(共88张PPT)
第四章 光
①物理观念：掌握光的折射定律．知道光的全反射现象及其产生的条件．初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用．观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用．知道光是横波．
②科学思维：会测量材料的折射率．能举例说明激光技术在生产生活中的应用．
③科学探究：通过实验，理解光的折射定律．通过实验，了解激光的特性．会用双缝干涉实验测量光的波长．
④科学态度与责任：演示光沿水柱(或弯曲的玻璃柱)的传播．通过查资料，了解光缆的结构，分析光的全反射在光纤中是如何进行的．演示双缝干涉和单缝衍射现象，观察双缝干涉和单缝衍射图样，并以此说明光具有波的性质．利用生活中的器材设计实验，观察光的薄膜干涉现象，讨论薄膜干涉的原因．通过调查研究，收集光的偏振现象应用的实例．观看3D电影，查阅资料，了解3D电影的原理．
本章通过光的干涉、衍射等现象来论证光具有波动性，增强学生的证据意识，提升科学论证能力．
本章重点 ①知道光的折射、全反射、折射率等概念；②会根据光的折射定律、全反射等知识进行几何光学计算；③知道光的干涉、衍射和偏振现象发生的条件．
本章难点 ①结合数学中的几何知识分析几何光学问题；②会测量光的折射率；③会用双缝干涉实验测量光的波长．
1 光的折射
学习目标 学法指导
1．熟悉光的折射定律 2．理解折射定律的确切含义，并能用它来解释生活中的折射现象 3．知道折射率的定义及其与光速的关系，并能用来进行相关的计算和作图 4．掌握用插针法测折射率的实验过程 1．通过观察和分析，认识折射现象的特点
2．体验由折射引起的错觉
3．初步领略折射现象的美妙，增加对自然科学的热爱和探索的兴趣
知识导图
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光的折射和折射定律.
折射定律
光的 折射 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______________的现象
入射角 折射角 入射角：__________与________的夹角
折射角：__________与________的夹角
进入第2种介质
入射光线
法线
折射光线
法线
折射 定律 折射光线与入射光线、法线处在__________，折射光线与入射光线分别位于法线的__________；入射角的正弦与折射角的正弦______，即________＝n12
光路 可逆性 与光的反射现象一样，在光的折射现象中，光路也是____________的
同一平面内
两侧
成正比
可逆
1．在光的反射和折射中如果逆着反射光线或折射光线的方向射入，出射光线会沿什么方向？
【答案】出射光线会沿原入射光线的方向射出，因为在光的反射和折射中光路是可逆的．
2．入射角和折射角哪一个较大？
【答案】没有前提条件，无法确定．
(多选)关于光的反射与折射，下列说法正确的是 ( )
A．光发生反射时，光的传播方向不一定改变
B．光发生反射时，光的传播方向可能偏转90°
C．光发生反射时，光的传播方向一定改变
D．光发生折射时，一定伴随着反射现象
【答案】BCD
【解析】发生反射时，光的传播方向一定发生改变，且可以改变90°，故A错误，B、C正确；发生折射时，一定伴随着反射现象，但有反射现象，不一定有折射现象，故D正确．
1．物理意义
反映介质的_________的物理量．
2．定义
光从________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.
折射率
光学性质
真空
3．折射率与光速的关系
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＝________.
4．特点
任何介质的折射率都________．
真空
大于1
【答案】不可以．折射率n由介质的性质和光的颜色决定，与入射角θ1和折射角θ2无关．
2．光在折射率大的介质中传播速度越大还是越小？
一束光由空气射入某介质时，入射光线与反射光线间的夹角为90°，折射光线与反射光线间的夹角为105°，则该介质的折射率n＝________，光在该介质中的传播速度v＝________c．(c为真空中的光速)
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如图所示，落山的太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况．
光的折射
问题
(1) 光在任何情况下均沿直线传播吗？
(2) 造成这种现象的原因是什么？
【答案】(1)不是． (2)光的折射．
1．光的方向
光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化．当光垂直界面入射时，传播方向不发生变化．
2．光的传播速度
光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化，当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但也属于折射，因为光传播的速度发生了变化．
探究总结
3．入射角与折射角的大小关系
光从一种介质进入另一种介质时，折射角与入射角的大小关系不要一概而论，要视两种介质的折射率大小而定．当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．
特别提醒：
(1)应用折射定律和反射定律解题的关键是确定入射角和折射角．画出正确的光路图是解题的必要前提．
(2)入射角、折射角、反射角均以法线为标准来确定，注意法线与界面的区别．
素养点评：本探究通过对光的折射的理解，培养“科学思维”素养．
对光的折射的理解
精练1 (多选)如图所示，虚线表示两种介质的界面及其法线，实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线，以下说法正确的是
( )
A．bO可能是入射光线
B．aO可能是入射光线
C．cO可能是入射光线
D．Ob可能是反射光线
【答案】BD
【解析】由于反射角等于入射角，入射光线、反射光线关于法线对称，所以aO、Ob应是入射光线或反射光线，PQ是法线．又因为反射光线、折射光线都不与入射光线位于法线同侧，所以aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线，故B、D正确．
【答案】C
1．在反射、折射现象中，光路都是可逆的．
2．光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一般要发生变化，但并非一定要变化；当光垂直分界面入射时，光的传播方向就不会变化．
不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同．
问题
(1) 介质的折射率与其密度有什么关系？
(2) 是不是介质的密度越大，其折射率就越大？
【答案】(1) 介质的折射率与介质的密度没有必然的联系．
(2) 密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小．
对折射率的理解
1．关于正弦值
当光由真空射入某种介质时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值的比值是一个常数．
2．关于常数n
入射角的正弦值跟折射角的正弦值之比是一个常数，但不同介质具有不同的常数，说明该常数反映了介质的光学特性．
探究总结
素养点评：本探究通过对“折射率”的理解，培养“科学思维”素养．
对折射率的理解
精练2 (多选)有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B射入介质C，如图所示．根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是
( )
A．介质B的折射率最大
B．介质C的折射率最大
C．光在介质B中的速度最大
D．光在介质C中的速度最大
【答案】BC
【解析】光线由介质A进入介质B时，根据光路图可知，A的折射率大于B的折射率；光由介质B进入介质C时，根据光路图可知，B的折射率小于C的折射率．所以介质B的折射率最小，光在其中传播的速度最大．光在介质中的折射角越小，光在此介质中的传播速度越小．故B、C正确．
【答案】CD
【解析】介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关．由于真空中光速是个定值，故n与v成反比，C正确，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的．由v＝λf，当f一定时，v正比于λ.n与v成反比，故折射率与波长λ也成反比，故D正确．
【答案】C
1．折射率的定义式中θ1为真空(空气)中的光线与法线的夹角，不一定是入射角；θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定是折射角．
2．介质的折射率与介质的密度没有必然的联系．密度大，折射率未必大，如水和酒精，水的密度较大，但水的折射率较小．
实验：测量玻璃的折射率
三、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．
四、实验步骤
1．如图所示，把白纸用图钉钉在木板上．在白
纸上画一条直线aa′作为玻璃砖的上界面，画一条
线段AO作为入射光线，并过O点画出界面aa′的法线
NN′.
2．把长方形的玻璃砖放在白纸上，使它的一个长边跟aa′严格对齐，并画出玻璃砖的另一个长边bb′.
3．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2．
4．眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使P2把P1挡住，在眼睛这侧沿视线方向插上大头针P3，使它把P1、P2挡住．
5．用同样的方法在玻璃砖的bb′一侧再插上大头针P4，使P4能同时挡住P3本身和P1、P2的虚像．记下P3、P4的位置，移去玻璃砖和大头针．过P3、P4引直线O′B与bb′交于O′点，连接O、O′两点，OO′就是入射光AO在玻璃砖内的折射光线的方向．入射角i＝∠AON，折射角r＝∠O′ON′.
