课件58张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章章 末 小 结第十三章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
(1)光只沿着某一特定的方向振动，称为光的偏振。
(2)平时我们所看到的光，除直接从光源射来的以外都是偏振光。
(3)光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。
A．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
B．b侧光更容易产生衍射现象
C．若改变白光的入射角，在屏上最先消失的是b侧光
D．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa>Δxb四、光的折射对光路的控制
1．玻璃砖对光路的控制：两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示。2．三棱镜对光路的控制
(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示。(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折。
(3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示。
①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)。
②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出(如图乙)，入射光线和出射光线互相平行。
不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同。A．15° B．30°
C．45° D．60°
从近几年的高考考点分布来看，折射定律和不同色光的折射率问题常常成为考点，而且大多将光的本性和几何光学、几何知识相结合进行考查，题型多以选择题形式出现。
在新课标教材中，此部分内容位于选考系列，重点应是几何光学和物理光学的综合应用，出现计算题和实验题的几率非常大。1．(2014·大纲全国卷，17)在双缝干涉实验中，一钠灯发出的波长为589 nm的光，在距双缝1.00 m的屏上形成干涉图样。图样上相邻两明纹中心间距为0.350 cm，则双缝的间距为( )
A. 2.06×10－7 m B. 2.06×10－4 m
C. 1.68×10－4 m D. 1.68×10－3 m
答案：C2．(2014·福建理综，13)如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是( )
答案：A
解析：A图中从玻璃射向空气可能发生全反射，A正确；B图中从空气射向玻璃是从光疏介质射向光密介质，不会发生全反射，B错误；C图中光线在玻璃空气界面既有反射又有折射，因为是从光密介质进入光疏介质，折射角应大于入射角，C错误；D图中光线从空气射向玻璃，折射角应小于入射角，D错误。3．(2014·四川理综，3)如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则( )
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
答案：D4．(2014·重庆理综，11)打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切割在θ1<θ<θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况)，则下列判断正确的是( )A．若θ>θ2，光线一定在OP边发生全反射
B．若θ>θ2，光线会从OQ边射出
C．若θ<θ1，光线会从OP边射出
D．若θ<θ1，光线会在OP边发生全反射
答案：D
解析：考查光的全反射知识，解题的关键是找出临界角。θ>θ2时，光线射到OP面的夹角将变小，可能小于临界角而不发生全反射，此时射到OQ的光线夹角将变大，不会从OQ边射出，选项A、B错误；θ<θ1时，光线射到OP面的夹角将变大，会在OP面发生全反射。5．(2014·江苏物理，12B)(1)某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。他改变的实验条件可能是________。
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源 (2)Morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉。电子显微镜下鳞片结构的示意图(如图)。一束光以入射角i从a点入射，经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n，厚度为d，两片之间空气层厚度为h。取光在空气中的速度为c，求光从a到b所需的时间t。第十三章 实验
基础夯实
1．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：玻璃砖厚度大些，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。A、C、D正确。入射角较小时，测量误差较大，B错误。
2．(宁波市2013～2014学年高二下学期八校期末联考)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。现有甲、乙、丙三位同学分别做出如图的三组插针结果。
从图上看，肯定把针插错了的同学有________。
答案：甲、乙
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，由上图可知，甲乙图中出射光线不符合事实，肯定插错了。
3．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__________(选填“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__________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案：(1)不变 (2)偏小
解析：(1)如图A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B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。
4．用三棱镜做测定玻璃的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后，在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住；接着在眼睛所在的一侧再插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P2、P1的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上已标明大头针的位置和三棱镜的轮廓，如图所示。
(1)在本题图上画出所需的光路。
(2)为了测出棱镜的折射率，需要测量的是________和________，在图上标出它们。
(3)计算折射率的公式是n＝________。
答案：(1)见解析图 (2)入射角i；折射角r (3)
解析：(1)连接P1、P2两针孔作直线交AC边于O点，连接针孔P3、P4作直线交AB于O′点，再连结O、O′两点，即得光线在棱镜中传播光路，如图所示。
(2)过O点作界面AC的法线FH，量出入射角i及折射角r，则n＝或在P1P2直线上取一点E，再在OO′连线的延长线上取一点G，使OE＝OG，作垂线EF⊥FH，GH⊥FH，量出线段EF和线段GH长度，则n＝。
5．某同学在测定一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合。在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2，在另一侧再先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4、P3和P2、P1的像恰在一直线上，移去圆形玻璃和大头针后，在图中画出：
(1)沿P1、P2连线方向的入射光线，通过圆形玻璃后的传播方向；
(2)光线在玻璃内的传播方向；
(3)过光线的入射点作法线，标出入射角i和折射角r；
(4)写出计算玻璃折射率的公式。
解析：(1)P1P2光线为入射光线，P3P4为通过玻璃后的折射光线。
(2)O1O2光线为入射光线P1P2在玻璃中的折射光线。
(3)如图所示。
(4)n＝。
能力提升
1．(福州八县一中2013～2014学年高二联考)
某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O和O′连线延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线交NN′于D点，如图所示，用刻度尺量得OB＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________。
答案：1.5
解析：由光路图以及几何关系可知：
n＝＝＝＝1.5。
2．(寿光市2013～2014学年高二下学期检测)如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的________面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图乙所示。计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
答案：光学 d e
解析：从题图中看出，直线ce近似与直线ab平行，因此，使用ce两点作图，测量出的数值更接近于折射率真实值，误差较小。若使用cd两点作图，折射角较大，计算出的折射率偏小。
3．一个学生按照下图所示的小实验用广口瓶和直尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白。
①用______测出广口瓶瓶口内径d；
②在瓶内装满水；
③将直尺沿瓶口边缘____________插入水中；
④沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺的0刻度(即图中A点)，同时看到水面上B点刻度的像恰与A点的像相重合；
⑤若水面恰与直尺的C点相平，读出______________和______________的长度；
⑥由题中所给条件，可以计算水的折射率为______。
答案：直尺，竖直，，，n＝
4．如图所示，某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率，OA是画在纸上的直线，他在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图所示放上玻璃砖(如粗黑线所示)，然后插上P3、P4大头针。
(1)其中他确定P3大头针位置的方法应当____________________________________________。
(2)若该同学实验操作规范准确，其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心，半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)。请算出玻璃砖的折射率n＝________。
答案：(1)透过玻璃砖看，使P3挡住P1、P2的像。 (2)1.5
解析：(1)透过玻璃砖看使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像
(2)如图所示，光从玻璃射入空气的入射角为：θ1＝∠BOC，折射角为：θ2＝∠DOE，根据光路可逆性和折射定律可得玻璃的折射率为：n＝，设半圆玻璃砖的半径为R，由几何知识可得：sinθ1＝，sinθ2＝，从图中可以看出：＝，代入数据联立解得：n＝1.5。
5．在“测定玻璃折射率”的实验中
(1)操作步骤如下：
①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐。
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向，直到P1的像被P2挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P1、P2的像和P3，记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应作的补充是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sinθ1－sinθ2图象如图。则下列说法正确的是________。
A．实验时，光线是由空气射入玻璃
B．实验时，光线是由玻璃射入空气
C．玻璃的折射率为0.67
D．玻璃的折射率为1.5
答案：(1)见解析 (2)BD
解析：(1)步骤②中应在白纸上画出玻璃砖的另一个界面bb′，步骤④中应通过P3、P4的连线与bb′的交点O′和aa′上的入射点O，作出玻璃砖中的光线OO′。
(2)由图可看出入射角θ1小于折射角θ2，因此，光线应该是由玻璃射入空气；则玻璃折射率n＝＝＝1.5，所以选项B、D正确。
课件26张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章实验：测定玻璃的折射率第十三章
一、测定玻璃的折射率
1．实验目的
(1)明确光通过玻璃时的入射角、折射角。
(2)掌握测定玻璃折射率的方法。
3．实验器材
白纸，图钉，大头针，直尺，铅笔，量角器，平木板，长方形玻璃砖。
4．实验步骤及调整安装
(1)将白纸用图钉按在绘图板上。
(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。二、实验注意事项及数据处理
1．注意事项
(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且P1和P2之间，P2与O点之间，P3与P4之间，P3与O′之间距离要稍大一些。
(2)入射角θ1应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大，也不宜太小。(3)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。
(4)在实验过程中，玻璃砖与白纸的相对位置不能改变。
(5)玻璃砖应选用宽度较大的，宜在5cm以上。若宽度太小，则测量误差较大。
3．主要误差有两个
(1)入射光线和出射光线确定的不够精确，因此要求插大头针时两大头针间距应较大。
(2)入射角、折射角测量的不精确，为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，否则光线会从玻璃砖的侧面射出，并且入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱。测定玻璃折射率
实验时，先将玻璃砖放到白纸上，使上述两个相互平行的表面与纸面垂直。在纸上画出直线aa′和bb′，aa′表示镀银的玻璃表面，bb′表示另一表面，如图所示。然后，在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2(位置如图)。用P1、P2的连线表示入射光线。
(1)为了测量折射率，应如何正确使用大头针P3、P4？试在题图中标出P3、P4的位置。
(2)然后，移去玻璃砖与大头针。试在题图中通过作图的方法标出光线从空气到玻璃中的入射角θ1与折射角θ2。简要写出作图步骤。
(3)写出用θ1、θ2表示的折射率公式。解答：(1)在bb′一侧观察P1、P2(经过bb′折射aa′反射，再经bb′折射后)的像，在适当的位置插上P3，使得P3与P1、P2的像在一条直线上，即让P3挡住P1、P2的像；再插上P4，让它挡住P2、P1的像和P3。P3、P4的位置如图。
(1)画出完整的光路图；
(2)对你画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留3位有效数字)；
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。答案：(1)如图所示
(2)1.51(说明±0.03范围内都正确)
(3)A第十三章 第一节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)
1. (诸城一中2013～2014学年高二下学期检测)如图所示，国家游泳中心“水立方”的透明薄膜“外衣”上点缀了无数白色亮点，他们被称为镀点，北京奥运会举行时正值盛夏，镀点能改变光线方向，将光线挡在场馆外，镀点对外界阳光的主要作用是( )
A．反射太阳光线，遵循光的反射定律
B．反射太阳光线，不遵循光的反射定律
C．折射太阳光线，遵循光的折射定律
D．折射太阳光线，不遵循光的折射定律
答案：A
解析：“挡在场馆外”一定是反射，只要是反射就一定遵循光的反射定律。
2．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。造成这种现象的原因是( )
A．光的反射 B．光的折射
