光经过三棱镜折射后，折射率小的单色光偏转角较小，而折射率小的单色光波长较长，所以λa>λb，na<nb，故B正确。 2.[球体对光的色散] (多选)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。彩虹成因的简化示意图如图所示，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是 (　　) A.雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹 B.水滴对a光的临界角小于对b光的临界角 C.在水滴中，a光的波长大于b光的波长 D.在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度 解析：选AB　雨后太阳光入射到水滴中发生折射时，不同颜色的光折射率不同，偏折程度不同而形成彩虹，即发生色散而形成彩虹，故A正确；第一次折射时，入射角相同，a光的折射角较小，根据n=可知，a光的折射率较大，根据sin C=可知，水滴对a光的临界角小于对b光的临界角，故B正确；因为a光的折射率较大，所以a光频率较大，波长较短，故C错误；a光的折射率较大，根据v=可知，在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故D错误。 3.[全反射棱镜对光路的控制] 自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车的尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角三棱镜(折射率n>)组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O'点射出，则出射光线是 (　　) A.平行于AC边的光线① B.平行于入射光线的光线② C.平行于CB边的光线③ D.平行于AB边的光线④ 解析：选B　因折射率n>，则临界角C<45°，光线在尾灯内发生两次全反射后平行于入射光线射出，故选B。 4.[平行玻璃砖对光路的控制] (多选)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有关这三束光的判断正确的是 (　　) A.光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光 B.光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ的小 C.增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束Ⅰ D.改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行 解析：选ABD　由题意画出如图所示的光路图，可知光束Ⅰ是反射光线，所以仍是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，所以玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，根据v=可知，光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ的小，故B正确；增大α角且α<90°，即入射角减小时，光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上、下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光路的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 各种色光的比较分析 颜色 红橙黄绿青蓝紫 频率ν 低→高 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度 大→小 同一介质中的波长 大→小 通过同一棱镜的偏折角 小→大 同一介质中的临界角 大→小 同一装置的双缝干涉条纹间距 大→小 数智赋能：随堂加训，灵活选用 [课时跟踪检测]　　　(说明：标★的题目为推荐讲评题目) 1.(2024·江苏高考)现有一光线以相同的入射角θ，打在不同浓度的两杯NaCl溶液中，折射光线如图所示(β1<β2)，已知折射率随浓度增大而变大。则 (　　) A.甲折射率大 B.甲浓度小 C.甲速度大 D.甲临界角大 解析：选A　光线的入射角θ相同，由于β1<β2，根据折射定律可知n甲>n乙，故甲浓度大；根据v=，可知光线在甲中的传播速度较小，由sin C=可知，折射率越大，临界角越小，故甲临界角小。故选A。 2.(2024·浙江6月选考)如图为水流导光实验，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则 (　　) A.激光在水和空气中速度相同 B.激光在水流中有全反射现象 C.水在空中做匀速率曲线运动 D.水在水平方向做匀加速运动 解析：选B　光在介质中的速度为v=，故激光在水中的传播速度小于在空气中的传播速度，故A错误；水流导光的原理为光在水中射到水与空气分界面时入射角大于临界角，发生了全反射，故B正确；水在空中只受到重力作用，做匀变速曲线运动，速率在增大，水在水平方向做匀速直线运动，故C、D错误。 3.如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是 (　　) A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光 解析：选D　由题图可知，光束a的折射角小，根据n=知，光束a的折射率大于光束b的折射率，频率越大，折射率越大，且已知光束b是蓝光，选项中频率大于蓝光的只有紫光，故光束a可能是紫光，D正确。 4. (2025年1月·八省联考河南卷)如图，一棱镜的横截面为等腰三角形PMN，其中边长PM与PN相等，∠PMN=30°，PM边紧贴墙壁放置。现有一束单色光垂直于MN边入射，从PN边出射后恰好与墙面垂直(不考虑光线在棱镜内的多次反射)，则该棱镜的折射率为 (　　) A. B. C. D. 解析：选D　根据题意画出光路图如图所示，根据几何关系可得r=60°，i=30°，根据折射定律可知该棱镜的折射率为n===，故选D。 5.(2024·重庆高考)某同学设计了一种测量液体折射率的方案。容器过中心轴线的剖面图如图所示，其宽度为16 cm，让单色光在此剖面内从空气入射到液体表面的中心。调整入射角，当反射光与折射光垂直时，测出竖直器壁上的反射光点与液体表面的距离h，就能得到液体的折射率n。忽略器壁厚度，由该方案可知 (　　) A.若h=4 cm，则n= B.若h=6 cm，则n= C.若n=，则h=10 cm D.若n=，则h=5 cm 解析：选B　根据几何关系在光路图中作出边角关系，如图所示，根据折射定律及几何关系可得n===。若h=4 cm，则n=2，故A错误；若h=6 cm，则n=，故B正确；若n=，则h= cm，故C错误；若n=，则h= cm，故D错误。 6.(2025·山东滨州质检)(多选)如图所示，在屏幕MN的下方有一截面为等边三角形的透明介质，三角形的边长为l，顶点与屏幕接触于C点，底边AB与屏幕MN平行。