(共36张PPT)
第四章 光及其应用
第一节 光的折射定律
学习任务 1．理解光的折射定律．
2．理解折射率的概念，知道折射率和光速的关系．
3．能够用光的折射定律解释光的折射和光的色散现象．
必备知识·自主预习储备
01
知识梳理
基础自测
知识点一 光的折射定律
如图所示，当光线从空气射入介质时，发生折射，折射光线、入射光线和法线在________内，折射光线和入射光线分别位于____两侧；入射角i的______跟折射角γ的______成正比．用公式表示为：_____＝n．
同一平面
法线
正弦值
正弦值
知识点二 折射率
1．定义：光从____射入某种介质发生折射时，_______的正弦值与______γ的正弦值之比n，叫作这种介质的折射率．
2．公式：n＝．
3．意义：折射率与介质的________有关，与入射角大小无关，是一个反映介质________的物理量．
4．折射率与光速的关系：不同介质的折射率不同，是由光在不同介质中的________不同引起的，即n＝，式中c为光在____中的传播速度．由于c__v，故n__1．
真空
入射角i
折射角
自身性质
光学性质
传播速度
真空
＞
＞
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．
(1)入射角变化，折射角也随之变化，但入射角一定大于折射角． ( )
(2)光的折射率随入射角的增大而增大． ( )
(3)介质的折射率越大，光在这种介质中的传播速度越小． ( )
(4)介质的折射率越大，介质的密度也越大． ( )
×
×
√
×
2．插入水中的筷子，水里部分从水面斜着看起来是( )
A．向上曲折 B．向下曲折
C．没有变化 D．与水对光线的反射有关，难以确定
A [插入水中的筷子，水下的筷子反射的光线从水中进入空气中时发生折射，折射光线远离法线，折射角大于入射角，人逆着折射光线看到比实际位置高一些的筷子的虚像，所以从水面斜着看起来是向上曲折，A正确．]
√
3．关于折射率，下列说法正确的是( )
A．某种介质的折射率等于光在介质中的传播速度v和光在真空中的传播速度c的比值
B．折射角和入射角的大小决定着折射率的大小
C．任何介质的折射率都小于1
D．任何介质的折射率都大于1
D [某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中的传播速度v的比值，A错误；折射率与折射角和入射角的大小无关，B错误；任何介质的折射率都大于1，C错误，D正确．]
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 光的折射定律和折射率
考点2 折射定律的应用
有经验的渔民叉鱼时，不是正对着看到的鱼去叉，而是对着所看到鱼的下方叉，如图所示．你知道这是为什么吗？
提示：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，人眼从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．
◆考点1 光的折射定律和折射率
1．入射角与折射角的大小关系
(1)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．
(2)当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角；当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角．
2．折射光路是可逆的
在光的折射现象中，光路是可逆的，即让光线逆着原折射光线射到界面上，光线会逆着原来的入射光线发生折射．
3．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．常数越大，光线的偏折角度就越大，因此折射率n是反映了介质对光线偏折能力大小的物理量．
(3)折射率与光速的关系：光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，即n＝，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度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．
【典例1】 如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为( )
A． B．1.5 C． D．2
√
C [作出光线在玻璃球体内的光路图如图所示：
A、C是折射点，B是反射点，OD平行于入射光线，由几何知识得，∠AOD＝∠COD＝60°，则∠OAB＝30°，即折射角r＝30°，入射角i＝60°，由折射定律有n＝＝，故C正确，A、B、D错误．]
折射问题的四点注意
(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、折射角的确定．
(3)利用反射定律、折射定律求解．
(4)注意光路可逆性、对称性的应用．
[跟进训练]
◆训练角度1 求介质的折射率
1．利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散
程度．在如图所示的光路中，A为激光的出射点，
O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点．若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，则此玻璃的折射率为( )
A． B． C． D．
√
B [根据光路图，由折射定律得n＝，由几何关系得r＝i－α，故n＝．故B正确．]
◆训练角度2 折射率与传播速度
2．一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°，则该介质的折射率及光在该介质中的传播速度为( )
A．c B．
C．c D．
√
D [由反射定律和题意可知，反射角和入射角均为45°，如图所示．折射角为r＝180°－45°－105°＝30°，则折射率n＝＝，所以光在该介质中的速度v＝＝＝c，故D正确．]
◆考点2 折射定律的应用
1．同一介质对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大．
2．由n＝可知，各种色光在同一介质中的光速不同，红光速度最大，紫光速度最小．
3．同一频率的色光在不同介质中传播时，频率不变，光速改变，波长亦随之改变．
【典例2】 如图所示，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A＝30°，它对红光的折射率为n1，对紫光的折射率为n2，在距AC边d处有一与AC平行的光屏，现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜．
(1)红光和紫光在棱镜中的传播速度之比为多少？
[解析] v红＝，v紫＝
所以 ＝．
[答案]
(2)若两种色光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点的距离．
[解析] 画出两种色光通过棱镜的光路图，如图所示，
由图得 ＝n1，＝n2
由数学运算得tan r1＝，tan r2＝
x＝d(tan r2－tan r1)＝d．
[答案]
复色光通过三棱镜发生折射的规律
如图所示，复色光经过棱镜折射后分散开来，
是因为复色光中包含多种颜色的光，同一种介质
对不同色光的折射率不同．
(1)折射率越大，偏折角也越大，经棱镜折射后，越靠近棱镜的底部．
(2)折射率大的，在介质中传播速度小，复色光经三棱镜折射后，靠近顶端的色光的传播速度大，靠近棱镜底端的色光的传播速度小．
[跟进训练]
3．一束红光和一束紫光以适当的角度射向玻璃砖，玻璃砖为半圆形，如图所示，红光与紫光出射光线都由圆心O点沿OC方向射出，则( )
A．AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间最少
B．AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间最长
C．AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间最长
D．AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间最少
√
A [由题图看出两光束的折射角相同，因红光的折射率较小，由折射定律n＝，故红光的入射角应大于紫光的入射角，故AO为红光；由v＝知，红光在玻璃砖中传播速度较大，而在玻璃中两光的光程相等，故红光穿过玻璃砖所需时间短．故选A．]
学习效果·随堂评估自测
03
1．(多选)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．枯井中的青蛙觉得井口大些
B．水井中的青蛙觉得井口大些
C．晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
1
2
3
4
√
√
AD [作出光路图(如图所示)可知，枯井中的青蛙觉得井口大些，A正确；而晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星，D正确．]
1
2
3
4
√
2．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是( )
A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光
D [a、b两束单色光穿过平行玻璃砖后，a单色
光的侧移量更大，所以玻璃砖对a单色光比b单
色光的折射率更大，a单色光比b单色光的频率大，因为b单色光为蓝光，所以a单色光可能为紫光，D正确．]
1
2
3
4
√
3．如图所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为30°．一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°．则此棱镜材料的折射率是( )
A． B． C． D．
A [作出法线如图，根据几何关系得入射角i＝θ2＝30°，折射角r＝θ1＋30°＝30°＋30°＝60°，由折射定律得折射率n＝＝＝．故A正确，B、C、D错误．]
1
2
3
4
4．如图所示，在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ，OP＝OQ＝R，一束单色光垂直OP面射入玻璃体，在OP面上的入射点为A，OA＝，此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出，且与x轴交于D点，OD＝R，求该玻璃体的折射率是多少．
1
2
3
4
[解析] 在PQ面上的入射角满足sin θ1＝＝，θ1＝30°，
由几何关系可得θ2＝60°，折射率n＝＝．
[答案]
1
2
3
4
回顾本节内容，自主完成以下问题：
1．折射率是指入射光从哪种介质入射？
提示：从真空射入某种介质．
2．折射率与什么有关？
提示：折射率由介质决定，反映了介质的光学特性．
3．同一介质对哪种色光折射率最小？
提示：红光．(共44张PPT)
第四章 光及其应用
第二节 测定介质的折射率
学习任务 1．会测量玻璃等材料的折射率，通过实验体会光线模型的建构过程．
2．知道测量玻璃的折射率的原理、方法和步骤．
3．学会插针法确定光路，并能用不同方法计算玻璃的折射率．
必备知识·自主预习储备
01
一、实验原理
用插针法确定光路，找出跟入射光线相对应的出射光线，就能在玻璃砖中画出对应的折射光线，用量角器测出入射角i和折射角γ，根据折射定律计算出玻璃的折射率n＝．
二、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针四枚、图钉四枚、量角器、圆规、刻度尺、铅笔．
三、实验步骤
(1)如图所示，将白纸用图钉钉在平木板上；
(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i＝∠AON，折射角γ＝∠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；
(7)用上述方法分别求出入射角分别为30°、45°、60°时的折射角，查出它们的正弦值，填入表格中．
四、数据处理
方法一：平均值法．
求出在几次实验中所测的平均值，即为玻璃砖的折射率．
方法二：图像法．
求出表格中对应的入射角和折射角的正弦值，以sin i值为横坐标、以sin γ值为纵坐标，建立直角坐标系，如图所示．描数据点，过数据点连线得一条过原点的直线．
求解图线斜率k，则k＝＝，
故玻璃砖折射率n＝．
方法三：单位圆法．
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OE(或OE的延长线)交于D点，过C、D两点分别向N′N作垂线，交NN′于C′、D′，用直尺量出CC′和DD′的长，如图所示．
由于sin i＝，sin γ＝，而CO＝DO，
所以折射率n＝＝．
五、注意事项
(1)实验时，尽可能将大头针竖直插在纸上，且大头针之间及大头针与光线转折点之间的距离要稍大一些．