6．用量角器量出入射角i和折射角r.从三角函数表中查出入射角和折射角的正弦值，记录在自己设计的表格里．
五、注意事项
1．玻璃砖的上折射面必须与直线aa′严格对齐，才能准确地确定法线，准确地画出入射角和折射角．
2．实验时，尽可能将大头针竖直地插在纸上，且P1和P2之间、P2和O之间、P3和P4之间、P3和O′之间距离要稍大一些．重合的时候要看玻璃砖里面的像，而不是看玻璃砖上面的大头针的头部．
3．入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜过大，在操作时，手不能触摸玻璃砖光洁的光学面，更不能用玻璃砖的界面代替直尺画界线．
4．在实验的过程中玻璃砖与白纸的位置都不能改变．
(1)在找到入射光线和折射光线以后，以入射点O为圆心，以任意长为半径画圆，分别与AO交于C点，与OO′(或OO′的延长线)交于D点，过C、D两点分别向NN′作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．
实验原理和操作
精练4 小花在做“测定玻璃的折射率”的实验中，先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3、P4，如图所示，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，用“＋”表示大头针的位置．图中AO表示经过大头针P1和P2的光线，该光线与界面aa′交于O点，NN′表示法线．
(1)请将光路图画完整，并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象的入射角θ1和折射角θ2．
(2)该玻璃砖的折射率可表示为n＝________.(用θ1和θ2表示)
(3)确定P3位置的方法是____________.
(4)对实验中的现象，下面说法正确的是________．
A．大头针应垂直于纸面插上
B．此实验可以不用量角器
C．如果玻璃砖aa′和bb′不平行，则无法用此方法测量折射率
D．如果入射角太大，则折射光线会在玻璃砖内表面发生全反射，而使实验无法进行
【解析】(1)由于P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，故通过P1、P2的光线折射后通过P3、P4，作出光路图如图所示．
(3)在另一侧透过玻璃砖观察，插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像．
变式4 小张同学利用“插针法”测定玻璃的折射率．
(1)小张将玻璃砖从盒子拿出放到白纸上，图示操作较为规范且合理的是________．
(2)小张发现玻璃砖上下表面不一样，一面是光滑的，一面是磨砂的，小张要将玻璃砖选择__________(填“磨砂的面”或“光滑的面”)与白纸接触的放置方法进行实验较为合理．
(3)小张正确操作插好了4枚大头针，如图所示，请帮助小张画出正确的光路图．然后进行测量和计算，得出该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)．
【答案】(1)B (2)磨砂的面 (3)图见解析 1.53
【解析】(1)玻璃砖的光学面不能用手直接接触，接触面的污渍会影响接触面的平整，进而影响折射率的测定，故B正确．
(2)为了不影响观察实验，应使得磨砂面接触纸面．
(3)光路图如图所示．
数据处理与误差分析
精练5 某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率(如图所示)．实验的主要过程如下：
A．把白纸用图钉钉在木板上，在白纸上作出直角坐标系xOy，在白纸上画一条线段AO表示入射光线．
B．把半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边aa′与x轴重合．
C．用一束平行于纸面的激光从y>0区域沿y轴负方向射向玻璃砖，并沿x轴方向调整玻璃砖的位置，使这束激光从玻璃砖底面射出后，仍沿y轴负方向传播．
D．在AO线段上竖直地插上两枚大头针P1、P2．
E．在坐标系y<0的区域内竖直地插上大头针P3，并使得从P3一侧向玻璃砖方向看去，P3能同时挡住P1和P2的像．
F．移开玻璃砖，连接O、P3，用圆规以O点为圆心画一个圆(如图中虚线所示)，此圆与AO线的交点为B，与OP3线的交点为C.确定出B点到x轴、y轴的距离为y1、x1，C点到x轴、y轴的距离为y2、x2．
(1)若实验中该同学没有将玻璃砖的底边aa′与Ox轴重合，而是向y>0方向侧移了一些，这将导致所测的玻璃折射率与其真实值相比________(填“偏大”“不变”或“偏小”)．
(2)若实验中该同学在y<0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到P1、P2，为能透过玻璃砖看到P1、P2，应采取的措施是______________________________________．
【答案】(1)偏大 (2)减小光线AO的入射角
变式5 如图甲所示，某同学在“测定玻璃的折射率”的实验中，先将白纸平铺在木板上并用图钉固定，玻璃砖平放在白纸上，然后在白纸上确定玻璃砖的界面aa′和bb′.O为直线AO与aa′的交点，在直线OA上竖直地插上P1、P2两枚大头针．
(1)该同学接下来要完成的必要步骤有________
A．插上大头针P3，使P3仅挡住P2的像
B．插上大头针P3，使P3挡住P1的像和P2的像
C．插上大头针P4，使P4仅挡住P3
D．插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像
(2)过P3、P4作直线交bb′于O′，过O′作垂直于bb′的直线NN′，连接OO′.测量图甲中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n＝________.
(3)如图乙所示，该同学在实验中将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽．若其他操作正确，则折射率的测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)准确值．
(4)另一位同学准确地画好玻璃砖界面aa′和bb′后，实验过程中不慎将玻璃砖向下平移了一些．如图丙所示，若其他操作均正确，则折射率的测量值________(填“大于”“小于”或“等于”)准确值．
(4)如图所示，虚线表示将玻璃砖向下平移后实际的光路图，而实线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，该同学测得的折射率将不变．
核心素养微专题
解决光的折射问题的常规思路和两类典型的问题
1．常规思路
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角．
(3)利用折射定律、折射率公式列式求解．
2．玻璃砖对光的折射问题
常见的玻璃砖有半圆形玻璃砖和长方形玻璃砖．对于半圆形玻璃砖若光线从半圆面射入，且其方向指向圆心，则其光路图如图甲所示，光线只发生一次偏折．对于两
个折射面相互平行的长方形
玻璃砖，其折射光路如图乙
所示，光线经过两次折射后，
出射光线与入射光线的方向
平行，但发生了侧移．
特别提醒：画光路图时应注意的问题．
(1)光路是可逆的．
(2)垂直界面入射的光线，折射光线与入射光线在同一直线上．
(3)过半圆形玻璃砖圆心的光线在圆弧处不偏折．
【考题延伸】(多选)如图所示，把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下面的观察记录中正确的是 ( )
A．a中的字比b中的字高
B．b中的字比a中的字高
C．一样高
D．a中的字较没有玻璃时的高，b中的字和没有玻璃时的一样
【答案】AD
【解析】如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置；而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高．故A、D正确．
素养点评：本题通过对折射问题的分析和研究，培养学生的“科学思维”素养．
课堂小练 | 素养达成
1．下列关于光的折射及折射率的说法正确的是 ( )
A．光由一种介质进入另一种介质时，光的传播方向一定发生改变
B．放入盛水的碗中的筷子，看起来像折了一样，是光的折射
C．光由水射入空气中，折射角小于入射角
D．光在折射率大的介质中传播速度大
【答案】B
2．如图是光由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气的光路图，O点是半圆形玻璃砖的圆心，下列情况可能发生的是 ( )
【答案】D
【解析】光线在圆心处发生反射和折射，B、C错误；当光从空气进入玻璃后，折射角小于入射角，当光从玻璃进入空气后，折射角大于入射角，A错误，D正确．
【答案】B
4．(多选)一束光从介质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的判断正确的是 ( )
A．介质1的折射率小
B．介质1的折射率大
C．光在介质1中的传播速度大
D．光在介质2中的传播速度大
【答案】BD
5．用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，不慎将玻璃砖向上平移了一些，放在如图所示的位置上，而实验中其他操作均正确，测得的折射率将 ( )
A．偏大 B．偏小
C．不变 D．无法确定
【答案】C
【解析】可作出经过玻璃砖的光路图，由几何知识可知，测出的折射角与准确值相同，故C正确．
6．(2020年杭州检测)(多选)测定玻璃的折射率时，为了减小实验误差，应注意的是 ( )
A．玻璃砖的宽度宜大一些
B．入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些
【答案】ACD
【解析】玻璃砖宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针P1与P2及P3与P4之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，故A、C、D正确．入射角较小时，测量误差较大，故B错误．
7．在“测定玻璃的折射率”的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线，现在甲、乙、丙、丁四位同学分别作出如图所示的四组插针结果．
(1)从四幅图上看，肯定把大头针插错了的同学是________．
(2)从四幅图上看，测量结果准确度最高的同学是________．
【答案】(1)甲乙 (2)丁
