重难10 光学（重难专练）（上海专用）2026年高考物理二轮复习讲练测

重难10 光学 2 2 一、光的折射定律 2 二、全反射及发生条件 3 三、杨氏双缝干涉实验 4 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 4 五、光的衍射 5 六、光的偏振 7 7 13 17 一、光的折射定律 1．光的折射定律：对于特定的介质，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即比值是常数。 2．折射率 (1) 定义式：n＝ ①折射率是相对于真空的，所以真空n=1，空气近似等于1。 ②把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。光疏与光密是相对的。 ③光从光疏介质到光密介质，折射角小于入射角。 (2) 决定式：n＝，即某种介质的折射率，等于真空中的光速c与光在这种介质中的传播速度v之比。 3．折射定律的另外表达式 (1) 即：入射角和折射角的正弦执笔和速度成正比，和折射率成反比。 (2) 由于光路可逆性，n越大，则v越小，θ角度越小。 4．单色光从真空进入介质，频率不变，波长变小，速度变小。 二、全反射及发生条件 1. 全反射的条件：必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角。 2. 临界角：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝ 3. 光导纤维的传播原理： 光由一端进入，由于内芯的折射率大于外套介质的折射率，在界面上经过多次全反射，从另一端射出。 4. 光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射。 如图所示，则有sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝ 当θ1＝90°时，所有进入纤维中的光线都能发生全反射，解得n＝，因此光导纤维折射率要比大些。 5．光的折射与波长的关系：（机械波的波速由介质决定，与波长无关） 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 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 6. 几何光学主要计算题型：利用几何条件分析角度关系。 (1)求折射率：已知折射角度，已知速度 (2)求光速： (3)求传播时间 (4)求临界角 sin C＝ 三、杨氏双缝干涉实验 1．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。 2．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的实验装置如图所示，有光源、滤光片、单缝、双缝和光屏。 (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (4)滤光片的作用：让指定频率的单色光通过，改变实验条件。 3．干涉图样 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹。 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）（k＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。 ③条纹间距公式：Δx＝ λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽。 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 1. 薄膜干涉现象 (1) 如下图（1）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。 (2) 牛顿环的干涉如下图（2）所示。 图（1） 图（2） 2．薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮（或暗）条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3．薄膜干涉的应用（一）：检查平面平整度 如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光产生干涉，形成条纹图案。 (1) 如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是平行且等间距的。 (2) 如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示； (3) 如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示： 4．薄膜干涉的应用（二）：增透膜 增透膜是在光学元件表面镀一层特定厚度的薄膜，以增加光的透射。 原理：当光波照射到薄膜上时，由于薄膜上下界面的反射光发生干涉，可以使得某一特定波长的光在反射时相互抵消，从而减少反射光的强度，相应地增加透射光的强度。 五、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，形成一定图样的现象。 2．明显衍射的条件： 障碍物或孔径的尺寸与光波的波长相近或更小，即，则会发生明显的衍射现象。 波长越长，衍射效应越明显；波长越短，衍射效应越不明显。 例如，可见光中红光波长较长，衍射效应比蓝光更明显。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。 (1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小。 (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距：入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。 (4)单缝衍射与双缝干涉的比较：   单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 只要狭缝足够窄，任何光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加 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 中央条纹最亮，两边最暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环，如图（a）。 （a） （b） (1)中央是大且亮的圆形亮斑，背景是暗的。 (2)圆孔越小，波长越大，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (3)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。 5．圆板衍射（泊松亮斑）：障碍物的衍射现象，如图（b）。 (1)中央是亮斑，而且背景是明亮的。 (2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小。 六、光的偏振 1. 