第四章 光 章节复习课件-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

该高中物理课件系统梳理了光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振及激光等核心内容，通过定义、公式、规律及实验要点的分层呈现，将折射率、斯涅耳定律、相干条件等概念与光导纤维、偏振应用等实例有机结合，构建完整的光现象知识网络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，通过“实验操作-问题解决-实例分析”的复习路径，设计测量玻璃砖折射率的注意事项讨论、智能雨刮器全反射原理分析等活动，培养学生模型建构与科学推理能力。分层例题（基础概念题到综合应用题）满足个性化复习需求，帮助学生巩固知识并提升解决实际问题的能力，为教师提供系统高效的复习教学支持。

第四章 光复习 当光从折射率为 n1 的介质以入射角 θ1，速度v1 入射到折射率为 n2 的介质时，速度为v2， 折射角为 θ2 2. 光的折射定律（斯涅耳定律）: 折射现象中光路是可逆的 4.1 光的折射 1. 折射率：当光从真空斜射入某种介质时，入射角与折射角的正弦比称为这种介质的折射率，用符号 n 表示 定义式，n与角度无关 n与介质光速成反比 光密介质、光疏介质 折射率决定了光从真空斜射入介质时的偏折程度，无单位，折射率n越大，光线偏折越大 O N ' A B C n1 n2 θ1 θ2 N 从红光→紫光，波长 λ 变小，频率 f 变大，折射率 n 变大。 增大入射角，折射角将增大，哪个角变化更快？ 玻璃中红光与紫光的传播速度，哪个大？ 3. 测量玻璃砖的折射率 θ1 θ2 b a N' N 人眼 c d 实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，两大头针间距、大头针和砖块的间距应适当大一些； 入射角应适当大一些，但入射角不宜太大，也不宜太小； 玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5 cm以上； 在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁面，更不能把玻璃砖界面当尺子画界线。 为何选用梯形玻璃砖？ 增加下表面范围，便于在同侧找到两大头针的像 如果只有刻度尺，如何测量和处理数据？ 在使用梯形砖完成实验的过程中，如果准备插第三枚大头针时，发现透过玻璃砖观察不到前两枚大头针，原因是什么？如何处理？ 光线没有在梯形玻璃砖同底面射出，可以改变前两枚大头针的位置，调整入射角。 4.2 全反射 1. 全反射：光由光密介质射入光疏介质（如由水射入空气中）时，折射角大于入射角； 折射角随入射角的增大而增大。当入射角增大到某一角度时，折射光消失，只剩下反射光。这就是全反射现象。 光从光密介质射入光疏介质，当折射角达到90°时，折射光完全消失，此时的入射角称为临界角，用符号C表示。 发生全反射的条件：光从光密介质射入光疏介质，入射角大于或等于临界角 2. 光导纤维（全反射原理） 折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质。 4.3 光的干涉 发生光的干涉条件： 相干光源（振动方向相同、频率相等、相位差恒定的光源） 1. 光的干涉 托马斯·杨 英国 1773—1829 杨氏双缝干涉实验 Δx L d 屏 图样 双缝 单色光λ 该点振动加强（明条纹） 该点振动减弱（暗条纹） 相同双缝干涉装置，不同的光条纹间距不同： Δx红>Δx橙>Δx黄>Δx绿>Δx青>Δx蓝>Δx紫 干涉是波特有的现象。光是电磁波，也会发生干涉。 从红光→紫光，波长 λ 变小，频率 f 变大，折射率 n 变大。 2. 生活中的干涉现象 光在空气层的上下两个表面反射形成相干光，发生干涉 平整 不平整 白光照射薄膜干涉 前表面 后表面 1. 实验中为何要测量 N 条条纹而不是相邻条纹的间距？ 2. 选择初始点和结束点为什么要选择暗纹处？ 用累积的方法减少实验误差 暗纹中心较好识别 3. 用双缝干涉实验测量光的波长 4.4-4.5 光的衍射、偏振和激光 当光在传播过程中遇到孔隙（或障碍物）后，偏离原来的直线传播方向绕过孔隙（或障碍物）继续传播的现象称为光的衍射。 单缝衍射 1. 条纹不等间距，中央条纹亮而宽； 2. 两侧条纹暗而窄，对称分布； 3. 波长一定时，单缝越窄，中央亮纹越宽越暗，各条纹间距越大； 4. 单缝宽相等时，红光的中央亮纹比蓝光的宽； 5. 白光的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，靠近内侧为紫色，外侧为红色 。 各种不同形状的物体都能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清 衍射产生大量相干子波源，这些子波源在光屏上叠加（干涉），最终形成了衍射图样。 