C．光的直线传播 D．小孔成像
答案：B
解析：太阳光线进入大气层发生折射，使传播方向改变，而使人感觉太阳的位置比实际位置偏高。
3．在水中的潜水员斜看岸边的物体时，看到的物体( )
A．比物体所处的实际位置高
B．比物体所处的实际位置低
C．跟物体所处的实际位置一样高
D．以上三种情况都有可能
答案：A
解析：根据光的折射定律可知A项正确。
4．一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，下面光路图中正确的是( )
答案：C
解析：光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以A错误；由反射定律和反射角为45°，根据折射定律n＝得θ1>θ2，故B错误；C正确，D错误。
5．关于折射率，下列说法中正确的是( )
A．根据＝n可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比
B．根据＝n可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比
C．根据n＝可知，介质的折射率与介质中的光速成反比
D．同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比
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。
二、非选择题
6．如图所示，M、N为两个平面镜，S为一发光点，P和S点均在纸面内。由S点发出的一条光线先经平面镜M反射再射向平面镜N，经平面镜N反射后通过P点。试画出这条光线的光路。
解析：根据像和物关于平面镜对称的规律，先找出S点在平面镜M中的虚像S1点，如图所示，虚像S1对于平面镜N而言相当于发光点，再找出S1在平面镜N中的虚像S2，连接S2P，交平面镜N于D2点，连接D2S1交平面镜M于D1，连接SD1，则光线SD1、D1D2、D2P即为所要作的光线。
7．一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为R/2。求出射角θ。
答案：60°
解析：设入射光线与1/4球体的交点为C，连接OC，OC即入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B。
依题意，∠OCB＝α。又由△OBC知sinα＝ ①
设光线在C点的折射角为β，由折射定律得＝ ②
由①②式得β＝30° ③
由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ为30°。
由折射定律得＝ ④
因此sinθ＝，解得：θ＝60°。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题)
1．(北京西城区2013～2014学年高二下学期期末)下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
2．如图所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
答案：A
解析：这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是如何确定边界光线，是谁约束了视野等。如本题中由于井口边沿的约束而不能看到更大的范围，据此根据边界作出边界光线．如图所示。水井中的青蛙相当枯井中离开井底一定高度的青蛙，看向井口和天空β>α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星，故选项A正确，B、C、D错误。
3．如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成a、b两束单色光。则( )
A．玻璃砖对a光的折射率为
B．玻璃砖对a光的折射率为1.5
C．b光在玻璃中的传播速度比a光的小
D．b光在玻璃中的传播速度比a光的大
答案：AC
解析：由a光的偏折程度比b光的小，可知a光在玻璃中的折射率均较小，则a光在玻璃中的传播速度较大，故C正确，D错误；根据折射定律a光在玻璃中的折射率n＝＝，故A正确，B错误。
4．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。
二、非选择题
5．河中有条小鱼，某时刻小鱼的实际深度为H，一人从水面正上方往水中看，他感觉到的小鱼的深度为多大？(设水的折射率为n。)
答案：
解析：如图所示，设小鱼在S处，从鱼反射出的光线SO垂直水面射出，光线SO1与SO间的夹角很小。因一般人的瞳孔的线度为2～3mm，θ1、θ2为一组对应的折射角和入射角，可知θ1、θ2均很小。由数学知识知：
sinθ1≈tanθ1＝，sinθ2≈tanθ2＝
由折射定律得：n＝＝＝，得h＝
即他感觉到的小鱼的深度为实际深度的，即变浅。
6.如图所示，人站在距槽边D为l＝1.2m处，刚好能看到槽底的B位置，人眼距地面的高度H＝1.6m，槽中注满某种透明液体时，人刚好能看到槽底中央O点处。求：
(1)液体的折射率；
(2)光在该液体中的传播速度。
答案：(1)1.71 (2)1.75×108m/s
解析：(1)光路如图所示，
sinθ1＝＝
＝0.6
设槽深为h，宽为d，
则由图可知＝＝
所以sinθ2＝，
解得sinθ2＝0.35
所以液体的折射率为
n＝＝＝1.71。
(2)光在液体中的速度
v＝＝1.75×108m/s。
7. (养正中学、安溪一中、惠安一中2013～2014学年高二下学期联考)如图所示，某透明材料制成的半球形光学元件直立放置，其直径与水平光屏垂直接触于M点，球心O与M间距离为10cm。一束激光与该元件的竖直圆面成30°角射向圆心O，结果在光屏上出现间距为d＝40cm的两个光斑，请完成光路图并求该透明材料的折射率。
答案：光路图见解析；
解析：光屏上的两个光斑分别是激光束经光学元件反射与折射的光线形成，其光路图如图所示
依题意，令R＝10cm，据反射规律与几何关系知，反射光线形成光斑P1与M点的距离为d1＝Rtan30°
激光束的入射角i＝60°，设其折射角为r，由几何关系可知折射光线形成光斑P2与M点距离
d2＝40－Rtan(90－r)
又d1＋d2＝40cm，由以上各式解得r＝30°
所以该材料的折射率
n＝＝
课件45张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第一节 光的反射和折射第十三章插在水中的筷子，看上去好像在水面处折断了；盛了水的碗，看上去好像变浅了，这是什么原因？1．概念
光线入射到两种介质的界面上时，光的传播方向发生改变，一部分光_______________的现象，叫做光的反射。
2．光的反射定律
(1)反射光线和入射光线在____________内；
(2)反射光线和入射光线分居在_______________；
(3)反射角等于___________。
3．光路的特点
在反射现象中，光路是________的。光的反射返回原介质同一平面法线两侧入射角可逆1．折射现象
光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象。光的折射和折射定律同一平面正可逆折射率真空 入射角折射角光学性质 真空介质大于1一、光的折射现象的规律
1．光的方向
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(斜射)。并非一定变化，当光垂直界面入射时，传播方向就不发生变化。
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。
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。二、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，说明常数反映了该介质的光学特性。3．折射率与光速的关系
介质的折射率n跟光在其中的传播速度v有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1。
4．决定因素
介质的折射率是反映介质的光学性质的物理量，它的大小由介质本身及光的性质共同决定，不随入射角、折射角的变化而变化。
不同介质折射率不同，而它们的密度也往往不同，那么介质的折射率与其密度有什么关系？是不是介质的密度越大，其折射率就越大？
解析：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。
三、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。如图所示，一条光线由空气射到半圆玻璃砖表面的圆心处，玻璃砖的半圆表面上(反射面)镀有银，则图示几个光路图中，能正确、完整地表示光线行进过程的是( )
答案：D
解析：在圆心处发生折射和反射，进入半圆表面后沿原路返回，光从玻璃射向空中时在界面上发生反射和折射，根据光路可逆可知D正确。光的反射解析：这是一道关于平面镜成像问题的题目，主要考查对平面镜成像规律的认识，平面镜成像的特点是：等大正立的虚像。方法是先确定像点的位置，然后再画符合要求的光线以及与之对应的入射光线。
(1)先确定S对应的像S′，连接PS′与MN交于Q点，Q点即是过P点的反射点。连接SQ即得对应的入射光线，如图甲所示。
(2)由对称性确定S′后，过S′连接MN两端点的边界光线S′M和S′N，此区域即为像点S′的观察范围，如图乙所示。检查视力时人与视力表之间的距离应为5m，现因屋子太小而使用一个平面镜，视力表到镜子的距离为3m，如图所示，那么人到镜中的视力表的距离和人到镜子的距离分别为( )
A．5m,2m
B．6m,2m
C．4.5m,1.5m
D．4m,1m
答案：A光的折射解析：树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示答案：5.3m
点评：根据题意，正确作出光路图，明确入射角、反射角、折射角间的关系是解答此题的关键。(绵阳市2013～2014学年高二下学期期中)如右图所示，光从空气射入某介质，入射光线和界面的夹角为45°，反射光线和折射光线之间的夹角为105°，由此可知，这种介质的折射率为________，光在这种介质中的传播速度是________。(用真空中光速c表示)探究·应用解析：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线的方向看去，就会觉得鱼变浅了，眼睛看到的是鱼的虚像，在鱼的上方，所以叉鱼时要瞄准像的下方，如图所示。某人手持边长为6 cm的正方形平面镜测量身后一棵树的高度。测量时保持镜面与地面垂直，镜子与眼睛的距离为0.4 m。在某位置时，他在镜中恰好能够看到整棵树的像，然后他向前走了6.0m，发现用这个镜子长度的5/6就能看到整棵树的像。这棵树的高度约为( )
A．4.0 m D．4.5 m
C．5.0 m D．5.5 m
答案：B
点评：本题考查了光的成像特点旨在考查学生的理解能力和应用物理知识解决实际问题的能力。第十三章 第二节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是( )
答案：A
解析：∵sinC＝，∴C<45°，故发生全反射。
2．如图所示，置于空气中的厚玻璃砖，AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面，且AB∥CD，光线经AB表面射向玻璃砖时，折射光线射到CD表面时，下列说法正确的是( )
①不可能发生全反射
②有可能发生全反射
③只要入射角θ1足够大就能发生全反射
④不知玻璃的折射率，无法判断
A．只有①正确 B．②，③正确
C．②，③，④正确 D．只有④正确
答案：A
解析：据光路可逆原理可知①正确②③④全错。
3．空气中两条光线a和b从虚框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图1所示。虚框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。图2给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图1效果的是( )
答案：B
解析：四个选项产生光路效果如图所示：
则可知B项正确。
4．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
解析：因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝c/n可知，光在光密介质中的速度较小。
5．透明的水面上有一圆形荷叶，叶梗直立在水中，紧靠叶梗有一条小鱼，在岸上的人恰能看到小鱼，则( )
A．当小鱼潜深点时，人就看不见它
B．当小鱼潜深点时，人照样能看见它
C．当小鱼上浮点时，人就看不见它
D．当小鱼上浮点时，人照样看见它
答案：BC
解析：小鱼下潜一点后，它的入射角变小，光线能折射出水面，人能看到鱼，同理，鱼上浮一点，入射角大于临界角，发生全反射，所以，B、C正确，A、D错误。
二、非选择题
6．一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图为过轴线的截面图，调整入射角α，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射。已知水的折射率为，求sinα的值。
答案：
解析：当光线在水面发生全反射时，有sinC＝①
当光线从左侧射入时，由折射定律＝n②
联立①②式，代入数据可得
sinα＝③
7．如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。
(1)求该玻璃棒的折射率。
(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射。
答案：(1) (2)能
解析：(1)因为细束单色光由MN端面中点垂直射入，所以到达弧面EF界面时入射角为45°，又因为恰好发生全反射，所以45°为临界角C，由sinC＝可知，该玻璃棒的折射率n＝＝。
(2)若将入射光向N端平移，第一次射到弧面EF上的入射角将增大，即大于临界角45°，所以发生全反射。
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期一调)三种透明媒质叠放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ两媒质的界面上发生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ两媒质界面，发生折射如图所示，设定光在这三种媒质中的速率分别是v1、v2、v3，则它们的大小关系( )
A．v1>v2>v3 D．v1>v3>v2
C．v1v1>v3
答案：B
解析：光在Ⅰ和Ⅱ两介质的界面上发生了全反射，说明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率，即n1n3；介质Ⅰ与Ⅲ相比较，介质Ⅰ的折射率小于介质Ⅲ的折射率，即有n1n3>n1，根据光在这三种介质中的速率公式v＝得知，光速与折射率成反比，则v1>v3>v2。
2．如图所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )
A．2 B．3
C．4 D．5
答案：B
解析：sinC＝＝，C＝45°；n＝，θ＝30°。光路图如图所示。所以共3条射出玻璃球。
3．如图所示，光液面传感器有一个象试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射，进入到玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度。以下说法正确的是( )
A．玻璃管被液体包住之后，出射光强度增强
B．玻璃管被液体包住之后，出射光消失
C．玻璃管被液体包住之后，出射光强度减弱
D．玻璃管被液体包住之后，出射光强度不变
答案：C
解析：玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管之外是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管中射出。当玻璃管被透明液体包住之后，如果液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，反射光的强度会减弱，故C项正确。
4．如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是( )
A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C．通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折
D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射
答案：BCD
解析：通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折，入射角为零。由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射。
二、非选择题
5．如图所示abc是一块用折射率n＝2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，∠aOc＝60°。当一束平行黄色光垂直照到ac上时，ab部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的。求黄亮部分的弧长为多少？