激光a垂直于AB边射向AC边的中点O，恰好发生全反射，光线最后照射在屏幕MN上的E点(图中未画出)。已知光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是 (　　) A.光在透明介质中发生全反射的临界角为30° B.该透明介质的折射率为 C.光在透明介质中的传播速度为c D.光从射入界面AB开始到射到E点的时间为 解析：选BCD　画出光路图如图所示，在界面AC恰好发生全反射，由几何关系可知全反射临界角C=i=60°，则折射率n==，故A错误，B正确；又n=，则光在透明介质中的传播速度为v==c，故C正确；由几何关系可得OG=OD=OF=×l=l，OE=2OF=l，则DE=OE-OD=l，光从射入界面AB开始到射到E点的时间为t=+=，故D正确。 7.飞机的发动机喷出高温尾流会使得飞机周围的空气经过机翼后膨胀降温，在飞机表面形成一层水雾。阳光照射到水雾上，由于不同颜色的光折射率不同，就会形成七彩光芒。如图所示，将原理简化并作出光路图。已知a光与界面的夹角为30°，b光的折射率为，b光与法线的夹角为45°，光在真空中的传播速度为c，半球形水雾的半径为R。则a光在半球形水雾中的传播时间为 (　　) A. B. C. D. 解析：选A　设入射角为θ，对b光，由折射定律可知nb=，解得θ=30°，对于a光，由折射定律可知na==；设a光在半球形水雾中的传播速度为va，由na=可知va=c，则a光在半球形水雾中的传播时间为t==，故选A。 8.(2024·甘肃高考)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面，一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O，当θ=30°时，反射光b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 B.若θ=45°，光线c消失 C.若入射光a变为白光，光线b为白光 D.若入射光a变为紫光，光线b和c仍然垂直 解析：选ABC　根据几何关系可知，从材料内发生折射时光线的折射角为60°，故折射率为n==，故A正确；设临界角为C，则sin C==<，故C<45°，若θ=45°，入射角大于临界角，会发生全反射，光线c消失，故B正确；由于光线b为反射光线，反射角等于入射角，故当入射光a变为白光，光线b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，反射光的光路不变，光线b和c不会垂直，故D错误。 9.(多选)一束白光从顶角为θ的三棱镜的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则 (　　) A.红光最先消失，紫光最后消失 B.紫光最先消失，红光最后消失 C.折射后的出射光线向底边BC偏折 D.折射后的出射光线向顶角A偏折 解析：选BC　白光从界面AB射入玻璃后，由于紫光偏折程度大，到达另一界面AC时的入射角较大，玻璃对紫光的折射率大，根据sin C=，可知其临界角最小，故随着入射角i的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射不再从界面AC射出，红光最后消失，通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向三棱镜底边BC偏折，故A、D错误，B、C正确。 10.某公园的湖水里安装了一批圆形线状光源，将该光源水平放置于湖水下方 m处，该光源发出红光时，可在水面上观察到红色亮环，如图所示。已知水对红光的折射率为，则亮环的宽度d为 (　　) A.0.3 m B.0.4 m C.0.5 m D.0.6 m 解析：选D　如图所示，光线照射到水面时临界角的正弦值满足sin C==，由三角函数关系可知tan C=，亮环的宽度d=2htan C=0.6 m，故选D。 11.(8分)(2025·广东深圳质检)随着监控技术的不断发展，现在大街小巷、家家户户都安装了监控摄像等设备。如图所示为一监控设备上取下的半径为R的半球形透明材料，球心为O点，A点为半球面的顶点，且满足AO与底面垂直。一束单色光沿BO方向射向半球面的B点，恰好在半球面的底面发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c，B点到OA连线的距离为，求： (1)此材料的折射率n；(4分) (2)该单色光在半球形透明材料中传播的时间t。(4分) 解析：(1)由题意得光在介质中的入射角的正弦值为sin C== 该单色光恰好在半球面的底面发生全反射，由折射定律得n=，解得n=。 (2)根据折射率与光速的关系得n= 该单色光在半球形透明材料中传播的时间为t= 解得t=。 答案：(1)　(2) 12.(12分)光学反射棱镜被广泛应用于摄像、校准等领域，其中一种棱镜的截面如图所示，eh边为镀膜反射面，ef=eh，fg=gh，∠e=60°，∠g=120°，棱镜的折射率为，光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s，若细光束从O点以60°的入射角从真空射入棱镜，求： (1)光在上述棱镜中传播速度的大小；(3分) (2)光束从棱镜中射出的折射角，并完成光路图。(9分) 解析：(1)由n=，可得光在棱镜中传播速度的大小为v== m/s=×108 m/s。 (2)作出光路图如图所示， 由光的折射定律n=，其中θ1=60°， 解得θ2=30°， 由几何知识可知θ3=60°，根据sin C=可得， 临界角满足30°<C<45° 故光束在O1点发生全反射，根据几何关系可知，光束垂直射到eh边，根据光路的可逆性，则光束沿着原路返回，故光束在O点发生折射，根据折射定律，光束从棱镜中射出的折射角为60°。 答案：(1)×108 m/s　(2)60°　见解析图 第二讲　光的干涉、衍射和偏振 课前 [精要回顾] [微点判断] (1)只有频率相同的两列光波才能产生干涉。 (√) (2)(人教选择性必修2 P99“科学漫步”·改编)光的干涉和衍射现象，这是光的波动特征。 (√) (3)在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。 (×) (4)阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。 (×) (5)(2024·浙江1月选考T14D)自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化。 (√) (6)(2023·河北高考T2C)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。此现象是薄膜上下表面的反射光发生了干涉。 (√) (7)当光照到不透明的半径很小的圆盘上时，在圆盘阴影的中心有一个亮斑。 (√) 逐点清(一)　光的干涉现象 类型1　光的双缝干涉 1.(2023·江苏高考)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 (　　) A.倍　　　　　　　　 B.倍 C.2倍 D.3倍 解析：选B　根据双缝干涉的条纹间距与波长关系有Δx=λ，由题图知Δx乙=2Δx甲，则d乙=d甲，故选B。 2.