第四章 光（知识清单）物理人教版选择性必修第一册

该高中物理光单元知识清单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，涵盖反射定律、折射率计算、双缝干涉实验等知识范畴，搭建从基础概念到实验探究再到应用分析的递进式学习支架。 清单通过“易错点专项突破”和“实验原理-步骤-数据分析”结构化呈现知识体系，如将“全反射条件”标注为重点，设计“实验数据记录表”和“易混概念对比”（如干涉与衍射条纹特点），培养科学思维与科学探究能力。配套对点训练题帮助学生巩固，教师可据此设计分层教学，提升复习效率。

第四单元 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。 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。 说明：①n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 ②光的折射定律是由荷兰数学家斯涅尔总结得出的。 (3)在光的折射现象中，光路(填“是”或“不是”)可逆的。 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。 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。 实验：测量玻璃的折射率 一、实验思路 1.实验原理 根据折射定律n=可知，通过测量光从空气进入玻璃发生折射过程中的入射角θ1与折射角θ2，两角的正弦值之比即为该种玻璃的折射率。 2.物理量的测量：入射角θ1和折射角θ2。 二、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3~4枚)、量角器、直尺、铅笔。 三、实验步骤 1.把白纸用图钉钉在木板上。 2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条直线aa'作为界面，过aa'上一点O作垂直于aa'的直线NN'作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示。 3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa'重合。 4.用直尺轻靠在玻璃砖的另一个面，按住直尺不动，将玻璃砖取下，画出直线bb'。 5.在玻璃砖bb'一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa'一侧所插的大头针的像时，把大头针P3插好。 6.在玻璃砖bb'一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3，同时也能挡住。 7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO'交bb'于O'点，连接OO'，OO'就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。 8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。 9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。 四、数据分析 1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n=中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 实验 次数 入射 角θ1 sin θ1 折射 角θ2 sin θ2 的平均值 1 2 3 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=可知图像应为一条，如图所示，其斜率为玻璃砖的折射率。 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。 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。 (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。 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。 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。 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)。 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。 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。 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。 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=λ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=Δx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。 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。 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。 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。 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。 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，下面是光传感器。