(2)入射角i应适当大一些，以减小测量角度的误差，但入射角不宜太大．
(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5 cm以上．若宽度太小，则测量误差较大．
六、实验误差
(1)入射光线和出射光线画得不够精确．因此，要求插大头针时两大头针间距应稍大．
(2)入射角、折射角测量不精确．为减小测角时的相对误差，入射角要稍大些，但不宜太大，入射角太大时，反射光较强，折射光会相对较弱．
关键能力·情境探究达成
02
【典例1】 (2022·辽宁沈阳市第八十三中学高二开学考试)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MO与aa′的交点，在直线MO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
BD
[解析] 应该使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，只有这样P1、P2、P3、P4才是一条光线，因此B、D正确，A、C错误．故选BD．
(2)图甲是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针P4应在图甲中的位置________(选填“A”“B”或“C”)；
[解析] 由于aa′和bb′两个边界平行，因此出射光线与入射光线也应平行，因此P4的位置在B点．
B
(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_____准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)．
小于
[解析] 出射光线和折射光线及入射角θ1和折射角θ2，如图所示
由图可知，当aa′和bb′的间距画得过宽时，使折射角θ2变大，由公式n＝可知折射率测量值小于准确值．
【典例2】 小显和小涛同学“用插针法测玻璃棱镜的折射率”．
(1)小显同学按实验步骤，先在纸上插下两枚大头针P1、P2，然后在玻璃棱镜的另一侧插下另外两枚大头针，如图甲所示．则插针一定错误的是________(选填“P3、P4”或“P5、P6”)，按实验要求完成光路图，并标出相应的符号，所测出的玻璃棱镜的折射率n＝________．
P5、P6
[解析] 光线经三棱镜折射后应该偏向底边，
故插针一定错误的是“P5、P6”；
光路如图．
根据光的折射定律n＝．
(2)小涛同学突发奇想，用两块同样的玻璃直角三棱镜ABC来做实验，两者的AC面是平行放置的，如图乙所示．插针P1、P2的连线垂直于AB面，若操作正确的话，则在图乙中右边的插针应该是________(选填“P3、P4”“P3、P6”“P5、P4”或“P5、P6”)．
P5、P6
[解析] 根据光路图可知，经过P1P2的光线经两块玻璃砖的分界处后向下偏，然后射入右侧玻璃砖后平行射出，则图乙中右边的插针应该是P5、P6．
学习效果·随堂评估自测
03
1．某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n．如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sin i-sin r图像如图乙所示．则( )
A．光由A经O到B，n＝1.5
B．光由B经O到A，n＝1.5
C．光由A经O到B，n＝0.67
D．光由B经O到A，n＝0.67
1
2
3
4
√
5
6
B [由图线可知＝＝＝，可得n＝1.5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于入射角，故光由B经O到A，故选B．]
2．某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，
以O点为圆心，10 cm为半径画圆，分别交线段OA
于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线
NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂
线CD交NN′于D点，如图所示．用刻度尺量得OB＝8 cm，CD＝4 cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________．
1
2
3
4
5
1.5
[解析] 由题图可知sin ∠AOB＝，sin ∠DOC＝，OA＝OC＝R，由n＝知，n＝＝＝＝1.5．
6
3．在“测定玻璃折射率”的实验中，某同学经正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示．
(1)在图乙中画出完整的光路图；
1
2
3
4
5
6
[解析] 分别连接玻璃砖两侧的大头针所在的点，并延长与玻璃砖边分别相交，标出传播方向，然后连接玻璃砖边界的两交点，即为光线在玻璃砖中传播的方向．光路如图所示．
[答案] 见解析
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
(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)．
1.53(1.50～1.56均可)
[解析] 设方格纸上正方形的边长为1，光线的入射角为i，折射角为r，则sin i＝＝0.798，sin r＝＝0.521．所以玻璃的折射率n＝＝＝1.53．
4．某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________．
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
1
2
3
4
5
AD
6
[解析] 采用插针法测定玻璃的折射率的时候，应选定光学表面间距大一些的玻璃砖，这样光路图会更加清晰，减小误差，同时玻璃砖同侧的两枚大头针的距离尽量大一些，保证光线的直线度，因此A、D正确；光学表面是否平行不影响该实验的准确度，因此B错误；应选用细一点的大头针，因此C错误．
1
2
3
4
5
6
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是________．
1
2
3
4
5
A B C D
[解析] 根据光的折射定律可知，当选用平行的玻璃砖时出射光和入射光应是平行光，又因发生了折射，因此出射光的出射点应相比入射光的延长线向下平移，因此D正确，A、B、C错误．
D
6
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝_____．(用图中线段的字母表示)
1
2
3
4
5
[解析] 由折射定律得折射率n＝，sin ∠AOC＝，
sin ∠BOD＝，联立解得n＝．
6
5．图(a)是某同学用平行玻璃砖测玻璃折射率的实验，图中aa′和bb′分别代表玻璃砖的两个界面．
(1)如图(a)所示，AO代表入射光线，O′B代表出射光线，则OO′代表________，玻璃的折射率可以用公式________进行计算．
1
2
3
4
5
折射光线
n＝
[解析] AO代表入射光线，O′B代表出射光线，则OO′代表折射光线，玻璃的折射率可以用公式n＝计算．
6
(2)若实验中，已画好玻璃砖界面aa′和bb′，若不慎将玻璃砖向上平移了一些，如图(b)中所示，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
1
2
3
4
5
C
6
[解析] 如图所示．
玻璃砖向上平移了一些，则经过玻璃砖的实际光路如图中A→O→O′→B，由于所作的玻璃砖分界线不是实际的分界线，则作图得到的经过玻璃砖的光线如图中A→A′→O″→B，则测出的折射角与正确操作时相同，测得的折射率不变．故选C．
1
2
3
4
5
6
(3)若实验中利用图(c)所示的玻璃砖，以插针法测玻璃的折射率，如图P1、P2、P3、P4为插针位置，由于玻璃砖的两个面aa′和bb′明显不平行，那么P1P2和P3P4________(选填“平行”或“不平行”)．
1
2
3
4
5
不平行
6
[解析] 无论玻璃砖的两个面aa′和bb′是否平行，进入玻璃砖时折射光线射到的位置固定不变，即P2、P3在aa′和bb′面上照射的位置固定，但由于aa′和bb′不平行时，在bb′面的入射角比平行时的入射角大，则折射角也会变大，但折射角增大的度数与入射角增大的度数不相等，故P1P2和P3P4不平行．
1
2
3
4
5
6
(4)用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′和bb′与玻璃砖位置的关系分别如图(d)、(e)、(f)所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖，他们的其他操作均正确，且均以aa′和bb′为界面画光路图，则：
1
2
3
4
5
6
①甲同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”“不变”或“无法确定”)；
②乙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”“不变”或“无法确定”)；
③丙同学测得的折射率与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”“不变”或“无法确定”)．
1
2
3
4
5
6
偏小
不变
无法确定
[解析] ①如图所示为甲同学操作的光路图，左线为实际光线，右线为测量光线，由图可知测量光线的折射角大于实际光线的折射角，由n＝可知，测得的折射率偏小．
1
2
3
4
5
②乙同学所用玻璃砖的两个界面虽然不平行，但在操作时和作图时均无失误，入射角和折射角没有误差，故测出的n值不变．
6
③丙同学的测量可能出现三种可能，当出射点为c时，测量值与真实值相同，如图所示．
当出射点在c左侧时，测量值小于真实值，当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比的结果无法确定．
1
2
3
4
5
6
6．在“用插针法测量玻璃砖的折射率”的实验中，取一块半圆形玻璃砖，O为圆心，如图所示，点P1、P2、P3、P4依次分别为四个插针位置，其中O、P1、P2三点在同一直线上．
1
2
3
4
5
6
(1)在某次测量中，测得∠P1OF＝45°，∠P4OE＝60°，则该玻璃砖的折射率为________．
[解析] 根据光的折射定律，
该玻璃砖的折射率为n＝＝．
1
2
3
4
5
6
(2)实验时，若在插P3处的大头针时，不小心将玻璃砖逆时针转动一个角度(O点不变)，则折射率的测量结果________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
[解析] 玻璃砖逆时针转动一个角度后，作出光路图如图所示
法线也会逆时针转过一个小角度，实际的入射角变
大，则折射角也变大，所以折射光线将顺时针转动，
折射角∠P4OE偏大，而作图时其边界和法线不变，则
入射角(玻璃砖中的角)不变，折射角偏大，由折射率
公式n＝可知，测得玻璃砖的折射率将偏大．
1
2
3
4
5
6
偏大(共45张PPT)
第四章 光及其应用
第三节 光的全反射与光纤技术
学习任务 1．理解全反射现象和临界角的概念，知道光疏介质、光密介质和发生全反射的条件．
2．能用光线模型探索生活中光的全反射现象．
3．了解光导纤维的工作原理及其应用．
4．能从不同角度思考光传播的问题．
必备知识·自主预习储备
01
知识梳理
基础自测
知识点一 光的全反射现象
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较__(选填“大”或“小”)的介质．
(2)光密介质：折射率较__(选填“大”或“小”)的介质．
(3)光疏介质与光密介质是____(选填“相对”或“绝对”)的．
小
大
相对
2．光的全反射
当光从折射率____的介质(光密介质)射入折射率____的介质(光疏介质)时，折射角____入射角且随入射角增大而增大．当入射角达到一定角度，折射角变成90°，继续增大入射角，折射角将________．此时，入射光线全都被反射回折射率较大的介质中，这种现象称为光的全反射．
较大
较小
大于
大于90°
3．临界角
刚好发生全反射，折射角等于____时的入射角，称为临界角，记作__．光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角ic与介质的折射率n的关系是_________．
4．发生光的全反射的两个必要条件
(1)光线从____介质射入____介质．
(2)入射角____或____临界角．
90°
ic
sin ic＝
光密
光疏
等于
大于
知识点二 光导纤维的工作原理
1．光纤及原理
光导纤维简称光纤，它能把光(信号)从一端远距离传输到光纤的另一端，其原理就是利用了__________．
2．光纤的构造
光纤用的是石英玻璃或塑料拉制成的细丝，光纤由____和____组成，纤芯的折射率____包层的折射率，光传播时在纤芯与包层的界面上发生______．
光的全反射
纤芯
包层
大于
全反射
知识点三 光纤技术的实际应用