自然光：包含着在垂直于传播方向上的各个方向，且各个方向光强都相同，这样的光叫作自然光。 2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光。 3. 只有横波才有偏振现象。 4. 自然光通过偏振片后的振动方向如下图： （建议用时：20分钟） 1．（24-25高二下·上海·期中）如图所示，a、b两束单色光分别沿半径方向射向圆柱形的玻璃砖，出射光线均沿OP方向。下列说法正确的是（　　） A．玻璃砖对a的折射率小于对b的折射率 B．在玻璃砖中传播时a的频率大于b的频率 C．在真空中传播时a的波长大于b的波长 D．在玻璃砖中传播时a的波速大于b的波速 2．（24-25高二上·上海·随堂练习）双缝干涉实验的部分实验装置如图所示，调整实验装置使得光屏上可以看到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（　　） A．若将光屏向右平移一小段距离，屏上的干涉条纹不再清晰 B．若将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化 C．若将光屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹 D．若将光屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将发生变化 3．（24-25高二上·上海·随堂练习）如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（　　） A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 B．人不管从左侧向右看，还是从右侧向左看，都可以看到彩色条纹 C．彩色条纹水平排列 D．彩色条纹竖直排列 4．（24-25高二上·上海·随堂练习）煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（　　） ①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯 ②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯 ③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定 ④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 5．（23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示，甲、乙两图是同一单色光分别透过孔径为d甲和d乙的两圆孔后在光屏上形成的图样，则（　　） A．d甲>d乙 B．d甲=d乙 C．d甲<d乙 D．无法判断 6．如图所示，将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上，从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜，玻璃板的一边沿x方向，用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板，观察到的干涉条纹形状可能正确的是（    ） A． B． C． D． 7．如图甲所示，某同学将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光垂直照射透镜与玻璃板，可以观察到如图乙所示的明暗相间的同心圆环。若该同学将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙所示，则观察到的条纹可能是（　　） A． B． C． D． 8．2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A．屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等 B．丙图样比乙图样中光的频率小 C．若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离Δx将增大 D．若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现 9．偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴，旋转角θ称“旋光角”，θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖量，如图，自然光源 S，偏振片 A、B，转动B使O处光最强，然后将被测样品P置于A、B间， 则O处光强 （选填“减弱”、“增强”、“不变”、“可能增强也可能减弱”）。若保持A不动，将B朝某一方向转过角度θ后发现O处光强最大；若保持B不动，将A朝 （选填“相同方向”、“相反方向”、“任意方向”）转过角度θ后O处光强也一定最大。 10．如图，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为和，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ下列说法正确的是（　　） A．在玻璃砖中的折射率之比为 B．在玻璃砖中的传播时间之比为 C．在玻璃砖中的波长之比为 D．由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 （建议用时：30分钟） （25-26高二上·上海·期中）现代光学技术在生活生产中有很多的应用。 1．观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜，两个眼镜片的偏振方向 （A、平行B、垂直） 2．光信号在光导纤维中发生全反射，内芯的折射率 （A、小于B、大于）外套的折射率。 3．DNA的双螺旋结构是通过X射线的 现象建立起来的模型（如下图）。 4．工厂技术人员用下图1所示空气薄膜干涉装置来检查玻璃平面的平整程度。分别用a、b两种单色光从标准样板上方入射后，从上往下看到的部分明暗相间的条纹如图2中的甲、乙（同一视野区域）所示。下列判断正确的是（　　） A．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凸起 B．a光的频率大于b光的频率 C．若将图1中的标准样板竖直向上平移，图2中条纹间距变宽 D．照射同一单缝时，a光能够发生衍射现象，b光不能发生衍射现象 （23-24高二下·上海杨浦·期中）光 可见光为我们呈现了色彩斑斓的世界和各种有趣的现象，其本质是一种电磁波，他们不仅能够产生反射、折射，还能产生干涉和衍射，能够传递能量，携带信息。 5．下面关于光的现象和原理说法不正确的是（　　） A．原本透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓主要是因为光的折射 B．激光防伪标识上的彩色图案是因为光的衍射 C．用“偏振片”可以检验并得到：光是横波 D．光波和超声波属于不同性质的波 6．某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则（　　） A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大 B．在空气中传播时，a光的频率比b光的小 C．在水中传播时，a光的速度比b光的大 D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小 7．用单色光做双缝干涉实验，屏上出现了明暗相间的条纹，则（　　） A．中间的亮条纹宽，两侧的亮条纹越来越窄 B．中间的亮条纹窄，两侧的亮条纹越来越宽 C．遮住一条缝后，屏上仍有明暗相间的条纹 D．若改用白光做实验，不能获得干涉条纹 8．在单缝衍射实验中，仅减小缝宽，光屏上演示条纹的（　　） A．间距变宽，光强增强 B．间距变窄，光强增强 C．间距变宽，光强减弱 D．间距变窄，光强减弱 9．某些特殊的人工材料，入射角i与折射角r依然满足=n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧，因此其折射率为负值（n<0），称为负折射率材料。空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1.2，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（　　） A． B． C． D． 10．左图为在暗室中观察肥皂薄膜干涉的实验装置，灯芯上洒有食盐的酒精灯发出黄色火焰，在图示的情况下，从肥皂薄膜的 （选填“右面”或“左面”）观察时，可看到黄黑相间的 （选填“水平”、“竖直”或“倾斜”）干涉条纹，当用白光照射肥皂薄膜时，可观察到 （选填“黑白”或“彩色”）的干涉条纹。 （建议用时：40分钟） 1．（23-24高二下·上海·期中）光纤通信有传输容量大、传输衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图（内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空），玻璃丝长为，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，已知光在真空中传播速度为c，下列选项正确的（    ） A．内芯相对于外套是光疏介质 B． C．光在玻璃丝中传播的速度为 D．光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为 2．（22-23高二下·上海杨浦·期中）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 B．OP之间的距离为 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为 3．（25-26高三上·上海·阶段练习）用可见光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，可见光从另一侧以一定角度照射，此时在屏上的处有光点，移走玻璃砖，光点移到处。 (1)已经测出，，，则折射率 （用表示）； (2)若改用宽更小的玻璃砖做实验，则间的距离将 （选填A．变大、B．变小、C．不变）。 （24-25高三下·上海·开学考试）透明球体是物理光学中的一个典型模型，它对于理解光的传播、折射和反射等现象至关重要。某同学为研究某种透明材质制作的小球的光学现象，做了如下实验： 4．用“测定玻璃的折射率”的实验方法测量该材质的折射率，对一块两面平行的该材质制成的透明砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在分别做出如图所示的A、B、C、D四组插针结果。从图看，测量结果准确度最高的是（　　） A． B． C． D． 5．夜晚用光照射该材料透明小球，小球会显得光芒四射。一细束足够强的单色光从D点平行直径AB射入，最终在小球外有四条光线射出，如图所示。已知小球的半径为R，入射点D与直径AB间的距离为R，光在真空中的传播速度为c，平行四边形DCFE为正方形，则该材质对该单色光的折射率n＝ （保留3位有效数字），该单色光从D点射入到第一次回到D点所用的时间为 （用R、n和c表示） 6．在上题中，改变入射光的入射角，在球的内表面______（选填“能”或“不能”）发生全反射 A．能 B．不能 7．光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到球的A点，两次折射后从B点射出。光束经过球的过程中，其动量变化量（　　） A．由A指向B，光对球产生的冲量指向A B．由A指向B，光对球产生的冲量指向B C．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向下 D．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向上 （24-25高二下·上海黄浦·阶段练习）激光具有单色性佳、相干性强、方向性好、能量集中等特点，广泛应用于多个领域。 8．关于下列四幅情景图，说法正确的是（　　） A．图甲中音乐喷泉中的光能“沿水传播”，主要是利用了光的折射原理 B．图乙中肥皂膜呈现出彩色条纹，是光的衍射现象 C．图丙中“泊松亮斑”是由于激光照射小圆盘得到的衍射图样 D．图丁中观众观看电影时，戴的眼镜镜片利用了光的全反射原理 9．一束激光从介质1进入介质2，方向如图所示，下列对于1、2两种介质的光学属性判断中正确的是（　　） A．介质1是光疏介质 B．光在介质1中频率大 C．光在介质2中传播速度大 D．满足一定条件时，光从介质2进入介质1可发生全反射 10．利用激光和平面镜观察光的干涉现象，光路原理如图所示。用激光和单缝获得线光源发出的光直接照射在竖直光屏上，与通过水平平面镜反射的光叠加产生干涉条纹。测得到平面镜、光屏的垂直距离分别为，光屏上相邻明条纹的中心间距为，则：（1）激光的波长 ；（2）将平面镜略微向下平移，其它条件不变，干涉条纹的间距将 （选涂在答题卷上：A．变大B．变小C．不变）。 11．如图所示，用某种折射率较大的透光物质制成的直角三棱镜，已知。在垂直于面的直线上插上两枚大头针，在面的左侧通过棱镜观察大头针、的像，调整视线方向，直到的像被的像挡住，在观察的这一侧先后插上两枚大头针、，使挡住 的像，使挡住 和 的像记下和棱镜的位置，移去大头针和三棱镜，过作直线与面交于，量出该直线与间的夹角为，则该物质的折射率 ，并在答题卷上作出光路图标出的位置 。 （24-25高二下·上海黄浦·期中）我们生活在光的世界里，光学既是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中的前沿科学之一，具有不可估量的发展前景。 12．下列说法中正确的是（　　） A．泊松亮斑是光的干涉形成的 B．激光测距主要应用了激光相干性好的特性 C．光的偏振现象说明了光是横波 D．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象 13．在双缝干涉实验中，双缝的作用是获得 。某激光垂直照射一竖直双缝片，在远处的墙面上得到干涉图样如图。已知双缝间距为s，双缝到墙面的距离为d，a、b两标线间距为L，可知激光波长λ= 。 14．如图，水平放置的瓶盖中装有肥皂液，用吸管向液体里吹气，形成向上凸起的肥皂膜。在阳光下静置一段时间后，从上往下看，膜上会出现（　　） A．彩色环状条纹 B．彩色平行直条纹 C．明暗相间的环状条纹 D．明暗相间平行直条纹 15．生产芯片的工具是紫外光刻机，目前有DUV和EUV两种。DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。EUV光刻机使用的是极紫外线，其波长为13.5nm。相较于DUV，EUV（　　） A．在真空中的传播速度更大 B．频率更大 C．在同一介质中的传播速度相同 D．更易发生衍射 16．在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液，可以减小曝光波长提高分辨率。若浸没液体的折射率为1.40，当不加液体时入射光束的波长为193nm，加上液体后，光在液体中的传播速度变为 m/s，波长变为 nm。（均保留3位有效数字） 17．光导纤维由折射率不同的内芯和包层构成，如图，AB和CD为光导纤维横截面的直径，AB与CD平行，AD和BC的长度均为d，一束单色光经AB的中点与AB横截面成45°角从空气入射到光导纤维中，折射光线与AD的夹角为30°，光在真空中传播的速度大小为c，则光导纤维内芯的折射率为 光导纤维内芯的折射率 包层的折射率（选填“>”、“=”或“<”），若外部包层的折射率与空气的折射率相同，则光从AB传播到CD所用的最长时间为 。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 重难10 光学 2 2 一、光的折射定律 2 二、全反射及发生条件 3 三、杨氏双缝干涉实验 4 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 4 五、光的衍射 5 六、光的偏振 7 7 13 17 一、光的折射定律 1．光的折射定律：对于特定的介质，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即比值是常数。 2．折射率 (1) 定义式：n＝ ①折射率是相对于真空的，所以真空n=1，空气近似等于1。 ②把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较大的介质称为光密介质。光疏与光密是相对的。 ③光从光疏介质到光密介质，折射角小于入射角。 (2) 决定式：n＝，即某种介质的折射率，等于真空中的光速c与光在这种介质中的传播速度v之比。 3．折射定律的另外表达式 (1) 即：入射角和折射角的正弦执笔和速度成正比，和折射率成反比。 (2) 由于光路可逆性，n越大，则v越小，θ角度越小。 4．单色光从真空进入介质，频率不变，波长变小，速度变小。 二、全反射及发生条件 1. 全反射的条件：必须同时具备两个条件： ①光从光密介质射入光疏介质； ②入射角等于或大于临界角。 2. 临界角：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝ 3. 光导纤维的传播原理： 光由一端进入，由于内芯的折射率大于外套介质的折射率，在界面上经过多次全反射，从另一端射出。 4. 光导纤维的折射率 设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射。 如图所示，则有sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin θ1＝ 当θ1＝90°时，所有进入纤维中的光线都能发生全反射，解得n＝，因此光导纤维折射率要比大些。 5．光的折射与波长的关系：（机械波的波速由介质决定，与波长无关） 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 同一介质中速度 大―→小 波长 大―→小 临界角 大―→小 通过棱镜的偏折角 小―→大 6. 几何光学主要计算题型：利用几何条件分析角度关系。 (1)求折射率：已知折射角度，已知速度 (2)求光速： (3)求传播时间 (4)求临界角 sin C＝ 三、杨氏双缝干涉实验 1．光产生干涉的条件：两束光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同。 2．杨氏双缝干涉实验 (1)双缝干涉的实验装置如图所示，有光源、滤光片、单缝、双缝和光屏。 (2)单缝的作用：获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，也可用激光直接照射双缝。 (3)双缝的作用：将一束光分成两束频率相同且振动情况完全一致的相干光。 (4)滤光片的作用：让指定频率的单色光通过，改变实验条件。 3．干涉图样 ①单色光：形成明暗相间的条纹，中央为亮条纹。 a．光的路程差Δr＝r2－r1＝kλ（k＝0，1，2…），光屏上出现亮条纹。 b．光的路程差Δr＝r2－r1＝（2k＋1）（k＝0，1，2…），光屏上出现暗条纹。 ②白光：光屏上出现彩色条纹，且中央亮条纹是白色。 ③条纹间距公式：Δx＝ λ. 即增大挡板和屏的距离，减小双缝间距，增加波长都会导致条纹变宽。 四、薄膜（等厚）干涉及其应用 1. 薄膜干涉现象 (1) 如下图（1）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。 (2) 牛顿环的干涉如下图（2）所示。 图（1） 图（2） 2．薄膜干涉原理分析 （1）相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面反射的两列光波。 （2）图样特点：同双缝干涉，同一条亮（或暗）条纹对应的薄膜的厚度相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时形成彩色条纹。 3．薄膜干涉的应用（一）：检查平面平整度 如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，M的下表面和N的上表面反射的光产生干涉，形成条纹图案。 (1) 如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是平行且等间距的。 (2) 如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中P条纹所示； (3) 如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示： 4．薄膜干涉的应用（二）：增透膜 增透膜是在光学元件表面镀一层特定厚度的薄膜，以增加光的透射。 原理：当光波照射到薄膜上时，由于薄膜上下界面的反射光发生干涉，可以使得某一特定波长的光在反射时相互抵消，从而减少反射光的强度，相应地增加透射光的强度。 五、光的衍射 1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了直线传播的方向，形成一定图样的现象。 2．明显衍射的条件： 障碍物或孔径的尺寸与光波的波长相近或更小，即，则会发生明显的衍射现象。 波长越长，衍射效应越明显；波长越短，衍射效应越不明显。 例如，可见光中红光波长较长，衍射效应比蓝光更明显。 3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央为亮条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。 (1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等．越靠外，条纹间距越小。 (2)中央亮条纹的宽度及条纹间距：入射光波长越大，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大。 (3)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮。 (4)单缝衍射与双缝干涉的比较：   单缝衍射 双缝干涉 不 同 点 产生条件 只要狭缝足够窄，任何光都能发生 频率相同的两列光波相遇叠加 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 中央条纹最亮，两边最暗 条纹清晰，亮度基本相等 相同点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现明暗相间的圆环，如图（a）。 （a） （b） (1)中央是大且亮的圆形亮斑，背景是暗的。 (2)圆孔越小，波长越大，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 (3)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光斑，周围是彩色同心圆环。 5．圆板衍射（泊松亮斑）：障碍物的衍射现象，如图（b）。 (1)中央是亮斑，而且背景是明亮的。 (2)泊松亮斑图样的亮环或暗环的距离随着圆板半径的增大而减小。 六、光的偏振 1. 自然光：包含着在垂直于传播方向上的各个方向，且各个方向光强都相同，这样的光叫作自然光。 2. 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着某一特定方向振动，这样的光称为偏振光。 3. 只有横波才有偏振现象。 4. 自然光通过偏振片后的振动方向如下图： （建议用时：20分钟） 1．（24-25高二下·上海·期中）如图所示，a、b两束单色光分别沿半径方向射向圆柱形的玻璃砖，出射光线均沿OP方向。下列说法正确的是（　　） A．玻璃砖对a的折射率小于对b的折射率 B．在玻璃砖中传播时a的频率大于b的频率 C．在真空中传播时a的波长大于b的波长 D．在玻璃砖中传播时a的波速大于b的波速 【答案】B 【详解】AB．将光路逆过来看，则a和b入射角相等，a的偏折程度大，故玻璃砖对a的折射率大于对b的折射率，a的频率大于b的频率，又因光在真空中的频率等于在介质中的频率，故在玻璃砖中传播时a的频率大于b的频率，故A错误，B正确； C．根据可知，在真空中传播时a的波长小于b的波长，故C错误； D．根据可知，在玻璃砖中传播时a的波速小于b的波速，故D错误。 故选B。 2．（24-25高二上·上海·随堂练习）双缝干涉实验的部分实验装置如图所示，调整实验装置使得光屏上可以看到清晰的干涉条纹，关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（　　） A．若将光屏向右平移一小段距离，屏上的干涉条纹不再清晰 B．若将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将不会发生变化 C．若将光屏向上平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹 D．若将光屏向上平移一小段距离，屏上的干涉条纹将发生变化 【答案】C 【详解】AC．双缝干涉发生后，并不只在光屏处有干涉图样，而是在双缝右侧的空间，只要通过双缝后，在两列光相遇的地方叠加都能发生光的干涉现象，并且在新的位置干涉条纹仍很清晰，故A错误，C正确； BD．将光屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹间距将变小，将光屏向上平移一小段距离，屏上的干 涉条纹将不会发生变化，故BD错误。 故选C。 3．（24-25高二上·上海·随堂练习）如图所示，一束白光从左侧射入肥皂薄膜，下列说法中正确的是（　　） A．人从右侧向左看，可以看到彩色条纹 B．人不管从左侧向右看，还是从右侧向左看，都可以看到彩色条纹 C．彩色条纹水平排列 D．彩色条纹竖直排列 【答案】C 【详解】一束白光射到肥皂薄膜上，经前、后两个面反射回来的光相互叠加，产生干涉现象，所以从左侧向右看可看到彩色条纹；因为薄膜同一水平线上的厚度相同，所以彩色条纹是水平排列的。 故选C。 4．（24-25高二上·上海·随堂练习）煤矿中瓦斯爆炸危害极大。某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是，他设计了一种利用光的干涉监测矿井瓦斯的仪器，原理如图所示。在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度，以下说法正确的是（　　） ①如果屏的正中央仍是亮条纹，说明B中的气体与A中的空气成分相同，不含瓦斯 ②如果屏的正中央是暗条纹，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，可能含有瓦斯 ③如果屏上干涉条纹不停地移动，说明B中的气体瓦斯含量不稳定 ④只有用单色光照射单缝时，才可能在屏上出现干涉条纹 A．①③ B．②③ C．②④ D．①④ 【答案】B 【详解】若B中气体含有瓦斯，光经过两容器时折射率不同，光速不同，到达屏正中央的光程差可能是波长的整数倍，也可能是半波长的奇数倍，所以屏的正中央可能是亮条纹，也可能是暗条纹，故屏的正中央为亮条纹时，B中气体可能含有瓦斯，也可能不含瓦斯，故①错误；如果屏的正中央是暗条纹，必有光程差，说明B中的气体与A中的气体成分不相同，可能含瓦斯，故②正确；如果屏上干涉条纹不停地移动，说明光程差不稳定，即B中的气体瓦斯含量不稳定，故③正确；无论用单色光还是白光照射单缝时，都能在屏上出现干涉条纹，故④错误。 故选B。 5．（23-24高二下·上海嘉定·期末）如图所示，甲、乙两图是同一单色光分别透过孔径为d甲和d乙的两圆孔后在光屏上形成的图样，则（　　） A．d甲>d乙 B．d甲=d乙 C．d甲<d乙 D．无法判断 【答案】C 【详解】根据图样可知，图甲发生了光的衍射现象，图乙图样的形成是光的直线传播，根据发生明显衍射的条件可知，图甲中孔径的尺寸与光的波长相差不多，而图乙中光发生直线传播，孔径的尺寸比光的波长大得多，因此有 d甲<d乙 故选C。 6．如图所示，将一块平凹形玻璃板倒扣在另一块平板玻璃之上，从而在两块玻璃之间形成一层空气薄膜，玻璃板的一边沿x方向，用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板，观察到的干涉条纹形状可能正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题意可知，当用平行单色光向下垂直照射平凹形玻璃板时，观察到的干涉条纹是由于空气薄膜的上下表面所反射的光发生了干涉产生的，由牛顿环原理可知，干涉条纹宽窄的差异，则是空气薄膜变化率的不同所导致的：变化率越大，光程差半波长的奇偶数倍更替得就越频繁，使得条纹更加密集，从而使条纹看起来更窄。即空气薄膜厚度变化率越大，条纹也随之变密变窄。由本题空气薄膜的形状可知，薄膜的厚度越大的地方，薄膜厚度变化率越小，条纹间距越大，条纹越宽；薄膜的厚度越小的地方，薄膜厚度变化率越大，条纹间距越小，条纹越窄。因此观察到的干涉条纹形状可能正确的是B。 故选B。 7．如图甲所示，某同学将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光垂直照射透镜与玻璃板，可以观察到如图乙所示的明暗相间的同心圆环。