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 1、 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。 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。 (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。 (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。 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。 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”。 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。 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。 易错点 01 混淆光的折射与全反射 易错认知：认为光从空气射入介质会发生全反射；乱用折射率公式；记混不同色光临界角大小。 1. 折射率公式，入射角是空气（真空）中的角度；光路可逆。介质中光速，折射率越大，光在介质中传播速度越小。 2. 全反射两个必要条件：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角≥临界角；临界角。光从空气射入介质，不可能发生全反射。 3. 光由一种介质进入另一种介质，频率保持不变，光速、波长发生改变。 4. 三棱镜色散：同一介质，紫光折射率大，偏折程度大；红光折射率小，偏折程度小。 【对点训练】 1.如图甲所示，倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，实际上它不是彩虹，而是日晕，专业名称叫“环天顶弧”，是由薄而均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶(直六棱柱)折射形成的，因为大量六角片状冰晶的随机旋转而形成“环天顶弧”。光线从冰晶的上底面进入，经折射从侧面射出，简化光路如图乙所示，当太阳高度角α增大到某一临界值，侧面的折射光线因入射光发生全反射而消失不见，以下分析正确的是(　　) A.光线从空气进入冰晶后波长变长 B.红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小 C.光线可能在下底面发生全反射 D.若太阳高度角α等于30°时恰好发生全反射，可求得冰晶的折射率为 2.（2025-2026·北京西城高二下期末）如图所示，用折射率的材料制成一条长为的实心纤维。一细束激光从真空中由其左端的中心点以的入射角射入纤维内，经过一系列反射后从右端射出。已知真空中的光速，则（  ） A.该激光在纤维中传播速度的大小为 B.该激光由纤维左端射入时的折射角为 C.该激光在纤维中传播所经历的时间为 D.该激光在纤维侧壁上有可能不发生全反射 3.（2025-2026·天津河北高二下期末）如图所示，红、绿两束单色光同时从空气中沿同一路径以角从界面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在界面发生全反射，反射光射向界面。若逐渐增大，两束光在界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.在界面，红光在介质中的折射角小于绿光的折射角 B.红光在介质中的传播速度大于绿光的传播速度 C.随着角逐渐增大，入射光可能在界面发生全反射 D.随着角逐渐增大，在界面红光的全反射现象先消失 易错点 02 混淆光的干涉、衍射 易错认知：认为任意两束光相遇就能干涉；分不清干涉、衍射条纹特点；搞错增透膜厚度。 1. 光发生干涉条件：两束光频率相同、振动方向相同、相位差恒定，不是任意两束光都能干涉。 2. 双缝干涉：条纹等间距、等宽度；条纹间距公式，波长越长，条纹间距越大。 3. 单缝衍射：条纹中间宽亮，两侧窄，间距不等；泊松亮斑是衍射现象；明显衍射条件：缝、障碍物尺寸跟波长相近或更小。波长越长衍射现象越明显。 4. 薄膜干涉：增透膜厚度等于介质中波长的，反射光相消，增强透射；增反膜厚度为介质中波长；注意此处波长是介质中的波长，不是真空中波长。 【对点训练】 1.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前在光的传播方向上放置的装置，以下说法正确的是(　　) A.甲对应单缝，乙对应双缝 B.乙对应双缝，丙对应小圆孔 C.丙对应小圆孔，丁对应小圆板 D.丁对应小圆孔，甲对应双缝 2.（2025-2026·陕西西安高二下期末）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述，正确的是(  ) A.图甲中，竖直放置的铁丝圈上附有肥皂膜，用黄色平行光照射面，应从面右侧观测干涉条纹 B.图乙是利用光的干涉来检查样板平整度，若将黄光照射变为蓝光，则条纹将变密 C.图丙中、是偏振片，当固定不动，以光的传播方向为轴，将在竖直面内转动，光屏上的光的亮度不变 D.图丁中，泊松亮斑是光照射到不透光的大平板中间的小圆孔时发生衍射产生的 3.（2025-2026·陕西渭南高二下期末）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述正确的是(  ) A.图甲中，当太阳光照射铁丝圈上的肥皂膜时，膜上会呈现彩色条纹，这是光的衍射现象 B.图乙是利用光的干涉来检查样板平整度，若将右侧垫得更高，条纹将变密集 C.图丙中，为防止司机在夜间行车时出现眩目情况，挡风车窗会采用偏振玻璃或偏振膜 D.图丁中，泊松亮斑是光照射到小圆盘时发生干涉产生的 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四单元 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，一部分光返回到第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。 (3)在光的反射现象中，光路是可逆的。 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)。如图所示。 说明：①n12是比例常数，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关。 ②光的折射定律是由荷兰数学家斯涅尔总结得出的。 (3)在光的折射现象中，光路是(填“是”或“不是”)可逆的。 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，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。 (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。 2.折射率与光速的关系 (1)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=。 (2)理解：由于c>v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1。 实验：测量玻璃的折射率 一、实验思路 1.实验原理 根据折射定律n=可知，通过测量光从空气进入玻璃发生折射过程中的入射角θ1与折射角θ2，两角的正弦值之比即为该种玻璃的折射率。 2.物理量的测量：入射角θ1和折射角θ2。 二、实验器材 玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉(3~4枚)、量角器、直尺、铅笔。 三、实验步骤 1.把白纸用图钉钉在木板上。 2.用直尺画一条平行于玻璃砖一个面的一条直线aa'作为界面，过aa'上一点O作垂直于aa'的直线NN'作为法线，过O点画一条入射光线AO，使入射角θ1适当大些，如图所示。 3.在AO线上竖直地插两枚大头针P1、P2，在白纸上放上被测玻璃砖，使玻璃砖的一个面与aa'重合。 4.用直尺轻靠在玻璃砖的另一个面，按住直尺不动，将玻璃砖取下，画出直线bb'。 5.在玻璃砖bb'一侧白纸上竖直地立一枚大头针P3，调整视线，同时移动大头针P3的位置，当P3恰好能同时挡住玻璃砖aa'一侧所插的大头针P1、P2的像时，把大头针P3插好。 6.在玻璃砖bb'一侧再竖直地插一枚大头针P4，使P4能挡住P3，同时也能挡住P1、P2的像。 7.记下P3、P4的位置，移去玻璃砖，拔去大头针，过P3、P4连一条直线BO'交bb'于O'点，连接OO'，OO'就是入射光线AO在玻璃砖内的折射光线，折射角为θ2。 8.用量角器量出入射角θ1和折射角θ2的大小。 9.改变入射角θ1，重复上面的步骤再做三、四次，量出相应的入射角和折射角。 四、数据分析 1.计算法：通过多次测量入射角和折射角，得出多组入射角和折射角的正弦值，再代入n=中求出多个n的值，然后取其平均值，即为玻璃砖的折射率。 实验 次数 入射 角θ1 sin θ1 折射 角θ2 sin θ2 的平均值 1 2 3 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=可知图像应为一条过原点的直线，如图所示，其斜率为玻璃砖的折射率。 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，我们把折射率较小的称为光疏介质，折射率较大的称为光密介质。 (2)光疏介质和光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的。 2.全反射 (1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，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(填“强”或“弱”)，反射光却越来越强(填“强”或“弱”)。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。 (2)临界角：恰好发生全反射，即折射角等于90°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光从光密介质射入光疏介质。 ②入射角等于或大于临界角。 说明：两个条件必须同时满足才能发生全反射现象。 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。 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，内芯的折射率大于外套的折射率。 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。 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，它们的频率、相位和振动方向总是相同的，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)。 2.光的干涉实验最早是物理学家托马斯·杨在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波。 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大，用紫光时条纹之间的距离最小。 三、薄膜干涉 1.薄膜干涉中相干光的来源 光照射到薄膜上，薄膜前后两个面的反射光是由同一个实际的光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差。 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。 