答案：πR
解析：假定光线MN射到ab界面上时恰好发生了全反射，则MN上方的光线一定在界面ab上发生全反射，因此只有射到界面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的。由sinC＝，得∠C＝30°。
由几何关系知θ＝30°，所以弧Nb的长度：
s＝×2πR＝πR
6．有人在河中游泳，头部露出水面，在某一位置当他低头向水中观察时，看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上，这个人再向前游12m，正好不能看见此物体，求河深。(水的折射率为4/3)
答案：10.6m
解析：如图所示，由题意知C为临界角，
则sinC＝＝ ①
从图可得sinC＝ ②
联立①②得：＝
解得h≈10.6m。
课件41张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第二节 全反射第十三章沙漠中的旅行者急于找到水源时，有时会意外地看到前方有一片晶莹的“水面”，而当他们向前走去时，“水面”却是可望而不可即，原来这就是“蜃景”。这种现象是怎样形成的呢？光疏介质和光密介质较小较大小小于大于1．定义
当入射角增大到某一角度，使折射角达到__________时，折射光完全消失，只剩下____________，这种现象叫做全反射，这时对应的_________叫做临界角。全反射90°反射光入射角2．发生全反射的条件
(1)发生全反射现象必须满足的两个条件
一是光由_________介质射向_______介质；二是入射角______________临界角。
(2)临界角的计算
光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角为C，
sinC＝__________。光密光疏大于或等于1．全反射棱镜
(1)构造：截面为________________的棱镜叫全反射棱镜。
(2)对全反射棱镜光学特性的两点说明
①光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生__________，与平面镜相比，它的反射率_________。
②反射面不必涂敷任何反光物质，反射时__________。全反射的应用等腰直角三角形全反射很高失真小2．光导纤维
光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100μm左右，如图所示。它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率________外套的折射率，光由一端进入，在内芯和外套的界面上经多次___________，从另一端射出。大于全反射一、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，但酒精和水相比酒精是光密介质。3．光疏介质和光密介质的比较通过比较什么可以知道两种介质哪个是光密介质，哪个是光疏介质？
答案：可以通过比较光在两种介质中传播速度的大小或折射率的大小来确定光密介质和光疏介质。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。夏季的早晨，从某一方向看植物叶子上的露珠会格外明亮，玻璃中的气泡从侧面看也是特别明亮，这是什么道理呢？
解析：光照射露珠或经玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，有更多的光反射到人的眼晴中，光的能量大了，人就会感觉特别明亮。全反射的应用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，故选项C正确，A、B、D错误。
答案：C(北京东城区2013～2014学年高二下学期期末)光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，光导纤维的结构如图所示。其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
D．光导纤维在使用过程中一定不能弯曲
答案：A
解析：光导纤维内芯折射率较大。光在内芯中传播，射到内芯与外套的界面时，正好是由光密介质进入光疏介质。若此时入射角大于临界角，则发生全反射，光线被约束在内芯中。对全反射的理解(2014·青岛市高三一模)一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面，在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率。开放·探究解析：当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率下层比上层大。我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图1所示，下层的折射率较大。远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象。光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层。在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像。这就是海市蜃楼的景象。如图2所示。请解释本节“课堂情景切入”中提出的沙漠“蜃景”是怎样形成的？
答案：太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小。从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射。人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景(如下图所示)，仿佛是从水面反射出来的一样。这就是沙漠中的蜃景。第十三章 第三节
基础夯实
一、选择题(1～5题为单选题，6题为多选题)
1．两盏普通白炽灯发出的光相遇时，我们观察不到干涉条纹，这是因为( )
A．两盏灯亮度不同
B．灯光的波长太短
C．两灯光的振动情况不同
D．电灯发出的光不稳定
答案：C
解析：一般情况下，两个不同的光源发出的光或同一个光源的不同部分发出的光振动情况往往是不同的，由点光源发出的光或同一列光分出的两列光其振动情况是相同的。
2．在双缝干涉实验中，下列说法正确的是( )
A．相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是不等的
B．把入射光由红光换成紫光，相邻两明条纹间距变宽
C．只有频率相同的两列光才能发生明显的干涉现象
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：C
解析：在干涉中，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，A错，入射光波长越大，条纹间距越大，B错。C正确，D错误。
3．如图所示是单色光双缝干涉实验某一时刻的波形图，实线表示波峰，虚线表示波谷。在此时刻，介质中A点为波峰相叠加点，B点为波谷相叠加点，A、B连线上的C点为某中间状态相叠加点。如果把屏分别放在A、B、C三个位置，那么( )
A．A、B、C三个位置都出现亮条纹
B．B位置处出现暗条纹
C．C位置出现亮条纹或暗条纹要由其他条件决定
D．以上结论都不对
答案：A
解析：在干涉现象中，所谓“振动加强的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相同，该点的振幅是两列波的振幅之和，而不要理解为该点始终处于波峰或波谷，在某些时刻它也可以位于平衡位置(如图中C点)。所谓“振动减弱的点”是指两列波在该点引起的振动方向总是相反的，该点的振幅是两列波的振幅之差，如果两列波的振幅相同，则该点始终在平衡位置，对光波而言，该点是完全暗的。本题中，A、B、C三点总是振动加强的点，屏上对应出现的都是亮条纹。另外，要特别注意波谷与波谷相遇的点(图中B点)振动也是加强的，不要以为B点是暗的。
4．在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片(只能透过红光)，另一缝前放一绿色滤光片(只能透过绿光)，这时( )
A．只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失
B．红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的干涉条纹依然存在
C．任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D．屏上无任何光亮
答案：C
解析：红光和绿光的频率不同，不能产生干涉现象，故不能产生干涉条纹。
5．2014年7月23日湘煤嘉禾矿业发生瓦斯爆炸事故。煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度。如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体( )
A．一定含瓦斯 B．一定不含瓦斯
C．不一定含瓦斯 D．无法判断
答案：A
解析：如果屏的正中央O变为暗纹，说明从两个子光源到屏的光程差发生变化，所以B中气体一定含瓦斯。
6．杨氏双缝干涉实验中，下列说法正确的是(n为自然数，λ为光波波长)( )
A．在距双缝的路程相等的点形成暗条纹
B．在距双缝的路程差为nλ的点形成亮条纹
C．在距双缝的路程差为n的点形成亮条纹
C．在距双缝的路程差为λ的点形成暗条纹
答案：BD
解析：在双缝干涉实验中，当某处距双缝距离之差Δx为波长的整数倍时，即Δx＝kλ，k＝0,1,2,3，…这点为加强点，该处出现亮条纹；当某处距双缝距离之差Δx为半波长的奇数倍时，即Δx＝(2k＋1)，k＝0,1,2,3，…这点为减弱点，该处出现暗条纹。
二、非选择题
7．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7.5×10－7m，如果用频率为6.0×1014Hz的黄光照射双缝，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)5×10－7m (2)暗条纹
解析：(1)λ＝
＝m＝5×10－7m；
(2)Δx＝7.5×10－7m＝λ，所以是暗条纹。
能力提升
一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)
1．如图所示，用频率为f的单色光垂直照射双缝，在光屏上的P点出现第3条暗条纹。已知光速为c，则P点到双缝的距离之差r2－r1应为( )
A. B.
C. D.
答案：D
解析：在某点产生暗条纹的条件是：光程差r2－r1为半波长的奇数倍。已知P点出现第3条暗条纹，说明r2－r1＝λ， 由c＝λf得：λ＝，则r2－r1＝。
2．取两块平玻璃板，合在一起用手捏紧，会从玻璃板上看到彩色条纹，这是光的干涉现象，有关这一现象的叙述正确的是( )
A．这是上下两块玻璃板的上表面反射光干涉的结果
B．这是两玻璃板间的空气薄层上下两表面的反射光干涉的结果
C．这是上面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
D．这是下面一块玻璃的上、下两表面的反射光干涉的结果
答案：B
解析：形成干涉条纹是有一定条件的，即两列相干光的路程差需要连续变化，当Δr＝±kλ(k＝0,1,2…)时，形成明条纹，当Δr＝±(2k＋1)(k＝0,1,2…)时，形成暗条纹。当入射光是白光时，就会形成彩色条纹，对平板玻璃来说，每一块平板玻璃上下表面都是平行的，故不具备产生干涉条纹的条件，而中间的空气膜，则可能具备这一条件。
3．一束白光通过双缝后在屏上观察到干涉条纹，除中央白色条纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是( )
A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹间距不同
B．各色光的速度不同，造成条纹的间距不同
C．各色光的强度不同，造成条纹的间距不同
D．各色光通过双缝到达一确定点的距离不同
答案：A
解析：各色光的频率不同，波长不同，在屏上得到的干涉条纹的宽度不同，各种颜色的条纹叠加后得到彩色条纹。
4．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长，因此B、C、D错，A对。
5.用波长为λ的单色光照射单缝O，经过双缝M、N在屏上产生明暗相间的干涉条纹，如图所示，图中a、b、c、d、e为相邻亮纹的位置，c为中央亮条纹，则( )
A．O到达a、b的路程差为零
B．M、N到达b的路程差为λ
C．O到达a、c的路程差为4λ
D．M、N到达e的路程差为2λ
答案：BD
解析：振动一致的两光源在空间发生干涉，得到亮条纹的条件满足Δx＝nλ(n＝0,1,2,3…)。故B、D正确。
二、非选择题
6．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术。发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用。光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85μm的单色光。上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06μm的单色光。这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标。根据以上信息，回答下列问题：
(1)在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？
(2)为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？(已知光纤纤芯的折射率为1.47)
解析：(1)设信号频率为f，真空中的波长为λ0，c＝λ0f，光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度v＝λf，又n＝，可以得出：λ0＝nλ＝1.47×1.06μm＝1.56μm。
(2)上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰。
课件36张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第三节 光的干涉第十三章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象上看到一圈圈明暗相间的光环，如图所示。这就是光的现象——牛顿环。你知道牛顿环是怎样形成的吗？1．史实
1801年，英国物理学家___________成功地观察到了光的干涉现象。
2．实验示意图
如图所示杨氏双缝干涉实验托马斯·杨
3．实验过程
如图，让一束平行的___________投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝S1和S2相距___________，两条狭缝就产生两个光源，它们的振动情况总是__________，两光源发出的光在挡板后面的空间互相___________。
4．实验现象
在屏上得到_____________的条纹。单色光很近相同的叠加明暗相间
5．实验结论
证明光是一种波。
6．现象解释
当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________时(即恰好等于波长的________时)，两列光在这点相互加强，这里出现__________；当两个光源与屏上某点的距离之差等于_________________时，两列光在这一点_____________，这里出现暗条纹。偶数倍整数倍亮条纹相互削弱半波长的奇数倍1．干涉条件
两列光的________相同、 ________方向相同、 ________差恒定。
2．相干光源
发出的光能够发生________的两个光源。光发生干涉的条件频率振动相位干涉一、对杨氏双缝干涉实验的理解
1．双缝干涉的装置示意图
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。
3．双缝屏的作用
平行光照射到单缝S上，又照到双缝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。
4．屏上某处出现亮、暗条纹的条件
频率相同的两列波在同一点引起的振动的叠加，如亮条纹处某点同时参与的两个振动步调总是一致，即振动方向总是相同；暗条纹处振动步调总相反。具体产生亮、暗条纹的条件为：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，这是因为( )
A．手电筒射出的光不是单色光
B．干涉图样太细小看不清楚
C．周围环境的光太强
D．这两束光为非相干光源
答案：D
解析：两束光为非相干光源，不满足干涉产生的条件。
二、双缝干涉图样的特点
1．单色光的干涉图样
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，两相邻亮纹(或暗纹)间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，即红光的亮纹间宽度最大。紫光亮纹间宽度最小，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。特别提醒：
用白光做干涉实验，从红光到紫光其波长由大到小，它们的干涉条纹间距也是从大到小，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。对杨氏双缝干涉实验的理解A．不再产生干涉条纹
B．仍可产生干涉条纹，且中央亮纹P的位置不变
C．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置向上移
D．仍可产生干涉条纹，中央亮纹P的位置略向下移
解析：本实验中单缝S的作用是形成频率一定的线光源，双缝S1、S2的作用是形成相干光源，稍微移动S后，没有改变传到双缝的光的频率，由S1、S2射出的仍是相干光，由单缝S发出的光到达屏幕上P点下方某点光程差为零，故中央亮纹下移。
答案：D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，才可看做“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。故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。出现明暗条纹的条件
点评：本题主要考查双缝干涉原理，路程差与波长的数量关系。当路程差d满足光波波长的整数倍时，该点为亮条纹，当路程差d为半波长的奇数倍时，该点为暗条纹。如图所示是研究激光相干性的双缝干涉示意图，挡板上有两条狭缝S1、S2，由S1和S2发出的两列波到达屏上时会产生干涉条纹。已知入射激光波长为λ，屏上的P点到两缝S1和S2的距离相等，如果把P处的亮条纹记作第0号亮纹，由P向上数与0号亮纹相邻的亮纹为1号亮纹，与1号亮纹相邻的亮纹为2号亮纹，设P1处的亮纹恰好是10号亮纹，直线S1P1的长度为r1，S2P1的长度为r2，则r2－r1等于( )A．5λ B．10λ
C．20λ D．40λ
答案：B
解析：由题设可知，从中央亮条纹P算起，P1点处是第10号亮条纹的位置，表明缝S1、S2到P1处的距离差r2－r1为波长的整数倍，且刚好是10个波长，所以选项B正确。第十三章 第四节
基础夯实
1．做双缝干涉实验时，要增大屏上相邻亮条纹之间的距离，可以采取的措施是( )
A．减小双缝到屏的距离 B．增大光的频率
C．增大双缝之间的距离 D．增大光的波长
答案：D
解析：由双缝干涉中条纹宽度的表达式Δx＝λ可知，增大条纹宽度Δx，可以增大双缝到屏的距离l、减小双缝之间的距离d，或者增大光的波长λ，故A、C错，D对；增大光的频率，则减小了光的波长，条纹宽度减小，故B错。
2．双缝干涉实验装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝S1和S2与单缝的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹。屏上O点距双缝S1和S2的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹。如果将入射的绿光换成红光或蓝光，讨论屏上O点及其上方的干涉条纹的情况是：①O点是红光的亮条纹；②红光的第一条亮条纹在P点的上方；③O点不是蓝光的亮条纹；④蓝光的第一条亮条纹在P点的上方。其中正确的是( )
A．只有①②正确 D．只有①④正确
C．只有②③正确 D．只有③④正确
答案：A
解析：O点到两缝的距离相等，故不论换用红光还是蓝光，O点均为亮条纹，所以①正确，③错误；由Δx＝λ可知，红光的波长比绿光的大，条纹间距也比绿光大，因此，红光的第一条亮条纹在P点的上方；②正确；同理，蓝光的波长比绿光的小，蓝光的第一条亮条纹在P点的下方，④错误；综上所述，只有A正确。
3．(北京市昌平区2013～2014学年高二下学期期末)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光源、透镜、M、N、P、遮光筒、毛玻璃、放大镜。如图所示。
(1)M、N、P三个光学元件依次为________。
A．滤光片、单缝、双缝
B．单缝、滤光片、双缝
C．单缝、双缝、滤光片
D．滤光片、双缝、单缝
(2)对于某种单色光，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，可采取的方法有________。
A．减小双缝间距离
B．增大双缝间距离
C．减小双缝到屏的距离
D．增大双缝到屏的距离
(3)如果测得双缝与屏的距离为L，双缝间距为d，相邻两条亮纹中心间的距离为Δx，写出计算波长λ的表达式为________。
答案：(1)A (2)AD (3)·Δx
解析：(1)三个光学元件依次应为：滤光片、单缝、双缝
(2)由Δx＝λ可知，要增加相邻亮纹(或暗纹)的距离，可以增加双缝到屏的距离，也可以减小双缝间距。
(3)由Δx＝λ得，λ＝Δx
4．某同学在做“双缝干涉测定光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐第2条亮纹的中心时(如图甲中的A)，游标卡尺的示数如图乙所示，第二次分划板中心刻度线对齐第6条亮纹的中心时(如图丙中的B)，游标卡尺的示数如图丁所示。已知双缝间距d＝0.5mm，缝到屏的距离L＝1m。则：
(1)图乙中游标卡尺的示数为________cm。
(2)图丁中游标卡尺的示数为________cm。
(3)所测光波的波长为____m(保留两位有效数字)。
答案：(1)1.250 (2)1.770 (3)6.5×10－7
解析：(1)图乙中游标卡尺是20个等分刻度，精确度为0.05mm，读数为12mm＋0.05mm×10＝12.50mm＝1.250cm。
(2)图丁中游标卡尺也是20个等分刻度，读数为17mm＋0.05mm×14＝17.70mm＝1.770cm。
(3)由Δx＝λ可得
λ＝Δx·＝×m＝6.5×10－7m。
5．如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下面问题：
(1)如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用________图样表示最合适。
(2)如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适。
(3)如果将A图样的双缝到屏的距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适。
(4)如果将A图样的装置从空气移入水中，那么得到的干涉图样用________图样表示最合适。
答案：(1)C (2)D (3)C (4)C
解析：利用Δx＝λ公式，光源由红光换成紫光时，λ变小， 相应Δx也变小，(1)中应选C；双缝距离d减小时，Δx变大，(2)中应选D；双缝到屏的距离l变小，得到的图样的Δx变小，(3)中应选C；将装置从空气移入水中时，波长λ减小，Δx也减小，(4)中应选C。
6．图①是利用双缝干涉测某单色光波长的实验装置。测得双缝屏到毛玻璃屏的距离为0.2m、双缝的距离为0.4mm。图②是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5…是明条纹的编号。图③、图④是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图③是测第1号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为____________mm，图④是测第4号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为__________mm。根据上面测出的数据可知，被测光的波长为____________nm。
答案：0.506～0.509 1.507～1.509 665～669
解析：①螺旋测微器的读数为：
0．5mm＋0.01mm×0.8＝0.508mm
②读数为：1.5mm＋0.01mm×0.9＝1.509mm
③两相邻明条纹之间的间距为：
Δx＝mm＝0.334mm
由Δx＝λ有λ＝＝m＝0.667×10－6m＝667nm
能力提升
1．在观察光的干涉现象的实验中，将两片刀片合在一起，在涂有墨汁的玻璃片上划出不同间隙的双缝；按图所示的方法，让激光束通过自制的双缝。
??(1)保持缝到光屏的距离不变，换用不同间隙的双缝，双缝的间隙越小，屏上明暗相间的条纹间距________(填“越大”或“越小”)；
(2)保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距离越大，屏上明暗相间的条纹间距________(“越大”或“越小”)；
(3)在狭缝间的距离和狭缝与屏的距离都不变的条件下，用不同颜色的光做实验，发现用蓝色光做实验在屏上明暗相间的条纹间距比用红色光做实验时________(“大”或“小”)；
(4)实验观察到光屏上呈现明暗相间的条纹，试运用波动理论对明纹的形成予以解释。
答：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)越大 (2)越大 (3)小
(4)同一色光透过双缝的光形成相干光源，在光屏相遇，有的区域光振动加强，有的区域光振动减弱，光振动加强区域呈现明纹。
解析：(1)根据Δx＝λ知，d越小，Δx越大；(2)L越大，Δx越大；(3)红色光的波长长，蓝色光的波长短，根据Δx＝λ知，用蓝色光照射条纹间距比红色光小；(4)见答案。
2．(淄博市2013～2014学年高二下学期检测)用某种单色光做双缝干涉实验时，巳知双缝间距离d＝0.20mm，双缝到毛玻璃屏间的距离为L＝75.0cm，如图甲所示，实验时先转动如图乙所示的测量头上的手轮，使与游标卡尺相连的分划线对准如图丙所示的第1条明条纹，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图戊所示，则游标卡尺的读数x1＝________mm，然后再转动手轮，使与游标卡尺相连的分划线向右边移动，直到对准第5条明条纹，如图丁所示，此时卡尺的主尺和游标尺的位置如图己所示，则游标卡尺的读数x2＝________mm，由以上已知数据和测量数据，则该单色光的波长是________mm。
答案：0.3 9.6 6.2×10－4
解析：由游标卡尺读数规则读出
x1＝0.3mm，x2＝9.6mm
Δx＝＝mm
λ＝＝mm＝6.2×10－4mm。
3．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：
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
以上几点中你认为正确的是________。
(2)当测量头中的分划板中心刻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。
(3)如果测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，如图丙所示，则在这种情况下测量干涉条纹的间距Δx时，测量值________实际值。(填“大于”、“小于”或“等于”)
答案：(1)ACD (2)0.702 (3)大于
解析：(1)为使屏上的干涉条纹清晰，灯丝与单缝和双缝必须平行放置 ，所得到的干涉条纹与双缝平行；由Δx＝λ可知，条纹的疏密程度与双缝间距离、光的波长有关，所以A、C、D选项正确。
(2)固定刻度读数为0.5mm，可动刻度读数为20.2，所以测量结果为0.5mm＋20.2×0.01mm＝0.702mm。
(3)测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上，由几何知识可知测量头的读数大于条纹间的实际距离。
4．用氦氖激光器进行双缝干涉实验，已知使用的双缝间距离d＝0.1mm，双缝到屏的距离l＝6.0m，测得屏上干涉条纹中相邻亮纹的间距是3.8cm，氦氖激光器发出的红光的波长λ是多少？假如把整个装置放入折射率是的水中，这时屏上的条纹间距是多少？
答案：6.3×10－7m 2.8×10－2m
解析：由条纹间距Δx，双缝间距离d，双缝到屏的距离l及波长λ的关系，可测波长。同理，知道水的折射率，可知该光在水中的波长，然后由d、Δx、l、λ的关系，可求条纹间距。
由Δx＝·λ，可以得出，红光的波长λ
λ＝·Δx＝m＝6.3×10－7m
激光器发出的红光的波长是6.3×10－7m。
如果整个装置放入水中，激光器发出的红光在水中的波长设为λ′，由光的特点可知：光在传播过程中，介质发生变化，波长和波速发生改变，但频率不变。
由此可知＝，而＝n
则λ′＝＝m＝4.7×10－7m
这时屏上条纹的间距是
Δx′＝·λ′＝m＝2.8×10－2m
课件34张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第四节
实验：用双缝干涉测量光的波长第十三章如图所示，牛顿用三棱镜把太阳光分成连续分布的七种色光，因此我们知道了单色光有七种不同的颜色，那么你知道它们的波长是怎样测出来的吗？用双缝干涉测光的波长
1．实验原理
如图所示，与两缝之间的距离d相比，每个狭缝都很窄，宽度可以忽略。两缝S1、S2的连线的中垂线与屏的交点为P0，双缝到屏的距离OP0＝L
2．实验器材
光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、光屏及光具座。
3．实验步骤
(1)按照如图所示的装置安装好仪器，调整光源的位置，使光源发出的光能平行地进入遮光筒并照亮光屏。(也可直接用双缝干涉仪)5．注意事项
(1)放置单缝和双缝时，必须使缝平行。间距大约为5～10cm。
(2)要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一条轴线上。
(3)测量头的中心刻线要对应着亮(或暗)纹的中心。
(4)要多测几个亮纹(或暗纹)中心间的距离，再求Δx。
(5)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所致，干涉条纹不清晰一般主要原因是单缝与双缝不平行所致。用双缝干涉测光的波长(2)如果将灯泡换成激光光源，该实验照样可以完成，这时可以去掉的部件是________(填数字代号)。
(3)转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准第1条亮纹，读出手轮的读数如图甲所示。继续转动手轮，使分划板中心刻线对准第10条亮纹，读出手轮的读数如图乙所示。则相邻两亮条纹的间距是________mm。(4)如果已经量得双缝的间距是0.30mm、双缝和光屏之间的距离是900mm，则待测光的波长是________m。(取三位有效数字)答案：(1)滤光片 单缝 双缝
增加双缝到光屏间的距离(或选用较长的遮光筒)
减小双缝之间的距离
(2)②③ (3)1.610 (4)5.37×10－7(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期期中)在《用双缝干涉测光的波长》实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上(如图甲)，并选用缝间距d＝0.20mm的双缝屏。从仪器注明的规格可知，像屏与双缝屏间的距离L＝700mm。然后，接通电源使光源正常工作。(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度。某同学调整手轮后，从测量头的目镜看去，第1次映入眼帘的干涉条纹如图乙(a)所示，图乙(a)中的数字是该同学给各暗纹的编号，此时图乙(b)中游标尺上的读数x1＝1.16mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙(a)所示，此时图丙(b)中游标尺上的读数x2＝____________mm；
(2)利用上述测量结果，经计算可得两个相邻明纹(或暗纹)间的距离Δx＝____________mm；这种色光的波长λ＝____________nm。答案：(1)15.02 (2)2.31 6.6×102迁移·应用 (2)设光源S到平面镜的垂直距离和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Δx的表达式。解析：本题考查光的反射、平面镜成像和光的干涉等知识。
(1)根据平面镜成像特点(对称性)，先作出S在镜中的像，画出边沿光线，范围如图所示。英国物理学家托马斯·杨第一次在实验室用图1所示的实验装置观察到光的干涉现象。图中M为光源，N是有一个小孔的屏，O是有两个非常靠近大小相同的小孔屏，两小孔与N上小孔的距离相同；P为像屏。
(1)该实验设置O屏的目的是________________________；
(2)呈现在P屏上的光的干涉图样应该是图2中的________(选填“甲”或“乙”)。
答案：(1)获得相干光源(或产生频率相同的两束光) (2)乙
解析：(1)光源M发出的光包含各种频率，不是相干光，使M发出的光经过小孔N后可以获得频率相同的光，以O为光源可得到相干光源，即频率相同的两束光。(2)由于O屏上两个小孔是水平排列的，所以得到的干涉条纹为图2中乙所示。第十三章 第五节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．观察单缝衍射现象时，把缝宽由0.2mm逐渐增大到0.8mm，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，所以选项A正确。
2.