1．光缆可以用来传送____，医学上用来检查人体消化道的______就是利用了这种性质．
2．光纤宽带、光纤电话、光纤有线电视等光纤通信网络进入千家万户．
图像
内窥镜
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．
(1)光从空气射入水中时可能发生全反射现象． ( )
(2)光密介质，是指介质的折射率大，密度不一定大． ( )
(3)鱼缸中上升的气泡亮晶晶的，是由于光射到气泡上发生了全反射． ( )
(4)光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成． ( )
×
√
√
×
2．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是( )
A．从水晶射入玻璃 B．从水射入二硫化碳
C．从玻璃射入水中 D．从水射入水晶
C [发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故只有C正确．]
√
3．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“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．下列关于光导纤维的说法中正确的是( )
A．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
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
√
A [光纤内芯比外套折射率大，光在内芯与外套的界面上发生全反射，A正确，B错误；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D错误．]
关键能力·情境探究达成
02
考点1 全反射
考点2 光导纤维的应用
光照到两种介质界面处，发生了如图所示的现象．
(1)上面的介质与下面的介质哪个折射率大？
(2)全反射发生的条件是什么？
提示：(1)下面的介质折射率大．
(2)一是光由光密介质射入光疏介质；
二是入射角大于等于临界角．
◆考点1 全反射
1．对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较：
介质种类 光的传播速度 折射率
光疏介质 大 小
光密介质 小 大
(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质．
2．全反射规律
(1)全反射的条件：
①光由光密介质射向光疏介质．
②入射角大于或等于临界角．
(2)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光线，光的折射定律不再适用．
(3)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．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，说明频率越高的色光在同一种介质中的折射率越大．
【典例1】 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．
[思路点拨] (1)由圆纸片恰好完全挡住圆形发光面的光线可确定临界角．
(2)根据sin ic＝可计算折射率．
[解析] 根据全反射定律，圆形发光面边缘发出的光线射到玻璃板上表面时入射角为临界角(如图所示)，设为h，且sin θ＝.
根据几何关系得sin θ＝
而L＝R－r
联立以上各式，解得n＝.
[答案]
全反射定律的应用技巧
(1)首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质，如果是，下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断，如果不是则直接应用折射定律解题即可．
(2)分析光的全反射时，根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键．
(3)当发生全反射时，仍遵循光的反射定律和光路可逆性．
(4)认真规范作出光路图，是正确求解这类题目的重要保证．
[跟进训练]
◆训练角度1 全反射现象的理解
1．(多选)一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则下列判断中正确的是( )
A．该介质的折射率是
B．该介质的折射率是
C．该介质相对真空发生全反射的临界角小于45°
D．光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象
√
√
BC [上面是介质，下面是真空，入射角i＝30°，
折射角r＝60°，则折射率n＝＝＝，
故A错误，B正确；＝＝＜，则C＜45°，故C正确；光线按如图所示的方向入射，当入射角大于临界角时，就会发生全反射现象，故D错误．]
◆训练角度2 全反射与折射定律的综合
2．如图所示，半圆形透明介质的横截面，其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质，光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出．已知光在真空中传播的速度为c.求：
(1)半圆形透明介质的折射率；
[解析] 由题图中几何关系可知，
光束折射角r＝30°，
由折射定律可知，
玻璃砖的折射率n＝＝.
[答案]
(2)光线在半圆形透明介质中传播的时间；
[解析] 光线在半圆形透明介质中传播的速度v＝＝
光线在半圆形透明介质中传播的距离L＝3R
光线在半圆形透明介质中传播的时间t＝＝.
[答案]
(3)半圆形透明介质的全反射临界角．
[解析] 由sin ic＝
得ic＝arcsin .
[答案] arcsin
◆考点2 光导纤维的应用
1．构造及传播原理
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有1～100 μm，如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率．
(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
2．光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有：
sin ic＝，n＝，ic＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向空气中光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝ic，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些．
【典例2】 如图所示，一根长为l＝5.0 m的光导纤维用折射率n＝的材料制成．一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出来，求：
(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大；
[思路点拨] 由光导纤维的折射率可计算临界角．
[解析] 由n＝可得v≈2.1×108 m/s.
[答案] 2.1×108 m/s
(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少．
[思路点拨] 光在光导纤维侧面上发生全反射现象，计算出光的总路程，根据光速可求出传播时间．
[解析] 由n＝可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射．同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面．由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s＝，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t＝≈2.7×10-8s.
[答案] 2.7×10-8s
光导纤维问题的解题关键
第一步：抓关键点．
第二步：找突破口．
“从一个端面射入，从另一个端面射出”，根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图，根据全反射的知识求解问题．
关键点 获取信息
光导纤维 工作原理：全反射
光束不会侧漏 光束在侧壁发生全反射
[跟进训练]
3．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以为客户提供大容量、高速度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图所示．设此玻璃管长为L，折射率为n.已知从玻璃管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射出．设光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃管所需的时间为( )
A． B． C． D．
√
A [用C表示临界角，则有sin C＝，则光在玻璃管中的传播速度为v＝.光在沿玻璃管轴线的方向上做匀速传播，所用时间为t＝＝＝.故A正确．]
学习效果·随堂评估自测
03
1．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是( )
A．气泡表面有折射没有全反射
B．光射入气泡衍射形成“亮斑”
C．气泡表面有折射和全反射
D．光射入气泡干涉形成“亮纹”
1
2
3
4
√
5
C [当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮．故选C.]
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2．(2022·江苏南京市宁海中学高二期中)光纤通信具有传输容量大，保密性好等优点．光导纤维由内芯和外套两层组成，光从一端进入，从另一端传出，下列说法正确的是( )
A．内芯的折射率应小于外套的折射率
B．光在光纤内的波长等于光在空气中的波长
C．红光在光纤内的传播速度比紫光大
D．以相同入射角从端面入射时，红光在光纤内的传播路程比紫光短
1
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4
√
5
C [光在内芯与外套界面发生全反射，由全反射的条件可知，内芯应为光密介质，所以内芯的折射率应大于外套的折射率，A错误；内芯折射率大于空气的折射率，根据v＝，可知光在光纤内部的光速小于在空气中的速度，根据v＝λf，频率不变，得光在光纤内的波长小于光在空气中的波长，B错误；根据v＝，由于红光相对折射率较小，得红光在光纤内的传播速度比紫光大，C正确；红光的频率小于紫光，介质相对于红光的折射率较小，红光在介质中的偏折程度较小，由几何关系可知红光在光纤内的传播路程比紫光长，D错误．]
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3．(2022·上海市嘉定区第一中学高二期中)两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2，用n1、n2分别表示水对两种单色光的折射率，v1、v2分别表示两种单色光在水中的传播速度，则( )
A．n1＜n2，v1＜v2 B．n1＜n2，v1＞v2
C．n1＞n2，v1＜v2 D．n1＞n2，v1＞v2
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√
5
B [根据光的全反射，临界角与折射率的关系sin θ＝，则有n＝，因θ1＞θ2，所以n1＜n2；光在水中的传播速度v＝，因为n1＜n2，所以v1＞v2，故选B.]
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4．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
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√
5
D [小球发出的光先从水中传播，然后再射入空气中，故我们从侧面就可以看到小球，故A错误；由于光从水中射入空气中，故当入射角大于临界角时，光会发生全反射，故球所发的光不是从水面任何区域都能够射出的，故B错误；光从水中进入空气后频率不变，由于折射率变小，故光的传播速度变大，故C错误，D正确．]
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5．如图所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用材料的折射率n.
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[解析] 设介质的折射率为n，则有
sin α＝sin C＝ ①
n＝ ②
t＝＝ ③
由以上三式解得t＝＝，所以n＝.
