第四章 光（复习课件）物理人教版2019选择性必修第一册

该高中物理单元复习课件系统梳理了光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振及激光等核心知识，通过思维导图将各节内容逻辑串联，结合知识清单细化定义、公式及应用，帮助学生构建完整的光学知识网络。 其亮点在于采用“题型剖析-针对训练-综合应用”的复习策略，如通过双缝干涉条纹间距计算、全反射临界角分析等分层例题，培养学生科学推理与模型建构能力，实验部分融入创新方案（光传感器测波长），助力学生深化理解，教师可依托资料精准把握重难点，提升复习效率。

第四章 光 人教版（2019）选择性必修 第一册 章末复习 单元学习目标 掌握光的干涉、相干光源的定义与条件，熟记双缝干涉条纹间距公式，准确辨析双缝干涉、薄膜干涉，分清亮纹、暗纹形成机理，区分光程差与路程，辨析薄膜干涉中的半波损失问题。 理解光的干涉、衍射的图样变化规律，读懂干涉、衍射图样并提取物理信息，利用光程差分析条纹问题，能区分干涉、衍射、反射光现象，分析薄膜干涉在生活中的实际应用。 理清自然光与偏振光的区别，理解起偏、检偏过程，由偏振现象证明光是横波，能结合实例解释偏振在生产生活中的应用。 理清激光理想化模型的核心特征，掌握激光相干性好、平行度高、亮度大的特点，结合实例分析激光的各类实际用途。 能够对比辨析干涉、衍射、偏振三类光学现象，厘清现象原理，区分各类光学现象对应的技术应用，辨析易混淆概念，规范解答光学现象判断问题。 单元学习重难点 1. 重点： ①理解光的干涉条件与相干光源概念，分清亮纹、暗纹形成机理，会用双缝干涉条纹间距公式做简单计算； ②能够识别双缝干涉、薄膜干涉现象，掌握薄膜干涉的生活应用； ③掌握光的明显衍射条件，能够区分干涉图样与衍射图样； ④理解自然光、偏振光，掌握起偏、检偏原理，知道偏振证明光是横波，熟悉偏振的实际应用； ⑤掌握激光的核心特性，能够结合实例分析激光在科技、生活中的用途； ⑥理解半波损失，能辨析干涉、衍射、反射、偏振各类光现象。 2. 难点： ①利用光程差分析干涉条纹，辨析薄膜干涉中的半波损失问题； ②区分干涉、衍射现象，结合图样信息处理光学图像类问题； ③结合实际情境分辨各类光学现象，做到原理与实例准确对应； ④综合运用光的干涉知识分析薄膜干涉的有关问题； ⑤光学现象与生活技术应用的综合情境分析。 1. 本章思维导图 2. 各节知识清单 3. 题型剖析及针对训练 4. 课堂巩固 5. 课堂总结 学习内容 一、本章思维导图 第四章 光 本章思维导图 第四章 光 二、各节知识清单 第四章 光 第1节 光的折射 一、反射定律和折射定律 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 到第1种介质的现象。 (2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在 内，反射光线与入射光线分别位于 的两侧；反射角 入射角。 (3)在光的反射现象中，光路是可逆的。 返回 同一平面 法线 等于 第1节 光的折射 一、反射定律和折射定律 2.光的折射 (1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象。 (2)折射定律 折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线分别位于 ；_________ 与 成正比，即=n12(式中n12是比例常数)。如图所示。 同一平面 法线的两侧 入射角的 正弦 折射角的正弦 (3)在光的折射现象中，光路 (填“是”或“不是”)可逆的。 是 第1节 光的折射 二、折射率 1.折射率 (1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时， 与_______ 之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率。 (2)定义式：n= 。 (3)物理意义：反映介质的光学性质的物理量，常数n越大，光线以相同入射角从真空斜射入这种介质时偏折的角度越大，折射角越小。 说明：“偏折的角度”是指折射光线与原来的入射光线的延长线之间的夹角，并不是折射角。 入射角的正弦 折射角 的正弦 第1节 光的折射 二、折射率 2.折射率与光速的关系 (1)某种介质的折射率，等于光在 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=。 (2)理解：由于c>v，故任何介质的折射率n都 (填“大于”“小于”或“等于”)1。 真空 第2节 全反射 一、全反射 1.光疏介质和光密介质 (1)对于折射率不同的两种介质，我们把折射率较 的称为光疏介质，折射率较 的称为光密介质。 (2)光疏介质和光密介质是 (填“相对”或“绝对”)的。 小 大 相对 第2节 全反射 一、全反射 2.