【解析】光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于射入光线向右下侧发生偏移，另外，插针确定光路时，入射角稍大些好且插针相距稍远些好；由上图可知，甲乙图中出射光线向左上侧侧移不符合事实，肯定插错了，丙与丁相比较，前者入射角及插针间距都比丁图小些，故丁同学测量最准确．
8．(2020年姜堰联考)在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中：
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa′和bb′后，不小心碰了玻璃砖使它向aa′方向平移了少许，如图甲所示，则他测出的折射率将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)；
(2)乙同学在画界面时，不小心将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得折射率________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
【答案】(1)不变 (2)偏小
【解析】(1)如图甲所示，甲同学利用插针法确定
入射光线、折射光线后，测得的入射角、折射角没有
受到影响，因此测得的折射率将不变．
(2)如图乙所示，乙同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小．(共65张PPT)
2 全反射
第四章 光
学习目标 学法指导
1．理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象 2．理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应的光路图 3．了解全反射棱镜和光导纤维 1．通过实验设计和动手操作，经历科学探究的过程
2．通过演示实验，学会科学的实验方法——实验探究法
3．从对生活中有关物理现象的观察，在探究过程中体验成功解决问题的喜悦，激发学生探索自然规律的兴趣
4．通过全反射现象的应用，培养学生运用科学理论观察分析周围的物理现象
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．光密介质和光疏介质
全反射
光疏介质 光密介质
定义 折射率________的介质 折射率________的介质
传播 速度 光在________介质中的传播速度比在________介质中的传播速度小
折射 特点 光由________介质射入________介质时，折射角小于入射角 光由________介质射入________介质时，折射角大于入射角
较小
较大
光密
光疏
光疏
光密
光密
光疏
2．全反射及发生条件
(1)全反射及临界角的概念．
①全反射：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，________光线完全消失，只剩下________光线的现象．
②临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的________，用字母C表示．
折射
反射
入射角
(2)全反射的条件．
要发生全反射，必须同时具备两个条件：
①光从________介质射入________介质．
②入射角______________临界角．
(3)临界角与折射率的关系．
光由介质射入空气(或真空)时，__________(公式)．
光密
光疏
等于或大于
1．只有一种介质，能否确定它是光密介质还是光疏介质？
【答案】不能．光密介质、光疏介质是对确定的两种介质折射率相比较而确定的，只有一种介质是无法比较折射率的，从而无法确定它是光疏介质还是光密介质．
2．为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？
【答案】水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮．
(多选)下列说法正确的是 ( )
A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小
【答案】BD
1．全反射棱镜
截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射_____________．
2．光导纤维
由折射率________的内芯和折射率________的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生________．
全反射的应用
改变光的方向
较大
较小
全反射
微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂，光纤为什么要由两层介质构成？
【答案】光纤的工作原理是全反射，要由两种介质配合才能产生全反射现象．
华裔科学家高锟被誉为“光纤通信之父”．光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．内芯的折射率比外套的________，光传播时在内芯与________的界面上发生全反射．
【答案】大 外套
【解析】光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射．
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如图所示，光由玻璃斜射向空气，若逐渐增大入射角，当入射角增大到一定程度后将出现折射光消失的现象．
对全反射的理解
问题
(1) 这种现象叫作什么？
(2) 要想出现这种现象必须具备什么条件？
【答案】(1)全反射． (2) 光从光密介质射入光疏介质；入射角大于或等于临界角．
1．对光疏介质和光密介质的理解
(1)相对性．
光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶(n＝1.55)对玻璃(n＝1.5)是光密介质，而对金刚石来说(n＝2.427)，就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的．
(2)与介质密度无关．
光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但相对于水，酒精是光密介质．
探究总结
(3)光疏介质和光密介质的比较.
比较 光在其中的速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
2．全反射
(1)全反射现象．
光由光密介质进入光疏介质时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到90°，折射光全部消失，只剩下反射光的现象．这个角度称为临界角，用C表示．
(3)产生全反射现象的条件．
①光从光密介质射到它与光疏介质的界面上．
②入射角等于或大于临界角．
(4)全反射现象中的能量分配关系．
①折射角随入射角的增大而增大，折射角增大的同时，折射光线的强度减弱，即折射光线的能量减小，亮度减弱，而反射光线增强，能量增大，亮度增加．
②当入射角增大到某一角度时(即临界角)，折射光能量减到零，入射光的能量全部反射回来，这就是全反射现象．
(5)不同色光的临界角．
不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角越小，越易发生全反射．
素养点评：本探究通过对全反射的理解，培养“物理观念”素养．
对全反射现象的认识
精练1 如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、沙砾等)都看得很清楚，而远处只看到对岸山峰和天空的倒影，水面下的景物则根本看不到．下列说法中正确的是 ( )
A．远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射
B．光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小
C．远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见
D．近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼中
【答案】C
【解析】远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了反射，但不是全反射，因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生，A错误；光线由水射入空气，光的波速变大，频率不变，由波速公式v＝λf知波长变大，B错误；远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，当入射角大于等于全反射的临界角时会发生全反射，光线不能射出水面，因而看不见，C正确；近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光较弱而折射光较强，射出水面而进入人眼睛中的能量较多，D错误．
变式1 光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是 ( )
A．光从空气射到分界面上，入射角足够小
B．光从空气射到分界面上，入射角足够大
C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
【答案】C
【解析】全反射是光从光密介质向光疏介质入射时入射角足够大时才会发生的，玻璃是光密介质，空气是光疏介质，故C正确，A、B、D错误．
全反射的计算
精练2 (2020年开封联考)如图所示，直角三棱镜ABC的斜边AB长为L，∠C＝90°，∠A＝θ(未知)，一束单色光从斜边上某点(非中点)垂直入射到棱镜中，已知棱镜折射率为n＝2，单色光在真空中的传播速度为c，
(1)求θ在什么范围内，入射光能够经过两次全
反射又从斜边射出；
变式2 (2020年抚顺第一中学联考)如图为三棱镜ABC的截面图，∠A＝70°，入射光线垂直于AC射入棱镜，已知该光在玻璃与空气的界面处发生全反射的临界角为45°，光在真空中传播的速度为c.求：
(1)光线在三棱镜中传播的速度；
(2)光线第一次从三棱镜射入空气时的折射角．
解答全反射类问题的技巧
1．光必须从光密介质射入光疏介质．
2．入射角大于或等于临界角．
3．利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析．
如图所示，自行车后面有尾灯，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．
问题
自行车的尾灯利用了什么原理？
【答案】利用了全反射的原理．
全反射的应用
1．全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜．它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向．光通过全反射棱镜时的几种方式：
探究总结
2．光导纤维
(1)光导纤维：用光密介质制成的用来传导光信号的纤维状的装置．
(2)光纤原理：“光纤通信”利用了全反射原理．
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，一定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成．
如图所示，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实
现远距离传送．
(3)光导纤维的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信．
素养点评：本探究通过对全反射应用的研究，培养“科学态度与责任”素养．
光导纤维
精练3 由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面
射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所
用材料的折射率至少应为多少？
【答案】C
全反射的应用
精练4 (2021届赣州中学期末)如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出．若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是(计算结果可用三角函数表示) ( )
【答案】A
变式4 (2020年包头九中期末)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车，尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下面说法正确的是
( )
A．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
D．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
【答案】C
【解析】我们从题图中取一个凸起并作出一条光路如图所示．由图可知，每一部分相当于一块全反射棱镜，要想让后面的司机看到反射光，因此光只能从右侧(直边)射入，经过尾灯左表面反射回去，故C正确，A、B、D错误．
核心素养微专题
素养点评：本题通过对全反射问题总结，培养学生“科学思维”素养
课堂小练 | 素养达成
1．(2020年襄阳月考)一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则 ( )
A．介质1的折射率最大
B．介质2是光密介质
C．光在介质2中的速度最大
D．当入射角由45°逐渐增大时，在2、3分界面上可能发生全反射
【答案】C
【答案】BC
【答案】AB
【答案】C (共52张PPT)
3 光的干涉
第四章 光
学习目标 学法指导
1．了解杨氏双缝干涉实验装置和实验现象 2．了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件，了解相干光源的概念及产生干涉现象的条件 3．能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点，能阐述干涉现象的成因及明暗条纹的位置特点 1．通过阅读和实验认识干涉现象，并思考其原理
2．用控制变量法分析影响干涉条纹变化的因素
3．用干涉知识解释生产、生活中的干涉现象
知识导图
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1．物理史实
1801年，英国物理学家__________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．
杨氏双缝干涉实验
托马斯·杨
2．双缝干涉实验
(1)实验过程：让一束平行的________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________的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加，发生________．
(2)实验现象：在屏上得到__________的条纹．
(3)实验结论：光是一种波．
单色
相同
干涉现象
明暗相间
1．做双缝干涉实验时必须具备什么条件才能观察到干涉条纹？
【答案】必须是相干光源，且双缝间的间距必须很小．
2．一般情况下光源发出的光很难观察到干涉现象，这是什么原因？
【答案】光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，不具备相干光源的条件．
以下光源可作为相干光源的是 ( )
A．两个相同亮度的烛焰 B．两个相同规格的灯泡
C．双丝灯泡 D．出自一个光源的两束光
【答案】D
【解析】相干光的条件，必须是频率相同，相位差恒定，故D正确．
1．当双缝光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的______倍时，两列光波在这点叠加后相互加强，出现________．
决定干涉条纹明暗的条件
整数
亮条纹
奇数
暗条纹
1．用白光做双缝干涉实验，彩纹的特点如何？
【答案】屏中央各色光都得到加强，混合成白色，但两侧因条纹间距不同而分开成彩色，而且同一级条纹内紫外红．
2．不同色光在真空中的光速相同吗？在同种介质中的光速相同吗？
从两只相同的手电筒射出的光，当它们在某一区域叠加后，看不到干涉图样，这是为什么？
【答案】见解析
【解析】本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光频率仍然不一定相同，不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样．
多维课堂 | 素养初培
很多摄影爱好者在扫描贴在玻璃板表面的底片时常会在扫描后的图像上看到一圈圈明暗相间的光环，如图所示．这就是光的干涉现象——牛顿环．
问题 你知道牛顿环是怎样形成的吗？
【答案】由于光的干涉形成的．
杨氏双缝干涉实验
1．光的干涉
(1)光的干涉：在两列光波的叠加区域，某些区域相互加强，出现亮纹，某些区域相互减弱，出现暗纹，且加强和减弱的区域是相互间隔的，即出现亮纹和暗纹相间的现象．
(2)干涉条件：两列光的频率相同、相位差恒定或两列光振动情况总是相同．能发生干涉的两列波称为相干波，两个光源称为相干光源，相干光源可用同一束光分成两列来获得．
探究总结
2．托马斯·杨的双缝干涉实验
(1)双缝干涉的装置示意图(如图所示)．
实验装置如图所示，有光源、单缝、双缝和光屏．
(2)单缝屏的作用．
获得一个线光源，使光源有唯一的频率和振动情况，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏．托马斯·杨时期没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．
(3)双缝屏的作用．
平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同和振动情况完全一致的相干光．
3．双缝干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样(如图所示)若用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等．中央为亮条纹，两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离与光的波长有关，波长越大，条纹
间距越大．
(2)白光的干涉图样．
若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的．这是因为：
①从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹．
②两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．
素养点评：本探究通过对杨氏双缝干涉实验探究，培养“科学思想探究”素养．
杨氏双缝干涉实验
精练1 如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10－7 m的橙光做实验时，光屏P点及上方的P1点形成相邻的亮条纹．若使用波长为4×10－7 m的紫光重复上述实验，在P和P1点形成的亮、暗条纹的情况是 ( )
A．P和P1点处都是亮条纹
B．P点处是亮条纹，P1点处是暗条纹
C．P点处是暗条纹，P1点处是亮条纹
D．P和P1点处都是暗条纹
【答案】B
变式1 某同学自己动手利用如图所示的器材，观察光的干涉现象，其中，A为单缝屏，B为双缝屏，C为像屏．当他用一束阳光照射到A上时，屏C上并没有出现干涉条纹．他移走B后，C上出现一窄亮斑．分析实验失败的原因，最大的可能是 ( )
A．单缝S太窄
B．单缝S太宽
C．S到S1和S2距离不等
D．太阳光不能作光源
【答案】B
【解析】本实验中，单缝S应非常窄，才可看作“理想线光源”，也才能成功地观察到干涉现象，移走B屏后，在C上出现一窄亮斑，说明单缝S太宽，B正确，A错误；S到S1和S2距离不等时，也能出现干涉条纹，但中央不一定是亮纹，C错误；太阳光可以作光源，屏上将出现彩色条纹，D错误．
1．双缝干涉的条件是必须有相干光源，且双缝间的间距必须很小．
2．光源不同部位发出的光不一定具有相同的频率和恒定的相位差，所以一般情况很难观察到光的干涉现象，杨氏双缝干涉实验采用将一束光“一分为二”的方法获得相干光源．
3．在单色光的干涉条纹中，两相邻明纹或暗纹间的距离是相等的，不同色光的条纹间距不相等．
如图所示是几种单色光的双缝干涉图样，请问：
决定干涉条纹明暗的条件
问题
(1)单色光做干涉实验时相邻两亮条纹的间距和相邻两暗条纹的间距相等吗？
(2)用不同颜色的光做干涉实验时干涉图样完全一样吗？
【答案】(1)相等． (2)不一样．
1．明暗条纹的判断
如图所示，S1、S2是两个狭缝，S1S2＝d，缝到屏的距离为l，l d，O是S1S2的中垂线与屏的相交点．
探究总结
2．对双缝干涉图样的两点说明
(1)若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央亮纹为白色．
(2)若利用单色光作光源，则干涉条纹是明暗相间的条纹，且条纹间距相等，中央仍为亮纹．
素养点评：本探究通过对“决定干涉条纹明暗的条件”的探究，培养“科学思维”素养．
决定干涉条纹明暗的条件
精练2 在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差为0.6 μm，若分别用频率f1＝5.0×1014Hz和f2＝7.5×1014Hz的单色光垂直照射双缝，则P点出现明、暗条纹的情况是：单色光f1照射时出现______条纹，单色光f2照射时出现________条纹．
【答案】明 暗
变式2 如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为_______．
双缝干涉图样的特点
精练3 (2020年北京师大附中联考)如图甲所示为双缝干涉实验的装置示意图，乙图为用绿光进行实验时，在屏上观察到的条纹情况，a为中央条纹，丙图为换用另一颜色的单色光做实验时观察到的条纹情况，a′为中央亮条纹，则以下说法正确的是 ( )
A．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．丙图可能为用紫光实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．丙图可能为用红光实验产生的条纹，表明红光波长较短
【答案】A
【解析】根据双缝干涉图样的特点，入射光的波长越长，同一装置产生的双缝干涉图样中条纹的间距就越大，由题意可确定另一种颜色的单色光比绿光的波长更长，故B、C、D错误，A正确．
变式3 (多选)在光的双缝干涉现象中，下列描述正确的是 ( )
A．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较长的光
B．用白光做光的干涉实验时，偏离中央亮条纹较远的是波长较短的光
C．单色光双缝干涉条纹中，相邻两亮条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
D．在双缝干涉现象里，把入射光由波长较长的光换成波长较短的光，相邻两个亮条纹的间距将变窄
【答案】AD
【解析】条纹间距与光的波长成正比，故偏离中央亮条纹最远的是波长较长的光，A正确，B错误；双缝干涉现象中，相邻亮条纹或暗条纹是等宽等间距的，C错误；双缝干涉实验中，波长变短，相邻两亮条纹间距将变窄，D正确．
双缝干涉中亮条纹或暗条纹的判断方法
1．判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的光程差与波长的比值．
2．出现亮条纹的条件是光程差等于波长的整数倍．
3．出现暗条纹的条件是光程差等于半波长的奇数倍，而不是整数倍．
核心素养微专题
激光陀螺仪
激光陀螺，是指利用激光光束的光程差测量物体角位移的装置．例如三角形环状激光器，其中放置激光发生器，产生氦氖激光在三角形三个顶端放置反射镜形成闭合光路，使分光镜将一束激光分为正反两向传播的两束激光．当物体(激光器)没有角位移时，两束激光没有光程差．如果物体移动产生角位移，两束激光相遇时就会产生
干涉，利用光的干涉条纹测出物体的角位移，以此计算
出物体的角速度，从而完成机械式陀螺同样的任务．
它的精度大大高于机械式陀螺，没有运动部件，易于维护，可靠性高，寿命长，从而取代机械式陀螺，成为大中型飞机惯性基准系统的核心部件，但是它比机械式陀螺的体积大，价格高，因此在小型飞机上使用得较少．
【考题延伸】(2021届北京模拟)激光陀螺仪是很多现代导航仪器中的关键部件，广泛应用于民航飞机等交通工具．激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，其原理结构比较复杂，我们简化为如图所示模型：由激光器发出的A、B两束激光，经完全对称的两个通道(图中未画出)在光电探测器处相遇，产生干涉条纹．如果整个装置本身具有绕垂直纸面的转轴转动的角速度，那么沿两个通道的光的路程差就会发生变化，此时光电探测器能检测出干涉条纹的变化，根据此变化就可以测出整个装置的旋转角速度．某次测试，整个装置从静止开始，绕垂直纸面的对称轴，顺时针方向逐渐加速旋转，最后转速稳定，这个过程中光电探测器的中央位置C处检测出光强经过了强→弱→强→弱→强的变化过程．根据上述材料，结合所学知识，判断下列说法正确的是 ( )
A．A束激光的频率大于B束激光的频率
B．整个装置加速转动过程中，A束激光到达光电探测器的路程逐渐变大
C．整个装置加速转动过程中，C处始
终没有出现干涉明条纹
D．整个装置加速转动过程中，两束激
光的路程差变化了2个波长
【答案】D
素养点评：本题通过对激光陀螺仪的理解，培养学生的“科学态度与责任”的素养．
课堂小练 | 素养达成
1．用一束单色光做杨氏双缝干涉实验，经双缝后光照射到光屏上，可观察到的图像是图中的 ( )
【答案】D
【解析】光的干涉图像是等间距、明暗相间的条纹，D正确．
2．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光的 ( )
A．传播速度不同 B．强度不同
C．振动方向不同 D．频率不同
【答案】D
【解析】两侧条纹间距与各色光的波长成正比，不同色光的频率不同、波长不同．这样除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，便形成了彩色条纹．
【答案】BD
4．(多选)关于光的干涉，下列说法中正确的是 ( )
A．在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．在双缝干涉现象里，入射光波长变大，相邻两个明条纹间距将变宽
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
【答案】BC
【解析】在双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错误；入射光的波长越长，相邻两个明条纹间距越大，B正确；两列波产生干涉时，频率必须相同，C正确，D错误．
5．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1和S2的路程差为7.5×10－7 m，如果用频率为6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，(光速c＝3×108 m/s)试问：
(1)该黄光的波长是多少？
(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？
【答案】(1)5×10－7 m (2)暗条纹(共42张PPT)
4 实验：用双缝干涉测量光的波长
第四章 光
学习目标 学法指导
1．了解“双缝干涉测量光的波长”的实验原理和实验器材，进一步理解影响干涉条纹间距的因素 2．观察干涉图样，加深对干涉图样的认识和理解 1．通过动手做实验和思考，增强对光的本质的认识
2．通过实验，学会用光的干涉测定单色光的波长
知识导图
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二、实验原理
1．相邻明纹(暗纹)间的距离Δx与入射光波长λ之间的定量关系推导．
如图所示，双缝间距d，双缝到屏的距离l.双缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0．对屏上与P0距离为x的一点P，两缝与P的距离PS1＝r1，PS2＝r2．在线段PS2上作PM＝PS1，则S2M＝
r2－r1，因d l，三角形S1S2M可看作直角三角形．
有r2－r1＝dsin θ(令∠S2S1M＝θ)．则x＝ltan θ
≈lsin θ，
三、实验器材
双缝干涉仪(包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及测量头．其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、米尺．
3．使光源发光，在光源和单缝之间加红(绿)色滤光片，让通过后的条形光斑恰好落在双缝上，通过遮光筒上的测量头，仔细调节目镜，观察单色光的干涉条纹，撤去滤光片，观察白光的干涉条纹(彩色条纹)．
4．加装滤光片，通过目镜观察单色光的干涉条纹，同时调节手轮，分划板的中心刻线对齐某一条纹的中心，记下手轮的读数，然后继续转动使分划板移动，直到分划板的中心刻线对齐另一条纹中心，记下此时手轮读数和移过分划板中心刻度线的条纹数n.
五、误差分析
本实验为测量性实验，因此应尽一切办法减少有关测量的误差．
1．双缝到屏的距离l的测量误差．
因本实验中双缝到屏的距离非常长，l的测量误差不太大，但也应选用毫米刻度尺测量，并用多次测量求平均值的办法减小相对误差．
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时读数不准确．
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实验操作过程及仪器读数
精练1 在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图所示)：
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图所示，其示数为________mm.
【答案】(1)A (2)1.970
【解析】(1)放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象没法调节光源的高度，A错误．
(2)按读数规则，读出示数为1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm.
变式1 如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②________、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增大相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取__________________或______________的方法．
【答案】滤光片 单缝屏 双缝屏 增大双缝屏到光屏的距离 减小双缝屏两缝间的距离
实验数据处理
精练2 利用双缝干涉测定单色光波长，某同学在做该实验时，第一次分划板中心刻度对齐A条纹中心时(图甲)，游标卡尺的示数如图丙所示，第二次分划板中心刻度对齐B条纹中心时(图乙)，游标卡尺的示数如图丁所示，已知双缝间距为0.5 mm，从双缝到屏的距离为1 m，则图丙游标卡尺的示数为________ mm.图丁游标卡尺的示数为_______ mm.在实验中，所测单色光的波长为_______ m．在本实验中如果在双缝上各有一个红色和绿色滤光片，那么在光屏上将_______(填“能”或“不能”)看到明暗相间的条纹．
【答案】11.4 16.8 6.75×10－7 不能
变式2 现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在如图所示的光具座上组成双缝干涉装置，用以测量红光的波长．
(1)将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、________、A.