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=λ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=Δx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。 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。 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。 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。 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。 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，下面是光传感器。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 1、 光的衍射 1.光的衍射：用单色平行光照射狭缝，当缝很窄时，光没有沿直线传播，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，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衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹。 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，甚至比光的波长还小。 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，中央条纹最宽最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗变窄。 ②波长一定时，单缝窄(填“宽”或“窄”)的中央亮条纹宽，条纹间距大；单缝不变时，光波波长长(填“长”或“短”)的中央亮条纹宽，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，波长越大，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(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。 二、衍射光栅 1.定义 衍射光栅是由许多等宽的狭缝等距离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窄，亮度将增加。 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，这样就做成了透射光栅。如果在高反射率的金属上刻痕，就可以做成反射光栅。 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，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”，横波的振动方向称为“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特定的方向，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”。 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偏振滤光片，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垂直，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。 3.立体电影：在每架放映机前装有一块偏振片，其透振方向互相垂直。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。 易错点 01 混淆光的折射与全反射 易错认知：认为光从空气射入介质会发生全反射；乱用折射率公式；记混不同色光临界角大小。 1. 折射率公式，入射角是空气（真空）中的角度；光路可逆。介质中光速，折射率越大，光在介质中传播速度越小。 2. 全反射两个必要条件：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角≥临界角；临界角。光从空气射入介质，不可能发生全反射。 3. 光由一种介质进入另一种介质，频率保持不变，光速、波长发生改变。 4. 三棱镜色散：同一介质，紫光折射率大，偏折程度大；红光折射率小，偏折程度小。 【对点训练】 1.如图甲所示，倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，实际上它不是彩虹，而是日晕，专业名称叫“环天顶弧”，是由薄而均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶(直六棱柱)折射形成的，因为大量六角片状冰晶的随机旋转而形成“环天顶弧”。光线从冰晶的上底面进入，经折射从侧面射出，简化光路如图乙所示，当太阳高度角α增大到某一临界值，侧面的折射光线因入射光发生全反射而消失不见，以下分析正确的是(　　) A.光线从空气进入冰晶后波长变长 B.红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小 C.光线可能在下底面发生全反射 D.若太阳高度角α等于30°时恰好发生全反射，可求得冰晶的折射率为 【答案】D 【解析】光在空气中的传播速度比在固体中的传播速度大，频率不变，根据v=λf知光线从空气进入冰晶后波长变短，选项A错误；红光的频率小于紫光的频率，则冰晶对红光的折射率小于对紫光的折射率，根据v=可知红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度大，选项B错误；如图所示，光线在冰晶侧面发生反射，根据几何关系可知∠1=∠2=∠3=∠4，根据折射定律以及光路可逆，可知无论角α如何增大，光线总会与下底面成α角射出，若光线在上底面入射并发生折射后，折射光线直接射到下底面，则上底面处的折射角等于下底面处的入射角，光线也是总会与下底面成α角射出，所以在下底面不可能发生全反射，选项C错误；当α=30°时恰好发生全反射，由折射定律得n=，由全反射的临界角公式得sin(90°-∠2)=，由几何关系得∠1=∠2，联立解得n=，选项D正确。 