全反射 (1)定义：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远，而且越来越 (填“强”或“弱”)，反射光却越来越 (填“强”或“弱”)。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时， 光完全消失，只剩下 光的现象。 说明：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射光线强度减弱，即折射光线能量减小，反射光线强度增强，能量增加；当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，光全部返回原来的介质，反射光线的能量等于入射光线的能量。 光密 光疏 弱 强 折射 反射 第2节 全反射 一、全反射 (2)临界角：恰好发生全反射，即折射角等于 时的入射角。用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率 n的关系是sin C=。 (3)全反射发生的条件 ①光从 介质射入 介质。 ②入射角 临界角。 说明：两个条件必须同时满足才能发生全反射现象。 90° 光密 光疏 等于或大于 第2节 全反射 二、全反射棱镜 (1)全反射棱镜：横截面为等腰直角三角形的棱镜。 (2)特点：与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%。 (3)作用：改变光路。 (4)应用：双筒望远镜、自行车尾灯、潜望镜等都会用到全反射棱镜。 第2节 全反射 三、光导纤维 1.构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率 外套的折射率。 2.原理：利用全反射原理。 3.应用：作为载体，传递信息 (1)内窥镜：检查人体胃、肠、气管等脏器的内部。 (2)光纤通信：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强。 大于 第3节 光的干涉 一、光的双缝干涉 1.双缝干涉实验 (1)实验过程：让一束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 、 和 总是相同的，两个波源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生干涉现象。 (2)实验现象：在屏上得到明暗相间的条纹(如图所示)。 频率 相位 振动方向 2.光的干涉实验最早是物理学家 在1801年成功完成的，杨氏双缝干涉实验有力地证明了光是一种 。 托马斯·杨 波 第3节 光的干涉 二、干涉条纹和光的波长之间的关系 1.由数学知识可得条纹间距公式为Δx=λ，其中l为双缝到屏的距离，d为 双缝间的距离，λ为入射光的波长。 说明：条纹间距是指相邻两条亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离。 2.公式的理解 (1)单色光的干涉图样：对于同一干涉装置和同一单色光，条纹之间的距离相等。 (2)对于不同颜色的光，波长不同，由Δx=λ知条纹之间的距离与光波的 波长成正比。对于同一装置，所用光源的波长越长，条纹之间的距离越大，即在可见光中，用红光时条纹之间的距离最 ，用紫光时条纹之间的距离最 。 大 小 第3节 光的干涉 三、薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光的来源 光照射到薄膜上， 两个面的反射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 如图所示，光照在厚度不同的薄膜上时，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。 薄膜前后 频率 相位差 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 一、实验思路 1.实验原理 在双缝干涉实验中，d是双缝间距，是已知的，l是双缝到屏的距离，可以 测出，由公式Δx= 可知，只要再测出相邻两条亮条纹(或相邻两条暗 条纹)中心间距Δx，即可由公式λ= 计算出入射光波长的大小。 2.物理量的测量 (1)l的测量：用刻度尺测出。 (2)Δx 的测量：用测量头测出。 λ Δx 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 二、实验准备 如图所示为双缝干涉仪，包含光具座、光源、滤光片、透镜、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、目镜。另外，还需要学生电源、导线、刻度尺等。 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 三、数据获取与分析 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心，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心，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮条纹。 