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；
②按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；
③用米尺测量双缝到屏的距离；
④用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离．
在操作步骤②时还应注意单缝、双缝应______且______________．
(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图甲所示．然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图乙中手轮上的示数为________mm，求得相邻亮纹的间距Δx＝________mm.
(4)已知双缝间距d为2.0×10－4m，测得双缝到屏的距离l为0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测红光波长为________nm.
课堂小练 | 素养达成
1．(2021届宜昌名校期末)用图甲所示装置测量某单色光的波长时，所得图样如图乙所示，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心，测量头卡尺的示数为11.4 mm，移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心，测量头卡尺的示数为15.2 mm.已知双缝挡板与光屏间距为0.4 m，双缝相距0.1 mm，则所测单色光的波长为 ( )
【答案】C
2．(2021届北京模拟)如图甲所示，利用激光器发射出的激光照射到双缝上，在双缝后面的光屏上能呈现出明、暗相间的干涉条纹．若实验中仅改变某一个实验条件、而其他条件均不变的情况下，得到的干涉图样分别如图乙和丙所示．对于这两次实验，下列说法中正确的是
( )
A．由于选用的激光器不同，乙图对应的激光的频率较高
B．双缝到光屏的距离L不同，乙图对应的L较大
C．双缝的间距不同，乙图对应的间距较大
D．激光器到双缝的距离不同，乙图对应的距离较大
【答案】B
3．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”的实验中，光具座上放置的光学元件有光源、遮光筒和其他元件，其中a、b、c、d各装置的名称依次是下列选项中的 ( )
A．a单缝、b滤光片、c双缝、d光屏
B．a滤光片、b单缝、c双缝、d光屏
C．a单缝、b双缝、c滤光片、d光屏
D．a滤光片、b双缝、c单缝、d光屏
【答案】B
【解析】为了获取单色的线光源，光源后面是滤光片、单缝，然后通过双缝在光屏上产生干涉图样，则后面是双缝、遮光筒和光屏．B正确，A、C、D错误．
4．(2021届北京联考)用双缝干涉测光的波长的实验装置如图所示，在光屏上能观察到清晰的干涉条纹．关于该实验，下列说法正确的是
( )
A．取下滤光片，光屏上将不能出现彩色的干涉条纹
B．若单缝向右平移一小段距离，光屏上相邻两条亮纹中心的距离增大
C．若将双缝间的距离d增大，光屏上相邻两条暗纹中心的距离增大
D．若将滤光片由红色换成绿色，光屏上相邻两条暗纹中心的距离减小
【答案】D (共69张PPT)
5 光的衍射
6 光的偏振 激光
第四章 光
学习目标
1．知道光的衍射现象，知道几种衍射现象的图样
2．理解光产生明显衍射的条件
3．知道光的偏振现象，知道偏振是横波特有的性质
4．知道偏振光和自然光，知道偏振光的应用
5．了解激光的特性和应用，应用激光观察全息照片
学法指导
1．通过实验培养学生观察、表述物理现象，概括其规律特征的能力，学生亲自做实验，培养学生的实践能力
2．通过对“泊松亮斑”的讲述，使学生认识到理论必须通过实践检验，实验是检验理论是否正确的标准
3．通过众多的光的衍射实验事实和衍射图片来认识光的波动性
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．定义：光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了__________的方向，在屏上应该出现阴影的区域出现明条纹或亮斑，应该属于亮区的地方也会出现_______________的现象．
2．衍射图像：衍射时产生的____________或光环．
3．单缝衍射：单色光通过狭缝时，在屏幕上出现________相间的条纹，中央为________条纹，中央条纹最________最亮，其余条纹变________变暗；白光通过狭缝时，在屏上出现________条纹，中央为________条纹．
光的衍射
直线传播
暗条纹或暗斑
明暗条纹
明暗
亮
宽
窄
彩色
白
4．圆孔衍射：光通过小孔时(孔很小)在屏幕上会出现________相间的圆环．
5．泊松亮斑：障碍物的衍射现象．
在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个________，这就是著名的__________．
明暗
亮斑
泊松亮斑
6．衍射光栅
(1)结构．
由许多________的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器．
(2)衍射图样特点．
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度________，亮度________．
等宽
变窄
增加
将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10 cm逐渐减小到零，让阳光从孔中通过，在障碍物后暗箱中的屏上可看到什么现象？
【答案】开始阶段，孔比较大，在屏上得到一个正三角形亮斑，如图甲所示．随着孔的减小，亮斑也变小；孔再小，在亮斑周围出现一个亮度比较弱的圆，这是小孔成像，如图乙所示．继续减小小孔的尺寸，在光屏上出现彩色的衍射图样，这时是明显的衍射现象；孔再小，光线变弱，直到什么也看不见．
(多选)在城市交通中，用红灯表示禁止通行，其原理是
( )
A．红光容易产生干涉
B．红光照射的距离大
C．红光容易引起人们的视觉反应
D．红光容易产生衍射
【答案】CD
【解析】红光在可见光中的波长最长，容易发生衍射，在雾天、雨天、沙尘暴等恶劣天气里，使司机和行人都能看到红灯，避免交通事故的发生；同时红光也容易引起人们的视觉反应．故C、D正确．
光的偏振
偏振现象 只有沿偏振片的“________方向”振动的光波才能通过偏振片
结论 偏振现象表明光是一种________
偏振光 的形成 (1)自然光通过________后得到偏振光
(2)自然光在介质表面反射时，________光和________光都是偏振光
偏振现象 的应用 (1)照相机镜头前加装偏振滤光片
(2)电子表的液晶显示
(3)使用偏振眼镜看3D电影
透振
横波
偏振片
反射
折射
1．自然光和偏振光的主要区别是什么？
【答案】在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动，偏振光沿某一特定方向振动．
2．自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？
【答案】自然光经水面反射和折射的光都是偏振光．
(多选)如图所示，P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束照射P时能在P的另一侧观察到透射光的是 ( )
A．太阳光
B．沿竖直方向振动的光
C．沿水平方向振动的光
D．沿与竖直方向成45°角振动的光
【答案】ABD
【解析】只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片．太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片．故A、B、D正确．
1．激光的特点及应用
激光
性质 应用
(1)相干性强：激光具有频率________、相位差________、振动方向________的特点，具有高度的相干性 光纤通信
(2)平行度好：激光的________非常好，在传播很远的距离后仍能保持一定的强度 激光________，读取光盘上记录的信息等
相同
恒定
一致
平行度
测距
2．全息照相
(1)与普通照相技术的比较．
普通照相技术所记录的只是光波的________信息，而全息照相技术还记录了光波的________信息．
(2)原理：全息照片的拍摄利用了光的________原理．
性质 应用
(3)亮度高：它可以在很小的________和很短的________ 内集中很大的________ 用激光束切割、焊接，医学上可以用激光做“光刀”、激发核反应等
空间
能量
强弱
相位
干涉
时间
利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的性质？
【答案】应用了“平行度”非常好的性质．
激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被拍摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性．若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分．照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片就像一个观察物体的窗口．激光全息照相利用了激光________的性质．
【答案】相干性好
【解析】全息照相利用激光的频率单一、相干性好的特点，使参考光和物光有很高的相干性，拍摄立体照片．
多维课堂 | 素养初培
这是用光射到一个不透光的小圆形障碍物上形成的影，影的中心有一个圆形的亮斑．
对光的衍射的理解
问题
(1)你知道这是怎样形成的吗？
(2)白光经单缝衍射和双缝干涉产生的条纹有什么共同特点？
(3)光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象可能发生，也可能不发生，这种说法对吗？
【答案】(1)光的衍射．
(2)都是中央为白色条纹，两侧为彩色条纹．
(3)不对．光遇到小孔、单缝或障碍物时，衍射现象只有明显与不明显之分，衍射都会发生．
1．产生明显衍射的条件
障碍物的尺寸可以跟光的波长相近或比光的波长还要小时能产生明显的衍射．对同样的障碍物，波长越长的光，衍射现象越明显；对某种波长的光，障碍物越小，衍射现象越明显．由于波长越长，衍射性越好，所以观察到声波的衍射现象就比观察到光波的衍射现象容易得多．
探究总结
2．三种不同的衍射现象及特点
(1)单缝衍射．
①现象：
如图所示，点光源S发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿直线传播，传播到光屏上的AB区域；若缝足够窄，则光不再沿直线传播而是传到几何阴影区，在AA′，BB′区出现亮暗相间的条纹，即发生了衍射现象．
②单缝衍射图样的四个特点．
a．中央条纹亮而宽．
b．两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱．
c．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，各条纹间距大．
d．白光的单缝衍射条纹中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色．
(2)圆孔衍射．