如图中单色光照射的不是一个狭缝，并且观察到如图所示的清晰的明暗相间的图样(黑线为暗纹)，那么障碍物是( )
A．很小的不透明的圆板
B．很大的中间有大圆孔的不透明的圆板
C．很大的不透明圆板
D．很大的中间有小圆孔的不透明的圆板
答案：D
解析：由图可知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，且越向外，圆形条纹宽度越小，可判断此图样为圆孔衍射图样，故D正确；有的同学误选A，要注意很小的不透明的圆板产生的图样中心也是亮点，但其周围有一个大的阴影区，在阴影区的边缘有明暗相间的圆环，它与圆孔衍射的图样是不同的。
3．在学习了光的衍射现象后，徐飞回家后自己设置了一个小实验。在一个发光的小电珠和光屏之间放一个大小可以调节的圆形孔屏，在圆孔从较大调至完全闭合的过程中，他在屏上看到的现象是( )
A．先是圆形亮区，最后完全黑暗
B．先是圆形亮区，再是圆形亮环，最后完全黑暗
C．先是圆形亮环，最后完全黑暗
D．先是圆环亮环，然后圆形亮区，最后完全黑暗
答案：B
解析：在圆孔由大到小调节过程中，当孔较大时，光沿直线传播，在屏上得到圆形亮斑；当孔的直径减小到与光波的波长相近时，产生光的衍射现象，屏上将出现明、暗相间的亮环，当孔继续减小到完全闭合，没有光到达屏上时，屏上完全黑暗。
4．关于衍射，下列说法正确的是( )
A．衍射现象中条纹的出现是光叠加后产生的结果
B．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
答案：AB
解析：衍射图样是复杂的光波的叠加现象，双缝干涉中光通过二个狭缝时均发生衍射现象，一般现象中既有干涉又有衍射。一切波都能发生衍射，但要发生明显的衍射，需要满足障碍物的尺寸小于或相当于波长的条件。
5．关于光的衍射现象，下面说法正确的是( )
A．红光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
B．白光的单缝衍射图样是红暗相间的直条纹
C．光照到不透光小圆盘上出现泊松亮斑，说明发生了衍射
D．光照到较大圆孔上出现大光斑，说明光沿直线传播，不存在光的衍射
答案：AC
解析：单色光照到狭缝上产生的衍射图样是亮暗相间的直条纹。白光的衍射图样是彩色条纹。光照到不透明圆盘上，在其阴影处出现亮点，是衍射现象。光的衍射现象只有明显与不明显之分，D项中屏上大光斑的边缘模糊，正是光的衍射造成的，不能认为不存在衍射现象。
二、非选择题
6．如图所示，甲、乙两图是单色光分别入射到两圆孔形成的图象，由图判断甲是光的________(选填“干涉”或“衍射”)图象。图甲所对应的圆孔孔径________(选填“大于”、“小于”或“等于”)图乙所对应的圆孔孔径。
答案：衍射 小于
解析：图甲所示，单色光通过小孔出现明暗相间且宽度不等的条纹，这是光的衍射现象。图乙是个圆亮斑，说明光沿直线传播，没有发生衍射，图乙所对应的圆孔孔径远大于单色光的波长，也大于发生衍射现象的图甲所对应的圆孔孔径。
7．分析以下现象产生的原因：
(1)通过盛水的玻璃杯，在适当的角度，可看到彩色光；
(2)菜汤上的油花呈现彩色；
(3)隔着帐幔看远处的灯，见到灯周围辐射彩色的光芒；
(4)光线照在花布上，可以看见花布上的图样。
解析：(1)白光通过盛水的玻璃杯发生折射，在适当的角度，各色光分离较大，可看到彩色光。
(2)光经过菜汤上油膜的前后两个表面发生反射，两列反射光波相互叠加，产生干涉条纹，因此菜汤上的油花呈现彩色。
(3)远处灯发出的光经过帐幔的缝隙，产生衍射，因此可见到灯周围辐射彩色的光芒。
(4)光线照在花布上看见花布的图样，是由于光的反射与吸收的结果。花布是由各种颜色的花纹组成的，当白光照在花布上时红色花纹反射红光，吸收其他颜色的光，这样我们在该位置只看到红色。同理可以看到各种花纹反射的颜色。这样可以看到花布的图样。
能力提升
一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题)
1．在观察光的衍射现象的实验中，通过紧靠眼睛的卡尺测脚形成的狭缝，观看远处的线状白炽灯丝(灯管或灯丝都要平行于狭缝)，可以看到( )
A．黑白相间的直条纹 B．黑白相间的弧形条纹
C．彩色的直条纹 D．彩色弧形条纹
答案：C
解析：白炽灯发出的是复色光，其中各种色光的波长不同，产生的衍射条纹间距不同，各单色光相互叠加，成为彩色直条纹。
2．手持看书用的放大镜，并把手臂伸直，通过放大镜观看远处的房屋等景物时，看到的是倒立的房屋，下列说法中正确的是( )
A．看到的是远处房屋的实像
B．看到的是远处房屋的虚像
C．看到的房屋边缘呈现彩色，这是由于光的干涉现象造成的
D．看到的房屋呈现彩色，这是由于光的衍射现象造成的
答案：A
解析：因为物距大于2倍焦距，所以远处房屋的像是倒立、缩小的实像，故A对；房屋边缘的彩色是连续条纹，不是明暗相间的条纹，产生的原因是不同色光在玻璃中的折射率不同造成的。
3．(物理与日常生活)沙尘暴是由于土地的沙化引起的一种恶劣的天气现象，发生沙尘暴时能见度只有十几米，天气变黄变暗，这是由于这种情况下( )
A．只有波长较短的一部分光才能到达地面
B．只有波长较长的一部分光才能到达地面
C．只有频率较大的一部分光才能到达地面
D．只有频率较小的一部分光才能到达地面
答案：BD
解析：据光明显衍射的条件，发生沙尘暴时，只有波长较长的一部分光线能到达地面，据λ＝c/f知，到达地面的光是频率较小的部分。
4．如图所示，甲、乙、丙、丁四个图是不同的单色光形成的双缝干涉或单缝衍射图样。分析各图样的特点可以得出的正确结论是( )
A．甲、乙是光的干涉图样
B．丙、丁是光的干涉图样
C．形成甲图样的光的波长比形成乙图样光的波长短
D．形成丙图样的光的波长比形成丁图样光的波长长
答案：AD
解析：干涉条纹是等距离的条纹，因此，甲、乙图是干涉图样，丙、丁图是衍射图样，故A项正确，B项错误；由公式Δx＝λ可知，条纹宽的入射光的波长长，所以甲图样的光的波长比乙图样的光的波长长，故C项错误；丙图样的光的波长比丁图样的光的波长长，故D项正确。
二、非选择题
5．某同学自己动手制作如图所示的装置观察光的干涉现象，其中A为单缝屏，B为双缝屏，整个装置位于一暗箱中，实验过程如下：
(1)该同学用一束太阳光照射A屏时，屏C上没有出现干涉条纹；移去B后，在屏上出现不等间距条纹，此条纹是由于________产生的。
(2)移去A后，遮住缝S1或缝S2中的任一个，C上均出现一窄亮斑。出现以上实验结果的主要原因是________________。
答案：(1)光的衍射 (2)双缝S1、S2太宽
解析：(1)移去B后只剩下单缝，故发生单缝衍射形成条纹，故此条纹是由于光的衍射产生的。
(2)没有出现条纹而只出现一个窄亮斑，说明衍射现象不明显，故主要原因是双缝S1、S2太宽。
6．如图所示是通过游标卡尺两测量脚间的狭缝观察白炽灯线光源时所拍下的四张照片。
(1)试通过图样分析四张照片对应的两测量脚间的宽度大小关系。
(2)试说明照片(4)中中央条纹的颜色及成因。
解析：(1)从四张照片的单缝衍射图样可以看出，由图(1)到图(4)，衍射现象越来越明显，说明两测量脚间的狭缝越来越小，因此由图(1)到图(4)四张照片对应的两测量脚间的宽度越来越小。
(2)图(4)中中央条纹的颜色为白色，因为各种色光在屏中央均为亮条纹，七色光叠加后，中央条纹即为白色。
7．将一个大的不透明障碍物上的正三角形孔从边长10cm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？
解析：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，光线再弱，直到什么也看不见。
课件32张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第五节 光的衍射第十三章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，你知道这是怎样形成的吗？1．衍射现象
光能够绕过___________而到达“阴影”区域的现象。
2．产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸________________或
____________________。光的衍射比光波波长小与光波波长差不多时障碍物1．圆孔衍射
(1)现象
①用点光源照射直径较大的圆孔时，在屏上会出现一个明亮的圆形光斑，这是________________的结果。
②用点光源照射直径足够小的圆孔时，在屏上会出现一些____________________，这是光发生衍射的结果。
(2)衍射图样的特点
明暗相间的___________条纹，中央为___________亮斑。几种不同的衍射现象光沿直线传播明暗相间的圆环环状圆形2．单缝衍射的条纹特点
(1)中央条纹为_________，离中心条纹越远，亮条纹的宽度__________，亮度_________。
(2)狭缝越窄，中央亮条纹越暗。
3．圆盘衍射(泊松亮斑)
(1)现象
用平行光照射一个不透光的小圆盘时，在圆盘阴影中心出现一个_________。
(2)衍射图样的特点
圆形阴影中心有一______，与小孔衍射图样有明显区别。亮条纹变窄变暗亮斑亮斑1．结构
有许多等宽的狭缝________排列起来形成的光学元件。狭缝的个数越多，衍射条纹的宽度越窄，亮度越_______。
2．衍射图样的特点
与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变_____，亮度_____。
3．衍射光栅的种类
______光栅和________光栅。衍射光栅等距离亮窄增加反射透射一、对光的衍射现象的理解
1．产生明显衍射现象的条件
障碍物或孔的尺寸比波长小或跟波长差不多。
2．光是一种波
光的干涉现象表明光是一种波，由于衍射是波的特点，则光能够衍射，因此，光能够绕过障碍物或通过小孔进入几何阴影区而传播，即发生衍射现象。
3．可见光的波长范围
10－6m～10－7m，由发生明显衍射现象的条件可知，光的衍射现象不易观察。光波和声波都是波，可是日常生活中常发生“闻其声不见其人”的现象，原因何在？
解析：光波和声波都是波，都具有波的特性，都能发生干涉、衍射等现象，但是波发生明显衍射现象是有条件的，即障碍物(或缝、孔)的尺寸与波长相差不多或者比波长更小。
声波的波长较长(约几米到十几米)，与障碍物(房屋的墙壁、门窗等)的尺寸可以相比，能产生明显衍射故能“闻其声”；而光波的波长很短(370～750nm)，比通常的障碍物的尺寸小得多，因此不能产生明显衍射现象，故“不见其人”。二、三种不同的衍射现象
1．单缝衍射
单缝衍射图样的特点
(1)单色光的单缝衍射图样是明暗相间、亮度越来越暗且不等距的条纹，中央是亮纹，亮度大，宽度也大；波长越长，条纹间距越大，中央亮纹越宽；
(2)白光的单缝衍射图样中央是白色亮纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央亮纹的色光是紫光，最远离中央的是红光。2．圆孔衍射
(1)单色光的圆孔衍射图样中央亮纹的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环，越向外，亮环亮度越低；
(2)白光的圆孔衍射图样中央亮纹为白色，周围是彩色圆环。
3．泊松亮斑——障碍物的衍射现象
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。特别提醒：
只有圆孔足够小时，才能得到明显的衍射图样。在圆孔由较大直径逐渐减小的过程中，光屏依次得到几种不同现象——圆形亮斑(光的直线传播)、光源的像(小孔成像)、明暗相间的圆环(衍射图样)、完全黑暗。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三、单缝衍射和双缝干涉的比较特别提醒：
(1)单缝衍射可以理解为若干个光源的干涉，从而理解条纹相间排列。
(2)光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。
(3)复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加。光的衍射
解析：衍射现象是波绕过障碍物发生传播的现象，衍射条纹是波的叠加的结果，干涉、衍射是一切波所具有的特性，所以选项A、B、C正确。光的直线传播只是近似的，只有在光的波长比障碍物小的多的情况下，光才看做沿直线传播的，所以光的衍射现象和直线传播是不矛盾的，所以选项D错误。
答案：D (福州八县一中2013～2014学年高二下学期期末联考)在光的单缝衍射实验中可观察到清晰的亮暗相间的图样，下列四幅图片中属于光的单缝衍射图样的是( )
A．a、c B．b、c
C．a、d D．b、d
答案：D
解析：单缝衍射条纹的特点是中央亮条纹最宽、最亮，双缝干涉条纹是等间距的条纹，所以a是干涉条纹，b、d是单缝衍射条纹，c是水波的衍射图样。衍射现象的应用①这是利用光的干涉现象
②这是利用光的衍射现象
③如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗了
④如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细了
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
解析：上述现象符合光的衍射产生的条件，故②正确；由衍射产生的条件可知：丝越细衍射现象越明显，故④也正确。
答案：B
点评：解此类题时要注意题目所给的信息，如此题中的“激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同样宽度的窄缝规律相同”，可立即判断此为衍射现象，再从衍射角度上推断出其他选项的正确性。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。第十三章 第六节
基础夯实
一、选择题(1～3题为单选题，4～6题为多选题)
1．关于自然光和偏振光，下列观点正确的是( )
A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能
B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光
C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光
D．自然光和偏振光都能使感光底片感光
答案：D
解析：光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，而振动沿着特定方向的光就是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错。光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光，所以B错。光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错。自然光和偏振光都具有能量，都能使感光片感光。
2．在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是( )