3.用刻度尺测量双缝到屏间的距离l，多次测量取平均值填入表格，双缝间距d已知。 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 4.将数据记录到表格，计算出该单色光的波长。 测量 次数 双缝 宽度d 双缝到屏间的距离l 第1条亮纹位置a1 第n条亮纹位置a2 条纹间 距Δx 波长 λ 波长的 平均值 1               2             3             5.换用不同的滤光片，测量不同颜色的单色光的波长。 三、数据获取与分析 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 四、其他注意事项 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.光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近。 4.测量头在使用时应使中心刻线对齐亮条纹的中心。 第4节 实验：用双缝干涉测量光的波长 五、创新方案：用光传感器做双缝干涉的实验 1.实验装置 光源在铁架台的最上端，中间是刻有双缝的挡板，右面是光传感器。这个实验的光路是自上而下的。 2.光传感器是一个小盒，在图中为白色狭长矩形部分， 沿矩形的长边分布着许多光敏单元。这个传感器各个光敏单元得到的光照信息经计算机处理后，在显示屏上显示出来。根据显示器上干涉图像的条纹间距，从而算出光的波长。 3.这种方法除了同样可以测量条纹间距外，它还可以方便、形象地在显示屏上展示亮条纹的分布，并能定量地描绘传感器上各点的光照强度。 第5节 光的衍射 一、光的衍射 1.光的衍射：用单色平行光照射狭缝，当缝很 时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了 的地方，这就是光的衍射现象。 2.各种不同形状的障碍物都能使光发生 ，致使影的轮廓模糊不清，出现 的条纹。 说明：衍射条纹是由于来自单缝或圆孔上不同位置的光，通过缝或孔之后叠加时加强或者削弱的结果，所以说衍射中也存在干涉现象。 3.发生明显衍射现象的条件：障碍物或狭缝的尺寸跟光的波长相当，甚至比光的波长 。 窄 相当宽 衍射 明暗相间 还小 第5节 光的衍射 一、光的衍射 4.三种衍射图样的特点 (1)单缝衍射 ①单色光通过狭缝时，在屏上出现明暗相间的条纹，中央条纹 ，两侧的亮条纹逐渐 。 ②波长一定时，单缝 (填“宽”或“窄”)的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长 (填“长”或“短”)的中央亮条纹宽，条纹间距大。 最宽最亮 变暗变窄 窄 长 第5节 光的衍射 一、光的衍射 (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，波长越大，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱。 第5节 光的衍射 一、光的衍射 (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(与圆孔衍射图样中心亮斑比较，泊松亮斑较小)，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。 第5节 光的衍射 二、衍射光栅 1.定义 衍射光栅是由许多 的狭缝 地排列起来形成的光学元件。 2.原理 增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变 ，亮度将 。 3.透射光栅和反射光栅 在一块很平的玻璃上刻出一系列等距的平行刻痕，刻痕产生漫反射而不太透光，未刻的部分相当于透光的狭缝，这样就做成了 光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成 光栅。 等宽 等距离 窄 增加 透射 反射 第6节 光的偏振　激光 一、偏振现象及光的偏振 1.偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是 的，这个现象称为“偏振现象”，横波的 称为“偏振方向”。 2.偏振片 由特定的材料制成，每个偏振片都有一个 的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。 不同 振动方向 特定 第6节 光的偏振　激光 二、偏振现象的应用 1.摄影技术中的应用：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反射光的干扰，景象会不清楚。