[答案]
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5
回顾本节内容，自主完成以下问题：
1．全反射的条件？
提示：光由光密介质射向光疏介质，入射角大于或等于临界角．
2．不同色光临界角不同，哪种色光最容易发生全反射？
提示：紫光．
3．光导纤维的传播原理？
提示：光从一端进入，经过多次全反射，从另一端射出，再将光信号转换成电信号，传播声音和图像．(共46张PPT)
第四章 光及其应用
第四节 光的干涉
学习任务 1．理解光的干涉的形成条件与干涉条纹的特点．
2．理解产生明暗条纹的条件，理解条纹间距与波长的关系．
3．了解薄膜干涉的现象、原理和应用．
必备知识·自主预习储备
01
知识梳理
基础自测
知识点一 光的双缝干涉现象
1．将一支激光笔发出的光照射在双缝上，双缝平行于屏，在屏上观察到了________的条纹．
2．光的干涉实验最早是英国物理学家__________在1801年成功完成的，杨氏实验直接证明了光的____特性．
明暗相间
托马斯·杨
波动
知识点二 光产生干涉的条件
1．产生稳定干涉图样的条件
两列光波的频率____，相位差____，振动方向____，即光波为______，而且两列相干光波到达明(暗)干涉条纹的位置的路程差Δr是波长的____倍(或半波长的____倍)，即满足
Δr＝kλ，k＝0，±1，±2，…(明条纹)
Δr＝(2k＋1)，k＝0，±1，±2，…(暗条纹)
相同
恒定
相同
相干波
整数
奇数
2．干涉条纹间距公式
(1)屏上相邻明条纹(或暗条纹)间的距离Δx＝___，式中L为观察屏到双缝挡板的距离，d为________的距离，λ为光的波长．
(2)用不同颜色的光进行干涉实验，条纹间距____，红光条纹间距____，黄光条纹间距比____小，用蓝光时更小．光的波长越长，干涉条纹的间距____．
λ
双缝之间
不同
最大
红光
越大
知识点三 薄膜干涉
1．定义
薄膜干涉是光通过薄膜时产生的干涉．薄膜可以是透明____、____或由两块玻璃所夹的____薄层．
2．薄膜干涉是液膜前后两个面____的光相遇后形成的．
3．不同位置液膜前后两个面的反射光的______不同，某些位置两列反射光叠加后相互____，出现亮条纹；另一些位置，两列反射光叠加后相互____，出现暗条纹．
固体
液体
气体
反射
光程差
加强
削弱
4．应用举例
(1)在相机的镜头上通过镀上增透膜产生干涉，增加____，减少____．
(2)航天员的头盔和面罩表面都镀有一层增反膜，以削弱红外线对人体的____．
透射
反射
透射
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．
(1)如果两列光波到达某点时，路程差为波长的整数倍，这两列波互相加强，在那里就出现亮条纹． ( )
(2)在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的． ( )
(3)薄膜干涉是通过两个表面折射的光线产生的． ( )
(4)增透膜的厚度应等于光在空气中的波长的二分之一． ( )
√
√
×
×
2．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
D [本题虽然强调两只相同的手电筒，但它们发出的光仍然频率不同．不满足干涉产生的条件，看不到干涉图样，所以D正确，A、B、C错误．]
√
3．(多选)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
D．在距双缝的路程差为λ的点形成暗条纹
√
√
BD [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，…这些点为加强点，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…这些点为减弱点，该处出现暗条纹；故B、D正确，A、C错误．]
关键能力·情境探究达成
02
考点1 杨氏双缝干涉
考点2 薄膜干涉及应用
如图所示是杨氏双缝干涉实验的示意图，请问在该实验中单缝屏和双缝屏分别所起的作用是什么？
提示：单缝屏是为了获得具有唯一频率和振动情况的线光源；双缝屏是为了获得两束频率相同、振动情况完全一致的相干光．
◆考点1 杨氏双缝干涉
1．双缝干涉的示意图
2．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是相反．具体产生亮、暗条纹的条件为：
(1)亮条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是波长的整数倍或半波长的偶数倍．即
|PS1－PS2|＝kλ＝2k·(k＝0，1，2，3，…)．
k＝0时，PS1＝PS2，此时P点位于屏上的O处，为亮条纹，此处的条纹叫中央亮条纹或零级亮条纹．k为亮条纹的级次．
(2)暗条纹产生的条件：屏上某点P到两条缝S1和S2的路程差正好是半波长的奇数倍．即
|PS1－PS2|＝(2k＋1)·(k＝0，1，2，3，…)．
k为暗条纹的级次，从第1级暗条纹开始向两侧展开．
3．干涉图样的特点
(1)单色光的干涉图样特点：中央为亮条纹，两边是明、暗相间的条纹，且相邻亮条纹与亮条纹中心间、相邻暗条纹与暗条纹中心间的距离相等．
(2)白光的干涉图样：若用白光做实验，则中央亮条纹为白色，两侧出现彩色条纹，彩色条纹显示不同颜色光的干涉条纹间距是不同的．这是因为：各种色光都能形成明暗相间的条纹，都在中央条纹处形成亮条纹，从而复合成白色条纹，两侧条纹间距与各色光的波长成正比，条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹．
【典例1】 如图所示为双缝干涉实验装置，当使用波长为6×10-7 m的橙色光做实验时，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都是亮条纹 B．P是亮条纹，P1是暗条纹
C．P是暗条纹，P1是亮条纹 D．P和P1都是暗条纹
[思路点拨] (1)光的路程差为半波长的偶数倍时出现亮条纹．
(2)光的路程差为半波长的奇数倍时出现暗条纹．
√
B [＝＝1.5＝
P1点对橙光，有Δr＝n·λ橙，
对紫光，有Δr＝nλ橙＝n·λ紫＝3n·
因为P1与P相邻，所以n＝1，
P1点是暗条纹．
对P点，因为Δr＝0，所以仍是亮条纹，B正确．]
分析双缝干涉中明暗条纹问题的步骤
(1)由题设情况依λ真＝nλ介，求得光在真空(或空气)中的波长．
(2)由屏上出现明暗条纹的条件判断光屏上出现的是明条纹还是暗条纹．
(3)根据明条纹的判断式Δr＝kλ(其中k＝0，1，2，…)或暗条纹的判断式Δr＝(2k＋1)(其中k＝0，1，2，…)，判断出k的取值，从而判断条纹数．
[跟进训练]
1．(多选)在双缝干涉实验中，双缝到光屏上P点的距离之差d＝0.6 μm.若分别用频率为f1＝5.0×1014 Hz和频率为f2＝7.5×1014 Hz 的单色光垂直照射双缝，则P点出现条纹的情况是( )
A．用频率为f1的单色光照射时，P点出现暗条纹
B．用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹
C．用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹
D．用频率为f2的单色光照射时，P点出现明条纹
√
√
BC [由c＝λf可得λ＝，故单色光的波长分别为λ1＝＝ m＝6×10-7 m，λ2＝＝ m＝4×10-7 m；故双缝到光屏上P点的距离之差d分别是两种单色光波长的倍数n1＝＝＝1，n2＝＝＝1.5；所以，用频率为f1的单色光照射时，P点出现明条纹；用频率为f2的单色光照射时，P点出现暗条纹；故B、C正确，A、D错误．]
◆考点2 薄膜干涉及应用
1．薄膜干涉现象
(1)薄膜干涉相干光的获得．
光照射到薄膜上，在膜的前、后两个面反射的光是由同一个实际光源分解而成的，它们具有相同的频率，恒定的相位差，是相干光．
(2)薄膜干涉的原理．
光照在厚度不同的薄膜上时，前、后两个面的反射光的光程差等于相应位置膜厚度的2倍．若光程差Δr＝kλ(k＝0，1，2，3…)，两列光波叠加后相互加强，出现亮条纹；若光程差Δr＝λ(k＝0，1，2，3…)，两列光波叠加后相互削弱，出现暗条纹．
2．用干涉法检查平面平整度
如图甲所示，两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的．如果被测表面某处凹下，则对应亮条纹(或暗条纹)提前出现，如图乙中 P条纹所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙中Q所示．(注意：“提前”与“延后”不是指在时间上，而是指由左到右的位置顺序上)
3．增透膜
(1)为了减少光学装置中的反射光的能量损失，可在元件表面涂一层透明薄膜，一般是氟化镁．
(2)如图所示，在增透膜的前后表面反射的两列光波形成相干波，相互叠加，当路程差为半波长的奇数倍时，在两个表面反射的光产生相消干涉，反射光的能量几乎等于零．
增透膜的最小厚度：增透膜厚度d＝
(k＝0，1，2，3，…)，最小厚度为(λ为光在介质中传播时的波长)．
(3)由于白光中含有多种波长的光，所以增透膜只能使其中一定波长的光相消．
(4)因为人对绿光最敏感，一般选择对绿光起增透作用的膜，所以在反射光中绿光强度几乎为零，而其他波长的光并没有完全抵消，所以增透膜呈现淡紫色．
【典例2】 (多选)光的干涉现象在技术中有重要应用．例如，在磨制各种镜面或其他精密的光学平面时，可以用干涉法检查平面的平整程度．如图所示，在被测平面上放一个透明的样板，在样板的一端垫一个薄片，使样板的标准平面与被测平面之间形成一个楔形空气薄层．用单色光从上面照射，在样板上方向下观测时可以看到干涉条纹．如果被测表面是平整的，干涉条纹就是一组平行的直线(如图甲)，下列说法正确的是( )
A．这是空气层的上下两个表面反射的两列光波发生干涉
B．空气层厚度相同的地方，两列波的路程差相同，两列波叠加时相互加强或相互削弱的情况也相同
C．如果干涉条纹如图乙所示发生弯曲，就表明被测表面弯曲对应位置向下凹
D．如果干涉条纹如图乙所示发
生弯曲，就表明被测表面弯曲对
应位置向上凸
√
√
√
ABC [在标准样板平面和被测平面间形成了很薄的空气薄膜，用单色光从标准平面上面照射，从空气薄膜的上下表面分别反射的两列光波频率相等，符合相干条件，在样板平面的下表面处发生干涉现象，出现明暗相间的条纹，A正确；在空气层厚度d相等的地方，两列波的波程差均为2d保持不变，叠加时相互加强和削弱的情况是相同的，属于同一条纹，故薄膜干涉也叫等厚干涉，B正确；薄膜干涉条纹，又叫等厚条纹，厚度相同的地方，应该出现在同一级条纹上．题图乙中条纹向左弯曲，说明后面较厚的空气膜厚度d，在左面提前出现，故左方存在凹陷现象，C正确，D错误．故本题选ABC.]
被测平面凹下或凸起的形象判断法
被测平面凹下或凸起的形象判断法——矮人行走法．即把干涉条纹看成“矮人”的行走轨迹．让一个小矮人在两板间沿着一条条纹直立行走，始终保持脚踏被测板，头顶样板，在行走过程中：
(1)若遇一凹下，他必向薄膜的尖端去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜尖端，该处为一凹下．
(2)若遇一凸起，他必向薄膜的底部去绕，方可按上述要求过去，即条纹某处弯向薄膜底部，该处为一凸起．
因此，条纹向薄膜尖端弯曲时，说明下凹，反之，上凸．
[跟进训练]
◆训练角度1 肥皂膜干涉
2．用如图所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象．图甲是点燃的酒精灯(在灯芯上撒些盐)，图乙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
√
D [竖直肥皂液薄膜是由于重力作用产生的上薄下厚的薄膜，所以金属丝圈的缓慢转动，改变不了肥皂液薄膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知，同一厚度处的干涉条纹在同一级次上，所形成的干涉条纹都是水平的，与金属丝圈在该竖直平面内的转动无关，仍然是水平的干涉条纹，D正确．]
◆训练角度2 增透膜
3．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处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一层折射率为n的薄膜，这种膜能消除玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线．以λ表示此红外线在真空中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A． B． C． D．
√
C [增透膜的原理是利用薄膜干涉，使入射光在薄膜前后表面的反射光发生干涉时恰好能够形成峰谷叠加．满足这一效果的条件是薄膜前后表面反射光的光程差是光在薄膜中传播时半波长的奇数倍．即(2k＋1)＝2d膜，其中(k＝0，1，2，3，…)由题中“折射率为n的薄膜”和“λ表示此红外线在真空中的波长”运用折射率定义可知n＝；则可知d膜＝(2k＋1)，其中(k＝0，1，2，3，…)，当k＝0时，厚度最小为.故A、B、D错误，C正确．]
学习效果·随堂评估自测
03
1．(多选)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相等的
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、相位差恒定、振动方向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
1
2
3
4
√
5
AC [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正确；入射光波长越大，条纹间距越大，入射光由红光换成紫光，波长变短，相邻两明条纹间距变窄，B错误；只有频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光才能发生干涉现象，C正确，D错误．]
√
2 ．如图所示是用干涉法检查某块厚玻璃板的上表面是否平整的装置，所用单色光为普通光加滤光片产生的，检查中所观察到的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
1
2
3
4
√
5
C [本题关键是找到使光线发生干涉的薄膜，本题中a是样本，b是被检查的平面，而形成干涉的两束反射光是a、b间的空气薄层上下表面反射的，所以选C.]
3．(多选)a光经过某干涉仪形成的光
的干涉图样如图甲所示，若只将a光
换成b光照射同一干涉仪，形成的光的干涉图样如图乙所示．则下述正确的是( )
A．a光的频率较大 B．b光的频率较大
C．a光的波长较大 D．b光的波长较大
1
2
3
4
√
5
BC [由干涉图样可知a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，由Δx＝λ知a光的波长大于b光的波长，又由c＝λf知，b光的频率大于a光的频率，A、D错误，B、C正确．]
√
4．利用薄膜干涉的原理可以检查平面的平整度和制成镜头增透膜．图甲中，让单色光从上方射入，这时从上方看可以看到明暗相间的条纹，下列说法正确的是( )
1
2
3
4
5
A．图甲中将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，条纹变疏
B．图甲中将样板微微平行上移，条纹疏密不变
C．在图甲中如果看到的条纹如图乙所示，说明被检平面在此处是凸起
D．图丙中镀了增透膜的镜头
看起来是有颜色的，那是增透
了这种颜色的光的缘故
1
2
3
4
5
√
B [当将薄片向着劈尖方向移动使劈角变大时，相邻亮条纹或暗条纹中心间距变小，所以干涉条纹会变密，故A错误；将样板平行上移，导致原来满足亮条纹光程差的间距向劈尖移动，因此出现条纹向着劈尖移动，但条纹疏密不变，故B正确；从弯曲的条纹可知，此处检查平面左边处的空气膜厚度与右面的空气膜厚度相同，知此处凹陷，故C错误；照相机、望远镜的镜头表面镀了一层透光的膜，可以增大某种光的透射强度，这种膜称为增透膜，这是利用了光的干涉现象，同时镀膜镜头看起来是有颜色的是因该种颜色的光没有增透造成的，故D错误．]
1
2
3
4
5
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7.5×10-7m，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？
[解析] λ＝＝ m＝5×10-7 m.
[答案] 5×10-7 m
1
2
3
4
5
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7.5×10-7m，如果用频率为6.0×1014Hz 的黄光照射双缝，试问：
(2)试通过计算分析P点出现亮条纹还是暗条纹？
[解析] Δx＝7.5×10-7 m＝λ，所以是暗条纹．
[答案] 暗条纹
1
2
3
4
5
回顾本节内容，自主完成以下问题：
1．产生稳定的干涉条纹的条件是什么？
提示：两列光波频率相同，相位差恒定，振动方向相同．
2．干涉条纹间距大小与什么有关？
提示：由Δx＝可知，与双缝到屏的距离、波长、双缝间距离有关．
3．用白光做实验是什么样的条纹？
提示：中间是白色，两边是彩色．(共45张PPT)
第四章 光及其应用
第五节 用双缝干涉实验测定光的波长
学习任务 1．会根据干涉条纹的间距和光的波长之间的关系，确定测量光的波长的实验思路．
2．知道两种测量头的操作和读数规则，并获得数据．
3．会设计实验方案并正确操作实验器材，得到明显的干涉条纹．
必备知识·自主预习储备
01
一、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.相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ.
已知双缝间距d，再测出双缝到屏的距离L和条纹间距Δx，就可以求得光波的波长．
二、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、毛玻璃屏及测量头，其中测量头又包括：分划板、目镜、手轮等)、学生电源、导线、刻度尺．
三、实验步骤
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上，如图所示．
(2)接好光源，打开开关，使灯丝正常发光．
(3)调节各器件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏．
(4)安装双缝和单缝，中心大致位于遮光筒的轴线上，使双缝与单缝的缝平行，两者间距5～10 cm，这时可观察白光的干涉条纹．
(5)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹．
四、数据处理
(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央，记下手轮上的读数a1，将该条纹记为第1条亮纹；转动手轮，使分划板中心刻线移动至另一亮条纹的中央，记下此时手轮上的读数a2，将该条纹记为第n条亮纹，则相邻两亮条纹间距Δx＝.
(3)用刻度尺测量双缝到光屏间的距离L(d是已知的)．
(4)重复测量、计算，求出波长的平均值．
五、误差分析
(1)光波的波长很小，Δx、L的测量对波长λ的影响很大．
(2)在测量L时，一般用毫米刻度尺；而测Δx时，用千分尺且采用“累积法”．
(3)多次测量求平均值．
六、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)安装时，注意调节光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上，并使单缝、双缝平行且竖直，间距大约5～10 cm.
(4)调节的基本依据：照在像屏上的光很弱的主要原因是灯丝与单缝、双缝、测量头与遮光筒不共轴线所致；干涉条纹不清晰的主要原因一般是单缝与双缝不平行．
(5)测量头在使用时应使中心刻度线对应着亮(暗)条纹的中心．
(6)光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行靠近．
关键能力·情境探究达成
02
【典例1】 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装成双缝干涉装置，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.
[解析] 滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取线光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上，所以排列顺序为：C、E、D、B、A.
E、D、B
(2)本实验所用的滤光片应选用_____色滤光片，实验时需要测量的物理量是________________和____________________．
[解析] 红色滤光片能透过红光，而吸收其他颜色的光，所以应选用红色滤光片．根据实验原理，实验时需要测量的物理量有：双缝到屏的距离和n条亮(暗)条纹的距离．
红
双缝到屏的距离
n条亮(暗)条纹的距离
(3)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(暗)条纹间的距离．
在操作步骤②时还应注意_________________________和_________
__________________．
单缝和双缝间距为5～10 cm
使单缝与
双缝竖直且相互平行
[解析] 在操作步骤②时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使单缝与双缝竖直且相互平行；单缝、双缝距离为5～10 cm；要使光源、滤光片、单缝、双缝的中心均在遮光筒的中心轴线上．
【典例2】 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中，将所有器材按要求安装在如图甲所示的光具座上，然后接通电源使光源正常工作．已知实验中选用缝间距d＝0.2 mm 的双缝，像屏与双缝之间的距离L＝0.7 m.
(1)已知测量头主尺的最小刻度是毫米，副尺上有50分度．用某单色光照射双缝得到如图乙所示的干涉图样，分划板在图中A、B位置时的游标卡尺读数分别如图丙、图丁所示， 求得相邻亮纹之间的间距Δx＝________mm.