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
答案：A
解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，但不能增强透射光。
3．(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期二调)光学在生活中应用很多，下列说法正确的是( )
A．全息照相利用的是光的偏振现象
B．立体电影利用的是光的偏振现象
C．市面上的冷光灯应用的是光的偏振现象
D．肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷，是光的折射现象
答案：B
解析：全息照相利用的是光的干涉，故A错误；立体电影利用的是光的偏振，故B正确；冷光灯应用的是光的反射，故C错误；肥皂泡在阳光下呈现五彩缤纷，是光的干涉，故D错误。
4．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。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？( )
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。
5．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，以下说法正确的是( )
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。
6.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )
A．图中a光为偏振光
B．图中b光为偏振光
C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮
D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮
答案：BD
解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，若B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，将B转过180°时，P处仍无光亮，即C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对。
二、非选择题
7．将手电筒射出的光照到平面镜上，发生反射后，再用偏振片观察反射光，发现旋转偏振片时有什么现象？说明什么？
答案：当旋转偏振片时，观察到旋转偏振片时亮度变化，说明反射光是偏振光。
8．如图所示，杨氏双缝实验中，下述情况能否看到干涉条纹？简单说明理由。
(1)在单色自然光源S后加一偏振片P。
(2)在(1)情况下，再加P1、P2，P1与P2透射光方向垂直。
答案：(1)能。到达S1、S2的光是从同一线偏振光分解出来的，它们满足相干条件，能看到干涉条纹，且由于线偏振片很薄，对路程差的影响可忽略，干涉条纹的位置与间距和没有P时基本一致，只是强度由于偏振片的吸收作用而减弱。
(2)不能。由于从P1、P2射出的光方向相互垂直，不满足干涉条件，故光屏E被均匀照亮，但无干涉现象。
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)
1．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。因此，可以推断出玻璃的折射率为( )
A. B.
C. D.
答案：B
解析：由题意推断此时的入射角为60°，根据公式n＝＝。
2．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是( )
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
答案：D
解析：此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，所以A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以透射进对面车内，C错误，故D正确。
3．光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光
C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清晰
D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹
答案：D
解析：通过手指的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象。D错误。
4．如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是( )
A．反射光束1消失
B．透射光束2消失
C．反射光束1和透射光束2都消失
D．偏振片P以入射光线 为轴旋转90°角，透射光束2消失
答案：AD
解析：自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因垂直于纸面无光；反射光束1消失，A正确，B，C均错误；偏振片转动90°，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确。
5．如图所示是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的偏振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。关于这种温度计的工作原理，正确的说法是( )
A．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
C．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越小
D．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越大
答案：AC
解析：温度变化越大，光纤的各个物理参量变化越大，光的偏振方向变化越大，光接收器接收的光强度会越小。
二、非选择题
6．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。
答案： θ1＝arctann
解析：光由空气进入玻璃，光路图如图所示，根据折射定律可得n＝，而θ1＋θ2＝90°
所以n＝＝cotθ2
由题意知θ2＝30°
n＝cot30°＝
所求的布儒斯特角为θ1，所以由n＝＝tanθ1
可得表达式为θ1＝arctann
课件30张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第六节 光的偏振 第十三章你看过立体电影吗？当你戴上一副特制的眼镜，开始欣赏立体电影时，经历过敌人的拳头向你袭来(如图所示)的感受吗？立体电影和一般电影的物理原理有何不同？横波只沿某一特定的____________的现象称偏振现象。偏振现象方向振动1．自然光
太阳、电灯等普通光源发生的光，包含着在垂直于传播方向上________________的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都________。这种光是自然光。
2．偏振光
光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的___________。这种光叫做偏振光。自然光与偏振光沿一切方向振动相同方向振动1．摄影技术中的应用
由于水或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚，如果在照相机镜头前装一片_______________，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以_____________反射光而使景像清晰。偏振光的应用偏振滤光片减弱2．偏振片在汽车挡风玻璃上的应用
在夜间行车时，迎面开来的车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故。如果在每辆车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块___________，并使它们的透振方向跟水平方向成__________角，就可以解决这一问题。
3．立体电影
立体电影也是利用了光的__________原理。偏振片45°偏振一、光的偏振
1．光属于电磁波，是横波，具有偏振性。从普遍光源直接发出的光(自然光)，包含在垂直于光的传播方向上一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波是均匀的，不显示偏振性。
如图，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变。2．自然光通过偏振片后，只有振动方向跟透振方向一致的光才能通过。这时的光只沿着一个特定的方向振动，显示偏振性。
如图，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的“透振方向”平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的“透振方向”垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随振动方向与“透振方向”的夹角变大，亮度逐渐变暗。(现象分析题)通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？
解析：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉)，但光的强弱没有改变。月亮和黑板反射的光已经是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化。二、自然光与偏振光的比较特别提醒：
(1)偏振现象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通过偏振片后才变为偏振光，生活中除光源直接发出的光外，我们看到的绝大部分光都是偏振光，如自然光射到水面时的反射和折射光线，尤其是二者互相垂直时，都是典型的偏振光，并且是完全偏振光，振动方向相互垂直。(2)只有横波才能发生偏振现象，光是横波。对光的偏振现象的理解
解析：起偏器和检偏器的偏振方向垂直时，没有光通过；偏振方向平行时，光强度达到最大。当其中一个偏振片转动180°的过程中，两偏振片的方向由垂直到平行再到垂直，所以通过的光先增强，又减小到零。
答案：A关于自然光和偏振光，以下说法正确的是( )
A．自然光包含着在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同
B．偏振光是垂直于传播方向上，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．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光
答案：BD
解析： 自然光沿各振动方向的光波的强度相同，A错误；偏振光在垂直于传播方向上，只沿某一特定方向振动，B正确；自然光透过偏振片后成为偏振光，偏振光透过偏振片后不能还原为自然光，C错误；太阳、电灯等普通光源发出的是自然光，D正确。光的偏振的应用解析：放立体电影时有左右两架放影机同时工作，如上图所示，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。
点评：偏振现象在解释过程中都必须涉及必要的光路图，体现偏振片在其中所起的作用。 “假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是( )A．到达O处光的强度会明显减弱
B．到达O处光的强度不会明显减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于α
D．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α
答案：ACD
解析：A、B之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱；但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度；因为A、B的偏振方向一致，故转动偏振片A也可以。第十三章 第七、八节
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．下列现象中可以用薄膜干涉来解释的是( )
A．雨后的彩虹
B．水面上的油膜在阳光照射下呈彩色
C．透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色
D．荷叶上的水珠在阳光下晶莹透亮
答案：B
解析：雨后的彩虹是色散现象，故选项A错误；透过昆虫的翅膀看阳光呈彩色是衍射现象，故选项C错误；水珠在阳光下晶莹透亮是全反射的结果，故选项D错误；油膜在阳光照射下呈彩色是薄膜干涉的结果，故选项B正确。
2．对于激光的认识，以下说法错误的是( )
A．相干性好是激光与普通光的根本区别
B．激光是自然界普遍存在的一种光
C．激光是一种人工产生的相干光
D．激光已经深入我们生活的各个方面
答案：B
解析：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，所以激光与普通光源有着质的区别，A选项正确；激光是原子受激辐射产生的光，要通过人工专门制得，所以并不是在自然界中普遍存在的，B选项错；根据上面激光特点的归纳，可知C、D是正确选项。
3．实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋＋，其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则( )
A．屏上c处是紫光 B．屏上d处是红光
C．屏上b处是紫光 D．屏上a处是红光
答案：D
解析：太阳光中红光波长最长，紫光波长最短，则紫光折射率最大，红光折射率最小，所以紫光偏折程度最大，对应屏上d处，红光偏折程度最小，对应屏上a处。
4．(福州八县一中2013～2014学年高二下学期期末联考)以下关于偏振片和增透膜的说法正确的是( )
A．拍摄水下景物时，为减小光在水面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一增透膜
B．为减小光在照相机镜面处的反射，使景物更加清晰，可在照相机镜头前加一偏振片
C．照相机的增透膜厚度通常为λ/2
D．3D立体电影充分利用了光的偏振原理
答案：D
解析：水面的反射光是偏振光，减弱偏振光的影响，应该加偏振片，故选项A错误；照相机镜头前应加增透膜，以减小反射光，故选项B错误；增透膜的厚度通常为绿光在增透膜这种介质中的波长的，故选项C错误；3D立体电影充分利用了光的偏振原理，故选项D正确。