如果在照相机镜头前装一片 ，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 ，就可以减弱反射光而使水下和玻璃后的景象清晰。 2.偏振片在汽车挡风玻璃上的应用：汽车夜间行驶与对面的车辆相遇时，如遇远光灯引发炫目，极易引起车祸。如果驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振方向都沿同一方向并与水平面成45°，可避免远光灯引发炫目，保证行车安全。 偏振滤光片 垂直 第6节 光的偏振　激光 二、偏振现象的应用 3.立体电影：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向 。观众所戴的偏振眼镜的两只镜片透振方向互相垂直，且左眼镜片与左放映机前偏振片的透振方向一致，右眼镜片与右边放映机前偏振片的透振方向一致。这样，左眼只能看到左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。 互相垂直 第6节 光的偏振　激光 三、激光的特点及其应用 1.普通光源与激光 (1)普通光源 光是从物质的原子中发射出来的，普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。 (2)激光的产生 激光是原子受激辐射产生的光，发出的光的 、 、_________ 均相同，两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是人工产生的 光。 相位差 频率 振动方向 相干 第6节 光的偏振　激光 三、激光的特点及其应用 2.激光的特点及应用 特点 性质 应用 相干性高 激光具有频率单一、相位差恒定、振动方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性 单缝衍射和双缝干涉实验 光纤通信 全息照相 平行度好 激光的平行度非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度 精确的测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等 亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光做“光刀” 三、题型剖析及针对训练 第四章 光 题型一：折射定律　折射率 1.对折射率的理解 (1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在该介质中传播速度的大小。 (2)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关,与入射角和折射角的大小无关。 ①同一种介质中,频率越大的光折射率越大,传播速度越小。 ②同一种光在不同介质中,虽然波速、波长不同,但频率相同。 题型一：折射定律　折射率 2.光路的可逆性 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。 题型一：折射定律　折射率 【例1】 (2025·四川成都模拟)某兴趣小组在研究光的折射规律时,将某种单色光以相同的入射角斜射入不同厚度的同种平行玻璃砖中,如图甲所示,发现光线的侧移量x与玻璃砖的厚度h的关系如图乙,已知单色光的入射角i=45°,由此可求得这种玻璃砖对该单色光的折射率为(　　) A. B.2 C. D. 题型一：折射定律　折射率 【解析】　如图所示,设折射角为r,根据几何知识得AD=htan 45°=h,BD==x,AB=htan r,又AB=AD-BD,可得x=h,结合题图乙可知=,解得tan r=,易知sin r=,则这种玻璃砖对该单色光的折射率n==,故C正确。 题型一：折射定律　折射率 【总结提升】　平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点   平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球) 对光 路的 控制 特点 通过平行玻璃砖后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 题型一：折射定律　折射率 【例2】 (2025·甘肃卷,13)已知一圆台容器,高H=15 cm,上口半径R=13 cm,容器底部中心有一质点,未装入水时,人眼从容器边缘无法观测到该质点,装入某种液体后,恰好可以看到,此时液面高度h=12 cm,人眼观测角度α满足sin α=,人眼到容器边缘的距离为5 cm。光在真空中的传播速度c=3×108 m/s,求: (1)该液体的折射率; (2)光从底部质点反射至人眼全过程的时间。 题型一：折射定律　折射率 【解析】（1）根据题意,画出光路图,如图所示,由几何关系可得 sin i=,O'B=H-h=3 cm, AB=5 cm 则有O'A=4 cm, 则sin r=== 由折射定律可得该液体的折射率为 n==。 题型一：折射定律　折射率 【解析】（2）根据题意可知,光在空气中传播的距离 s1=10 cm 光在液体中传播的距离为 s2=OB==15 cm 光在液体中传播的速度为v== 则光从底部质点反射至人眼全过程的时间 t=+= s+ s=1×10-9 s。 题型一：折射定律　折射率 【总结提升】解决光的折射问题的思路 (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)利用折射定律求解。 (4)注意折射现象中光路的可逆性。 题型一：折射定律　折射率 【变式训练1】(2026·山东青岛高三月考)如图所示,半径为R的玻璃球缺,底面半径为球体半径的倍,已知该玻璃的折射率为。现用激光笔从球面上的M点垂直于底面射向玻璃球缺,激光束的延长线过底面边缘上的A点。则折射光线与底边AB的交点到A的距离为(　　) A. B. C. D. 题型一：折射定律　折射率 【解析】　如图所示,设球缺底面中心为O',连接OO',则OO'垂直于AB,设∠OAO'=α,则cos α===,可得α=30°,已知MA⊥AB,所以∠OAM=60°,设图中N点为光线在球缺底面上的反射点,设光线在M点的入射角为i,折射角为r,由于△OAM为等边三角形,所以入射角i=60°,由折射定律得n=,代入数据得r=30°,则∠NMA=30°,NA=AM·tan 30°=Rtan 30°=,故D正确。 题型二：全反射 【例3】 (多选)(2025·四川卷,9)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行(θ<45°)的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。则(　　) A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃 B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,θ可 以设定为30° C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二 次全反射入射角可能为70° D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动 题型二：全反射 【解析】　由于1.4<,则当选用折射率为1.4的光学玻璃时,根据sin C=可知sin C>,即C>45°,根据几何知识可知光线第一次发生全反射时的入射角为θ<45°<C,则选用折射率为1.4的光学玻璃时不会发生全反射,故A错误;当θ=30°时,入射角为30°,选用折射率为1.6的光学玻璃时,全反射的临界角满足sin C==0.625>0.5=sin 30°,故C>30°,此时不会发生全反射,故B错误;若选用折射率为2的光学玻璃,则全反射的临界角满足sin C=,即C=30°,此时光线要发生第一次全反射,入射角一定大于30°,即第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角一定大于60°,根据几何关系可知第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角等于第二次全反射时的入射角,可能为70°,故C正确;若入射光线向左移动,则第一次全反射时的反射光线向左移动,第二次全反射时的反射光线向左移动,同理,第三次全反射时的反射光线向左移动,即出射光线向左移动,故D正确。 题型二：全反射 【总结提升】解决全反射问题的一般步骤 (1)确定光是从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)如果发生全反射,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、计算,解决问题。 题型二：全反射 【变式训练2】(2025·广西卷,5)如图,在扇形玻璃EOG中,OE⊥OF,可见光分别从E点沿EM、EN射向真空。该玻璃对可见光的折射率为,则(　　) A.沿EM的光发生全反射,沿EN的光不发生全反射 B.沿EM的光不发生全反射,沿EN的光发生全反射 C.沿EM、EN的两束光都发生全反射 D.沿EM、EN的两束光都不发生全反射 题型二：全反射 【解析】　过M点和N点分别作出两界面的法线,设EM光线的入射角为θ,EN光线的入射角为α,如图所示,则在等腰三角形OEM中,∠EOM+2θ=180°,又∠EOM<90°,则θ>45°,同理,在等腰三角形OEN中,∠EON+2α=180°,又∠EON<90°,则α>45°,根据全反射临界角公式sin C=得C=45°,由于θ和α均大于临界角C,则沿EM、EN 的两束光都发生全反射,故C正确。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 求解光的折射和全反射问题的思路 (1)确定研究的光线 该光线一般是入射光线,还有可能是反射光线或折射光线;若研究的光线不明确,根据题意分析、寻找,如临界光线、边界光线等。 (2)画光路图 找入射点,确认界面,并画出法线,根据反射定律、折射定律作出光路图,结合几何关系,具体求解。 (3)注意两点 从光疏→光密:一定有反射、折射光线; 从光密→光疏:如果入射角大于或等于临界角,一定发生全反射。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 【例4】 (2025·山东卷,15)由透明介质制作的光学功能器件截面如图所示。器件下表面圆弧以O点为圆心,上表面圆弧以O'点为圆心,两圆弧的半径及O、O'两点间距离均为R,点A、B、C在下表面圆弧上。左界面AF和右界面CH与OO'平行,到OO'的距离均为R。 (1)B点与OO'的距离为R,单色光线从B点平行于OO'射入介质,射出后恰好经过O'点,求介质对该单色光的折射率n; (2)若该单色光线从G点沿GE方向垂直AF射入介质,并垂直CH射出。出射点在GE的延长线上,E点在OO'上,O'、E两点间的距离为R,空气中的光速为c,求该光在介质中的传播时间t。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 【解析】（1）单色光线从B点射入介质,射出后恰好经过O'点,则单色光线经过B点进入介质后沿BO'传播,作出光路图如图甲所示,由几何关系可知单色光线在B点的入射角i的正弦值为 sin i=sin∠BON== 则i=60° 又i=2r,则r=30° 由折射定律可知介质对单色光的折射率为n==。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 【解析】（2）由几何关系可知单色光入射到介质上表面的入射角满足sin r'=,又sin r'>sin C=,则单色光在介质上表面发生全反射,结合几何关系可作出其光路如图乙所示, 则单色光在介质中传播的距离为s=2×=R 由v=可知单色光在介质中的传播速度为v= 该光在介质中的传播时间为t==。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 【变式训练3】(2025·湖北卷,13)如图所示,三角形ABC是三棱镜的横截面,AC=BC,∠C=30°,三棱镜放在平面镜上,AC边紧贴镜面。在纸面内,一光线入射到镜面O点,入射角为α,O点离A点足够近,已知三棱镜的折射率为。 (1)若α=45°,求光线从AB边射入棱镜时折射角的正弦值; (2)若光线从AB边折射后直接到达BC边,并在BC边刚好发生全反射,求此时的α值。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 【解析】　(1)当α=45°时,光路如图甲所示 光线在镜面发生反射,由反射定律得θ=α=45° 因为∠C=30°,AC=BC,所以∠A=75° 由几何关系可得∠OO'A=30°,所以光在AB边的入射角γ=60° 由折射定律得n= 解得折射角的正弦值sin β=。 题型三：光的折射和全反射的综合问题 (2)如图乙所示,因为光经AB边折射后,到达BC边时恰好发生全反射,则有 sin δ== 解得δ=45°,故∠BDO'=45° 又因为∠B=75°,所以∠BO'D=60°,则β=30°, 由折射定律得n= 解得sin γ=,则γ=45° 由几何关系可得θ=60°,由反射定律得α=θ=60°。 题型四：光的干涉现象 1.双缝干涉 (1)条纹间距公式:Δx=λ 对同一双缝干涉装置,光的波长越长,干涉条纹的间距越大。 (2)亮、暗条纹的判断方法 如图所示,相干光源S1、S2发出的光到屏上P'点的路程差 为Δr=r2-r1。 当Δr=nλ(n=0、1、2、…)时,光屏上P'处出现亮条纹;当Δr=(2n+1)(n=0、1、2、…)时,光屏上P'处出现暗条纹。 题型四：光的干涉现象 2.薄膜干涉 (1)形成原因 如图所示,竖直的肥皂薄膜,由于重力的作用,形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时,在膜的前表面AA'和后表面BB'分别反射回来,形成两列频率相同的光波,并且叠加。 (2)亮、暗条纹的判断方法 ①单色光:两个表面反射回来的两列光波的路程差为Δr,等于薄膜厚度的2倍,光在薄膜中的波长为λ,在P1、P2处,Δr=nλ(n=1、2、3、…),薄膜上出现亮条纹;在Q处,Δr =(2n+1)(n=0、1、2、3、…),薄膜上出现暗条纹。 ②白光:薄膜上出现水平彩色条纹。 题型四：光的干涉现象 (3)应用 ①增透膜。 ②检查平面的平整度,如图所示。 题型四：光的干涉现象 【例5】 (2025·山东卷,3)用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝S1、S2关于OO'轴对称,光屏垂直于OO'轴放置。将偏振片P1垂直于OO'轴置于双缝左侧,单色平行光沿OO'轴方向入射在屏上观察到干涉条纹,再将偏振片P2置于双缝右侧,P1、P2透振方向平行。