2.31
[解析] 题图丙的读数为d1＝1 mm＋8× mm＝1.16 mm，题图丁的读数为d2＝15 mm＋1× mm＝15.02 mm，故相邻亮条纹之间的距离为Δx＝＝2.31 mm.
(2)利用题目中的已知量和测量结果就可算出这种单色光的波长，其字母表达式为λ＝________(用题目中已知量和测量量的字母表示)；代入数据，可计算出λ＝________nm.
[解析] 由公式Δx＝λ可得λ＝，代入数据可得λ＝660 nm.
660
(3)下列现象中能够观察到的有________．
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B．将光源向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝间距较大的双缝屏，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
[解析] 将滤光片由蓝色的换成红色的，波长变长，根据公式Δx＝λ可得干涉条纹间距变宽，A正确；光源向双缝移动一小段距离，不会影响条纹间距，B错误；增大双缝的间距，d增大，干涉条纹间距变窄，C正确；去掉滤光片后，通过双缝的不是单色光，干涉现象不会消失，光屏上出现彩色的干涉条纹，故D错误．
AC
测量Δx的方法
测量头由分划板、目镜、手轮等构成，如图所示，测量时先转动测量头，让分划板中心刻线与干涉条纹平行，然后转动手轮，使分划板向左(或向右)移动至分划板的中心刻线与条纹的中心对齐，记下此时读数，再转动手轮，用同样的方法测出n个亮纹间的距离a，则可求出相邻两亮纹间的距离
Δx＝.
学习效果·随堂评估自测
03
1．在“用双缝干涉测光的波长”实验中(实验装置如图)：
1
2
3
4
5
(1)下列说法哪一个是错误的________．(填选项前的字母)
A．调节光源高度使光束沿遮光筒轴线照在屏中心时，应放上单缝和双缝
B．测量某条干涉亮纹位置时，应使测
微目镜分划板中心刻线与该亮纹的中心对齐
C．为了减少测量误差，可用测微目镜测出n条亮纹间的距离a，求出相邻两条亮纹间距Δx＝
1
2
3
4
5
A
[解析] 在调节光源高度时，放上单缝和双缝后，由于发生干涉现象无法调节光源的高度，故A错误．
(2)测量某亮纹位置时，手轮上的示数如图，其示数为_______mm.
[解析] 按读数规则，读出示数为
1.5 mm＋47.0×0.01 mm＝1.970 mm.
1
2
3
4
5
1.970
2．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
2
3
4
5
(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
1
2
3
4
5
[解析] 这三个光学元件依次是滤光片、单缝和双缝；因为光通过单缝后的强度会减弱，所以滤光片的放置应该在单缝之前较好，这会使得通过的光线较多，提高亮度，故A正确，B、C、D错误．
A
(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
1
2
3
4
5
[解析] 根据条纹间距公式Δx＝可知，为增加相邻亮纹(暗纹)间的距离，应该减小双缝间距离d，增大双缝到屏的距离L，故A、D正确．
AD
(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________．
[解析] 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.由双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ，解得λ＝Δx.
1
2
3
4
5
Δx
3．(2022·广东盐田高中高三阶段练习)如图甲所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中：
1
2
3
4
5
(1)在光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤色片、③________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏(含测量头)；
[解析] 在本实验中，光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为单色光，把单缝照亮．单缝相当于一个线光源，它又把双缝照亮．来自双缝的光在双缝右侧的空间发生干涉．遮光筒的一端装有光屏(含测量头)，用来观察和测量干涉条纹，所以③为单缝，④为双缝．
1
2
3
4
5
单缝
双缝
(2)利用图中装置研究双缝干涉现象时，下列说法中正确的是________；
A．将光屏移近双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
B．将滤光片由蓝色的换成红色的，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝之间距离更大的双缝，其他条件不变，干涉条纹间距变窄
E．去掉滤光片，其他条件不变，干涉现象消失
1
2
3
4
5
ABD
[解析] 将光屏移近双缝时，则双缝到屏的距离l减小，在其他条件不变时，根据Δx＝可知干涉条纹间距变窄，故A正确；将滤光片由蓝色的换成红色的，则波长λ变大，在其他条件不变时，根据Δx＝可知干涉条纹间距变宽，故B正确；根据Δx＝可知干涉条纹间距与单缝和双缝之间的距离无关，将单缝向双缝移动一小段距离后，其他条件不变时，干涉条纹间距不变，故C错误；换一个两缝之间距离更大的双缝，则d变大，在其他条件不变时，根据Δx＝可知干涉条纹间距变窄，故D正确；去掉滤光片，其他条件不变，会形成白光的彩色干涉条纹，故E错误．
1
2
3
4
5
(3)在某次测量中，将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹记为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图乙所示，则此示数为________mm，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，此时手轮上的示数如图丙所示，则此示数为________mm，由此可求得相邻亮纹的间距Δx为________mm；
1
2
3
4
5
2.320
13.870
2.310
[解析] 测量头读数等于固定刻度读数与可动刻度读数之和，所以
x1＝2 mm＋32.0×0.01 mm＝2.320 mm
x2＝13.5 mm＋37.0×0.01 mm＝13.870 mm
相邻亮纹的间距为
Δx＝＝mm＝2.310 mm.
1
2
3
4
5
(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.
[解析] 由Δx＝可得λ＝
将数据代入上式可得波长为
λ＝m＝6.6×10-7m＝660 nm.
1
2
3
4
5
660
4．某实验小组利用如图甲所示的装置完成“用双缝干涉测量光的波长”实验，双缝之间的距离d＝0.20 mm，双缝到光屏间的距离l＝70 cm.
1
2
3
4
5
(1)实验时观察到干涉条纹比较模糊，要使条纹变得清晰，以下调节做法正确的是________．(单选)
A．旋转测量头
B．移动光源
C．调节拨杆使单缝与双缝平行
D．左右转动透镜
[解析] 若单缝与双缝不平行，则单缝上不同点发出的光在通过双缝后形成的干涉条纹将不在相应的位置重合，造成干涉条纹模糊，所以应调节拨杆使单缝与双缝重合．故选C.
1
2
3
4
5
C
(2)正确调节后，转动测量头的手轮，使分划板的中心刻线对齐亮条纹的中心，分划板在图乙中A、B位置时游标卡尺读数分别如图丙所示．
①分划板在图中A位置时游标卡尺的读数为xA＝________mm，在B位置时游标卡尺读数为xB＝________mm.
②相邻两条纹间距Δx＝________mm.
③根据以上数据可得出光的波长λ＝________m(保留两位有效数字)．
1
2
3
4
5
10.10
19.10
1.5
4.3×10-7
[解析] ①在A位置时游标卡尺的读数为
xA＝1 cm＋0.05 mm×2＝10.10 mm
在B位置时游标卡尺读数为xB＝1.9 cm＋0.05 mm×2＝19.10 mm.
②A位置和B位置之间的间距为x＝xB－xA＝9 mm
故相邻两条条纹之间的间距为Δx＝＝1.5 mm.
1
2
3
4
5
③根据公式Δx＝λ，可知所测光的波长为
λ＝＝m≈4.3×10-7m.
5．利用双缝干涉测定光的波长的实验中，双缝间距d＝0.4 mm，双缝到光屏间的距离l＝0.5 m，实验时，接通电源使光源正常发光，调整光路，使得从目镜中可以观察到干涉条纹．
1
2
3
4
5
(1)若想增加从目镜中观察到的条纹个数，该同学可________．
A．将单缝向双缝靠近 B．将屏向靠近双缝的方向移动
C．将屏向远离双缝的方向移动 D．使用间距更小的双缝
1
2
3
4
5
[解析] 若想增加从目镜中观察到的条纹个数，则应使条纹的宽度减小，根据Δx＝λ
可知，可以增大双缝间距离或者减小双缝到屏的距离，故B正确，A、C、D错误．
B
(2)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位置时游标卡尺
的读数为xA＝11.1 mm，在B
位置时游标卡尺读数为xB＝
________mm，相邻两条纹间距
Δx＝________mm.
②该单色光的波长λ＝________nm.
1
2
3
4
5
15.6
0.75
600
[解析] ①由图可知，在B位置时游标卡尺读数为
15 mm＋6×0.1 mm＝15.6 mm
A、B间有6条亮条纹(或暗纹)，
故相邻两条纹间距为
Δx＝＝ mm＝0.75 mm.
②该单色光的波长
λ＝Δx＝×0.75×10-3 m＝6×10-7 m＝600 nm.