①现象：圆孔衍射如图所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图甲所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙所示的衍射图样，出现亮暗相间的圆环．
②圆孔衍射图样的两个特点．
a．单色光的圆孔衍射图样中央亮圆环的亮度大，外面是明暗相间的不等距的亮圆环．越向外，亮环亮度越低．
b．白光的圆孔衍射图样中央圆环为白色，周围是彩色圆环．
(3)泊松亮斑——障碍物的衍射现象．
①现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清．若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑．
②障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，与小孔衍射图样有明显区别．
素养点评：本探究通过对光的衍射的探究，培养“物理观念”素养．
对光的衍射的理解
精练1 (2021届北京名校质检)一束红光射向一块有双缝的不透光的薄板，在薄板后的光屏上呈现明暗相间的干涉条纹．现将其中一条窄缝挡住，让这束红光只通过一条窄缝，则在光屏上可以看到 ( )
A．与原来相同的明暗相间的条纹，只是明条纹比原来暗些
B．与原来不相同的明暗相间的条纹，而中央明条纹变宽些
C．只有一条与缝宽对应的明条纹
D．无条纹，只存在一片红光
【答案】B
【解析】衍射图样和干涉图样的异同点：中央都出现明条纹，但衍射图样的中央明条纹较宽，两侧都出现明暗相间的条纹；干涉图样为等间隔的明暗相间的条纹，而衍射图样两侧为不等间隔的明暗相间的条纹且亮度迅速减弱．故B正确．
变式1 (2021届浙江名校调研)如图所示的4幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的．则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是 ( )
A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝
B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝
C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距
D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距
【答案】A
区分双缝干涉条纹与单缝衍射条纹的方法
1．根据条纹的宽度区分：双缝干涉的条纹是等宽的，条纹间的距离也是相等的；而单缝衍射的条纹，中央亮条纹最宽，两侧的条纹变窄．
2．根据亮条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮度变化很小；而单缝衍射条纹中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗．
在观看立体电影时，观众要戴上特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片，如果不戴这副眼镜，银幕上的图像就模糊不清了．
光的偏振
问题：这是为什么？
【答案】立体电影的光是偏振光，只有与偏振片透振方向一致的光才能通过．
1．偏振片
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通过偏振片，这个方向叫作透振方向．偏振片对光波的作用就像狭缝对机械波的作用一样．
探究总结
2．自然光和偏振光的比较
种类 自然光 偏振光
成因 从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光 自然光通过偏振片后就变成了偏振光，反射光、折射光均为偏振光
振动 方向 在垂直于传播方向的平面内，沿着各个方向振动 在垂直于传播方向的平面内，并且只有一个振动方向
素养点评：本探究通过对“光的偏振”的理解，培养“物理观念”素养．
光的偏振
精练2 (多选)在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏，如图所示，则下列说法正确的是 ( )
A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变
B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱
C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变
D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱
【答案】BD
【解析】P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小．即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．故B、D正确．
变式2 电子表的显示屏利用了液晶的旋光性，当液晶上不加电压时，偏振光通过液晶时偏振方向会旋转90°，这就是液晶的旋光性；如果在液晶上加上电压，则旋光性消失．有一种电子表的显示屏是透明的，而在显示数字的笔画处不透光，则上下两个偏振片的透振方向相互________；笔画处为________电极，因此加上电压时变为________的．
【答案】垂直 透明 不透明
【解析】假设光从下向上传播，光线通过下偏振片时成为偏振光，如果不加电压，偏振光通过液晶时偏振方向旋转90°，此时光线能透过上偏振片，可知上偏振片的透振方向应与此时偏振光的偏振方向相同，即与下偏振片的透振方向垂直；组成数字的笔画处有时透明，有时不透明，可知笔画处为透明电极，当加上电压时液晶旋光性消失，光线不能透过．
1．偏振片是由特定的材料制成的，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作“透振方向”，只有沿透振方向振动的光才能通过偏振片．
2．偏振片上的“狭缝”表示透振方向，而不是真实狭缝．
3．光的偏振现象说明光是一种横波．
4．自然光透过偏振片可以变成偏振光．
5．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，透过偏振片的光的强度不同．
激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等．
激光
问题
激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？
【答案】激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性．
1．激光的产生
激光是人工生产的相干光．
2．激光具有的特点
(1)相干性好．
所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无须在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．
探究总结
利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量．
(2)平行度非常好．
与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.
(3)激光的亮度非常高．
它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束汇聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万摄氏度的高温．
(4)激光单色性很好．
激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．
3．全息照相
如图所示为拍摄全息照片的基本光路．同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到底片上(称为参考光)，另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片(称为物光)．参考光和物光在
底片上相遇时会发生干涉，形成复杂的干
涉条纹，底片上某点的明暗程度反映了两
束光叠加后到达这点时光波的强弱．全息
照片的拍摄利用了光的干涉原理，要求参
考光和物光有很高的相干性．
素养点评：本探究通过对“激光”的研究，培养“物理观念”素养．
激光及其应用
精练3 关于激光的应用问题，下列说法中正确的是 ( )
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的
B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点
C．医学中用激光做“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
【答案】C
【解析】由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度高，B错误；医疗中的“激光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；“激光测距”利用的是激光的平行度和方向性好的特点，D错误．
变式3 (多选)关于激光与自然光，下列说法正确的是 ( )
A．激光的频率单一，而自然光是含有各种色光频率的光，所以激光的相干性好
B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的
C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的
D．相干性好是激光与普通光的基本区别
【答案】ACD
【解析】激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确．
激光的特点及其应用
特点 作用 应用实例
相干性 可进行调制、传递信息 光纤通信、全息照相
平行度 非常好 亮度高 传播很远距离仍能保持一定强度，可精确测距、测速 激光雷达
可会聚于很小的一点，记录信息密度高 DVD机、CD唱机、计算机的光驱
可在很小空间、短时间内集中很大能量 激光切割、焊接、打孔、医疗手术
产生高压引起核聚变 人工控制聚变反应
核心素养微专题
偏振光的应用
偏振光的应用非常广泛．
(1)在摄影中的应用：在镜头前安装一片偏振滤光片，可以减弱进入镜头的反射光．
(2)电子表的液晶显示屏：在两块透振方向垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，可以控制光线显示数字．
(3)夜晚行车时，车灯眩光的消除用的就是光的偏振原理．
(4)立体电影也利用了光的偏振原理．
【考题延伸】(多选)如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特殊的眼镜就能看到由立体电影放出的立体图像．关于立体电影，以下说法正确的是 ( )
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C．戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则银幕上只是一片光亮而无图像
D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同
【答案】BD