保持P1不动,将P2绕OO'轴转动90°的过程中,关于光屏上的干涉条纹,下列说法正确的是(　　) A.条纹间距不变,亮度减小 B.条纹间距增大,亮度不变 C.条纹间距减小,亮度减小 D.条纹间距不变,亮度增大 题型四：光的干涉现象 【解析】　初始时P2与P1的透振方向平行,则光屏上的干涉条纹亮度最大,P2绕OO'轴转动90°的过程中,亮度逐渐减小,B、D错误;转动P2不会影响光的波长λ、双缝间距d和双缝到光屏的距离l,由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,条纹间距不变,A正确,C错误。 题型四：光的干涉现象 【变式训练4】(2025·上海卷,1)用红光、紫光分别通过同一个双缝干涉仪形成干涉图样,下列图样正确的是(　　) 【解析】　光的双缝干涉图样是平行等距的明暗相间的条纹,衍射图样为中央宽两边窄的明暗相间的条纹,C、D错误;由双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,波长越长,条纹间距越大,因为红光的波长大于紫光的波长,所以红光的条纹间距大于紫光的条纹间距,A正确,B错误。 题型四：光的干涉现象 【例6】(2026·河北石家庄月考)如图甲所示装置可以用来检查精密光学平面的平整程度。当单色光a垂直入射后,从上往下看到的条纹如图乙所示;当单色光b垂直入射后,从上往下看到的条纹如图丙所示。该检测方法是利用光的干涉原理,下列说法正确的是(　　) A.a光的频率大于b光的频率 B.在相同透明玻璃介质中a光 的传播速度小于b光的传播速度 C.若增加一张纸片,观察到的条纹将变疏 D.若增加一张纸片,观察到的条纹将变密 题型四：光的干涉现象 【解析】　薄膜干涉的光程差Δr=2d(d为薄膜厚度),厚度相同处产生的条纹明暗情况相同,根据条纹的位置与空气膜的厚度是对应的,而相邻两亮纹之间的厚度之差等于,相邻亮纹间距越小,则对应的光的波长越小,频率越大,可知a光的频率小于b光的频率,A错误;因a光的频率较小,则折射率较小,根据n=可知,在相同透明玻璃介质中a光的传播速度大于b光的传播速度,B错误;若增加一张纸片时,同一厚度的空气膜向远离纸片方向移动,故条 纹向着远离纸片方向移动,导致条 纹间距变小,条纹变密,C错误,D正确。 题型四：光的干涉现象 【变式训练6】(2025·山东德州模拟)如图甲所示,凸透镜放置在水平玻璃板上,波长为λ的单色光竖直向下照射,呈现出如图乙所示的亮暗相间的同心圆环,P处位于亮环上。下列说法正确的是(　　) A.仅更换形状相同、折射率更大的凸 透镜,P处仍位于亮环上 B.对凸透镜施加向下的压力,同一级亮 环的半径将变小 C.仅将入射光的波长调整为,则P处位于暗环上 D.空气膜厚度为λ(k=1、2、3、…)的位置均位于暗环上 题型四：光的干涉现象 【解析】　P处位于亮环上,P处干涉加强,根据薄膜干涉原理有2d=mλ(m=1、2、3、…),仅更换形状相同、折射率更大的凸透镜,上述表达式仍然成立,只是整数m将增大,可知P处仍然为干涉加强位置,即P处仍位于亮环上,故A正确;对凸透镜施加向下的压力,凸透镜与水平玻璃板间的薄膜厚度减小,结合上述可知,同一厚度对应的亮条纹对应的位置将外移,可知,同一级亮环的半径将变大,故B错误;根据薄膜干涉原理可知,仅将入射光的波长调整为,则P处位于亮环上,故C错误;空气膜厚度为d=λ(k=1、2、3、…),若该处为干涉减弱,根据薄膜干涉原理有2d=(2m-1)(m=1、2、3、…),k为奇数时的位置 均位于暗环上,k为偶数时的位置均位于 亮环上,故D错误。 题型五：光的衍射和偏振现象 1.对光的衍射的理解 (1)波长越长,衍射现象越明显。光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。 题型五：光的衍射和偏振现象 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 本质 光波叠加的结果;光的干涉是两列波的叠加,光的单缝衍射是来自单缝不同位置的无限列光波通过缝之后叠加时加强或削弱的结果 题型五：光的衍射和偏振现象 3.光的偏振 (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 自然光通过偏振片的光 光的振 动方向 在垂直于光的传播方向的平面内,光沿任意方向振动,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,光沿特定方向振动 (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。 题型五：光的衍射和偏振现象 【例7】 (2025·上海卷,2)如图所示,自然光垂直通过两个相互平行的偏振片A、B照射在光屏上。保持偏振片A不动,以光的传播方向为轴,周期为T,匀速转动偏振片B,则观察光屏上光强最小的时间间隔为(　　) A.2T B.T C.0.5T D.0.25T 【解析】　根据光的偏振原理,当两偏振片的偏振方向相互垂直时,光屏上的光强最小,偏振片B转动一周的过程,两偏振片的偏振方向两次垂直,即光屏上光强最小的时间间隔为0.5T,A、B、D错误,C正确。 题型五：光的衍射和偏振现象 【例8】 (2025·甘肃天水模拟)如图甲所示,用单色光照射厚纸板上的圆孔,在纸板后边的光屏上得到如图乙所示的圆形光斑。下列方法有助于在光屏上看到明显衍射条纹的是(　　) A.增大光的强度 B.增大光的频率 C.减小圆孔的直径 D.减小纸板到光屏的距离 【解析】　当障碍物或孔的尺寸与光波的波长差不多或者比波长小时会发生明显的衍射现象,则要看到明显的衍射条纹,可以增大光的波长、减小光的频率或减小圆孔的直径,故C正确。 题型六：几何光学与物理光学的综合应用 1.光从一种介质进入另一种介质时,频率不变,光速改变,由v=λf知,波长改变。 2.同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,由n=知,n越大,传播速度越小。 3.光的频率、折射率、波速、波长的对应关系 颜色 红橙黄绿蓝靛紫 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 长→短 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 题型六：几何光学与物理光学的综合应用 【例8】 (2026·黑龙江大庆高三期末)中国最北端城市黑龙江漠河,极寒天气频繁,城市的路灯、霓虹灯、汽车大灯等在稳定大气中易形成“寒夜灯柱”现象,这是一种冰晕现象,因大气中的冰晶反射灯光而形成。简化光路如图所示,一束灯光(复色光)从左侧界面折射进入冰晶,分成两束单色光a和b,再经右侧界面反射,最后从左侧界面折射出来被人们看到。关于这一现象,下列说法正确的是(　　) A.a光的折射率比b光的折射率大 B.在冰晶中,a光的速度比b光的速度大 C.单色光b在冰晶右侧的反射是全反射 D.用同一装置做双缝干涉实验,b光的条纹间距比a光小 题型六：几何光学与物理光学的综合应用 【解析】由题图可知a光偏折程度比b光的大,则a光的折射率比b光的折射率大,故A正确;根据v=,由于a光的折射率比b光的折射率大,则在冰晶中a光的速度比b光的速度小,故B错误;简化图中左右界面平行,右侧界面的入射角等于左侧界面的折射角,可知右侧界面的入射角小于临界角,光在右侧界面没有发生全反射,故C错误;由于a光的折射率大,则a光频率大,波长小,根据Δx=λ可知,通过同一双缝干涉装置,b光的条纹间距比a光大,故D错误。 题型六：几何光学与物理光学的综合应用 【变式训练7】(多选)如图所示为一束太阳光射到截面为六边形的冰晶上时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光,下列说法正确的是(　　) A.在冰晶中,a光的传播速度较小 B.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹中心 间距较大 C.从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较小 D.用同一装置做单缝衍射实验,a光的中央亮条纹更宽 题型六：几何光学与物理光学的综合应用 【解析】　太阳光射入六边形冰晶时,a光的折射角大于b光的折射角,由折射定律n=知,冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=可知,在冰晶中,a光的传播速度较大,故A错误;因a光的折射率小于b光的折射率,故a光的频率小于b光的频率,由c=λf可知a光的波长大于b光的波长,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ知a光相邻条纹中心间距较大,故B正确;由临界角公式sin C=可知,a光的折射率较小,临界角较大,故C错误;由于a光的波长大于b光的波长,在同 一单缝衍射装置中,入射光的波长越长,中央亮条纹越 宽,则a光中央亮条纹更宽,故D正确。 五、课堂总结 第二章 机械振动 五、课堂总结 什么是光的干涉？产生干涉需要满足什么条件？什么是相干光源？双缝干涉条纹间距公式是什么？双缝干涉、薄膜干涉如何区分？亮纹、暗纹是怎样形成的？如何区分光程差与路程？薄膜干涉中半波损失该如何辨析？ 光的干涉、衍射有怎样的图样规律？怎样从干涉、衍射图样中提取物理信息？如何利用光程差分析条纹相关问题？怎样区分干涉、衍射、反射三类光现象？薄膜干涉在生活中有哪些实际应用？ 产生明显衍射现象的条件是什么？单缝衍射、圆孔衍射图样有哪些特征？干涉图样和衍射图样如何对比区分？ 自然光和偏振光有什么区别？什么是起偏、检偏？偏振现象为什么可以证明光是横波？偏振现象在生活中有哪些典型实例？ 五、课堂总结 激光有哪些核心特点？如何结合实例分析激光在生产、生活、科技当中的应用？ 如何辨析干涉、衍射、偏振三类光学现象？怎样做到现象原理与实际应用一一对应？处理光学现象类题目有哪些容易出错的地方？ $