1
2
3
4
5
(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．(选填“大于”“小于”或“等于”)
[解析] 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，则会导致测得的Δx偏大．
1
2
3
4
5
大于(共52张PPT)
第四章 光及其应用
第六节 光的衍射和偏振
第七节 激光
学习任务 1．知道光的衍射现象、光的偏振现象和激光的特点．
2．能分析单缝衍射现象和光的偏振现象．
3．能探究光的衍射现象的特点和光的偏振现象的规律．
4．了解偏振光和激光的应用．
必备知识·自主预习储备
01
知识梳理
基础自测
知识点一 光的衍射
1．定义
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，会偏离原有________的途径而绕到障碍物后面的现象．
2．常见的衍射现象
(1)狭缝衍射现象：光通过____时，在屏上出现明暗相间的条纹．
(2)圆孔衍射现象：光通过____时，在屏上出现明暗相间的圆环．
3．光的明显衍射的条件
当障碍物或孔的尺寸与光的波长____，甚至____光的波长时，衍射现象将十分明显．
直线传播
狭缝
小孔
相当
小于
知识点二 光的偏振
1．偏振片和透振方向．
偏振片是一种由特殊材料制成的元件，它有一个特殊的方向，叫作透振方向．当光的振动方向与透振方向____时，光能完全通过偏振片；当光的振动方向与透振方向____时，光不能通过偏振片，当处于两者之间时，光只能________．
2．只有横波才具有偏振性，光的偏振现象验证了光是____．
3．偏振现象在生活中的应用：
(1)保护眼睛的__________．(2)摄影爱好者常备的__________．
平行
垂直
部分通过
横波
偏振光眼镜
偏振滤光片
知识点三 激光
1．激光的特性
(1)单色性好：光谱宽度很__．
(2)相干性好：具有____相同，______恒定，________一致的特点．
(3)平行度好：能量在空间高度集中，不容易发散．
(4)亮度高：可以在很小的____和很短的____内集中很大的____．
窄
频率
相位差
偏振方向
空间
时间
能量
2．激光的应用
(1)光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体．
(2)激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标．
(3)工业上的激光切割、激光焊接技术，医学上切割肿瘤的“光刀”等．
(4)全息照相．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)．
(1)衍射和干涉条纹都是明暗相间的，所以二者是一样的． ( )
(2)所有光都能发生衍射现象． ( )
(3)激光是人工产生的相干光，其单色性好、相干性好． ( )
(4)光的偏振现象说明光是横波． ( )
×
√
√
√
2．(多选)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
√
√
AB [衍射花纹图样是光波相互叠加的结果，故A正确；双缝干涉中缝的宽度与波长差不多，光通过缝时，也发生了衍射现象，故B正确；衍射是波特有的现象，一切波都能发生衍射，但只有波长大于或相当于障碍物或小孔的尺寸时，才能发生明显的衍射，故C错误；当波长比障碍物或小孔的尺寸小得多时，不能发生明显的衍射，这是表现出直线传播的特征，出现了影，影的存在与衍射现象并不是相互矛盾的，故D错误．]
3．(多选)一束自然光通过起偏器照射到光屏上，则图中光屏上发亮的有(起偏器上用箭头表示其透射方向)( )
ABD [自然光通过起偏器后成为偏振光，当偏振光的振动方向与起偏器的透振方向平行时能够通过，否则不能通过，所以A、B、D正确．]
√
A B C D
√
√
关键能力·情境探究达成
02
考点1 光的衍射
考点2 单缝衍射、双缝干涉的比较
考点3 激光
考点4 光的偏振
取3块不透光的板，在每块板的中间各开1个圆孔，3块板所开的圆孔大小不一．先用点光源照射圆孔最大的那块板，在
屏上会出现一个明亮的圆形光斑图a；再换上圆孔中等
的那块板，在屏上会出现图b；最后用圆孔最小(直径
约为1 mm)的那块板，在屏上会出现图c.
(1)屏上图b产生了什么现象？
(2)比较屏上图b和图c，说明了什么？
提示：(1)衍射现象．(2)孔越小，衍射现象越明显．
◆考点1 光的衍射
1．单缝衍射图样
(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；白光通过狭缝时，在屏上出现彩色光纹，中央为白色条纹．
(2)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，条纹间距大；单缝一定时，光波波长大的中央条纹宽，条纹间距大．
2．圆孔衍射图样
(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，如图所示．
(2)圆孔越小，中央亮斑的直径越大，同时亮度越弱．
(3)用不同色光照射圆孔时，得到的衍射图样的大小
和位置不同，波长越大，中央圆形亮斑的直径越大．
(4)白光的圆孔衍射图样中，中央是大且亮的白色光
斑，周围是彩色同心圆环．
(5)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，光屏上依次得到几种不同的现象——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)．
3．不透明的小圆板衍射图样(泊松亮斑)
(1)中央是亮斑．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．
(2)周围的亮环或暗环间距随半径增大而减小．
【典例1】 对于单缝衍射现象，下列说法正确的是( )
A．缝的宽度d越小，衍射条纹越亮
B．缝的宽度d越小，衍射现象越明显
C．缝宽度d越小，光传播路线越接近直线
D．入射光的波长越短，衍射现象越明显
B [单缝衍射现象中，波长越长越容易衍射，中央亮纹越宽，所以d减小，相对波长变长，因此衍射现象越明显．缝宽度d越小，越体现光子的随机性，衍射越明显，入射光的波长越长，衍射现象越明显，所以答案为B.]
√
[跟进训练]
1．(多选)在观察光的衍射实验中，分别观察到如图甲、乙所示的清晰的明暗相间的图样，图中黑线为暗纹．那么障碍物应是( )
A．甲图对应的障碍物应是小圆孔
B．甲图对应的障碍物是小圆板
C．乙图对应的障碍物应是小圆板
D．乙图对应的障碍物是小圆孔
√
√
AC [比较两图，它们的背景明显不同，甲图的背景为黑色阴影，说明障碍物应是很大的不透明挡板，中间有透光并且带有衍射图样的花纹，说明挡板的中间有小圆孔；乙图的背景为白色，说明周围没有障碍物，中间有不透光圆形阴影，并且带有衍射图样的花纹，说明中间存在很小的不透明圆板，乙图正中央的小亮点是泊松亮斑．故A、C正确，B、D错误．]
◆考点2 单缝衍射、双缝干涉的比较
单缝衍射与双缝干涉的比较
名称 单缝衍射 双缝干涉
不同点 产生条件 只要狭缝足够小，任何光都能发生 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光波相遇叠加或削弱
条纹宽度 条纹宽度不等，中央最宽 条纹宽度相等
名称 单缝衍射 双缝干涉
不同点 条纹间距 各相邻条纹间距不等 各相邻条纹等间距
亮度 中央条纹最亮，两边变暗 条纹清晰，亮度基本相等
相同点 成因 都有明暗相间的条纹，条纹都是光波叠加时加强或削弱的结果 意义 都是波特有的现象，表明光是一种波 【典例2】 如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，哪个图是黄光形成的条纹( )
√
A B C D
D [双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故A、C是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越长，中央亮条纹越粗，故B、D是衍射图样，紫光波长较短，则中央亮条纹较细，故B是紫光的衍射条纹，D是黄光的衍射条纹，故选D.]
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，两侧的亮条纹逐渐变窄．
(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，而单缝衍射条纹的中央亮纹最亮，两侧的亮纹逐渐变暗．
◆考点3 激光
激光的特性及应用
特点(与普通光相比) 特点内容 应用
单色性好相干性好 频率单一，相位差恒定，易发生干涉现象，可像无线电波一样调制 激光全息照相、光纤通信、光的干涉
特点(与普通光相比) 特点内容 应用
方向性好 激光的方向性非常好，是一束几乎不发散的平行光，可以会聚到很小的点上 测距和跟踪目标、CD唱片、计算机光盘
亮度高 激光能在很小的空间、很短的时间内集中很大的能量 “光刀”、激发核反应
【典例3】 关于激光的应用，下列说法正确的是( )
A．全息照片拍摄是利用了激光的全反射原理
B．利用激光是相干光，可以用在雷达上进行精确的测距
C．由于激光平行度好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息
D．利用激光亮度高，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜
√
D [全息照片拍摄是利用了激光的频率单一，相干性好，能够产生明显的干涉，故A错误；利用激光平行度好，可以用在雷达上进行精确的测距，故B错误；利用激光相干性好，它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故C错误；利用激光光强度大、能量集中，可以用在医学上做光刀切除肿瘤，或“焊接”剥落的视网膜，故D正确．]
[跟进训练]
2．激光可以用来进行精确的测距，激光测距雷达就是一种可以用来测距的装置，它是利用了激光的什么特点( )
A．激光具有高度的相干性 B．激光的平行度非常好
C．激光的亮度高 D．激光的单色性好
B [“激光测距雷达”利用激光测量很远距离的目标是因为激光平行度好，方向性好．故B正确．]
√
◆考点4 光的偏振
1．偏振现象
对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象．
2．自然光与偏振光的区别
种类 自然光(非偏振光) 偏振光
不同点 光的来源 直接从光源发出的光 自然光通过偏振片后的光或由某种介质反射或折射的光
光的振动方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与偏振片透振方向一致)
【典例4】 (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
[思路点拨] 该题可按如下思路分析：太阳光是自然光→振动方向与偏振片的透振方向相同的光透过→两平行偏振片的透振方向平行时透光最多，垂直时不透光．
√
√
BD [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．]
关于“偏振”的几个注意事项
(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．
[跟进训练]
3．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
√
D [振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，所以A错误；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错误；光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，所以C错误；自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确．]
学习效果·随堂评估自测
03
1．(2022·北京卷)下列现象能说明光是横波的是( )
A．光的衍射现象 B．光的折射现象
C．光的偏振现象 D．光的干涉现象
C [光的偏振现象能说明光是横波．故选C.]