2.（2025-2026·北京西城高二下期末）如图所示，用折射率的材料制成一条长为的实心纤维。一细束激光从真空中由其左端的中心点以的入射角射入纤维内，经过一系列反射后从右端射出。已知真空中的光速，则（  ） A.该激光在纤维中传播速度的大小为 B.该激光由纤维左端射入时的折射角为 C.该激光在纤维中传播所经历的时间为 D.该激光在纤维侧壁上有可能不发生全反射 【答案】B 【解析】介质中光速，A错误；根据折射定律有，解得，因此折射角，B正确；光在光纤中沿锯齿形路径传播，实际路程，传播时间，C错误；光在侧壁上的入射角，根据临界角公式有，又，即，一定发生全反射，D错误。故选B。 3.（2025-2026·天津河北高二下期末）如图所示，红、绿两束单色光同时从空气中沿同一路径以角从界面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在界面发生全反射，反射光射向界面。若逐渐增大，两束光在界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.在界面，红光在介质中的折射角小于绿光的折射角 B.红光在介质中的传播速度大于绿光的传播速度 C.随着角逐渐增大，入射光可能在界面发生全反射 D.随着角逐渐增大，在界面红光的全反射现象先消失 【答案】BD 【解析】红光的折射率小于绿光的折射率，在面，入射角相同，根据折射定律有 可知绿光在面的折射角较小，A错误；根据折射率定义式，可知红光在介质中的传播速度大于绿光在介质中的传播速度，B正确；在面，光是从光疏介质到光密介质，无论多大，在面都不可能发生全反射，C错误；根据全反射公式有，红光发生全反射的临界角较大且红光光线与NP面的交点更靠左，即在NP面的入射角更小，当逐渐增大时，折射光线与NP面的交点左移过程中，在NP面的入射角先小于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，D正确。故选BD。 易错点 02 混淆光的干涉、衍射 易错认知：认为任意两束光相遇就能干涉；分不清干涉、衍射条纹特点；搞错增透膜厚度。 1. 光发生干涉条件：两束光频率相同、振动方向相同、相位差恒定，不是任意两束光都能干涉。 2. 双缝干涉：条纹等间距、等宽度；条纹间距公式，波长越长，条纹间距越大。 3. 单缝衍射：条纹中间宽亮，两侧窄，间距不等；泊松亮斑是衍射现象；明显衍射条件：缝、障碍物尺寸跟波长相近或更小。波长越长衍射现象越明显。 4. 薄膜干涉：增透膜厚度等于介质中波长的，反射光相消，增强透射；增反膜厚度为介质中波长；注意此处波长是介质中的波长，不是真空中波长。 【对点训练】 1.在一束单色光的传播方向上分别放置单缝、双缝、小圆孔和小圆板后，在光屏上得到如下四幅图样，关于光屏前在光的传播方向上放置的装置，以下说法正确的是(　　) A.甲对应单缝，乙对应双缝 B.乙对应双缝，丙对应小圆孔 C.丙对应小圆孔，丁对应小圆板 D.丁对应小圆孔，甲对应双缝 【答案】C 【解析】根据单缝衍射与双缝干涉图样的区别：前者中间是亮条纹，越向两侧条纹宽度越小，后者的明暗条纹宽度相等，可知甲图是双缝干涉条纹，乙图是单缝衍射条纹；根据小孔衍射与不透光圆板衍射的区别可知，小圆孔衍射的图样，中央较大的区域内是亮的，周围是明暗相间的圆环，不透光小圆板衍射的图样，中央较大区域内是暗的，中央有一亮斑，叫泊松亮斑，周围是明暗相间的圆环，可知丙图是小圆孔衍射图样，丁图是小圆板衍射图样。所以C正确，A、B、D错误。 2.（2025-2026·陕西西安高二下期末）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述，正确的是(  ) A.图甲中，竖直放置的铁丝圈上附有肥皂膜，用黄色平行光照射面，应从面右侧观测干涉条纹 B.图乙是利用光的干涉来检查样板平整度，若将黄光照射变为蓝光，则条纹将变密 C.图丙中、是偏振片，当固定不动，以光的传播方向为轴，将在竖直面内转动，光屏上的光的亮度不变 D.图丁中，泊松亮斑是光照射到不透光的大平板中间的小圆孔时发生衍射产生的 【答案】B 【解析】图甲中，竖直放置的铁丝圈上附有肥皂膜，用黄色平行光照射AB面，则在AB面和CD面的反射光叠加产生干涉现象，可知在AB面左侧可观测到干涉条纹，A错误；图乙是利用光的干涉来检查样板平整度，若将黄光照射变为蓝光照射，由于蓝光的波长小于黄光的波长，则相邻明纹或暗纹间距变得更小，条纹将变密集，B正确；图丙中M、N是偏振片，当M固定不动，以光的传播方向为轴，将N在竖直面内转动，则两偏振片的透振方向由平行逐渐变为垂直，光屏P上的光亮度将逐渐变暗，C错误；图丁中，泊松亮斑是光照射到小圆板时发生衍射产生的，D错误。故选B。 3.（2025-2026·陕西渭南高二下期末）下列关于甲、乙、丙、丁四幅图中物理现象的描述正确的是(  ) A.图甲中，当太阳光照射铁丝圈上的肥皂膜时，膜上会呈现彩色条纹，这是光的衍射现象 B.图乙是利用光的干涉来检查样板平整度，若将右侧垫得更高，条纹将变密集 C.图丙中，为防止司机在夜间行车时出现眩目情况，挡风车窗会采用偏振玻璃或偏振膜 D.图丁中，泊松亮斑是光照射到小圆盘时发生干涉产生的 【答案】BC 【解析】太阳光照射肥皂膜时，膜上呈现的彩色条纹是薄膜干涉现象，前后表面反射的光叠加发生干涉现象，A错误；图乙是利用光的干涉检查样板平整度，如图所示，设样板与标准样板平面的夹角为，根据相邻亮条纹间距公式有，若右侧垫得更高，则变大，变小，所以条纹会变密集，B正确；夜间行车时，由于对面车灯的光多为偏振光，挡风玻璃采用偏振玻璃或偏振膜，可通过偏振片的偏振方向过滤部分强光，防止司机眩目，C正确；泊松亮斑是光照射到小圆盘时发生衍射产生的，D错误。故选BC。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $