暑假培优：专题03 光 知识清单-2026年高二物理暑假提升

暑假培优：专题03 光 知识清单 第一部分 知识构建 第二部分 知识点梳理 一、折射定律 1.光的反射 (1)反射现象：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种介质的现象。如图所示。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。 2.光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。如上图所示。 (2)折射定律：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，即 ＝n12(式中n12是比例常数)。 (3)与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是可逆的。 二　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n＝。 2.折射率与光速的关系 某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝。 3.理解 由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于1。 三、实验：测量玻璃的折射率 （一）实验目的 掌握测量玻璃折射率的方法。 （二）实验设计 1.实验方案 如图当光以一定的入射角透过一块两面平行的玻璃砖时，只要找出与入射光线AO相对应的出射光线O′D，就能够画出光从空气射入玻璃后的折射光线OO′，于是就能测量入射角θ1、折射角θ2。根据折射定律，就可以求出玻璃的折射率了。 2.实验原理 用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的折射光线，用量角器测入射角θ1和折射角θ2，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝。 3.实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、三角板(或直尺)、铅笔。 （三）实验步骤 1.如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上。 2.在白纸上画出一条直线aa′作为界面(线)。过aa′上的一点O画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。 3.把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐，画出玻璃砖的另一边bb′。 4.在直线AO上竖直插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向直到P2的像挡住P1的像。再在观察者一侧竖直插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置。 5.移去大头针和玻璃砖，过P3、P4所在处作直线O′B与bb′交于O′，直线O′B就代表了沿AO方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向。 6.连接OO′，入射角θ1＝∠AON，折射角θ2＝∠O′ON′，用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表中查出它们的正弦值，把这些数据记录在自己设计的表格中。 7.用上述方法求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中。 8.算出不同入射角时的比值，最后求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率。 （四）数据处理 1.计算法 通过测量入射角和折射角，然后查数学用表，得出入射角和折射角的正弦值，再代入n＝，求多次不同入射角时n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 2.图像法 求出多组对应的入射角与折射角的正弦值，作出sin θ1－sin θ2图像，由n＝可知图像应为过原点的直线，如图所示，其斜率为折射率。 3.单位圆法 在不使用量角器的情况下，可以用画单位圆法。 (1)以入射点O为圆心，以一定长度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。 (2)由图中关系知sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝，只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n。 （五）注意事项 1.实验中，玻璃砖在纸上的位置不可移动。 2.不能用手触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能把玻璃砖当尺子用。 3.大头针应竖直插在白纸上，且玻璃砖每一侧两枚大头针P1与P2间、P3与P4间的距离应适当大些，以减小确定光路方向时造成的误差。 4.实验中入射角不宜过小或过大，否则会使测量误差增大。 四、全反射 1.光疏介质和光密介质 (1)定义：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。 (2)对光疏介质和光密介质的理解 ①光疏介质和光密介质是相对的。 ②光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角。 ③光疏和光密是相对介质的光学特性来说的，并不指它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质。 2.全反射 (1)定义：当光从光密介质射向光疏介质时，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。这时的入射角叫作临界角。 (2)折射率与临界角的关系：sin C＝。 (3)发生全反射的条件 ①光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角大于或等于临界角。 五、光的干涉 1.物理史实：1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性。 2.双缝干涉实验 (1)装置示意图 如图所示，由光源、单缝、双缝和光屏组成。 (2)实验过程：让一束平行的完全相同的单色光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，两狭缝相距很近，两狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，两个光源发出的光在挡板后面的空间相互叠加发生干涉现象。 (3)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹。 (4)实验结论：光是一种波。 3.干涉条件：两列光的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。 4.相干光源：发出的光能够发生干涉的两个光源。 六、干涉条纹和光的波长之间的关系 1.由Δx＝λ知两相邻亮条纹(或暗条纹)中心间距与光的波长有关，波长越长，条纹中心间距越大。 2.白光的干涉条纹的中央是白色的，两侧是彩色的，这是因为： (1)白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的复色光，且从红光到紫光波长逐渐变短。 (2)各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央形成亮条纹，从而复合成白色条纹。 (3)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。 3.形成亮、暗条纹的条件 薄膜干涉是经薄膜前、后面反射的两束光叠加的结果。出现亮条纹的位置，两束光的路程差Δr＝nλ(n＝0，1，2，3…)，出现暗条纹的位置，两束光的路程差Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，3…)。 七、实验：用双缝干涉测量光的波长 （一）实验目的 1.理解双缝干涉的原理，能安装和调试仪器。 2.会利用公式Δx＝λ测量光的波长λ＝Δx。 3.观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 （二）实验设计 1.实验原理 (1)干涉图样的获得：光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝后产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到明暗相间的干涉条纹，如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。 (2)光的波长的测定：若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮纹间的距离用Δx表示，则入射光的波长为λ＝。实验中d是已知的，测出l 、Δx即可计算出光的波长λ。 (3)测量Δx的方法：测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图甲所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再同方向转动手轮，测出n条亮条纹间的距离a，则可求出相邻两条亮条纹间的距离Δx＝。 2.实验器材 双缝干涉仪，即光具座、光源、透镜、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源，导线、刻度尺。 （三）实验步骤 1.将光源、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示。 2.接好光源，闭合开关，使灯丝正常发光。 3.调节各元件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。 4.安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹。 5.在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。 （四）数据处理 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，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮条纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝。 3.用刻度尺测量双缝到光屏间的距离l(d是已知的)。 4.重复测量、计算，求出波长的平均值。 （五）误差分析 1.测双缝到屏的距离l带来的误差，可通过选用毫米刻度尺，进行多次测量求平均值的方法减小误差。 2.测条纹间距Δx带来的误差。 (1)干涉条纹没有调到最清晰的程度。 (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)测量多条亮条纹间距离时读数不准确。 （六）注意事项 1.双缝干涉仪是比较精密的仪器，应轻拿轻放，不要随便拆解遮光筒、测量头等元件。 2.滤光片、单缝、双缝、目镜等如有灰尘，应用擦镜纸轻轻擦去。 3.安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm。 4.调节的基本依据：照在像屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致。干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行。 5.测量头在使用时应使中心刻线对应着亮(暗)条纹的中心。 6.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 八、光的衍射 1.单缝衍射 (1)单色光通过狭缝时，在屏幕上出现明暗相间的条纹，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色条纹，中央为白色条纹。 (2)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。 2.圆孔衍射：光通过小孔(孔很小)时，在光屏上出现明暗相间的圆环，如图所示。 (1)中央是大且亮的圆形亮斑，周围分布着明暗相间的同心圆环，且越靠外，圆形亮条纹的亮度越弱，宽度越小。 (2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 3.圆板衍射(泊松亮斑) (1)若在单色光传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。衍射图样如图所示。 (2)中央是亮斑，圆板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。 九、光的偏振　激光 1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这种现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“偏振方向”。 2.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特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振”方向。 (2)自然光和偏振光 ①自然光：太阳、日光灯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”。 ②偏振光：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)光的偏振现象说明光是一种横波。 十、不同色光的折射和全反射问题 1．光的颜色和频率 (1)光的颜色由频率决定，不同颜色的光频率并不相同，由光速c＝λf知，不同颜色的光波长不同。 (2)白光是复色光，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光组成。 2．不同色光的比较 颜色 项目 红橙黄绿青蓝紫 频率 低→高 波长 大→小 同一介质中的折射率 小→大 同一介质中的速度(v＝) 大→小 临界角(sin C＝) 大→小 通过棱镜的偏折角 小→大 第三部分 知识点应用 1.如图所示，等腰三角形ABC为一棱镜的横截面(AB＝AC)。一束光线垂直于AB边入射，恰好在AC面上发生全反射，并垂直于BC边射出棱镜。该棱镜的折射率为(　　) A. B.1.5 C. D. 2．(多选)如图所示，是光在真空和某介质的界面MN上发生偏折的现象，光在真空中的传播速度是3×108 m/s，下列说法正确的是(　　) A．介质的折射率约为1.73 B．光是从真空射入介质 C．光在介质中的传播速度约为1.73×108 m/s D．反射光线与折射光线的夹角是90° 3. 在用插针法“测定玻璃砖的折射率”的实验中。 甲 (1)如图甲所示，某位同学先在白纸上放好平行玻璃砖，并确定aa′和bb′界面的位置。然后画出一条直线AO作为入射光线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，再从玻璃砖的另一侧观察P1和P2的像。此后正确的操作步骤是________(选填选项前的字母)。 A.插上大头针P3，使P3挡住P2的像 B.插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像 C.插上大头针P4，使P4挡住P3的像 D.插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像 (2)正确完成上述操作后，为测量该种玻璃的折射率，两位同学分别用圆规及刻度尺作出了完整光路和若干辅助线，如图乙、丙所示。在图中能够仅通过测量DE、FG的长度便可正确计算出折射率的是图__________(选填“乙”或“丙”)，所测玻 璃折射率的表达式n＝________(用代表线段长度的字母DE、FG表示)。 4.某同学利用图所示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源正常发光；调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹。回答下列问题： (1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________。 A.将单缝向双缝靠近 B.将屏向靠近双缝的方向移动 C.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更小的双缝 (2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝______。 (3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。 5.宝石是地质中的一些矿物元素经过地质作用和环境变化后形成的不同结晶。而宝石的折射率是区分宝石级别的一个重要指标。如图所示，某圆柱体宝石的横截面是以O为圆心，以R为半径的圆形。一单色光在横截面所在平面内，从圆周上的A点射入宝石，从B点射出，∠α＝60°，∠AOB＝120°。已知真空中的光速为c，不考虑光在A、B位置的反射。 (1)完成光路图，并求宝石对该单色光的折射率； (2)求该单色光在宝石中传播的时间。 6.如图所示，直角三角形ABC是一玻璃砖的横截面，AB＝L，∠C＝90°，∠A＝60°，一束单色光PD从AB边上的D点射入玻璃砖，入射角为45°，DB＝，折射光线DE恰好射到玻璃砖BC边的中点E，已知光在真空中的传播速度为c。求： (1)玻璃砖的折射率； (2)该光束从AB边上的D点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需的时间。 知识点应用答案 1.答案　A 解析　作出光路图如图所示，由几何关系可知，α＝∠C＝∠B，2α＋∠B＝180°，解得α＝60°，因此该棱镜的折射率n＝＝，A正确。 2.答案　ACD 解析　由题图可知，入射角小于折射角，则光是从介质射入真空，由折射定律和几何关系可得，介质的折射率是n＝≈1.73，故A正确，B错误；由n＝可得，光在介质中的传播速度为v＝ m/s≈1.73×108 m/s，故C正确；画出反射光线，光路图如图所示，由几何关系可知，反射光线与折射光线的夹角是90°，故D正确。 3.答案　(1)BD　(2)丙　 解析　(1)在玻璃砖的一侧画出一条直线，并在线上竖直插上两枚大头针P1和P2，确定入射光线，然后在玻璃砖的另一侧插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，再插上大头针P4，使P4挡住P1、P2的像和P3，从而确定出射光线，故B、D正确，A、C错误。 (2)设入射角为i，折射角为r，对于题图乙有sin i＝，sin r＝，对于题图丙有sin i＝，sin r＝，可知仅通过测量DE、FG的长度便可正确计算出折射率的是题图丙，折射率n＝＝。 4.答案　(1)B　(2)　(3)630 解析　(1)相邻明(暗)干涉条纹的宽度Δx＝λ，要增加观察到的条纹个数，即减小Δx，需增大d或减小l，因此应将屏向靠近双缝的方向移动，选项B正确。 (2)第1条到第n条暗条纹间的距离为Δx，则相邻暗条纹间的距离 Δx′＝ 又Δx′＝λ，解得λ＝。 (3)由λ＝ 代入数据解得λ＝630 nm。 5.答案　(1)见解析图　　(2) 解析　(1)光路图如图所示，由几何关系得β＝30°，又α＝60°，有n＝＝ (2)由n＝，得v＝ 设该单色光在宝石中传播路程为s，则由几何关系，得s＝R，故可知该单色光在宝石中传播的时间为t＝＝。 6.答案　(1)　(2) 解析　(1)作出光路图如图所示，过E点的法线是三角形的中位线，由几何关系可知△DEB为等腰三角形， DE＝DB＝，由几何知识可知光在AB边折射时折射角为r＝30°，所以玻璃砖的折射率为n＝＝ (2)设临界角为β，有sin β＝，解得β＝45°，由光路图及几何知识可判断，光在BC边上的入射角为60°，大于临界角，则光在BC边上发生全反射，光在AC边的入射角为30°，小于临界角，所以光从AC边第一次射出玻璃砖，根据几何知识可知EF＝，则光束从AB边射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所需要的时间为t＝，而v＝，可解得t＝。 学科网（北京）股份有限公司 $