5．将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)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 D．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。
6．激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )
A．该光在真空中的波长为nλ
B．该光在真空中的波长为
C．该光的频率为
D．该光的频率为
答案：AD
解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化，波长会相应变化，同一频率的光在真空中的波长大于在介质中的波长。
二、非选择题
7．雨后公路的积水上漂着薄薄的油层，看上去有许多彩色花纹，其中有一条绿色花纹与一条蓝色花纹相邻。在这两条花纹处，哪里的油层更薄些？为什么？
解析：根据光干涉出现亮纹的条件知，路程差kλ＝L2－L1＝2nd(d为膜厚度)，相邻两条绿纹与蓝纹的k值相同，而λ绿>λ蓝，所以在这两条花纹处蓝纹所对应的油层更薄些。
能力提升
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)
1．让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息，经过处理后还原成声音和图象，这是利用光的( )
A．平行度好，可以会聚到很小的一点上
B．相干性好，可以很容易形成干涉图样
C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量
D．波长短，很容易发生明显的衍射现象
答案：A
解析：激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，A正确，B、C、D错误。
2．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图(a)是点燃的酒精灯(在灯芯上洒些盐)图(b)是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A．当金属丝圈旋转30°时干涉条纹同方向旋转30°
B．当金属丝圈旋转45°时干涉条纹同方向旋转90°
C．当金属丝圈旋转60°时干涉条纹同方向旋转30°
D．干涉条纹保持原来状态不变
答案：D
解析：金属丝圈在竖直平面内缓慢旋转时，不影响薄膜上薄下厚的分布，因而干涉条纹保持原来状态不变，D对。
3．(物理与日常生活)市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品产生的热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀了一层薄膜(氟化镁)，这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A.λ B.λ
C.λ D．λ
答案：B
解析：为减小反射的热效应显著的红外线，则要求红外线在薄膜的前后表面反射后叠加作用减弱，即路程差为半波长的奇数倍，故薄膜的最小厚度为红外线在该薄膜中波长的。
4．劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图(a)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(b)所示，干涉条纹有如下特点：(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(a)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 D．变密
C．不变 D．消失
答案：A
解析：干涉条纹是由空气薄膜的上下两个表面反射的光线叠加而成的，当抽去一张纸片后，劈形空气薄膜倾角减小，相邻明条纹(或暗条纹)必须变疏才能符合所在位置下面对应的薄膜厚度差跟原先一样，故A正确。
5．激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船。激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光的( )
A．单色性好 D．平行度好
C．高能量 D．相干性好
答案：BC
解析：激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给火箭提供高能量。
6．一复色光中只含有a、b两种单色光，用该复色光照射一竖直理想透明薄膜(膜层厚度从零开始，上薄下厚)时，得到如图所示的干涉图样。若用此复色光通过玻璃半球射向空气，下列四个光路图中可能符合实际情况的是( )
答案：AD
解析：根据薄膜干涉图象，可知λa<λb，所以a光的折射率大，故选项A、D正确。
二、非选择题
7．用三棱镜可使阳光折射成一条彩色光谱带，如图所示，请回答下列问题：
(1)B、C、D区域分别是什么色光区？
(2)将一瓶绿藻放在A处，则B、C、D哪一处变暗？
(3)将一瓶绿藻放在B、C、D的哪一位置上，就会严重影响它的生长？
解析：(1)B为红光区，C为绿光区，D为蓝光区
(2)由绿藻呈绿色可知其对绿光的吸收最弱，故B和D处变暗。
(3)由(1)可知，C为绿光区，故绿藻只能得到极少量可利用的光来进行光合作用，因而会严重影响其生长。
课件47张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章第七节 光的颜色 色散
第八节 激光 第十三章夏天，大雨之后往往在天空中会出现美丽的彩虹，这是发生了什么样的光学现象？为什么会出现不同颜色的光？光的色散频率波长单色光波长1．薄膜干涉中的色散
(1)薄膜干涉中相干光的获得：光照射到薄膜上，在薄膜的前后两个面_________的光是由同一个光波分解而成的，它们具有相同的_________、恒定的相位差及振动方向。
(2)薄膜干涉的原理：光照在厚度不同的薄膜上时，在薄膜的不同位置，前后两个面的反射光的__________不同，在某些位置两列波叠加后相互加强，于是出现_____条纹；在另一些位置，两列波相遇后相互削弱，于是出现_____条纹。色散反射频率路程差亮暗
2．衍射时的色散
用白光进行衍射实验时，得到的是_______条纹，这是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的_______不同造成的。
3．折射时的色散
白光通过棱镜折射后，由上到下的色光顺序为：红、 ____________________________，在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速_______。彩色位置橙、黄、绿、蓝、靛、紫越小激光是原子受激辐射产生的光，发光的方向、频率、偏振方向均__________，两列相同激光相遇可以发生________。激光是________________的相干光。激光的产生相同干涉人工产生激光的特点及应用单一恒定相同平行度很远测距信息时间切割光刀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能量强弱信息，而全息照相技术还记录了光波的________信息。
2．原理
全息照相的拍摄利用了光的________原理，使________和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹。这要求参考光和物光必须具有很高的________性。
3．观察方向
观察全息照片时要用______照射照片，从另一侧面观察。 全息照相相位干涉参考光相干激光一、薄膜干涉的成因
如图所示，竖直放置的肥皂薄膜由于受到重力的作用使下面厚、上面薄，因此在薄膜上不同的地方，从膜的前、后表面反射的两列光波叠加，若两列波叠加后互相加强，则出现亮纹；在另一些地方，叠加后互相减弱，则出现暗纹。故在单色光照射下，就出现了明暗相间的干涉条纹；若在白光照射下，则出现彩色干涉条纹。观察薄膜干涉现象时，要在有光照的一侧观察还是在无光照的一侧观察？
解析：在有光照的一侧，因为薄膜干涉是前后两个面的反射光发生的干涉。二、薄膜干涉的应用
1．等倾法检查平面平整度
如图所示，被检查平面B与标准样板A之间形成了一个楔形的空气薄膜，用单色光照射，入射光从空气膜的上、下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。被检查平面若是平的，空气膜厚度相同的各点就位于一条直线上，干涉条纹平行；若被检查表面某些地方不平，那里空气膜产生的干涉条纹将发生弯曲。特别提醒：
对“增透”的理解：如果用宏观的思维方式来理解，两束反射光相互抵消，并没有增加透射光的强度，因此，此过程只是“消反”，却不能“增透”。其实光的干涉将引起整个光场分布的改变，但总的能量是守恒的，反射光的能量被削弱了，透射光的能量就必然得到增强。增透膜正是通过“消反”来确保“增透”的。三、折射时的色散
1．棱镜
(1)定义：光学研究中常用棱镜的横截面为三角形，有的棱镜的横截面为梯形，通常都简称为棱镜。
(2)光学作用：光通过棱镜后向它的横截面的底边方向偏折，如图中所示的θ为光的偏向角，光的偏向角越大，棱镜对光的偏折程度越大。棱镜对光的传播方向的改变遵循光的折射定律。2．光折射时的色散
一束白光通过三棱镜后扩展成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色光组成的光带，这种现象称为折射时的色散。从图中可以看出，红光(波长较长)通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光要小，而紫光(波长较短)偏折的程度比其他颜色的光要大。
雨后初晴，往往会看到绚丽的彩虹，你知道彩虹是如何形成的吗？
答案：彩虹是因为太阳光照射到空中的圆形小水滴，经小水滴的折射、反射形成色散而成的。
解析：彩虹，又称天虹，简称虹，是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到空气中的水滴，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光谱，雨后常见。形状弯曲，色彩艳丽。彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成光的色散及反射而成的。四、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，无需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。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1m。
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会聚起来，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。激光是不是都很强？
解析：在不同的用途上激光的强度差别很大。像唱片中的激光读写、儿童玩具激光灯、激光教鞭等都很弱；像激光手术刀、激光测距、激光加工等都比较强；像激光武器，激光在可控聚变反应中的应用等都特别强。五、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。关于薄膜干涉解析：当光从薄膜的一侧照射到薄膜上时，只要前后两个面反射回来的光波的路程差满足振动加强的条件，就会出现明条纹，满足振动减弱的条件就会出现暗条纹。这种情况在薄膜厚度不均匀才会出现；当薄膜厚度均匀时，不会出现干涉条纹，但也能发生干涉现象，这时某些颜色的光因干涉而减弱，另一些光因干涉而加强。减弱的光透过薄膜，加强的光被反射回来，所以这时看到薄膜的颜色是振动加强的光的颜色，但不会形成干涉条纹。
答案：D
点评：薄膜干涉时，不一定会看到干涉条纹，分析时要注意领会干涉现象的实质：光的叠加，使某些地方的光振动加强，另一些地方振动减弱，或使某种色光振动加强，另一些色光振动减弱，这都属于干涉现象。如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平的装置。所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的( )
A．a的上表面和b的下表面
B．a的上表面和b的上表面
C．a的下表面和b的上表面
D．a的下表面和b的下表面
答案：C
解析：样板和厚玻璃之间存在楔形空气薄层，用单色光从这个空气薄层上表面照射，入射光从空气薄层的上、下表面即a的下表面与b的上表面反射回的两列光波叠加形成干涉条纹。折射时的色散现象A．a侧是红色光，b侧是紫色光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
解析：由图可以看出，a侧光偏折得较厉害，三棱镜对a侧光的折射率较大，所以a侧是紫色光，波长较小，b侧是红色光，波长较大，因此A错，B、C正确；又v＝c/n，所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，D错。
答案：BC
点评：同一介质对不同的色光有不同的折射率，介质对频率大、 波长短的光折射率大，按折射率从小到大依次排列为：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 (东营市2013～2014学年高二下学期六校联考)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是( )A．紫光、黄光、蓝光和红光
B．紫光、蓝光、黄光和红光
C．红光、蓝光、黄光和紫光
D．红光、黄光、蓝光和紫光
答案：B
解析：第一次折射时，把水滴看做三棱镜，向下偏折程度最大的光线一定是紫光，偏折程度最小的是红光，故第二次折射后，从题图上可看出紫光是a，红光是d，所以正确答案是B。激光的应用C．医学中用激光作“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
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性好，B错误。医疗中的激光“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。
答案：C下列应用激光的事例中正确的是( )
A．利用激光进行长距离精确测量
B．利用激光进行通信
C．利用激光进行室内照明
D．利用激光加工坚硬材料
答案：ABD
解析：激光单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的。课件8张PPT。成才之路 · 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 · 选修3-4 光第十三章
●情景切入
我们生活在一个充满光的世界。人类渴望光明，生物需要阳光，人类的感觉器官接收到的信息中，有90%的是通过眼睛。现在光学已经成为物理学的重要组成部分，在生活、生产和科学技术中有广泛的应用，光学是现代高科技领域中最前沿的科学之一。●知识导航
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和折射现象中所遵循的基本规律——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。●学法指导
1．本章始终贯穿一个模型“光线”，引入光线，能形象地表示出光的传播路径和方向，作出光路图可以把光问题转化为几何问题，便于研究。
2．本章主要通过光的现象说明光具有波动性，因此与前面机械波的知识联系密切，是波动的进一步深化。
3．学习前可首先复习机械波在传播中的一些规律，如反射、折射、干涉、衍射等，学习中尤其要注意借鉴机械波的学习方法，但又要注意光与机械波还是有很大区别的，不要等同起来。本章采用多观察、多实验、多探究的方法能取得较好的学习效果。●考纲须知第十三章限时检测
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(北京西城区2013～2014学年高二下学期期末)关于光的本性，下列描述错误的是( )
A．泊松亮斑说明光具有波动性
B．薄膜干涉说明光具有波动性
C．单缝衍射说明光具有波动性
D．偏振现象说明光是一种纵波
答案：D
解析：光的干涉、衍射现象说明光是一种波，A、B、C正确；偏振现象说明光是横波，D错误。
2．下列说法不正确的是( )
A．增透膜的厚度应为入射光在薄膜中波长的四分之一
B．光的色散现象表明了同一介质对不同色光的折射率不同，各色光在同一介质中的光速也不同
C．用单色光做双缝干涉实验相邻条纹之间的距离不相等
D．光的衍射为光的波动提供了有力的证据
答案：C
解析：增透膜厚度不宜太厚，所以增透膜的厚度应为，使从增透膜前后两表面反射的光路程差等于，故选项A正确；光的色散说明同一介质对不同色光的折射率不同，折射后偏折角不同，才分散开形成彩色光带，故选项B正确；单色光双缝干涉条纹的距离相同，故选项C错误；干涉、衍射是波具有的特性，故选项D正确。所以说法不正确的是C选项。
3．(福州八县一中2013～2014学年高二下学期期末联考)对于以下光学现象或运用，说法错误的是( )
A．自行车尾灯的内部构造实质是一列竖直排布的紧密的全反射三棱镜
B．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景
C．夏天雨后的天空出现美丽的彩虹，是光的色散现象
D．光导纤维的内芯一般由折射率较大的玻璃纤维制成
答案：B
解析：海市蜃楼呈正立的虚像，B错误；根据光的传播特征可判A、C、D正确。
4.如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂泡薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上洒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图象应是图中的( )
答案：D
解析：铁丝圈上的肥皂泡薄膜在重力作用下上薄下厚，在同一水平线上厚度基本一致，如果某一厚度处前后表面反射的同一列光波叠加得到加强，那么这一水平线上同一厚度处光波会加强，所以干涉条纹应是基本水平的。
5．太阳光的可见光部分照射到地面上，通过一定装置可观察太阳光谱，如图所示是一简易装置。一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上即可观察到太阳光谱的七色光带。逐渐增大平面镜倾斜程度，各色光陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光是( )
A．红光→紫光 红光 B．紫光→红光 红光
C．红光→紫光 紫光 D．紫光→红光 紫光
答案：C
解析：如题图所示，红光的折射率小，偏折程度小，所以在墙面上应在上方；增大平面镜的倾斜程度时，入射到水面上的入射角增大，又由于紫光的临界角小，所以首先达到紫光的临界角，故紫光先消失，C正确。
6.如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( )
A．红光 B．黄光
C．蓝光 D．紫光
答案：D
解析：从空气中观察灯泡时，灯泡P发出的光经水面折射后进入观察者的眼睛，折射光线的延长线交于P′点，P′就是灯P的虚像，P′的位置比实际位置P离水面的距离要近些，如图所示。
当入射角β较小时，P′的位置在P的正上方，有：
sinα＝，sinβ＝，
n＝
竖直向下看时，d接近于零，故n＝，即：h＝H
因紫光的折射率最大，故紫光的视深最小。
7．(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期一调)如图所示，水下光源S向水面A点发射一束光线，折射光线分成a、b两束，则( )
A．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光先消失
B．用同一双缝干涉实验装置做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距
C．a、b两束光相比较，在真空中的传播速度a光比b光大
D．在水中，b光波长比a光波长大
答案：AB
解析：由sinC＝，则a光的临界角较大b光的临界角较小，故若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，b光的折射角先达到90°，发生全反射，最先消失，故A正确；根据折射角raλb，条纹间距Δx＝λ，则a光的干涉条纹间距大于b光的间距，故B正确D错误；真空中所有光的传播速度是相同的，故C错误。
8．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介。光盘上的信息通常是通过激光束来读取的。若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示。下列说法中正确的是( )
A．图中光束①是蓝光②是红光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快
C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄
D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽
答案：AC
解析：由图可知，光束①的折射率大于光束②的折射率，即n1>n2，而n红9．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则( )
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，波长变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
答案：AC
解析：由几何关系可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°。由折射定律n＝＝＝，A选项正确；在BC界面上，入射角为30°，临界角的正弦值为sinC＝＝>sin30°，即C>30°，所以在F点，不会发生全反射，B选项错误；光从空气进入棱镜，频率f不变，波速v减小，所以λ＝减小，C选项正确；由上述计算结果，作出光路图，可知D选项错误。
10．(河北衡水中学2013～2014学年高二下学期期中)如下图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样。现让a、b两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播方向中可能正确的是( )
答案：AD
解析：根据双缝干涉相邻条纹间距公式Δx＝λ可知，a光的波长大，则同一介质对a光的折射率小，对b光的折射率大。根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A正确；B错误；由sinC＝分析可知，a光的临界角较大，当光从棱镜射入空气中时，若b不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射，故C错误；当光从棱镜射入空气中时，若a不发生全反射，能射出棱镜，b光可能发生全反射不从棱镜射出，此图是可能的，故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上)
11．登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n＝1.5，所要消除的紫外线的频率为f＝8.1×1014Hz。
(1)他设计的这种“增反膜”所依据的原理是__________________________。
(2)这种“增反膜”的厚度是______________。
(3)请判断以下有关薄膜干涉的说法正确的是( )
A．薄膜干涉说明光具有波动性
B．如果薄膜的厚度不同，产生的干涉条纹一定不平行
C．干涉条纹一定是彩色的
D．利用薄膜干涉也可以“增透”
答案：(1)两反射光叠加后加强 (2)1.23×10－7m (3)A、D
解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应使入射光分别从该膜的前后两个表面反射出来形成的光叠加后加强，则光程差(大小等于薄膜厚度d的2倍)应等于光在薄膜中的波长λ′的整数倍，即2d＝Nλ′(N＝1,2，…)，因此，膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的。紫外线在真空中的波长是λ＝c/f＝3.7×10－7m。在膜中的波长是λ′＝λ/n＝2.47×10－7m，故膜的厚度至少是1.23×10－7m。干涉和衍射都证明光具有波动性，如果薄膜厚度均匀变化，则干涉条纹一定平行，白光的干涉为彩色条纹，单色光的干涉则为该色光颜色，当膜的厚度为四分之一波长时，两反射光叠加后减弱则会“增透”。
12．(宁波效实中学2013～2014学年高二下学期期末)学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：
(1)若∠AOF＝30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为________。
(2)图中P3、P4两位置中________(填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大。
(3)作AO的延长线交圆周于K，K处所对应的折射率值应为________。
答案：(1) (2)P4 (3)1
解析：(1)根据折射定律n＝，题中θ1＝60°，θ2＝∠AOF＝30°，所以n＝≈1.73。
(2)图中P4对应的入射角大于P3所对应的入射角，所以P4对应的折射率大。
(3)因A、O、K在一条直线上，入射角等于折射角，所以K处对应的折射率为1。
13．(资阳市2013～2014学年高二下学期期末)“利用双缝干涉测定光的波长”实验中，双缝间距d＝0.4mm，双缝到光屏的距离L＝0.5m，用某种单色光照射双缝得到干涉条纹如图所示，分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数也如图中所示，则：
(1)分划板在图中A、B位置时游标卡尺读数xA＝11.1mm，xB＝________mm，相邻两条纹间距Δx＝________mm；
(2)波长的表达式λ＝________(用Δx、L、d表示)，该单色光的波长λ＝________m；
(3)若改用频率较高的单色光照射，得到的干涉条纹间距将________(填“变大”、“不变”或“变小”)。
答案：(1)15.6,0.75 (2)Δx,6.0×10－7 (3)变小
解析：(1)由游标卡尺读数规则读出xB＝15.6mm，相邻两条纹间距Δx＝＝0.75mm
(2)波长表达式λ＝Δx，
将数据代入得λ＝6×10－7m
(3)频率变大则波长变小，所以Δx将变小。
三、论述·计算题(共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)实验证明让一束太阳光入射到平静的水面上，如果入射角合适，其反射光线和折射光线是互相垂直的，且偏振方向也是互相垂直的偏振光。已知水的折射率为1.33，求这一入射角为多少？
答案：53°
解析：设入射角为θ1，折射角为θ2，反射角为θ′1。由光的反射定律知θ′1＝θ1；由光的折射定律得n＝，由题给条件知θ1＋θ2＝90°，故有sinθ2＝sin(90°－θ1)＝cosθ1，n＝＝tanθ1，θ1＝arctan1.33＝53°。
15．(10分)空中有一只小鸟，距水面3m，其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼。已知水的折射率为4/3。
(1)鸟从空中看到水中的鱼离它的距离是多少？
(2)鱼在水中看空中的鸟离它的距离是多少？
答案：(1)6m (2)8m
解析：(1)首先作出鸟看鱼的光路图，如图所示。
由于是在竖直方向上看，所以入射角很小，即图中的i和r均很小，故有tani＝sini，tanr＝sinr。由图可得：h1tanr＝h′tani，h′＝h1tanr/tani＝h1sinr/sini＝＝4×m＝3m
则鸟看水中的鱼离它：H1＝(3＋3)m＝6m
(2)同理可得鱼看鸟时：h″＝nh2＝3×m＝4m
则H2＝(4＋4)m＝8m
6．(11分)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：n＝
解析：设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示。
由折射定律n＝
由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sinθ2＝cosθ3
由全反射临界角公式sinθ3＝
故cosθ3＝
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有θ1＝90°，sinθ1＝1
故n＝＝＝＝
解得n＝
17．(12分)单色细光束射到折射率n＝的透明球面，光束在过球心的平面内，入射角i＝45°，研究经折射进入球内后，又经内表面反射一次，再经球面折射后射出的光线，如下图所示(图上已画出入射光和出射光)。
(1)在图上大致画出光线在球内的路径和方向。
(2)求入射光与出射光之间的夹角α
(3)如果入射光是一束白光，透明球的色散情况与玻璃相仿，问哪种颜色光的α角最大，哪种颜色光的α角最小？
答案：(1)参看解析；(2)30°；(3)红光的α最大，紫光的α最小
解析：(1)光线从入射到出射的光路如下图所示。入射光线AB经玻璃折射后，折射光线为BC，又经球内壁反射后，反射光线为CD，再经折射后，折射出的光线为DE。OB、OD为球的半球，即为法线。
(2)由折射定律＝n，得sinr＝＝＝
∴r＝30°
由几何关系及对称性，有＝r－(i－r)＝2r－i
∴α＝4r－2i，把r＝30°，i＝45°代入得α＝30°
(3)由(2)问解答可知，i＝45°，n越小，sinr越大，r角越大，同时α＝4r－2i。
∴红光的α最大，紫光的α最小。