如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P点到双缝S1、S2的距离之差|r1-r2|应为 (　　) A.　　　　　　　　 B. C. D. 解析：选D　出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为(2n-1)=(2×3-1)=λ，而λ=，所以|r1-r2|=λ=，故D正确。 类型2　光的薄膜干涉 3.(2024·山东高考)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 解析：选C　单色平行光垂直照射平板玻璃，上、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，光程差为两块玻璃上表面间距离的两倍，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。 4.图(a)所示为研究牛顿环的装置示意图，将一曲率半径很大的平凸透镜放在一玻璃平板上，用单色激光垂直照射透镜，在透镜上方可以观察到如图(b)所示的明暗相间的同心圆环。若将下方的玻璃平板换成平凸透镜，如图(c)所示，则从上方观察到的条纹可能是 (　　) 解析：选B　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，即对应题图b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，所以圆环半径变小，环变得密集，故B正确，A、C、D错误。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.光的双缝干涉条纹间距的计算与判断 (1)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=λ。 (2)亮暗条纹的判断方法： 如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程差为Δr=r2-r1。 当Δr=kλ(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现亮条纹。 当Δr=(2k+1)(k=0，1，2，…)时，光屏上P'处出现暗条纹。 2.薄膜干涉的理解和应用 (1)薄膜干涉的形成：薄膜的前后表面反射回来的光是同一入射光的反射光，频率相同，具有相干性。 (2)薄膜干涉的应用：干涉法检查平面如图所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲或间距发生变化。 逐点清(二)　光的衍射现象 1.[衍射现象的理解] (多选)关于衍射，下列说法正确的是 (　　) A.光的衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果 B.双缝干涉中也存在衍射现象 C.一切波都很容易发生明显的衍射现象 D.影的存在是一个与衍射现象相矛盾的客观事实 解析：选AB　光的衍射图样是光波的叠加现象，双缝干涉中光通过三个狭缝时均发生衍射现象，一般来说既有干涉又有衍射，A、B正确；一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或接近光的波长，C错误；由光学知识可知，D错误。 2.[干涉与衍射的比较] (多选)如图甲所示，等腰△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边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的Ⅰ、Ⅱ两束光。图乙是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是 (　　) A.Ⅰ光的波长比Ⅱ光的长 B.Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的小 C.图乙中a是Ⅱ光的干涉图样 D.图乙中c是Ⅰ光的衍射图样 解析：选AD　由折射定律可得，Ⅱ光的折射角小，折射率大，所以Ⅱ光的频率大，波长短，故A正确；由n=得，Ⅰ光在棱镜中的传播速度比Ⅱ光的大，故B错误；干涉条纹间距与波长成正比，Ⅱ光的波长短，故题图乙中a是Ⅰ光的干涉图样，故C错误；衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，故题图乙中c是Ⅰ光的衍射图样，故D正确。 3.[圆孔衍射] 单色光分别入射到直径为dA和dB的圆孔，形成如图所示的图A和图B，由图可知 (　　) A.图A是衍射图像，dA<dB B.图A是干涉图像，dA>dB C.图B是衍射图像，dA<dB D.图B是干涉图像，dA>dB 解析：选A　题图A中出现的是明暗相间的圆环，是明显的衍射现象，孔的直径较小；题图B出现圆形亮斑，没有明显的衍射现象是因为孔的直径较大，光沿直线传播，所以题图A所对应的圆孔的直径小于题图B所对应的圆孔的直径，即dA<dB，故A正确，B、C、D错误。 4.[小圆板衍射] 一束激光照在很小的圆盘上，在屏上观察到如图所示的图样，在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是 (　　) A.圆盘中心有个小孔，这是光的衍射现象 B.圆盘中心有个小孔，这是光的干涉现象 C.圆盘中心是不透光的，这是光的衍射现象 D.圆盘中心是不透光的，这是光的干涉现象 解析：选C　当用激光照射直径接近或小于激光的波长的不透明圆盘时，在圆盘后屏上的阴影中心出现了一个亮斑，这就是泊松亮斑，说明光线偏离原来的直线方向传播，是激光绕过不透光的圆盘发生衍射现象形成的，A、B、D错误，C正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.对光的衍射的理解 (1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。 (2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。 2.单缝衍射与双缝干涉的比较 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 3.圆孔衍射与小圆板衍射 要发生明显的衍射现象，小孔或小圆板的直径应接近或小于光的波长。 逐点清(三)　光的偏振现象 1.[自然光与偏振光的比较] 关于自然光和偏振光，以下说法正确的是 (　　) A.自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不同 B.自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光 C.垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光是偏振光 D.太阳、电灯等普通光源发出的光都是偏振光 解析：选C　自然光沿各振动方向的光波的强度相同，故A错误；自然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过偏振片后不能还原为自然光，故B错误；根据偏振光的特点可知，偏振光在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动，故C正确；太阳、电灯等普通光源发出的是非偏振光，故D错误。 2.[偏振片的作用] (多选)如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则 (　　) A.图中a光为自然光 B.图中a光为偏振光 C.图中b光为偏振光 D.以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 解析：选AC　自然光在垂直于传播方向的平面内沿各个方向振动的光是均匀分布的，通过偏振片后，偏振光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B错误，A、C正确；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将B转过180°后，P处仍无光亮，D错误。 3.[光的偏振的应用] (多选)利用旋光仪这种仪器可以用来测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关。将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量了。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是 (　　) A.到达O处光的强度会明显减弱 B.到达O处光的强度不会明显减弱 C.将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θ D.将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ 解析：选ACD　偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片A或B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A或B转过的角度等于θ，故C、D正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.自然光与偏振光的比较 类别 自然光(非偏振光) 偏振光 光的 来源 从普通光源发出的光 自然光通过起偏器后的光 光的 振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光的振动沿特定方向 2.偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。 数智赋能：随堂加训，灵活选用 [课时跟踪检测]　　　 1.利用微距相机可以拍摄到形状各异的雪花图像(图甲)，其中有一种“彩虹”雪花，中间部分有一个夹有空气的薄冰层，呈彩色花纹(图乙)，这是由于 (　　) A.光的干涉 B.光的衍射 C.光的偏振 D.小孔成像 解析：选A　薄冰中间所夹的空气薄层相当于一层薄膜，光在此空气薄层上形成薄膜干涉，呈现彩色花纹，A正确。 2.(2024·江苏高考)用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，现在将手机屏幕旋转90°，会观察到 (　　) A.两镜片都变亮 B.两镜片都变暗 C.两镜片没有任何变化 D.左镜片变暗，右镜片变亮 解析：选D　用立体影院的特殊眼镜去观看手机液晶屏幕，左镜片明亮，右镜片暗，说明左镜片的透振方向和光的偏振方向相同，右镜片的透振方向和光的偏振方向垂直。当手机屏幕旋转90°时，左镜片的透振方向与光的偏振方向垂直，则左镜片变暗，右镜片的透振方向与光的偏振方向相同，则右镜片变亮，故D正确，A、B、C错误。 3. (2025年1月·八省联考内蒙古卷)增透膜被广泛应用于各种光学透镜。如图，入射光1以接近法线方向入射镀膜镜片，反射光2和3在P处相干减弱，则2和3在P处的光振动图像可能为 (　　) 解析：选C　由于反射光2和3在P处相干减弱，则它们的相位差是π，即它们是反相的，因此当一个光波到达波峰时，另一个光波到达波谷，故C正确，A、B、D错误。 4.(2024·黑吉辽高考)某同学自制双缝干涉实验装置：在纸板上割出一条窄缝，于窄缝中央沿缝方向固定一根拉直的头发丝形成双缝，将该纸板与墙面平行放置，如图所示。用绿色激光照射双缝，能够在墙面上观察到干涉条纹。下列做法可以使相邻两条亮条纹中心间距变小的是 (　　) A.换用更粗的头发丝 B.换用红色激光照射双缝 C.增大纸板与墙面的距离 D.减小光源与纸板的距离 解析：选A　相邻两条亮条纹中心间距公式Δx=λ，换用更粗的头发丝，则双缝间距d增大，Δx变小，A正确；换用红色激光照射双缝，即光的波长λ增大，Δx变大，B错误；增大纸板与墙面的距离，即l增大，Δx变大，C错误；减小光源与纸板的距离，Δx不变，D错误。 5.如图，波长为λ的单色光，照射到间距为d的双缝上，双缝到屏的距离为l，屏上观察到明暗相间的条纹。现将屏向右平移l，则移动前和移动后，屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为 (　　) A.4∶3 B.3∶4 C.4∶5 D.5∶4 解析：选C　移动前屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx1=λ，移动后屏上两相邻亮条纹中心的间距Δx2=λ，移动前后屏上两相邻亮条纹中心的间距之比为Δx1∶Δx2=4∶5，故选C。 6.(2025·黄山期中检测)(多选)如图甲所示，将一个凸透镜的弯曲表面放置在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到如图乙所示的亮暗相间的同心圆，这个现象是牛顿首先发现的，这些同心圆叫作牛顿环。对于图甲所示的装置，下列做法中能使得同一级牛顿环的半径变大的是 (　　) A.对凸透镜施加一极小的向下的压力 B.对凸透镜施加一极小的向上的拉力 C.使用波长更长的单色光照射 D.使用波长更短的单色光照射 解析：选AC　根据薄膜干涉产生的原理，可知当薄膜厚度的2倍等于单色光波长的整数倍时，在薄膜的上表面会出现亮条纹，当薄膜厚度的2倍等于单色光半波长的奇数倍时，在薄膜上表面会出现暗条纹；对凸透镜施加一极小的向下的压力，会使凸透镜的曲率半径变大，薄膜厚度增加变慢，所以干涉条纹间距会变宽；若单色光的波长更长时，相邻条纹间距会变宽。故选A、C。 7.在如图所示的双缝干涉实验中，使用波长λ为600 nm的橙色光照射，在光屏中心P0点呈现亮条纹。若P0点上方的P点到S1、S2的路程差恰为λ，现改用波长λ'为400 nm的紫光照射，则 (　　) A.P0和P都呈现亮条纹 B.P0为亮条纹，P为暗条纹 C.P0为暗条纹，P为亮条纹 D.P0和P都呈现暗条纹 解析：选B　由题意可知，PS2-PS1=λ=λ'，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，P为暗条纹，P0仍为亮条纹，B正确。 8.(2025·广东江门模拟)如图所示的甲、乙、丙、丁四幅图均来自物理课本，下列说法正确的是 (　　) A.图甲为同一装置产生的双缝干涉图像，b光的频率大于a光 B.图乙中立体电影原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样 C.图丙中“水流导光”反映了光的衍射现象 D.若只旋转图丁中M或N一个偏振片，光屏P上的光斑亮度不发生变化 解析：选A　题图甲为同一装置产生的双缝干涉图像，根据Δx=λ，因b光的条纹间距比a光的小，可知b光的波长小于a光，b光的频率大于a光，选项A正确；题图乙中立体电影原理是光的偏振，而照相机镜头表面涂上增透膜的原理是光的干涉，两者原理不同，选项B错误；题图丙中“水流导光”反映了光的全反射现象，选项C错误；若只旋转题图丁中M或N一个偏振片，则一个偏振片的偏振方向发生变化，则光屏P上的光斑亮度会发生变化，选项D错误。 9.增透膜是一种表面镀层，它利用光的干涉原理减少反射光来增加光在表面的透过率。某同学的眼镜片镀有一层材料为氟化镁的增透膜，反射光呈现蓝紫色，已知绿光的频率为5.45×1014 Hz，在真空中的波速为3×108 m/s，氟化镁对绿光的折射率为1.38，为增加绿光的透过率，该增透膜的最小厚度约为 (　　) A.100 nm B.200 nm C.300 nm D.400 nm 解析：选A　由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的，使绿光在增透膜的前、后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若绿光在真空中的波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由n==，得λ=，解得增透膜厚度d=λ==1×10-7 m=100 nm，故A正确。 10.(2025·山东模拟)(多选)如图所示，A、B两束不同颜色的光在同一平面内以相同入射角射入厚度为L的玻璃砖，入射点间的距离为d，两束光恰好在玻璃砖下边沿交于一点，现增加玻璃砖厚度，使两束光在下边沿的出射位置间的距离等于。则 (　　) A.A光的频率较大 B.B光在玻璃砖中传播的速度小 C.两束光能在交点产生干涉现象 D.玻璃砖厚度增加了 解析：选BD　两列光入射角相同，而A光的折射角较大，由折射定律可知，玻璃砖对A光的折射率较小，则A光的频率较小，故A错误；因nA<nB，由v=可知，则vA>vB，即B光在玻璃砖中的传播速度小，故B正确；两束光频率不同，则不会在交点产生干涉现象，故C错误；由相似三角形可得，玻璃砖厚度增加了，故D正确。 11.(2025·福建泉州模拟)(多选)如图甲为用干涉法检查玻璃平板b是否平整的装置。将标准玻璃样板a放置在b之上，在一端夹入两张纸片。当红光垂直入射后，从上往下看到的条纹如图乙所示，b板上表面P点附近条纹向左侧弯曲，则 (　　) A.P点有凹陷 B.P点有凸起 C.换用绿光照射，条纹间距变大 D.抽去一张纸片，条纹间距变大 解析：选AD　薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P点附近条纹向左侧弯曲，亮条纹间距变小，说明高度差变大，可知P点有凹陷，故A正确，B错误；设空气劈尖的顶角为θ，则有sin θ=，可得相邻条纹间距为Δx=，换用绿光照射，由于绿光的波长小于红光的波长，则条纹间距变小；若抽去一张纸片，则θ变小，sin θ变小，条纹间距变大，故C错误，D正确。 12.如图所示，将附有一层肥皂液膜的圆形铁丝圈竖直放置在红色光源的右侧，人在与光源同侧的位置观察液膜，下列说法正确的是 (　　) A.若将该装置放在地球表面上观察，可看到竖直直条纹 B.若将该装置放在空间站上观察，可看到水平直条纹 C.若该装置在地球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx1，在月球表面观察到的水平直条纹的间距为Δx2，则Δx1<Δx2 D.若将红色光源换为蓝色光源，在地球表面观察到的水平直条纹的间距将增大 解析：选C　单色光在光程差相同的位置干涉连成的线会形成条纹，当肥皂液膜竖直放置时，单色光垂直照射肥皂液膜上，在前、后两面反射回来的两束光相互叠加，产生干涉，形成干涉条纹，若将该装置放在地球上观察，由于重力作用，在高度相等的位置的光程差相同，故可看到水平直条纹，故A错误；若将该装置放在空间站观察，由于处于完全失重状态，肥皂液膜厚度均匀，所以观察不到干涉条纹，故B错误；因为地球表面的重力加速度大于月球表面的重力加速度，该装置在地球表面薄膜上下厚度相差更大，该装置在地球表面观察到的水平条纹间距为Δx1，在月球表面观察到的水平直条纹间距为Δx2，则Δx1<Δx2，故C正确；若将光源换为蓝色光源，因为波长变短，所以在地球表面观察，可看到水平直条纹的间距将减小，故D错误。 13.(2024·广西高考)(多选)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a和l，a≪l，镜面与光屏垂直，单色光波长为λ。下列说法正确的是 (　　) A.光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为λ B.光屏上相邻两条暗条纹的中心间距为λ 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nλ 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Δx，则该液体的折射率为λ 解析：选AD　根据光的反射的对称性可知，光源S与平面镜中的虚像距离为2a，根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹中心间距公式可知Δx'=λ=λ，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λf=c，v=λ1f=，其中c为在真空中的光速，则λ1=，故C错误；若将整套装置完全浸入某种透明溶液中，光屏上相邻两条亮条纹的中心间距为Δx，根据双缝干涉相邻亮(暗)条纹中心间距公式有Δx=λ2，可得λ2=，结合C选项的分析可知λ2==，所以n'=λ，故D正确。 第三讲　测量玻璃的折射率(基础实验) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 折射率n= (1)铺白纸、画线 ①将白纸用图钉固定在木板上 ②画出两边界线aa'和bb'、法线NN'、入射光线AO (2)插针与测量 ①在AO上插上两枚大头针P1、P2，在玻璃砖另一侧通过观察插上大头针P3、P4 ②移去玻璃砖和大头针，连接P3、P4交bb'于O'，连接OO' ③测出入射角θ1、折射角θ2 二、掌握数据处理方法 1.计算法：用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2。算出不同入射角时的，并取平均值。 2.图像法：改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作出sin θ1-sin θ2 的图像，由n=可知图像应是过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 3.“单位圆法”：以入射点O为圆心，以一定的长度R为半径画圆，交入射光线AO于E点，交折射光线OO'于E'点，过E作NN'的垂线EH，过E'作NN'的垂线E'H'，如图所示，sin θ1=，sin θ2=，OE=OE'=R，则n==，只要用刻度尺量出EH、E'H'的长度就可以求出n。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)玻璃砖要用厚度较大的。 (2)入射角不宜过大或过小，一般控制在30°到60°之间。 (3)大头针要竖直插在白纸上，且距离应适当大一些。 (4)玻璃砖的折射面要画准，不能用玻璃砖界面代替直尺画界线。 2.误差分析 (1)入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些。 (2)入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差。 1.(2024·浙江6月选考)如图所示，用“插针法”测量一等腰三角形玻璃砖(侧面分别记为A和B、顶角大小为θ)的折射率。 ①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点； ②将侧面A沿ab放置，并确定侧面B的位置ef； ③在cd上竖直插上大头针P1和P2，从侧面B透过玻璃砖观察P1和P2，插上大头针P3，要求P3能挡住　　　　(选填“P1”“P2”或“P1和P2”)的虚像；  ④确定出射光线的位置　　　　(选填“需要”或“不需要”)第四枚大头针；  ⑤撤去玻璃砖和大头针，测得出射光线与直线ef的夹角为α，则玻璃砖折射率n=　　　　。  解析：③要求P1和P2在同一条光线上，该光线透过玻璃砖后过P3，故P3要能挡住P1和P2的虚像； ④cd与ab垂直，则过P1和P2的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，可确定ef边上的入射点，此时只需要找到出射光线上的一点即可确定出射光线，不需要插第四枚大头针； ⑤根据几何关系可知，入射角为θ，折射角为-α，故n==。 答案：③P1和P2　④不需要　⑤ 2.(2024·安徽高考)某实验小组做“测量玻璃的折射率”及拓展探究实验。 (1)为测量玻璃的折射率，按如图甲所示进行实验，以下表述正确的一项是　　　　。(填正确答案标号)  A.用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a' B.在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，这样就可以确定入射光线和入射点O1。在眼睛这一侧，插上大头针P3，使它把P1、P2都挡住，再插上大头针P4，使它把P1、P2、P3都挡住，这样就可以确定出射光线和出射点O2 C.实验时入射角θ1应尽量小一些，以减小实验误差 (2)为探究介质折射率与光的频率的关系，分别用一束红光和一束绿光从同一点入射到空气与玻璃的分界面。保持相同的入射角，根据实验结果作出光路图，并标记红光和绿光，如图乙所示。此实验初步表明：对于同一种介质，折射率与光的频率有关，频率大，折射率　　　　(填“大”或“小”)。  (3)为探究折射率与介质材料的关系，用同一束激光分别入射玻璃砖和某透明介质，如图丙、丁所示。保持相同的入射角α1，测得折射角分别为α2、α3，则玻璃和该介质的折射率大小关系为n玻璃　　　　n介质(填“>”或“<”)。此实验初步表明：对于一定频率的光，折射率与介质材料有关。  解析：(1)在白纸上画出一条直线a作为界面，把玻璃砖放在白纸上，使它的一条长边与a对齐，用直尺或者三角板轻靠在玻璃砖的另一长边，按住直尺或三角板不动，将玻璃砖取下，画出直线a'代表玻璃砖的另一边，而不能用笔在白纸上沿着玻璃砖上边和下边分别画出直线a和a'，故A错误；根据测量玻璃的折射率实验步骤，B选项符合实验过程，故B正确；实验时入射角θ1应尽量大一些，但也不能太大(接近90°)，以减小实验误差，故C错误。 (2)由题图乙可知，入射角相同，绿光的折射角小于红光的折射角，根据光的折射定律n=可知，绿光的折射率大于红光的折射率，又因为绿光的频率大于红光的频率，所以频率大，折射率大。 (3)根据折射定律可知，玻璃的折射率为n玻璃=，透明介质的折射率为n介质=，其中α2<α3，所以n玻璃>n介质。 答案：(1)B　(2)大　(3)> 3.(2024·湖北高考)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下： ①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA'和BB'，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA'，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。 ②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。 ③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。 ④分别过M、P作BB'的垂线MM'、PP'，M'、P'是垂足，并用米尺分别测量MM'、PP'的长度x和y。 ⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y-x图像，如图(b)所示。 (1)关于该实验，下列说法正确的是　　　(单选，填标号)。  A.入射角越小，误差越小 B.激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差 C.选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显 (2)根据y-x图像，可得玻璃砖的折射率为　　　　(保留三位有效数字)。  (3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  解析：(1)入射角适当即可，不能太小，入射角太小，会导致折射角太小，测量的误差会变大，故A错误；激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差，故B正确；相同的材料在各点的折射效果都一样，故C错误。 (2)设半圆柱体玻璃砖的半径为R，根据几何关系可得，入射角的正弦值为sin i= 折射角的正弦值为sin r=，折射率n== 可知y-x图像斜率大小等于折射率，即n=≈1.58。 (3)根据(2)中数据处理方法可知，若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果不变。 答案：(1)B　(2)1.58(1.56~1.60均可)　(3)不变 4.(2025·广西贵港质检)某同学在做“测定玻璃折射率”的实验时，已经画好了部分图线，如图甲所示，在玻璃砖一侧插上大头针P1、P2，确定入射光线AO。现需在玻璃砖另一侧插上P3和P4大头针，以确定光在玻璃砖中的折射光线。 (1)下列确定P3位置的方法正确的是　　　。  A.透过玻璃砖观察，使P3挡住P2的像 B.透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像 C.先插上P4大头针，在靠近玻璃砖一侧P3挡住P4的位置 (2)在图甲中作出光在玻璃砖中的光线和从玻璃砖中出射后的光线的光路图，并画出玻璃砖中光线的折射角θ2； (3)经过多次测量作出sin θ1-sin θ2的图像如图乙所示，玻璃砖的折射率为　　　。(保留三位有效数字)  解析：(1)确定P3位置的方法是：透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像。故选B。 (2)光线的光路图如图所示。 (3)根据折射定律可得 n= 由sin θ1-sin θ2图像可得玻璃砖的折射率为n==1.25。 答案：(1)B　(2)见解析图　(3)1.25 5.(2025·山东日照阶段练习)某同学测量截面为直角三角形的玻璃砖的折射率，已知∠ABC=90°，∠BCA=60°。实验过程如下： ①将玻璃砖平放在水平桌面的白纸上，用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。 ②激光笔发出的激光从玻璃砖上的O点平行于白纸入射，调整入射角，使AC面上恰好没有光线射出，而是从BC面的P点射出玻璃砖，用大头针在白纸上标记O点、P点、激光笔出光孔S的位置和出射光路上一点Q。 ③移走玻璃砖，在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路，作AB界面的法线OM和出射光线，如图所示，测得PQ∥AB。 完成下列问题： (1)在图上画出玻璃砖内的光路图。 (2)玻璃砖的折射率n=　　　。  (3)若激光从O点水平入射时的入射角为α，则sin α=　　　　　。  解析：(1)玻璃砖内的光路图，如图甲所示。 (2)如图乙所示， ∠3=90°-∠ACB=90°-60°=30° ∠1=∠2=90°-∠3=60°，AC面上恰好没有光线射出，则AC面上恰好发生全反射，则sin 60°=，得n=。 (3)由几何关系得，∠5=∠ACB=60°，∠3=∠4=30°，又∠5=∠4+β，得β=30° 由折射定律n= 得sin α=nsin β=×=。 答案：(1)见解析图甲　(2)　(3) 6.(2025·山东枣庄质检)如图甲所示，图中阴影部分ABC为透明材料制成的柱形光学元件的横截面，AC是半径为R的圆弧，某实验小组为测量该光学元件的折射率，先通过作图确定了圆弧圆心O的位置。请回答下面问题： (1)实验小组先在O处插一枚大头针P1，然后在线段OB和OC之间某一位置插大头针P2，在BC边右侧任意位置观察，发现P2始终无法挡住P1，原因是 　， 若要在BC边右侧观察到P2挡住P1，应将P2向　　　　　(选填“OB”或“OC”)边方向移动；  (2)该小组经过讨论，重新设计了实验方案，进行了如下操作： ①在O处插大头针P1，在BC边右侧合适位置插大头针P2，调整观察角度，再插上大头针P3，使P3把P1和P2都挡住； ②画出元件边界，作出图乙所示光路图，以P2、P3连线与BC边交点O'为圆心作圆，分别过圆与直线OO'和P2P3的交点作BC边的垂线，垂足分别为N1、N2； ③用刻度尺测出线段O'N1和O'N2的长度分别为d1、d2，则该元件的折射率n=　　　　；  (3)若测得该元件的折射率n=2，在O处固定一点光源，只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射向圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射到圆弧AC上的弧长为　　　　。  解析：(1)发现P2始终无法挡住P1，原因是光线发生了全反射，应减小入射角，即将P2向OC边方向移动。 (2)③根据折射定律可知 n===。 (3)测得该元件的折射率n=2，则全反射临界角的正弦值为sin C==，则C=30°，如图所示，若沿OE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，则∠AOF=30°，同理，若沿OG方向射入的光线恰好在BC面上发生全反射，可得∠COG=30°，因此∠FOH=30°，根据几何关系可得=×2πR=πR。 答案：(1)光线发生了全反射　OC　(2)③　(3)πR 第四讲　用双缝干涉测量光的波长(基础实验) 一、理清原理与操作 原理装置图 测出乙图中的d和l。用图丙的测量头测出两条相邻亮条纹间距Δx，由Δx=λ即可计算出波长λ 操作要领 1.器材的安装与调整 (1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上； (2)安装单缝和双缝，尽量使缝的中点位于遮光筒的轴线上，使单缝与双缝平行； (3)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹 2.测定单色光的波长 (1)安装测量头，调节至可清晰观察到干涉条纹； (2)使分划板中心刻线对齐某条亮条纹的中央； (3)用刻度尺测量双缝到光屏间距离l 二、掌握数据处理方法 1.相邻条纹间距的计算：Δx=，可多测几组不同的n对应的Δx，求平均值。 2.用刻度尺测量出双缝到光屏间的距离l，由公式Δx=λ得λ=Δx计算波长。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)调节双缝干涉仪时，要注意调整光源的高度，使它发出的光束能够沿着遮光筒的轴线把屏照亮。 (2)放置单缝和双缝时，缝要相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上。 (3)调节测量头时，应使分划板中心刻线和亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，转动手轮，使分划板中心刻线和另一亮条纹的中心对齐，记下此时手轮上的读数，两次读数之差就表示这两条亮条纹间的距离。 (4)不要直接测Δx，要测多条亮条纹的间距再计算得到Δx，这样可以减小误差。 (5)白光的干涉观察到的是彩色条纹，其中白色条纹在中央，红色条纹在最外侧。 2.误差分析 (1)双缝到光屏的距离l的测量存在误差。 (2)测条纹间距Δx带来的误差 ①干涉条纹没有调整到最清晰的程度。 ②误认为Δx为亮条纹的宽度。 ③分划板中心刻线与干涉条纹不平行，中心刻线没有恰好位于亮条纹中心。 ④测量多条亮条纹间的距离时读数不准确，此间距中的条纹数未数清。 1.(2024·河北高考，节选)某同学通过双缝干涉实验测量单色光的波长，实验装置如图所示，其中测量头包括毛玻璃、游标尺、分划板、手轮、目镜等。 该同学调整好实验装置后，分别用红色、绿色滤光片，对干涉条纹进行测量，并记录第一条和第六条亮纹中心位置对应的游标尺读数，如表所示： 单色光类别 x1/mm x6/mm 单色光1 10.60 18.64 单色光2 8.44 18.08 根据表中数据，判断单色光1为　　　　(填“红光”或“绿光”)。  解析：设第一条和第六条亮条纹的中心间距为x，则相邻两条亮条纹之间的距离Δx=，又根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ，则λ=，由题表中数据可知x单色光1=18.64 mm-10.60 mm=8.04 mm<x单色光2=18.08 mm-8.44 mm=9.64 mm，同一实验装置d和l一定，则λ1<λ2，又绿光波长小于红光波长，则单色光1为绿光。 答案：绿光 2. .(2025年1月·八省联考云南卷)某同学通过双缝干涉实验测量发光二极管(LED)发出光的波长。图甲为实验装置示意图，双缝间距d=0.450 mm，双缝到毛玻璃的距离l=365.0 mm，实验中观察到的干涉条纹如图乙所示。 当分划板中心刻线对齐第1条亮条纹中心，手轮上的读数为x1=2.145 mm；当分划板中心刻线对齐第5条亮条纹中心，手轮上的读数为x5=4.177 mm。完成下列填空： (1)相邻两条亮条纹间的距离Δx=　　　　 mm；  (2)根据　　　　　可算出波长(填正确答案标号)；  A.λ=　　B.λ=Δx 　　C.λ= (3)待测LED发出光的波长为λ=　　　　　nm(结果保留3位有效数字)。  解析：(1)相邻两条亮条纹间的距离为Δx== mm=0.508 mm。 (2)根据相邻两条亮条纹间的距离公式Δx=λ，可知波长为λ=Δx，故选B。 (3)待测LED发出光的波长为λ=Δx=×0.508×10-3 m≈6.26×10-7 m=626 nm。 答案：(1)0.508　(2)B　(3)626 3.(2025·四川遂宁模拟)某实验小组用双缝干涉测量光的波长，实验装置如图甲所示。 (1)将实验仪器按要求安装在光具座上，在图甲中A、B处分别应该安装的器材和滤光片的位置依次是　　　。(填选项前字母)  A.A处为双缝、B处为单缝，滤光片在光源和凸透镜之间 B.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在A和B之间 C.A处为双缝，B处为单缝、滤光片在遮光筒内 D.A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间 (2)已知双缝间距离d=0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为l=75.0 cm，如图乙所示，实验时先转动测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条亮条纹中心，此时游标卡尺示数如图丁所示，读数为x1=　　　mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条亮条纹中心，如图丙所示，此时游标卡尺示数如图戊所示，则游标卡尺上的读数x2=9.6 mm。由以上已知数据和测量数据，可测得该单色光的波长是　　　m。(最后一空计算结果保留两位有效数字)  解析：(1)从左向右的实验装置是光源、凸透镜、滤光片、单缝、双缝、屏，故A处为单缝、B处为双缝、滤光片在凸透镜和A之间，故选D。 (2)由题图丁可知，游标卡尺读数为x1=0+3×0.1 mm=0.3 mm，又x2=9.6 mm，相邻亮条纹的间距为Δx== mm=2.325 mm，根据Δx=，可得该单色光的波长λ=Δx= m=6.2×10-7 m。 答案：(1)D　(2)0.3　6.2×10-7 4.(2025·湖北武汉模拟)图(a)是用双缝干涉测量光的波长的实验装置。 (1)测量过程中，下列说法正确的是　　　。(填选项前字母)  A.换用间距更大的双缝，相邻两亮条纹中心的距离增大 B.把绿色滤光片换成红色滤光片，相邻两亮条纹中心的距离增大 C.把屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离减小 (2)在某次测量中，测量头如图(b)所示，调节分划板的位置，使分划板中心刻线对齐某亮条纹的中心，此时手轮的读数为　　　　　 mm；转动手轮，使分划板中心刻线向一侧移动到另一条亮条纹的中心，再次记下手轮上的读数。  (3)若实验测得第1条亮条纹到第4条亮条纹中心间的距离x=0.960 mm，已知双缝间距d=1.5 mm，双缝到屏的距离l=1.00 m，则对应的光波波长λ=　　　　 m(保留3位有效数字)。  解析：(1)双缝干涉条纹间距公式为Δx=λ，换用间距更大的双缝，相邻两亮条纹中心的距离减小，故A错误；由于红光的波长大于绿光的波长，把绿色滤光片换成红色滤光片，相邻两亮条纹中心的距离增大，故B正确；把屏向远离双缝的方向移动，相邻两亮条纹中心的距离增大，故C错误。 (2)手轮的读数为1 mm+0.01×13.0 mm=1.130 mm。 (3)相邻亮条纹的间距为Δx= mm=0.320 mm，由Δx=λ，得λ=Δx= m=4.80×10-7 m。 答案：(1)B　(2)1.130　(3)4.80×10-7 5.在“用双缝干涉测量光的波长”实验中： (1)用图1所示装置测量，双缝竖直放置，观察到竖直条纹不清晰，可进行的操作是　　　。(填选项前字母)  A.调节透镜使光聚焦到单缝 B.调节双缝与屏的距离 C.调节单缝与双缝的距离 D.调节单缝与双缝平行 (2)实验中使分划板中心刻线与其中一条亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上示数如图2所示。同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第11条亮条纹中心对齐，此时手轮上示数如图3所示，则示数为　　　　　 mm，求出相邻两个亮条纹的距离Δx=　　　　　 mm。若双缝间距为d，双缝到屏的距离为L，则所测单色光波长的表达式为λ=　　　　　(结果用字母表示)。  解析：(1)透镜的作用是将平行的单色光聚焦于一点，以产生相干光源，观察到竖直条纹不清晰，可调节透镜使光聚焦到单缝，故A正确；调节双缝与屏的距离，可以改变条纹间距，对条纹是否清晰无影响，故B错误；调节单缝与双缝的距离对条纹是否清晰无影响，故C错误；在用双缝干涉实验装置观察双缝干涉条纹时，观察到较模糊的干涉条纹，可以调节拨杆使单缝和双缝平行，使之更容易发生清晰的双缝干涉现象，从而使条纹变得清晰，故D正确。 (2)题图3所示手轮读数为13 mm+45.1×0.01 mm=13.451 mm 题图2所示手轮读数为2 mm+0.3×0.01 mm=2.003 mm 相邻两个亮条纹的距离Δx= mm=1.144 8 mm 根据条纹间距公式Δx=·λ，可得λ=。 答案：(1)AD　(2)13.451　1.144 8　 6.某同学在家里进行小实验，他先点燃蜡烛将无色玻璃片熏黑，再用刀片在玻璃片上笔直划过，这样便得到了单缝和不同间距双缝的缝屏。将所得到的缝屏以及激光笔、光屏等利用铁架台组装成图甲所示的装置，用于研究光的衍射和干涉。 (1)某次实验时，在光屏上观察到如图乙所示的明暗相间的条纹，则该同学所安装的缝屏是　　　(选填“单缝”或“双缝”)；  (2)该同学利用装置进行双缝干涉实验时，在光屏上观察到的条纹如图丙所示，由刻度尺读出A、B两亮条纹间的距离x=　　　　 cm；测得缝屏上双缝间的宽度d=0.150 mm，双缝到光屏间的距离L=1.50 m，则该激光的波长λ=　　　　　 m(结果保留3位有效数字)；  (3)为使光屏上观察到的条纹更密集，可采取的操作是　　　　　。(填选项前字母)  A.换用双缝间距更大的缝屏 B.增大缝屏与光屏之间的距离 C.增大激光源与缝屏之间的距离 解析：(1)题图乙中，中央亮条纹较宽，而两侧亮条纹较窄，所以是单缝衍射图样。 (2)刻度尺的分度值为0.1 cm，需要估读到0.01 cm，所以A、B两亮纹间的距离为6.50 cm。 相邻条纹间距为Δx==6.5×10-3 m，根据Δx=，可得该激光的波长为λ== m=6.50×10-7 m。 (3)为使光屏上观察到的条纹更密集，即减小Δx，根据Δx=可知可采取的操作是换用双缝间距更大的缝屏或减小缝屏与光屏之间的距离，而增大激光源与缝屏之间的距离对Δx无影响。故选A。 答案：(1)单缝　(2)6.50　6.50×10-7　(3)A 23 / 43 学科网（北京）股份有限公司 $$