圆孔衍射 圆盘衍射（泊松亮斑） 相同点：均是明暗相间的光环，中心均有亮斑 不同点： 1. 圆孔衍射中心亮斑较大，而泊松亮斑较小； 2. 圆孔衍射亮环或暗环间距随半径增大而增大，圆盘衍射亮环或暗环间距随半径增大而减小； 3. 圆孔衍射的背景是黑暗的，亮环是明亮的， 圆盘衍射图样中的背景是明亮的，暗环是黑暗的。 衍射的应用 泊松亮斑有力的支持了光的“波动说” 羽毛衍射 光盘的光栅衍射 防伪标识 光通过平行的多条狭缝同样会衍射。狭缝越窄、狭缝数量越多，光的衍射现象越明显。很多条狭缝密集排列我们称之为光栅。 激光防伪技术：光通过这些细条纹发生衍射，形成特定的彩色图案来防伪。 电磁波是横波，横波的振动方向总和传播方向垂直。不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能不同，这样的现象称为偏振（polarization)。 偏振现象是横波区别于纵波的一个标志。 光的偏振 自然光 偏振光 起偏器P 检偏器Q 偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动的光叫偏振光。 起偏器P作用：把自然光变成偏振光； 检偏器Q作用：检验光是否是偏振光 （当Q相对于P转动时，会看到透射光强度变化）。 偏振的应用 减弱反射光，使景象清晰 车载偏振片，保证安全行车 立体电影是利用人双眼的视角差和会聚功能制作的可产生立体感觉的电影。 2. 方向性好，测距、通信、雷达和制导、读取光盘信息等方面 激光的特性 1. 相干性好，又是偏振光，可以用于携带信号，通过光导纤维传输文字、声音、图像，从而实现了通信手段的重大突破。光纤通讯、激光全息技术（虚拟成像技术） 4. 亮度高，能量大。加工各种材料，焊接、打孔、切割、雕刻等，在超大规模集成电路的研制与开发中激光已成为关键技术。医学上用 “激光刀”切开皮肤、肿瘤等。 3. 单色性好，光的颜色由光在真空中的波长决定。“单色光”的波长范围越小，单色性就越好。 由于具有良好的单色性，激光常被用于精密测量、精准定位和测速等。 【例1】如图，真空中有一长方体容器底部镀有反射膜，容器内装有一定深度的液体，一束单色光以角斜射到液体表面上，在容器右侧的竖直光屏上出现两个光点P和Q，P、Q间的距离为h。若只将液体的深度增大，则P和Q间的距离h将_________，光在液体中传播的时间将_________ 。若只将液体的折射率增大，则P和Q间的距离h将_________ 。（以上选填“变长”“变短”或“不变”） 变长 变长 变短 变长，变长，变短 11 【例2】高速公路上的标志牌都用“回归反射膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回。这种“回归反射膜”是用球体反射元件制成的。如图所示，透明介质球的球心位于O点，半径为R，光线DC平行于直径AOB射到介质球的C点，DC与AB的距离。若DC光线经折射进入介质球，在介质球内经一次反射，再经折射后射出的光线与入射光线CD平行，光在真空中速度为c。求： （1）作出光路图，计算出介质球的折射率； （2）计算光在介质传输的时间。 解：光路如图所示，光线经反射后到达介质与空气的界面时， 由几何关系和折射定律得 i′＝r r′＝i ① 折射光线 PQ 与入射光线 DC 平行，则：∠POA＝∠COA＝i sini，故 i＝60° ② 由图可知，折射角 r30°故sin r ③ 则介质球的折射率 n （2）光在介质中的传播速度， 光在介质中的传播路径为，光在介质中的传输时间 （1）见题目右下角 ，；（2） 【详解】（1）光路如图所示（见原图下面那个图） 光线经反射后到达介质与空气的界面时，由几何关系和折射定律得， 折射光线PQ与入射光线DC平行，则， 所以 由图可知，折射角 所以 折射率 （2）经过的路程 在介质中传播速度 传播时间 12 【例3】智能雨刮器会在下雨时自动启动，并根据雨量的大小调节雨刮器的速度。图为前挡风玻璃的横截面示意图。雨刮器的工作原理可做如下简化：激光光源 P 发出的光在玻璃内传播，在 N 处发生全反射后被接收器 Q 接收，下雨会导致 Q 处接收到的光照强度发生突然变化，从而启动雨刮器 。 （1）为何不下雨时，激光光源 P 处发出的光在 N 处会发生全反射？ （2）为何下雨时 N 处有积水会导致接收器 Q 接收到的光照强度发生突然变化？光强会如何变化？（3）车窗玻璃的折射率应该如何选择？ θ N 接收器Q 光源P 车辆外侧 车辆内侧 前挡风玻 璃截面 介质 折射率 水 1.33 空气 1.000 28 玻璃 1.2~1.8 解：（1）光源 P 发出的光斜射到 N 处，N 处为玻璃和空气的界面，若入射角 θ 大于临界角，就会发生全反射； （2）下雨时N处外侧会有水滴，N处为玻璃和水的界面。