1
2
3
4
√
5
1
2
3
4
√
5
2．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．衍射条纹的间距不变，只是亮度减弱
A [由单缝衍射实验的调整与观察可知，狭缝宽度越小，衍射现象越明显，衍射条纹越宽，条纹间距也越大．将缝调宽，现象向相反方向变化，故A正确．]
3．2016年，科学家利用激光干涉方法探测到由于引力波引起的干涉条纹的变化，这是引力波存在的直接证据．关于激光，下列说法中正确的是( )
A．激光是自然界中某种物质直接发光产生的，不是偏振光
B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C．用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到等间距的光环
D．激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息
1
2
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√
5
D [激光是人造光，也是偏振光，故A错误；激光相干性好，只有频率相同的两束激光才会发生干涉，故B错误；用激光照射不透明挡板上小圆孔时，光屏上能观测到衍射条纹，间距不等，故C错误；激光全息照片是利用光的干涉记录下物体三维图像的信息，故D正确．]
1
2
3
4
5
4．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光为自然光
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
1
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√
5
D [自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只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，它通过偏振片A后，即变为偏振光，故A、B错误；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮；以SP为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过沿竖直方向振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故C错误，D正确．]
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5．应用激光平行性好的特性，可以精确地测量距离．对准目标发射一个极短的激光脉冲，测量发射脉冲与收到反射脉冲的时间间隔，就可以求出激光器到目标的距离．若在地球上向月球发射一个激光脉冲，测得从发射到收到反射脉冲所用的时间为2.56 s，求月球到地球的距离大约是多少？
[解析] 真空中的光速c＝3.0×108 m/s，
从发射脉冲到收到反射脉冲所用时间t＝2.56 s，月球与地球距离为
l＝ct＝×3.0×108×2.56 m＝3.84×105 km.
[答案] 3.84×105 km
1
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回顾本节内容，自主完成以下问题：
1．圆孔衍射与泊松亮斑中央的条纹有什么不一样？
提示：圆孔衍射的中央亮斑亮大，周围是明暗相间的条纹．泊松亮斑中央也是亮斑，比较小，周围是一大圈暗纹．
2．干涉条纹与衍射条纹的不同点？
提示：干涉条纹是等间距，衍射条纹是中央宽，两边窄，亮度变暗．
3．光的偏振现象说明了什么？
提示：光是横波．
阅读材料·拓展物理视野
04
激光在眼科中的应用
1．激光治疗青光眼
眼球内是一个封闭的结构，正常情况下房水在前、后房不断循环流动，维持眼压在一个恒定水平．如果房水排出通道阻塞，房水排出受阻，眼压升高，引起眼球壁压力太大，重则导致视神经损害．激光巩膜切除术，具有操作简单、安全有效、切除精确易控制手术量、术后反应轻、并发症少、应用范围广等优点，是近年发展出的技术，被认为是最有潜力的发展方向．
2．激光治疗白内障
白内障是晶状体中出现浑浊而对视力产生影响的疾病．可以用激光乳化的方法除去晶状体核组织．当激光器发射激光后，能量迅速被晶状体组织中的水分子吸收，在光汽化作用下，水分子迅速蒸发膨胀，形成一个微小空穴泡，并发生微小爆破．当空穴泡塌陷后可使晶状体核组织乳化成微小颗粒，然后用手术仪的吸注系统吸除碎屑．
3．激光治疗屈光不正
屈光不正是指在眼球调节松弛状态下，来自 5 m以外的平行光线，经过眼的屈光系统屈折后，不能在视网膜上清晰成像的情况．它包括远视、近视及散光．病因是眼球的形状改变，不能将光线准确对焦视网膜上．临床上可以用准分子激光来进行矫正，准分子激光是波长很短的紫外光，它与生物组织发生的是光化学效应而不是热效应，因此，不会产生热损伤．在计算机控制下，可根据所需矫正的屈光度，利用准分子激光对角膜组织进行精确切削，改变角膜弯曲度，从而实现矫正．
4．激光治疗眼底病
眼底由视网膜、眼底血管、视神经乳头、视神经纤维、视网膜上的黄斑部以及视网膜后的脉络膜等构成，这些部位的病变统称为眼底病．常见的眼底病有视网膜裂孔、糖尿病视网膜病变、视网膜中央静脉及分支阻塞、视网膜血管瘤、中心性浆液视网膜脉终膜病变，等等．由于眼球具有透明的间质等特殊结构，所以激光是一个良好的治疗眼底病的工具．
问题
1．激光治疗眼病主要应用激光的什么特点？
提示：能量高．
2．激光除了应用于医疗外，还用于哪些方面？举例说明。
提示：激光焊接、激光打标、激光打孔、激光热处理等．(共25张PPT)
第四章 光及其应用
章末综合提升
巩固层·知识整合
01
提升层·题型探究
02
主题1 光的折射和全反射
主题2 测介质的折射率
主题3 光的干涉与衍射的比较
◆ 主题1 光的折射和全反射
1．正确、灵活地理解、应用折射率公式
教材中给出的折射率公式为n＝(i为真空中的入射角，r为某介质中的折射角)．根据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的．我们可以这样来理解、记忆：n＝ ＝.
2．对临界角的理解
光线从介质进入真空或空气，r＝90°时，发生全反射，此时的入射角i(介)叫临界角ic.
则＝＝sin ic.
【典例1】 如图所示，△ABC为一直角三棱镜的横截面，其顶角α＝30°，P为垂直于直线BCO的光屏，现有一宽度为H＝AB的单色平行光束垂直射向AB面，结果在光屏上形成一条宽为的光带，BO＝H.
(1)求出射光的偏折角；
[解析] AC面上的入射角θ1＝α＝30°，D点为PO的中点，即光屏上光带的最高点，延长AD交BCO的延长线于E点，由几何知识可知BO＝OE＝H，OD＝，tan ∠OED＝＝，由数学关系可知折射角θ2＝60°，所以偏折角为30°.
[答案] 30°
(2)求介质的折射率．
[解析] n＝＝1.732.
[答案] 1.732
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．
◆ 主题2 测介质的折射率
1．测玻璃的折射率
插针法：运用光在玻璃两个界面处的折射．
如图所示为两面平行的玻璃砖对光路的侧移．用插针法找出与入射光线AO对应的出射光线O′B，确定出O′点，画出折射光线OO′，量出入射角i和折射角r，根据n＝计算出玻璃的折射率．
2．测水的折射率
(1)成像法．
原理：利用水面的反射成像和水的折射成像．
方法：如图所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖
直插入一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到
直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看
到直尺在水下最低点的刻度B的像B′(折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像A′(反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率为n＝.
(2)插针法．
原理：光的折射定律．
方法：如图所示，取一方木板，在板上画出互相垂
直的两条线AB、MN，从它们的交点O处画直线
OP(使∠PON＜45°)，在直线OP上P、Q两点垂
直地插两枚大头针．把木板放入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直．在水面上观察，调整视线使P的像被Q的像挡住，再在木板S、T处各插一枚大头针，使S挡住Q、P的像，T挡住S及Q、P的像．从水中取出木板，画出直线ST，量出图中的角i、r，则水的折射率n＝.
(3)视深法．
原理：利用视深公式h′＝.
方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方吊一根针，如图所示．调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面的距离即为杯中水的视深h′，再测出水的实际深度h，则水的折射率n＝.
(4)全反射法．
原理：全反射现象．
方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图所示．在水面上观察，看到一圆形的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率n＝.
【典例2】 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
[解析] 该同学接下来要完成的必要步骤有：确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3能挡住P1、P2的像．确定P4大头针的位置的方法是大头针P4能挡住P3和P1、P2的像．故该同学接下来要完成的必要步骤有BD.
BD
(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′.测量图中角α和β的大小．则玻璃砖的折射率n＝________.
[解析] 根据折射定律得玻璃砖的折射率为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__________准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)．
[解析] 将玻璃砖界面aa′和bb′的间距画得过宽但仍平行，而其他操作正确，导致α角偏大，由于n＝，故折射率的测量值将偏小．
小于
(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_______准确值(选填“大于”“小于”或“等于”)．
[解析] 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．
等于
主题3 光的干涉与衍射的比较
内容 干涉 衍射
现象 在光重叠区域出现加强或减弱的现象 光绕过障碍物偏离直线传播的现象
产生条件 两束光频率相同、相位差恒定、振动方向相同，即必须是相干光源 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或比波长更小(明显衍射的条件)
内容 干涉 衍射
典型 实验 杨氏双缝实验、薄膜干涉 单缝衍射(圆孔衍射、不透明圆盘衍射)
图样 特点 中央明纹，两边等间距分布的明暗相间条纹 中央最宽最亮，两边不等间距分布的明暗相间条纹
应用 检查平面、增透膜、测定波长 【典例3】 (多选)用激光做单缝衍射实验和双缝干涉实验，比普通光源效果更好，图像更清晰．如果将感光元件置于光屏上，则不仅能在光屏上看到彩色条纹，还能通过感光元件中的信号转换，在电脑上看到光强的分布情况．下列说法正确的是( )
A．当做单缝实验时，光强分布图如乙所示
B．当做单缝实验时，光强分布图如丙所示
C．当做双缝实验时，光强分布图如乙所示
D．当做双缝实验时，光强分布图如丙所示
√
√
AD [当做单缝实验时，中间是亮条纹，往两侧条纹亮度逐渐降低，且亮条纹的宽度不等，所以其光强分布图如乙所示，故A正确，B错误；当做双缝实验时，在屏上呈现的是宽度相等的亮条纹，所以其光强分布图如丙所示，故C错误，D正确．]
如何分析干涉、衍射图样
在分析干涉、衍射图样时，主要注意图样条纹宽度的情况：若条纹宽度相等，则是干涉条纹，若中间条纹最宽，两边越来越窄，则是衍射条纹．