若该同学将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜，如图丙所示，则观察到的条纹可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】凸透镜的凸球面与玻璃平板之间形成一个空气薄膜，用单色光垂直照射透镜与玻璃板时，尖劈形空气薄膜的上、下表面反射的两束光相互叠加产生干涉，当光程差为波长的整数倍时，此处是亮条纹，当光程差为波长的奇数倍时，此处是暗条纹。同一半径圆环处的空气薄膜厚度相同，上、下表面反射的光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。将下方的玻璃平板换成凸面朝上的平凸透镜时，则在图乙中同一亮环对应的薄膜这一厚度要内移，则对应的牛顿亮环的半径要变小，其它环的半径依次变小，因此圆环的半径要变小，环间距变小，环变的更密，则观察到的条纹可能是A图。 故选A。 8．2003年全美物理学家的一项调查中评选出“十大最美物理实验”，图甲是双缝干涉示意图，两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A．屏上亮条纹处到双缝的距离一定相等 B．丙图样比乙图样中光的频率小 C．若只增大挡板与屏间的距离l，相邻亮条纹间的距离Δx将增大 D．若挡住挡板上其中一个狭缝，屏上将无亮暗条纹呈现 【答案】 BC 【解析】A．屏上亮条纹处到双缝的距离与光的波长、双缝之间的距离有关，故A错误； B．根据图乙和图丙可知，丙图的亮条纹间距更大，根据公式，可知丙图样的光波长更长，则频 率更小，故B正确； C．若只增大挡板与屏间的距离l，根据公式，两种单色光相邻亮条纹间的距离都将增大，故 C正确； D．在双缝干涉实验中，把其中一缝挡住，则发生单缝衍射，仍出现亮暗条纹，但亮暗条纹之间的间距不 相等，故D错误。 故选BC。 9．偏振光通过糖溶液后，迎着光看，偏振方向以传播方向为轴，旋转角θ称“旋光角”，θ与糖溶液浓度有关，θ测量值与标准值比较能确定含糖量，如图，自然光源 S，偏振片 A、B，转动B使O处光最强，然后将被测样品P置于A、B间， 则O处光强 （选填“减弱”、“增强”、“不变”、“可能增强也可能减弱”）。若保持A不动，将B朝某一方向转过角度θ后发现O处光强最大；若保持B不动，将A朝 （选填“相同方向”、“相反方向”、“任意方向”）转过角度θ后O处光强也一定最大。 【答案】 减弱 相同方向 【详解】[1]由题意知，转动B使到达O处的光最强，则偏振片A、B的透振方向一致。若在A、B之间放上待检糖溶液，因糖溶液对偏振光有旋光效应，使偏振光的偏振方向发生改变，则到达O处的光强度会明显减弱。 [2] 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，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，同理，将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于θ。故 若保持A不动，将B朝某一方向转过角度θ后发现O处光强最大；若保持B不动，将A朝相同方向转过 角度θ后O处光强也一定最大。 10．如图，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为和，则关于单色光Ⅰ与Ⅱ下列说法正确的是（　　） A．在玻璃砖中的折射率之比为 B．在玻璃砖中的传播时间之比为 C．在玻璃砖中的波长之比为 D．由该玻璃砖射向真空时临界角之比为 【答案】AB 【详解】A．由于光从玻璃砖射向空气发生折射，根据折射定律可知 i是入射角，r是折射角， 则玻璃砖对Ⅰ光与Ⅱ光的折射率分别为 ， 则 故A正确； B．根据 知Ⅰ光和Ⅱ光在玻璃砖中传播速度之比 根据 得Ⅰ光和Ⅱ光在玻璃砖中的传播时间之比 故B正确； C．Ⅰ光和Ⅱ光的折射率不同，则光的频率不等，根据 知Ⅰ光和Ⅱ光在玻璃砖中的波长之比 故C错误； D．根据 可得临界角正弦之比为 则临界角之比不等于，故D错误。 故选AB。 （建议用时：30分钟） （25-26高二上·上海·期中）现代光学技术在生活生产中有很多的应用。 1．观看3D电影时需要佩戴特殊的眼镜，两个眼镜片的偏振方向 （A、平行B、垂直） 2．光信号在光导纤维中发生全反射，内芯的折射率 （A、小于B、大于）外套的折射率。 3．DNA的双螺旋结构是通过X射线的 现象建立起来的模型（如下图）。 4．工厂技术人员用下图1所示空气薄膜干涉装置来检查玻璃平面的平整程度。分别用a、b两种单色光从标准样板上方入射后，从上往下看到的部分明暗相间的条纹如图2中的甲、乙（同一视野区域）所示。下列判断正确的是（　　） A．图2中条纹弯曲处对应着被检查平面处凸起 B．a光的频率大于b光的频率 C．若将图1中的标准样板竖直向上平移，图2中条纹间距变宽 D．照射同一单缝时，a光能够发生衍射现象，b光不能发生衍射现象 【答案】1．垂直 2．大于 3．衍射 4．A 【解析】1．3D 电影播放的是两个偏振方向垂直的画面，眼镜的两个镜片分别只允许对应偏振方向的光通过，让左右眼接收不同画面，大脑合成立体效果。 2．全反射的条件是 “光从光密介质射向光疏介质”，内芯是光密介质（折射率大），外套是光疏介质（折 射率小），才能让光在内芯与外套的界面发生全反射并传播。 3．DNA 的双螺旋结构是通过 X 射线的衍射现象建立起来的模型。 （图中是 DNA 的 X 射线衍射图谱，通过分析衍射图案可推断其分子结构） 4．A．根据薄膜干涉的规律可知，同一条纹对应的空气薄膜的厚度相同，当条纹向薄片一侧弯曲，可知 弯曲处对应着被检查平面处凸起，A正确； B．图2中a的条纹间距宽，说明a的波长大于b的波长，根据知a的频率小于b 的频率，B错 误； C．将图1中的标准样板竖直向上平移，没有改变光的波长和劈尖的角度，所以条纹间距不变，C错误； D．衍射现象总是存在的，只有明显与不明显的差异，故照射同一单缝时a 、b光均能发生衍射现象，D 错误。 故选A。 （23-24高二下·上海杨浦·期中）光 可见光为我们呈现了色彩斑斓的世界和各种有趣的现象，其本质是一种电磁波，他们不仅能够产生反射、折射，还能产生干涉和衍射，能够传递能量，携带信息。 5．下面关于光的现象和原理说法不正确的是（　　） A．原本透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓主要是因为光的折射 B．激光防伪标识上的彩色图案是因为光的衍射 C．用“偏振片”可以检验并得到：光是横波 D．光波和超声波属于不同性质的波 6．某实验小组利用双缝干涉实验装置分别观察a、b两单色光的干涉条纹，发现在相同的条件下光屏上a光相邻两亮条纹的间距比b光的小。他们又将a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则（　　） A．在空气中传播时，a光的波长比b光的大 B．在空气中传播时，a光的频率比b光的小 C．在水中传播时，a光的速度比b光的大 D．由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光的小 7．用单色光做双缝干涉实验，屏上出现了明暗相间的条纹，则（　　） A．中间的亮条纹宽，两侧的亮条纹越来越窄 B．中间的亮条纹窄，两侧的亮条纹越来越宽 C．遮住一条缝后，屏上仍有明暗相间的条纹 D．