由于玻璃对水的临界角大于玻璃对空气的临界角，入射角为θ的激光不再满足全反射条件，激光在N处同时发生折射和反射，部分光线会从挡风玻璃前表面射出到车辆外侧，接收器Q感知到光照就会突然变弱，做出挡风玻璃外侧有水的判断，启动雨刮器。 （3）选择折射率介于空气和雨水之间且尽量远离雨水折射率，通常 n玻璃​ 约 1.5～1.6 为宜，既保证干燥时全反射，又保证下雨时反射率骤降，光强突变明显。 （1）光源 P 发出的光斜射到 N 处，N 处为玻璃和空气的界面，若入射角 θ 大于临界角，就会发生全反射。 （2）下雨时 N 处外侧会有水滴，N 处为玻璃和水的界面。由于玻璃对水的临界角大于玻璃对空气的临界角，入射角为 θ 的激光不再满足全反射条件，激光在 N 处同时发生折射和反射，部分光线会从挡风玻璃前表面射出到车辆外侧，接收器 Q 感知到光照就会突然变弱，做出挡风玻璃外侧有水的判断，启动雨刮器。 2022沪科版练习册4.2.9 13 【例4】光在生产、生活中有着广泛的应用，下列现象应用的光学原理是什么？ 3D电影播放示意图 我国自主生产的光纤 镜头上的增透膜 利用X射线拍摄的DNA晶体 3D电影技术利用了光的偏振现象； 根据光导纤维的工作原理可知，在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象； 光学镜头上的增透膜可以将反射光减弱，透射光增强，可以使景像更清晰，是利用了光的薄膜干涉现象； 探测DNA晶体结构利用了X射线的衍射现象。 （1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等； （2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定，现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（ ）  A. 变疏 B．变密 C. 不变 D．消失 【例5】劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示。干涉条纹有如下特点： A 从空气膜的上下表面分别反射的两列光是相干光，其光程差为Δx＝2d，即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差时此处表现为亮条纹，故相邻亮条纹之间的空气层的厚度差，显然抽去一张纸片后空气层的倾角变小，故相邻亮条纹（或暗条纹）之间的距离变大。故干涉条纹条纹变疏。 A（2002年高考上海卷） 15 【例6】关于衍射的下列说法中正确的是（ ） A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果 B．从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 AB 衍射花纹图样是光波相互叠加的结果。A正确； 双缝干涉中缝的宽度与波长差不多，光通过缝时，也发生了衍射现象，B正确； 衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射。当波长比障碍物或孔的宽度大得多时，才能发生明显的衍射。C错误； 当波长比障碍物或孔的宽度小得多时，不能发生明显的衍射，这时光表现出直线传播的特征，出现了影。影的存在与衍射现象并不是相互矛盾的。D错误。 AB 16 【例7】1801年，托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质。1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称洛埃镜实验）。 ①洛埃镜实验的基本装置如图，S为单色光源，M为一平面镜．试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域； *②设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹。写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离。 解：（1）①根据对称性作出光源S在平面镜中所成的像S′．②连接平面镜的最左端和光源，即为最左端的入射光线，连接平面镜的最左端和像点S′，并延长交光屏于一点，该点即为反射光线到达的光屏的最上端；同理连接平面镜的最右端和像点S′，即可找到反射光线所能到达的平面镜的最下端。故经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图所示。 （2）从光源直接发出的光和被平面镜反射的光实际上是同一列光，故是相干光，该干涉现象可以看作双缝干涉，所以SS′之间的距离为d，而光源S到光屏的距离看以看作双孔屏到像屏距离L，根据双缝干涉的相邻条纹之间的距离公式因为d＝2a，所以相邻两条亮纹（或暗纹）间距离。 (2005年高考江苏卷) 17 $