【解析】放立体电影时有左右两架放影机同时工作．在每架放映机前装有一块偏振镜子，其偏振方向互相垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不改变，观众眼睛所戴的偏振眼镜的两只镜片偏振方向互相垂直，且左眼镜片跟左边放映机前偏振镜的偏振方向一致，这样，左眼只能看到左边放映机映出的画面，右眼只能看到右边放映机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感．故B、D正确．
素养点评：本题通过考查光的偏振，培养学生的“科学态度与责任”的素养．
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样
( )
【答案】B
【解析】由泊松亮斑衍射图样特点可判断B正确．
2．(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的 ( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．高能量
【答案】BD
【解析】激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．故B、D正确．
3．观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2 mm逐渐增大到0.8 mm，看到的现象是 ( )
A．衍射条纹的间距逐渐变小，衍射现象逐渐不明显
B．衍射条纹的间距逐渐变大，衍射现象越来越明显
C．衍射条纹的间距不变，只是亮度增强
D．以上现象都不会发生
【答案】A
【解析】观察衍射图样发现：狭缝的宽度逐渐变小，衍射现象越明显，衍射条纹间距变大．本题是缝宽增大，故A正确．
4．关于自然光和偏振光，以下说法正确的是 ( )
A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同
B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光
C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光
D．晚上月亮光是自然光
【答案】B
【解析】光源发出的光，沿着各个方向振动的强度都相同的光，叫作自然光．沿某个特定方向振动的光叫作偏振光，故A错误，B正确．偏振光不能通过偏振片还原为自然光，故C错误．月亮光是偏振光，故D错误．
5．如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q.现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°度，下列说法正确的是 ( )
A．MN间为偏振光
B．PQ间为自然光
C．PQ间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮线逐渐变暗
【答案】D
【解析】MP间为自然光，PN间为偏振光，故A、B错误；PQ间亮度不变，光屏上亮度逐渐变暗，故C错误，D正确．
6．如图甲、乙所示，是单色光通过窄缝后形成的明暗相间的两种条纹图样，____为单缝衍射的图样，____为双缝干涉的图样．
【答案】甲 乙
【解析】甲图中的条纹宽度不等，中央宽，两侧窄，应为单缝衍射图样．乙图中的条纹等宽等距，应为双缝干涉图样．(共35张PPT)
本章小结
第四章 光
构建知识网络
光
及
其
应
用
光
及
其
应
用
光
及
其
应
用
光
及
其
应
用
光
及
其
应
用
归纳专题小结
专题1 折射定律的应用
例1 有一块玻璃砖，上、下两面光滑且平行，有一束光线从空气射入玻璃砖，下面给出的四个光路图中正确的是 ( )
解析：本题中由于玻璃砖上、下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，上表面能够发生折射，则下表面一定能够发生折射，且离开玻璃砖的光线与射向玻璃砖的光线平行，又因为有折射就有反射，故D正确．
答案：D
专题2 全反射现象的理解与应用
1．全反射现象理解要点
(1)光密介质和光疏介质是相对而言的．同一种介质，相对于其他不同的介质，可能是光密介质，也可能是光疏介质．
(2)光从光疏介质射入光密介质时，入射角大于折射角；光从光密介质射入光疏介质时，入射角小于折射角．
(3)如果光线从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象．
2．光导纤维
(1)结构：光导纤维(简称光纤)，是一种透明的玻璃纤维丝，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质．
(2)原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内、外层的界面上时，都要求入射角大于临界角，从而发生全反射．
例2 一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，图示是其截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4 m．在距观景台右侧面x＝4 m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，在该光源从距水面高3 m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，且AB＝3 m．求：
(1)该单色光在水中的折射率；
(2)AC的距离．
解析：(1)如图所示，点光源S在距水面高3 m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，则：
专题3 光的干涉、衍射与偏振
1．光的干涉
(1)产生条件：两列频率相同，相位差恒定的单色光在相互覆盖的区域发生叠加，会出现明暗相间的条纹，产生亮条纹的条件是双缝到光屏某点的路程差等于光波半波长的偶数倍，产生暗条纹的条件是双缝到光屏某点的路程差等于光波半波长的奇数倍．
2．光的衍射
(1)光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象，叫光的衍射．
(2)产生明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸跟光的波长差不多甚至比光的波长还要小．
3．光的偏振
光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振，光的偏振现象说明光是横波．
例3 下列说法中正确的是 ( )
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射
C．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大
D．拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
解析：光的偏振现象说明光是横波，故A错误；人耳能听见的声波波长比超声波的波长更长，所以人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射，故B正确；光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小，故C错误；拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片是为了滤去玻璃反射的光，故D错误．
答案：B
典练素养提升
素养解读：学科核心素养是通过学科学习而逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力．本章讲的光可分为两部分即几何光学和物理光学．几何光学以光的直线传播为基础，主要讨论了光的反射定律和折射定律；物理光学研究光的本性，学习光的干涉、衍射、偏振、色散现象，从波的角度认识光并讨论一些与光的本性有关的实例．本章的重点是光的折射定律，全反射概念及各种光路图的作法；难点是双缝干涉实验和全反射现象．
1．[物理观念] 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光 ( )
A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大
B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大
C．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大
D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大
【答案】C
2．[物理观念]如图所示，用单色光A做双缝干涉实验时，P处为第二条暗纹的中心，改用频率较低的单色光B重做实验，若其他条件不变，则 ( )
A．第二条暗纹中点仍在P点
B．第二条暗纹中点在P点上方
C．中央亮纹的宽度变小，亮纹中点仍在O点
D．中央亮纹的宽度变小，亮纹中点在O点上方
【答案】B
3．[科学思维]一束单色光斜着射向并穿过一厚度为d的玻璃砖．已知该玻璃砖对单色光的折射率为n，单色光的入射角为α，光在真空中的传播速度为c.下面关于该单色光穿过玻璃砖所用的时间t与入射角α和折射率n的关系式中，正确的是 ( )
【答案】B
4．[科学探究]在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，实验装置如图甲所示．
(1)以线状白炽灯为光源，对实验装置进行了调节并观察实验现象后，总结出以下几点，其中正确的是 ( )
A．灯丝和单缝及双缝必须平行放置
B．干涉条纹与双缝垂直
C．干涉条纹疏密程度与双缝宽度有关
D．干涉条纹间距与光的波长有关
(2)当测量头中的分划板中心刻度线对齐某条刻度线时，手轮上的示数如图乙所示，该读数为________mm.
【答案】(1)ACD (2)0.705 (3)大于(共8张PPT)
本章易错题归纳
第四章 光
丢分题1 一束白光从玻璃里射入稀薄空气中，已知玻璃的折射率为1.53，求入射角为下列两种情况时，光线的折射角各为多少？
(1)入射角为50°；
(2)入射角为30°.
生搬硬套光的折射定律公式而出错
丢分题2 (多选)如图甲所示，在一块平板玻璃上放置一薄凸透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干涉条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是 ( )
没有弄清楚哪部分是薄膜而出错
A．干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．干涉条纹不等距是因为空气膜厚度不是均匀变化的
D．干涉条纹不等距是因为空气膜厚度是均匀变化的
错因分析：凸透镜和平板玻璃组成薄膜，凸透镜的上表面的反射光和平板玻璃的上表面的反射光形成薄膜干涉条纹，故B正确，A错误；根据薄膜干涉的应用检测工件的平整程度可知，凸透镜上表面是圆弧，表面不是均匀变化，故干涉条纹不是均匀变化，故C正确，D错误．
上述错误的原因是没有弄清凸透镜和平板玻璃组成的哪部分是薄膜，把凸透镜看成薄膜而错选B，而实际上是凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，反射光是薄膜的两个表面的反射光干涉形成干涉条纹．
正确思路：由于在凸透镜和平板玻璃之间的空气形成薄膜，所以形成相干光的反射面是凸透镜的下表面和平板玻璃的上表面，故A正确；由于凸透镜的下表面是圆弧面，所以形成的薄膜厚度不是均匀变化，形成不等间距的干涉条纹，故C正确．
答案：AC