若改用白光做实验，不能获得干涉条纹 8．在单缝衍射实验中，仅减小缝宽，光屏上演示条纹的（　　） A．间距变宽，光强增强 B．间距变窄，光强增强 C．间距变宽，光强减弱 D．间距变窄，光强减弱 9．某些特殊的人工材料，入射角i与折射角r依然满足=n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧，因此其折射率为负值（n<0），称为负折射率材料。空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1.2，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（　　） A． B． C． D． 10．左图为在暗室中观察肥皂薄膜干涉的实验装置，灯芯上洒有食盐的酒精灯发出黄色火焰，在图示的情况下，从肥皂薄膜的 （选填“右面”或“左面”）观察时，可看到黄黑相间的 （选填“水平”、“竖直”或“倾斜”）干涉条纹，当用白光照射肥皂薄膜时，可观察到 （选填“黑白”或“彩色”）的干涉条纹。 【答案】5．A 6．D 7．C 8．C 9．C 10． 右面 水平 彩色 【解析】5．A．原本透明的肥皂泡在阳光的照射下变得五彩斑斓主要是因为光的干涉，故A错误，符合题意； B．激光防伪标识上的彩色图案是因为光的衍射，故B正确，不符合题意； C．用“偏振片”可以检验并得到：光是横波，故C正确，不符合题意； D．光波属于电磁波，超声波属于机械波，即二者为不同性质的波，故D正确，不符合题意。 故选A。 6．AB．根据 由于a光相邻两亮条纹的间距比b光的小，则在空气中传播时，a光的波长比b光的小， a光的频率比b光的大，故AB错误； CD．由于a、b光以相同的入射角由水斜射入空气，发现a光的折射角比b光的大，则a光的折射率比b 光的折射率大，所以在水中传播时a光的速度比b光的小，由水射向空气时，a光的全反射临界角比b光 的小，故C错误，D正确。 故选D。 7．AB．用单色光做双缝干涉实验，屏上出现明暗相间等间距的条纹，故AB错误； C．遮住一条缝后，屏上仍有明暗相间的条纹，该条纹为衍射条纹，故C正确； D．若入射光为白光，可观察到明暗相间的彩色条纹，中间为白色亮条纹，故D错误。 故选C。 8．在单缝衍射实验中，仅减小缝宽，光屏上条纹间距变宽，光强减弱。 故选C。 9．由于折射率为负值时，折射光线与入射光线位于法线的同一侧，但仍满足 故选C。 10．[1][2][3]灯芯上洒有食盐的酒精灯发出黄色火焰，从肥皂薄膜右面观察时，可看到黄黑相间的水平干涉条纹，当用白光照射肥皂薄膜时，可观察到彩色的干涉条纹。 （建议用时：40分钟） 1．（23-24高二下·上海·期中）光纤通信有传输容量大、传输衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。如图甲是光纤的示意图，图乙是光纤简化示意图（内芯简化为长直玻璃丝，外套简化为真空），玻璃丝长为，折射率为n，AB、CD代表端面，光从AB端面以某一入射角进入玻璃丝，在玻璃丝内部恰好发生全反射，已知光在真空中传播速度为c，下列选项正确的（    ） A．内芯相对于外套是光疏介质 B． C．光在玻璃丝中传播的速度为 D．光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为 【答案】BD 【详解】A．发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质，故内芯相对于外套是光密介质，故A错误； B．由题意 ， 得 故B正确； C．根据 光在玻璃丝中的传播速度为 故C错误； D．由几何关系 又传播时间为 得 ，故D正确。 故选BD。 2．（22-23高二下·上海杨浦·期中）如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 B．OP之间的距离为 C．光在玻璃砖内的传播速度为 D．光从玻璃到空气的临界角为 【答案】BC 【详解】AB．其两种情况的光路图，如图所示 设，由题意可知，在A处发生全反射则有 由于出射光平行，在B处射出，有 由几何关系有 联立解得 ， 故A错误，B正确； C．由 整理有 故C项正确； D．临界角有 所以临界角不是，故D项错误。 故选BC。 3．（25-26高三上·上海·阶段练习）用可见光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，可见光从另一侧以一定角度照射，此时在屏上的处有光点，移走玻璃砖，光点移到处。 (1)已经测出，，，则折射率 （用表示）； (2)若改用宽更小的玻璃砖做实验，则间的距离将 （选填A．变大、B．变小、C．不变）。 【答案】(1) (2)B 【详解】（1）作出光路图如图所示    则折射率 在中， 在中， 解得 （2）若改用宽度更小的玻璃砖做实验，作出光路图如图所示 则间的距离将变小，故B正确。 （24-25高三下·上海·开学考试）透明球体是物理光学中的一个典型模型，它对于理解光的传播、折射和反射等现象至关重要。某同学为研究某种透明材质制作的小球的光学现象，做了如下实验： 4．用“测定玻璃的折射率”的实验方法测量该材质的折射率，对一块两面平行的该材质制成的透明砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在分别做出如图所示的A、B、C、D四组插针结果。从图看，测量结果准确度最高的是（　　） A． B． C． D． 5．夜晚用光照射该材料透明小球，小球会显得光芒四射。一细束足够强的单色光从D点平行直径AB射入，最终在小球外有四条光线射出，如图所示。已知小球的半径为R，入射点D与直径AB间的距离为R，光在真空中的传播速度为c，平行四边形DCFE为正方形，则该材质对该单色光的折射率n＝ （保留3位有效数字），该单色光从D点射入到第一次回到D点所用的时间为 （用R、n和c表示） 6．在上题中，改变入射光的入射角，在球的内表面______（选填“能”或“不能”）发生全反射 A．能 B．不能 7．光照射到物体表面时会产生压力，称为光压。光射达物质界面时会发生折射，遵循折射定律，传播方向发生变化会导致其动量改变，从而产生光压。如图，一束光线从真空中入射到球的A点，两次折射后从B点射出。光束经过球的过程中，其动量变化量（　　） A．由A指向B，光对球产生的冲量指向A B．由A指向B，光对球产生的冲量指向B C．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向下 D．与AB垂直，光对球产生的冲量垂直AB向上 【答案】4．D 5． 6．B 7．C 【解析】4．根据光的折射定律可得，结合几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，由光路的可逆性原理可知上表面的入射角等于下表面的折射角，因此上表面的入射光线与下表面的出射光线平行。 故选D。 5．[1]作出光在小球内传播的光路图，如图所示 由题意可知，光线在小球上的入射角满足 光线在球内反射，反射光线构成一个正方形，则光线在D处的折射角为 根据光的折射定律可得，小球的折射率为 [2]光在透明材质中的传播速度为 光从D点射入到第一次回到D点运动的路程 光从D点射入到第一次回到D点所用的时间为 6．根据光路的可逆性可知，光从球内射出时的折射角等于从D点射入时的入射角，因此在球内传播时，对于球内的入射角始终小于射出时的折射角，不满足全反射时的入射角大于其临界角，故不能发生全反射。 故选B。 7．做出入射光动量方向、折射光动量方向以及折射后光线动量的变化量如图所示 可知光束经过微球的过程中，其动量变化量与AB垂直，根据动量定理可知，微球对光束作用力的方向与 动量变化量的方向相同，其方向垂直AB向下，而根据牛顿第三定律可知，光束对微球的作用力与微球对 光束的作用力大小相等、方向相反，可知光束对微球的作用力垂直AB向上。 故选C。 （24-25高二下·上海黄浦·阶段练习）激光具有单色性佳、相干性强、方向性好、能量集中等特点，广泛应用于多个领域。 8．关于下列四幅情景图，说法正确的是（　　） A．图甲中音乐喷泉中的光能“沿水传播”，主要是利用了光的折射原理 B．图乙中肥皂膜呈现出彩色条纹，是光的衍射现象 C．图丙中“泊松亮斑”是由于激光照射小圆盘得到的衍射图样 D．图丁中观众观看电影时，戴的眼镜镜片利用了光的全反射原理 9．一束激光从介质1进入介质2，方向如图所示，下列对于1、2两种介质的光学属性判断中正确的是（　　） A．介质1是光疏介质 B．光在介质1中频率大 C．光在介质2中传播速度大 D．满足一定条件时，光从介质2进入介质1可发生全反射 10．利用激光和平面镜观察光的干涉现象，光路原理如图所示。用激光和单缝获得线光源发出的光直接照射在竖直光屏上，与通过水平平面镜反射的光叠加产生干涉条纹。测得到平面镜、光屏的垂直距离分别为，光屏上相邻明条纹的中心间距为，则：（1）激光的波长 ；（2）将平面镜略微向下平移，其它条件不变，干涉条纹的间距将 （选涂在答题卷上：A．变大B．变小C．不变）。 11．如图所示，用某种折射率较大的透光物质制成的直角三棱镜，已知。在垂直于面的直线上插上两枚大头针，在面的左侧通过棱镜观察大头针、的像，调整视线方向，直到的像被的像挡住，在观察的这一侧先后插上两枚大头针、，使挡住 的像，使挡住 和 的像记下和棱镜的位置，移去大头针和三棱镜，过作直线与面交于，量出该直线与间的夹角为，则该物质的折射率 ，并在答题卷上作出光路图标出的位置 。 【答案】8．C 9．BC 10． B 11．、 、 见解析 【解析】8．A．图甲中音乐喷泉中的光能“沿水传播”，主要是利用了光的全反射原理，故A错误； B．图乙中肥皂膜呈现出彩色条纹，是光的干涉现象，故B错误； C．图丙中“泊松亮斑”是由于激光照射小圆盘得到的衍射图样，故C正确； D．图丁中观众观看电影时，戴的眼镜镜片利用了光的偏振原理，故D错误。 故选 C。 9．A．由光路图可知：光线在介质1中与法线的夹角小于光线在介质2中与法线的夹角，故介质1是光密介质，故A错误； B．介质1是光密介质折射率较大，频率也较大，故B正确； C．介质2是光疏介质折射率较小，由可知光在介质2中传播速度较大，故C正确； D．介质2是光疏介质介质1是光密介质，光从介质2进入介质1不会发生全反射，故D错误。 故选 BC。 10．[1]线光源与其镜像相当于双缝，其间距为。 由可得激光的波长 [2]将平面镜略微向下平移，其它条件不变，增大，由可知干涉条纹的间距将变小。 故选B。 11．[1][2][3]在面的左侧通过棱镜观察大头针、的像，调整视线方向，直到的像被的像挡住，在观察的这一侧先后插上两枚大头针、，使挡住、，挡住以及、的像； [4][5]可知、在入射光线上，在出射光线上，连接、作为入射光线，连接作为出射 光线，再作出折射光线，如图所示： 由几何知识得到入射角，又折射角，则折射率 （24-25高二下·上海黄浦·期中）我们生活在光的世界里，光学既是物理学中一门古老的学科，又是现代科学领域中的前沿科学之一，具有不可估量的发展前景。 12．下列说法中正确的是（　　） A．泊松亮斑是光的干涉形成的 B．激光测距主要应用了激光相干性好的特性 C．光的偏振现象说明了光是横波 D．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象 13．在双缝干涉实验中，双缝的作用是获得 。某激光垂直照射一竖直双缝片，在远处的墙面上得到干涉图样如图。已知双缝间距为s，双缝到墙面的距离为d，a、b两标线间距为L，可知激光波长λ= 。 14．如图，水平放置的瓶盖中装有肥皂液，用吸管向液体里吹气，形成向上凸起的肥皂膜。在阳光下静置一段时间后，从上往下看，膜上会出现（　　） A．彩色环状条纹 B．彩色平行直条纹 C．明暗相间的环状条纹 D．明暗相间平行直条纹 15．生产芯片的工具是紫外光刻机，目前有DUV和EUV两种。DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm。EUV光刻机使用的是极紫外线，其波长为13.5nm。相较于DUV，EUV（　　） A．在真空中的传播速度更大 B．频率更大 C．在同一介质中的传播速度相同 D．更易发生衍射 16．在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液，可以减小曝光波长提高分辨率。若浸没液体的折射率为1.40，当不加液体时入射光束的波长为193nm，加上液体后，光在液体中的传播速度变为 m/s，波长变为 nm。（均保留3位有效数字） 17．光导纤维由折射率不同的内芯和包层构成，如图，AB和CD为光导纤维横截面的直径，AB与CD平行，AD和BC的长度均为d，一束单色光经AB的中点与AB横截面成45°角从空气入射到光导纤维中，折射光线与AD的夹角为30°，光在真空中传播的速度大小为c，则光导纤维内芯的折射率为 光导纤维内芯的折射率 包层的折射率（选填“>”、“=”或“<”），若外部包层的折射率与空气的折射率相同，则光从AB传播到CD所用的最长时间为 。 【答案】12．C 13． 相干光源 14．A 15．B 16．2.14×108 138 17． > 【解析】12．A．泊松亮斑是光的衍射形成的，故A错误； B．激光测距主要应用了激光平行度好的特性，故B错误； C．光的偏振现象说明了光是横波，故C正确； D．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，故D错误。 故选C。 13．[1]双缝的作用是获得两个相干光源； [2]根据相邻条纹间距公式， 联立可得 14．从肥皂膜的上下表面反射的两列光为相干光，当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，当光程差为半波长的奇数倍时是暗条纹，因以中心为圆心上的圆周各点是等厚的，则干涉条纹是环状条纹，由于太阳光是复色光，所以看到的环状条纹是彩色的。 故选A。 15．AB．DUV光刻机使用的是深紫外线，其波长为193nm，EUV光刻机使用的是极紫外线，其波长为13.5nm，EUV波长较短，二者在真空中的传播速度相同，根据可知，EUV频率较大，故A错误，B正确； C．由于EUV频率较大，在同一介质中EUV折射率较大，根据可知，EUV传播速度较小，C错误； D．EUV波长较短，更不容易发生明显衍射，故D错误。 故选B。 16．[1]根据可得 [2]根据折射率公式可得 17．[1]根据折射定律可得光导纤维内芯的折射率为 [2]由于光线在内芯与包层的分界面发生全反射，所以光导纤维内芯的折射率大于包层的折射率； [3]若外部包层的折射率与空气的折射率相同，设光在AD面的入射角为α， 则光在光导纤维内芯中的传播距离为 当α最小时，即等于临界角C时，光从AB传播到CD所用时间最长， 最长时间为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $