1.光的折射
新课程标准 核心素养目标
1.通过实验，理解光的折射定律 2．会测量材料的折射率 物理观念 理解折射率的物理意义
科学思维 理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关的问题
科学探究 掌握测定玻璃折射率的实验，会解决与实验相关的问题
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、折射定律
1.光的反射和光的折射
(1)光的反射：光从第1种介质射到第1种介质与第2种介质的________时，一部分光会返回到第1种介质，这种现象叫作光的反射．如图所示．
(2)光的折射：光从第1种介质射到它与第2种介质的分界面时，一部分光会________的现象．
2．折射定律
(1)内容：折射光线与入射光线、法线处在________内，折射光线与入射光线分别位于法线的________；入射角的正弦与折射角的正弦成________，即________＝n12.
(2)在光的反射和折射现象中光路是________的．
二、折射率
1．定义
光从________射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝________．
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在________中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝________．
3．特点
任何介质的折射率都大于1.
【思考辨析】 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化．( )
(2)折射角增大为原来的2倍，入射角也增大为原来的2倍．( )
(3)光在同一种均匀介质中传播时，也可以发生折射现象．( )
(4)当入射角为0°时，折射角等于0°.( )
(5)入射角变化，折射角也随之变化，但入射角一定大于折射角．( )
(6)折射率跟折射角的正弦成反比．( )
(7)介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越快．( )
情境思考：
将一根筷子斜插入装有水的茶缸中，可以看到水中的筷子向上弯了．如何解释观察到的现象？
提示：水中的筷子发生了折射现象．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 光的折射和折射定律
导学探究
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？
探究总结
1.光的传播方向
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，光传播的速度发生变化．
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．
典例示范
例1 如图所示，一小孩站在宽6 m的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3 m的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，可同时看到树顶和石头两者的像，并发现两个像重合，若小孩的眼睛离河面高为1.5 m.
问题：河水的折射率为，试估算河水深度．
解决光的折射问题的思路
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角均是与法线的夹角．
(3)利用折射定律列式求解．
针对训练1 一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，入射角为45°，下面光路图中正确的是( )
针对训练2 (多选)如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为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(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是( )
A．看到A中的字比B中的字高
B．看到B中的字比A中的字高
C．看到A、B中的字一样高
D．看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高
探究点二 折射率
探究总结
1.关于正弦值
当光由真空射入某种介质中时，入射角、折射角以及它们的正弦值是可以改变的，但正弦值之比是一个常数．
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，说明常数反映着该介质的光学特性．
3．光的传播速度
介质的折射率n跟光在其中的传播速率v有关，即n＝，由于光在真空中的传播速率c大于光在任何介质中的传播速率v，所以任何介质的折射率n都大于1.因此，光从真空斜射入任何介质时，入射角均大于折射角；而光由介质斜射入真空时，入射角均小于折射角．
4．决定因素
介质的折射率是反映介质光学性质的物理量，它的大小只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．
典例示范
例2 将自然光引入室内进行照明是一种新型的绿色能源技术．某科技兴趣小组设计了一种接收太阳光的实验装置，如图为过装置中心轴线的截面，上部的集光球是半径为R的某种均匀透明材料的半球体，下部为导光管，两部分的交界面是PQ.若只有PQ上方高度h＝R范围内的光束平行于PQ射入后，能直接通过PQ面进入导光管(不考虑集光球内表面的反射)，求该材料的折射率．
折射率问题的分析方法
解决此类光路问题，关键是辨清“三线、两角、一界面”间的关系．注意以下几点：
(1)根据题意正确画出光路图．
(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，注意入射角、反射角、折射角的确定．
(3)利用反射定律、折射定律求解．
(4)注意光路可逆性的利用．
针对训练3
如图所示为一横截面为直角三角形的三棱镜，∠B＝90°，∠C＝30°.一束与AB边成θ＝30°角的光线射向AB面，在棱镜中经过BC边一次反射后从AC边射出，出射光线的折射角为60°.则这种材料的折射率为( )
A． B．
C． D．2
针对训练4 如图所示，一个截面为矩形的水池，池底有一垂直于池壁的线形发光体，长度l＝3 m，当池中未装水时，一高h＝1.5 m的人站在距池边s1＝2 m的A点，只能看到发光体的左端点．当将水池加满水时，人需移动到距池边s2＝3 m的B点时，才只能看到发光体的左端点．已知发光体的右端紧靠站人一方的池边，人站的位置与发光体在同一竖直面内，不计人眼到头顶的距离．求：
(1)水池中水的折射率；
(2)人站在B点时看到的左端点的像到发光体的距离．
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1.如图所示的四种情景中，属于光的折射的是( )
2．如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质( )
A．折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大
B．折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小
C．折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大
D．折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小
3.如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知( )
A．光是从真空射入介质的
B．介质的折射率为
C．介质的折射率为
D．反射光线与折射光线的夹角为60°
4．(多选)根据漫画，下列说法中正确的是( )
A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些
B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些
C．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些
D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些
5．如图所示为安全防盗门上的观察孔(俗称“猫眼”)，直径为d，为了扩大向外观察的范围，在孔中完全嵌入折射率为n的透明材料，透明材料由圆柱体和顶角为60°的球冠组成，猫眼的平面部分正好和安全门内表面平齐，门的厚度为d，球冠的边缘恰好和防盗门外表面平齐．若要让房间里的人通过移动位置能看到门外全部的景象，求该透明材料折射率n的最小值．
1．光的折射
必备知识·自主学习
一、
1．(1)分界面 (2)进入第2种介质
2．(1)同一平面 两侧 正比 (2)可逆
二、
1．真空
2．真空
思考辨析
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
关键能力·合作探究
探究点一
提示：从鱼身上反射的光线由水中进入空气时，在水面处发生折射，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．
【例1】
【解析】 树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示：
由折射定律得＝n＝①
由几何关系得1.5tan i＋3tan i＝6
解得tan i＝
sin r＝②
P点至树岸边的距离为3 tan i＝4
sin r＝③
把②代入③得h＝5.3 m
【答案】 5.3 m
针对训练1 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；由反射定律得反射角为45°，根据折射定律n＝得折射角为30°，故B、D错误，C正确．
答案：C
针对训练2 解析：
如图所示：
折射只有在入射角不等于0°的时候才发生，当人眼通过半球看的时候进入眼睛的光线恰恰是从球面法线方向出来的光线，所以不发生折射，通过半球体观察物像重合，则看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高；通过立方体观察时，由于光线发生了折射，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A中的字比B中的字高，故A、D正确．
答案：AD
探究点二
【例2】 【解析】
由于不考虑集光球内表面的反射，所以最上面的一束光线的光路图如图所示．由几何关系可知sin θ＝＝，解得θ＝60°，可知入射角θ1＝θ＝60°，折射角θ2＝＝30°，根据折射定律可知，材料的折射率n＝＝.
【答案】
针对训练3 解析：
作出光路图如图所示，根据几何关系和折射定律有n＝＝，可得：i＝30°，n＝，故B正确．
答案：B
针对训练4 解析：
(1)光路如图所示：
当水池中装满水，光从发光体的左端点发出的光射到站在B处的人的眼睛中时，对应的入射角的正弦值为sin i＝
对应的折射角的正弦值为sin r＝
故水池中水的折射率n＝
解得：n＝
(2)设水池深度为H，当人站在A点时＝
解得：H＝2.25 m
设左端点的像到水面的距离为x，则有：＝
解得：x＝1.5 m
则左端点的像到发光体的距离为H－x＝0.75 m.
答案：(1) (2)0.75 m
课堂检测·素养提升
1．解析：A属于光沿直线传播；B属于光的折射；C属于光沿直线传播，D属于光的反射，故B正确．
答案：B
2．解析：由n＝可知入射角相同时，折射率n越大，折射角θ2越小，偏折角Δθ＝θ1－θ2就越大，所以C项正确．
答案：C
3．解析：根据图像可知，入射角为30°，折射角为60°，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n＝＝＝，只有C正确．
答案：C
4．解析：人看鱼的光路图如图甲所示，因入射角i小于折射角r，则人将看到鱼的虚像，且位置比实际情况变浅了些，B正确；鱼看到人的光路图如图乙所示，因入射角i大于折射角r，则鱼将看到人的虚像，且比实际位置要高一些，D正确．
答案：BD
5．解析：若要让房间里的人能看到门外全部的景象，则沿平行门方向射向C处的光折射后能经过A点即可．光路如图所示
在△ABC中，tan ∠ACB＝＝
可得∠ACB＝60°
由几何关系知β＝30°，α＝60°
i＝∠ACB－β＝30°
代入折射率公式，得玻璃折射率
n＝＝＝.
答案：2.实验：测量玻璃的折射率
新课程标准 核心素养目标
会测量材料的折射率 (1)能提出实验中可能出现的问题 (2)能在他人帮助下制订实验方案，能用相关器材收集数据 (3)能设计表格，分析数据，测定玻璃折射率 (4)能分析误差产生的原因 (5)能撰写规范的实验报告
实验属性 学生必做实验
实验必备·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、实验目的
1．学会用插针法确定光路．
2．会用玻璃砖和________定律测定玻璃的折射率．
二、实验器材
木板、白纸、________、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板(或直尺)、铅笔．
三、实验原理与设计
如图，当光线AO1以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过________找出跟入射光线AO1对应的出射光线O2B，从而测出折射光线O1O2和折射角θ2，再根据n＝________或 n＝算出玻璃的折射率．
四、实验步骤
1．如图所示，把________铺在木板上．
2．在白纸上画一直线aa′作为界面，过aa′上的一点O画出界面的________NN′，并画一条线段AO作为________．
3．把长方形玻璃砖放在白纸上，并使其长边与aa′重合，再用________画出玻璃砖的另一边bb′.
4．在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2.
5．从玻璃砖bb′一侧透过玻璃砖观察大头针P1、P2的________，调整视线的方向直到P1的像被P2的像________．再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能________P1、P2的像，P4能挡住P3本身及P1、P2的像．
6．移去玻璃砖，在拔掉P1、P2、P3、P4的同时分别记下它们的位置，过P3、P4作直线O′B交bb′于O′.连接O、O′，OO′就是玻璃砖内折射光线的方向．∠AON为入射角，∠O′ON′为折射角．
7．改变入射角，重复实验．
五、数据收集与分析
1．计算法
用量角器测量入射角θ1和折射角θ2，并查出其正弦值sin θ1和sin θ2.算出不同入射角时的，并取平均值．
2.作sin θ1 sin θ2图像法
改变不同的入射角θ1，测出不同的折射角θ2，作sin θ1 sin θ2图像，由n＝可知图像应为直线，如图所示，其斜率为折射率．
3．“单位圆法”确定sin θ1、sin θ2，计算折射率n
以入射点O为圆心，以一定长度R为半径画圆，交入射光线OA于E点，交折射光线OO′于E′点，过E作NN′的垂线EH，过E′作NN′的垂线E′H′.如图所示，sin θ1＝，sin θ2＝，OE＝OE′＝R，则n＝＝.只要用刻度尺测出EH、E′H′的长度就可以求出n.
六、误差分析
1．入射光线、出射光线确定的准确性造成误差，故入射侧、出射侧所插两枚大头针间距应大一些．
2．入射角和折射角的测量造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差．
精析典例·提升能力——突出综合性 素养形成
类型一 实验原理和实验操作
典例示范
例1 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
(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________.
(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)
课堂笔记
针对训练1 “测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示．在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“×”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4.在插P3和P4时，应使( )
A．P3只挡住P1的像
B．P4只挡住P2的像
C．P3同时挡住P1、P2的像
D．P4同时挡住P1、P2的像
针对训练2 如图所示，是利用插针法测定玻璃砖折射率的实验，玻璃砖的入射面ab和出射面cd并不平行．某同学操作的主要步骤如下：
a．画入射面ab，放置玻璃砖，使玻璃砖上界面对准ab；
b.用针沿玻璃砖下界面确定出射面cd上的两点；
c．在ab面一侧插针P1、P2；
d．在cd面一侧插针P3，使之挡住P1和P2；
e．插针P4，使之挡住P3和P1、P2；
f．移去针和玻璃砖．
(1)请写出上述步骤中有错误的步骤序号，并写出对应正确的操作：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)改正操作中的错误后，该同学正确完成实验，作好光路图，并测量相关物理量，计算出玻璃砖的折射率．他重新放上玻璃砖，发现玻璃砖的出射面实际应为c′d′，如图中虚线所示，c′d′∥cd.则他计算出的折射率比真实值________(选填“偏大”“偏小”或“不影响结果”)．
测定玻璃折射率的基本思路
(1)确定一条从空气斜射入玻璃(或者从玻璃斜射入空气)的光路．
(2)通过作图确定入射角和折射角．
(3)由折射率的定义n＝计算出玻璃的折射率.
类型二 实验数据处理
典例示范
例2 在“测定玻璃的折射率”的实验中，
(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了缺刻度尺还少了一种器材，请你写出所缺器材的名称：________．老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置________(选填“A”“B”或“C”)．
(2)小朱利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直线，他在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖，使其圆心与O重合，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线．其中他确定P3大头针位置的方法应当是________．操作完成后，他用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)，则他测出玻璃砖的折射率n＝________．
课堂笔记
针对训练3 用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时，先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2，然后在玻璃砖的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4，使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及P1和P2的像，在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线．
(1)在图上补画出所需的光路．
(2)为了测出玻璃的折射率，需要测量入射角和折射角，请在图中的AB分界面上画出这两个角．
(3)用所测物理量计算折射率的公式为n＝________．
(4)为了保证在弧面CD得到出射光线，实验过程中，光线在弧面AB的入射角应适当________(选填“小一些”“无所谓”或“大一些”)．
(5)多次改变入射角，测得几组入射角和折射角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝________．
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1．某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的折射率时，先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的圆，圆心为O，将玻璃圆柱平放在白纸上，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，再在另一侧先后插两枚大头针P3和P4，使从另一侧隔着玻璃观察时，大头针P4和P3与P2和P1的像恰好在一直线上，移去玻璃圆柱和大头针后，在白纸上得到大头针的位置及玻璃圆柱的轮廓如图所示．
(1)画出沿P1和P2连线方向的入射光线通过玻璃圆柱后的传播方向．
(2)画出光线在玻璃圆柱内的传播方向．
(3)在光线的入射点作法线，标出入射角θ1和折射角θ2.
(4)写出计算玻璃折射率的公式________(不必计算)．
2．如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，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，分别在d、e两点，如图乙所示．计算折射率时，用________(选填“d”或“e”)得到的值较小，用________(选填“d”或“e”)点得到的值误差较小．
3.某同学在利用“插针法”测定一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针．他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验．如图所示．他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射．
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是_____________________________________________．
(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中θ1＝30°，θ2＝45°，则玻璃的折射率约为________．
A．1.41 B．1.73
C．1.22 D．1.58
2．实验：测量玻璃的折射率
实验必备·自主学习
一、
2．光的折射
二、
玻璃砖
三、
插针法
四、
1．白纸
2．法线 入射光线
3．直尺
5．像 挡住 挡住
精析典例·提升能力
类型一
【例1】 【解析】 (1)为了减小实验误差，选用的玻璃前后表面间距应尽量大些，即使玻璃砖内的折射光线尽量长些，A正确；测定折射率时，只需找出入射光线和折射光线，因此玻璃砖的两光学表面可以不平行，B错误；为了减小实验误差应选用较细的大头针完成实验，C错误；两枚大头针之间的距离尽量大些，描绘出的光线误差会较小些，D正确．
(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确．
(3)由折射定律可知n＝＝＝.
【答案】 (1)AD (2)D (3)
针对训练1 解析：实验中，在插P3时，应同时挡住P1、P2的像；在插P4时，应同时挡住P3和P1、P2的像．故选C.
答案：C
针对训练2 解析：(1)上述步骤中有错误的步骤序号：d、e；对应正确的操作：d.在cd面一侧插针P3，使之挡住P1和P2的像；e.插针P4，使之挡住P3和P1、P2的像．
(2)重新放上玻璃砖，发现玻璃砖的出射面实际应为c′d′，由图可知折射角的测量值比真实值要小，由n＝可知计算出的折射率比真实值偏大．
答案：(1)d.透过玻璃砖观察，在cd面一侧插针P3，使之挡住P1和P2的像；e.插针P4，使之挡住P3和P1、P2的像 (2)偏大
类型二
【例2】
【解析】 (1)还缺少大头针；依据光的折射定律，及玻璃砖上下表面平行，那么出射光线与入射光线相互平行，因此第四枚大头针应在图乙中的位置B处，如图所示：
(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像；
如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得：入射角和折射角的正弦值分别为：sin i＝，sin r＝
其中CO＝DO，则折射率n＝＝＝＝1.5.
【答案】 (1)大头针 B (2)挡住P1、P2的像 1.5
针对训练3 解析：(1)连接P3、P4与CD交于一点，此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻璃砖中的光路．
(2)
连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，入射光线与法线的夹角为入射角，折射光线与法线的夹角为折射角．
(3)由折射定律可得n＝.
(4)为了保证能在弧面CD上有出射光线，实验过程中，光线在弧面AB上的入射角应适当小一些，才不会使光线在CD面上发生全反射．
(5)图像的斜率k＝＝n，由题图乙可知斜率为1.5，即该玻璃的折射率为1.5.
答案：(1)(2)见解析图 (3) (4)小一些 (5)1.5
课堂检测·素养提升
1．解析：过P1、P2作直线交圆周于O1点，过点O1作法线O1O；过P3、P4作直线为出射光线，交圆周于O2点；过点O2作法线O2O.连接O1O2为入射光线在玻璃圆柱内的折射光线．量出入射角θ1和折射角θ2，由公式n＝可求出折射率．
答案：(1)(2)(3)如图所示 (4)n＝
2．解析：如题图所示，连接d、c和e、c并延长至玻璃砖的光学面与白纸的交线，交点为出射点，入射点与出射点的连线即为折射光线，入射角一定，用d点时，折射角大，折射率小．对于两光学面平行的玻璃砖，入射光线和出射光线平行，e、c连线与入射光线平行，故用e点计算折射率时得到的值误差较小．
答案：d e
3．解析：(1)四根针应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1.
(2)在MP界面，光的入射角为30°，折射角为45°，则玻璃的折射率：n＝＝≈1.41，故选项A正确．
答案：(1)P4、P3、P2、P1 (2)A3．全反射
新课程标准 核心素养目标
1.知道光的全反射现象及其产生的条件 2．初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用 物理观念 知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念
科学思维 理解全反射的条件，能计算有关问题和解释相关现象
科学态度 与责任 了解全反射棱镜和光导纤维的工作原理以及在生产生活中的应用
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、全反射
1.光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率________的介质称为光疏介质．
(2)光密介质：折射率________的介质称为光密介质．
2．全反射
(1)全反射及临界角的概念：
①全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．当入射角增大到某一角度，使折射角达到________时，折射光________，只剩下反射光的现象．
②临界角：刚发生全反射(即折射角等于____________)时的____________，用字母C表示．
(2)全反射的条件：
①光由________介质射入________介质．
②入射角________或________临界角．
(3)临界角与折射率的关系：
①定量关系：光由某种介质射入空气(真空)时，sin C＝________.
②定性关系：介质的折射率越大，发生全反射的临界角____________，越容易发生全反射．
二、全反射棱镜
1．形状：截面为________三角形的棱镜．
2．对光路的控制
三、光导纤维
1．导光的原理：当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生________，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播．
2．组成：________和外套．
3．主要优点：________容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等．
【思考辨析】 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)光密介质是指密度大的介质．( )
(2)光由光疏介质射入光密介质后速度减小．( )
(3)光由光疏介质射入光密介质时才可能发生全反射．( )
(4)临界角与折射率成反比．( )
提升：
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 全反射
探究总结
1.全反射的条件
要发生全反射，必须同时具备两个条件：
(1)光从光密介质射入光疏介质．
(2)入射角等于或大于临界角．
2．临界角与折射率的关系
(1)定量关系：光由介质射入空气(或真空)时，sin C＝.
(2)定性关系：光从光密介质射入光疏介质，光密介质的折射率越大，发生全反射的临界角就越小，越容易发生全反射．
3．因为介质的折射率与光的颜色有关，所以临界角不仅与介质有关，还与光的颜色有关．
典例示范
例1 [全反射现象的理解与判断]一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则下列说法正确的是( )
A．介质1的折射率最大
B．介质2是光密介质
C．光在介质2中的速度最大
D．当入射角由45°逐渐增大时，在2、3分界面上可能发生全反射
课堂笔记
例2 [运用全反射计算折射率]如图为一半径为R的透明半球体过球心O的横截面，横截面上P点到直径MN间的垂直距离为d＝R.一细光束沿PO方向从P点入射，经过面MON恰好发生全反射．若此光束沿平行MN方向从P点入射，从圆上Q点射出，光在真空中的传播速度为c，求：
(1)透明半球体的折射率n；
(2)沿MN方向从P点入射的光在透明半球体中的传播时间t.
解决全反射问题的思路
(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质．
(2)若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin C＝确定临界角，看是否发生全反射．
(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路图”．
(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换进行动态分析或定量计算．
针对训练1 为了表演《隐形的大头针》节目，某同学在半径为r的圆形软木片中间垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示．已知水的折射率为，为了保证表演成功即在水面上看不到大头针，大头针末端离水面的最大距离h为( )
A．r B．r
C．rD．r
针对训练2 [2021·河北卷，节选]将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示．用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ.当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出；射出位置与A的圆心相比下移h.不考虑多次反射．求：
(1)半圆柱体对该单色光的折射率；
(2)两个半圆柱体之间的距离d.
探究点二 全反射的应用
探究总结
1.全反射棱镜
横截面是等腰直角三角形的棱镜是全反射棱镜．它在光学仪器里，常用来代替平面镜，改变光的传播方向．光通过全反射棱镜时的几种方式：
入射方式 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向 改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
2.光导纤维：用光密介质(相对外套)制成的用来传导光信号的纤维状的装置．
(1)光纤原理：“光纤通信”利用了全反射原理．
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，一定程度上可以弯折，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套组成．
如图所示，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，使反射光的能量最强，实现远距离传送．
(2)光纤的应用：携带着数码信息、电视图像、声音等的光信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信．
典例示范
例3 由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？(假设光纤外套折射率与空气相同)
例4 空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项中给出了两个棱镜的四种放置方式的示意图，其中能满足题意的是( )
课堂笔记
针对训练3 [2022·上海复兴中学阶段测试](多选)如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、集市、庙宇等出现在空中，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，这就是“蜃景”．下列有关“蜃景”的说法中正确的是( )
A.海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C．A是“蜃景”，B是景物
D．C是“蜃景”，D是景物
针对训练4 光导纤维是利用光传播时在其内芯与外套的界面发生全反射来传输光信号的．如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n，一束激光从它的左侧端面射入，又从它的右侧端面射出，调整激光束的入射方向，可测得激光束在直光导纤维中经历的最短时间为t1，最长时间为t2，求t1与t2之比．
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1．如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，如图所示．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了( )
A．光的全反射 B．光的衍射
C．光的干涉 D．光的折射
2．如图所示是一个用折射率n＝2.4的透明介质做成的四棱镜的截面图．其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°.现有一条光从图中所示的位置垂直入射到棱镜的AB面，A、B、C、D四个图中完整表示光行进的过程是( )
3．(多选)如图所示，一束光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b.下列判断正确的是( )
A．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在玻璃砖中，a光的波长大于b光的波长
C．在玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D.逐渐增大入射角，a光将比b光先发生全反射
4．如图甲所示，为研究一半圆柱体透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成θ角，由光学传感器CD可以探测反射光的强度．实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示．光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中( )
A．折射率为
B．传播速度为c
C．θ＝0°时，反射光强度为0
D．反射光的强度随θ角的增大而增大
5.如图所示，一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱，玻璃砖长为L.一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖，且覆盖玻璃砖整个上表面，已知玻璃砖对该单色光的折射率为n＝，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，求：
(1)单色光在玻璃砖中的传播速度；
(2)半圆柱面上有光射出的表面积．
3．全反射
必备知识·自主学习
一、
1．(1)较小 (2)较大
2．(1)90° 完全消失 90° 入射角
(2)光密 光疏 等于 大于 (3) 越小
二、
1．等腰直角
三、
1．全反射
2．内芯
3．光纤传输
思考辨析
答案：(1)× (2)√ (3)× (4)×
关键能力·合作探究
探究点一
【例1】 【解析】 A错：由题图可知，光从介质1射入介质2中折射角大于入射角，则n1>n2.光从介质2射入介质3中折射角小于入射角，则n2n1，所以有n3>n1>n2，即介质3的折射率最大．
B错：由对A的分析可知，2相对1和3是光疏介质．
C对：根据公式v＝，因为介质2的折射率最小，所以光在介质2中的传播速度最大．
D错：当入射角由45°逐渐增大时，光从2到3是从光疏介质到光密介质，在此界面上不会发生全反射．
【答案】 C
【例2】
【解析】 (1)设透明半球体的临界角为C，光路如图所示：
则由几何关系有：sin (90°－C)＝，
又有：sin C＝，
解得：C＝45°，n＝.
(2)光在P点的入射角i＝90°－θ＝45°，
设对应的折射角为r，则＝n，
解得：r＝30°.
光在透明半球体中的传播距离L＝2R cos r，
光在透明半球体中的传播时间t＝，
光在透明半球体中的传播速度v＝，
联立解得：t＝.
【答案】 (1) (2)
针对训练1 解析：大头针末端射到软木片边缘的光线恰好发生全反射时，在水面上看不到大头针，且大头针末端离水面的距离最大，此时sin C＝，又sin C＝，解得h＝r，A正确．
答案：A
针对训练2 解析：(1)当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出，即刚好发生全反射，故临界角C＝60°
由临界角公式可知sin C＝
解得n＝＝＝.
(2)如图所示，当θ＝30°时，光线由A右侧射出的折射角为r，则由折射定律有n＝
解得sin r＝，由光路可逆可知，光线进入玻璃砖B的折射角仍为30°，所以出射点到半圆柱体B左侧中心法线的距离为
h1＝R sin 30°＝
所以两半圆柱体圆心错开的距离为h2＝h－h1＝h－
由几何关系有sin r＝
解得d＝(h－)．
答案：(1) (2)(h－)
探究点二
【例3】 【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．
折射定律n＝
由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sin θ2＝cos θ3
由全反射临界角公式sin θ3＝，故cos θ3＝
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，
应有θ1＝90°，sin θ1＝1，
故n＝＝＝＝，解得n＝.
【答案】
【例4】 【解析】 四个选项产生的光路效果如图所示．
【答案】 B
针对训练3 解析：沙漠里下层空气温度比上层高，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，远处的景物发出的光线射向沙漠地表时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入下层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回空气，人们逆着光线看去，就会看到倒立的景物，从而产生了沙漠“蜃景”现象．海面上的上层空气的温度比下层空气的温度高，故海面上的上层空气的折射率比下层空气的折射率要小，近处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层返回折射率较大的下一层，从而产生“蜃景”现象．故A、C、D正确，B错误．
答案：ACD
针对训练4 解析：激光束垂直左侧端面射入时，激光束在直光导纤维中经历的时间最短，由t1＝及n＝，解得t1＝.
要使激光束在直光导纤维内经历的时间最长，就要求激光束在直光导纤维内的路程最长，这就要求每一次反射时，入射角θ最小，即入射角θ恰为临界角C.当θ＝C时，激光束的路程最长，所用时间也最长，此时激光束在沿直光导纤维方向的速度分量为v sin θ，设光速为c，由L＝(v sin C)t2及n＝、sin C＝，解得t2＝，故＝.
答案：
课堂检测·素养提升
1．解析：光在光导纤维中传播时，其入射角大于或等于临界角，光线只能在光导纤维中传播折射不出去，是利用了光的全反射，A正确．
答案：A
2．解析：光从左侧垂直射向AB面时，部分光发生反射，沿原路返回，部分光射入棱镜，传播方向不变；光射到CD面时，由几何知识得入射角为i＝30°，设该棱镜的临界角为C，则sin C＝<，故有C<30°，所以光在DC面上发生了全反射；由几何知识分析得到，光射到AB面上时入射角为i′＝60°，发生全反射；光射到BC面上，与BC面垂直，所以既有光垂直BC面射出，又有光从BC面反射，根据光路的可逆性可知，这个反射光沿原路返回，故D正确．
答案：D
3．解析：A对：因为b光的偏折程度大于a光，所以玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率．
B、C对：由公式n＝可知，在玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度，再根据v＝＝λf，所以λ＝，所以在玻璃砖中，a光的波长大于b光的波长．
D错：由于玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，根据sin C＝可知，b光的临界角小于a光的临界角，所以逐渐增大入射角，b光将比a光先发生全反射．
答案：ABC
4．解析：根据图像可得当θ＝60°时激光发生全反射，根据折射定律得n＝＝，故A错误；根据速度公式v＝＝c，故B正确；θ＝0°时大量的激光从O点射出，少量激光反射经过C点，故C错误；根据图像可得当θ＝60°时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D错误．
答案：B
5．解析：
(1)由n＝得v＝≈2.12×108 m/s
(2)光线经过玻璃砖上表面到达下方的半圆柱面，出射时可能发生全反射，光路如图设发生全反射的临界角为C，由sin C＝得C＝
则半圆柱面上有光线射出的表面积为S＝2CRL
得S＝RL.
答案：(1)2.12×108 m/s (2)RL4.光的干涉
新课程标准 核心素养目标
1.观察光的干涉现象 2．了解光的干涉现象产生的条件 3．知道光的干涉现象在生产生活中的应用 物理观念 知道光的干涉现象和干涉条件，并能从光的干涉现象中说明光是一种波
科学思维 理解杨氏双缝干涉实验亮暗条纹产生的条件．了解薄膜干涉现象，并了解薄膜干涉的应用
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、光的双缝干涉
1.物理史实：1801年，英国物理学家________成功地观察到了光的干涉现象，开始让人们认识到光的波动性．
2．双缝干涉实验
(1)实验过程：让一束平行的________光投射到一个有两条狭缝S1和S2的挡板上，狭缝相距很近，狭缝就成了两个波源，它们的频率、相位和振动方向总是________的，两个光源发出的光在挡板后面的空间互相叠加发生________．
(2)实验现象：在屏上得到________的条纹．
(3)实验结论：光是一种波．
二、干涉条纹和光的波长之间的关系
1．决定条纹明暗的条件
(1)当两个光源与屏上某点的距离之差等于波长λ的________倍时，两列光波在这点相互加强，出现________．
(2)当两个光源与屏上某点的距离之差等于半波长的________倍时，两列光波在这点相互减弱，出现________．
2．亮条纹中心的位置：x＝________(n＝0，±1，±2，…)
3．相邻两条亮条纹或暗条纹的中心间距：Δx＝________．
三、薄膜干涉
1．相干光：光照射到透明薄膜上，从薄膜的两个表面________的两列光波．
2．图样特点：同双缝干涉，同一条亮(或暗)纹对应薄膜的________相等．单色光照射薄膜时形成明暗相间的条纹，白光照射薄膜时，形成彩色条纹．
3．薄膜干涉在技术上的应用．可以在光学元件的表面镀一层特定厚度的薄膜，增加光的________或者________，还可以利用________的原理对镜面或其他精密的光学平面的平滑度进行检测．
【思考辨析】 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)直接用强光照射双缝，发生干涉．( )
(2)两只手电筒射出的光束在空间相遇，能观察到光的干涉现象．( )
(3)若用单色光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．( )
(4)若用白光作光源，干涉条纹是明暗相间的条纹．( )
(5)频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定．( )
情境思考：
灯泡发出的光经挡板上的双缝后，形成如图所示的明暗相间的条纹，这时是什么现象？
提示：干涉现象．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 光的双缝干涉
探究总结
1.双缝干涉的实验装置示意图
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，如果用激光直接照射双缝，可省去单缝屏．托马斯·杨那时没有激光，因此他用强光照射一条狭缝，通过这条狭缝的光再通过双缝产生相干光．
3．双缝屏的作用
平行光照射到单缝S上，又照射到双缝S1、S2上，这样一束光被分成两束频率相同、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
(1)亮条纹的条件：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…)．
(2)暗条纹的条件：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＝1，2，3…)
5．干涉条纹和光的波长之间的关系
相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距是Δx＝λ.
典例示范
例1 [干涉图样的理解]利用如图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样．下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
图1
图2
A.甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
课堂笔记
例2 [双缝干涉中明暗条纹位置的判断]如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙光光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P处上方的P1处为第一级亮条纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)，现换用波长为400 nm的紫光光源照射单缝，则( )
A．P和P1处仍为亮条纹
B．P处为亮条纹，P1处为暗条纹
C．P处为暗条纹，P1处为亮条纹
D．P、P1处均为暗条纹
课堂笔记
例3 [关系式Δx＝λ的应用](多选)如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以( )
A．减小S1与S2的间距
B．减小双缝到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将整个装置放在水中
课堂笔记
针对训练1 [教材变式P94(练习与应用)T3]如图所示，在双缝干涉实验中，S1、S2为双缝，P是光屏上的一点，已知P到S1、S2的距离之差为2.1 μm，现分别用A、B两束单色光在空气中做双缝干涉实验．
(1)若A光在折射率为n＝1.5的介质中波长为4×10－7 m，则P点是亮条纹还是暗条纹；
(2)若B光在某介质中的波长为3.15×10－7 m，当B光从这种介质射向空气时，临界角为37°，则P点是亮条纹还是暗条纹．(sin 37°＝0.6)
探究点二 薄膜干涉及其应用
探究总结
1.薄膜干涉中应注意的问题
(1)薄膜：空气膜或油膜、肥皂膜等．
(2)相干光：经膜的前、后表面反射的光频率相同、相位差恒定、振动方向相同．
(3)观察区域：入射光一侧．
(4)条纹特点：同一条干涉亮(暗)条纹对应膜的厚度相同．
2．增透膜和增反膜
(1)增透膜：膜的折射率小于光学元件折射率，增透膜的厚度为光在介质中波长的，使经膜的前、后表面反射的光相互干涉减弱，即减少反射光、增加透射光．
(2)增反膜：膜的折射率大于光学元件折射率，在前表面反射光存在半波损失，故增反膜的厚度也为光在介质中波长的，使经膜的前、后表面反射的光相互干涉加强，即增加反射光、减少透射光．
典例示范
例4 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(在灯芯上洒些盐)，图乙是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属线圈．将金属线圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转，观察到的现象是( )
A.当金属线圈旋转30°时，干涉条纹同方向旋转30°
B.当金属线圈旋转45°时，干涉条纹同方向旋转90°
C.当金属线圈旋转60°时，干涉条纹同方向旋转30°
D.干涉条纹保持不变
课堂笔记
例5 市场上有一种灯具俗称“冷光灯”用它照射物体时能使被照物体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薄膜(例如氟化镁)，这种膜能消除玻璃表面反射回来的产生热效应最显著的红外线，以λ表示此红外线在薄膜中的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为( )
A． B． C． D．λ
课堂笔记
针对训练2 下列四幅图中，有1幅与其余3幅反映的光学原理不同，这幅图是( )
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1.关于光的干涉，下列说法中正确的是( )
A．在单色光的双缝干涉现象里，相邻的两个明条纹和相邻的两个暗条纹的间距是不等的
B．在单色光的双缝干涉现象里，把入射光波长变短，相邻两个明条纹间距离将变宽
C．只有频率相同的两列光波才能产生干涉
D．频率不同的两列光波也能产生干涉现象，只是不稳定
2．如图所示为一显示薄膜干涉现象的实验装置，P是附有肥皂薄膜的铁丝圈，S是一点燃的酒精灯，往火焰上撒些盐后，在肥皂膜上观察到的干涉图像应是下列图中的( )
3．如图所示是用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，光的传播路径与方向可能正确的是( )
4.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
5．用氦氖激光器进行双缝干涉实验，将装置放入折射率为的某种油中来进行干涉实验．测得双缝间距离d＝0.1 mm，双缝到屏的距离l＝0.6 m．已知氦氖激光器发出的红光在空气中的波长为6.3×10－7 m.问这时屏上的条纹间距是多少？
4．光的干涉
必备知识·自主学习
一、
1．托马斯·杨
2．(1)单色 相同 干涉现象 (2)明暗相间
二、
1．(1)整数 亮条纹 (2)奇数 暗条纹
2．nλ
3.λ
三、
1．反射 2.厚度 3.透射 反射 薄膜干涉
思考辨析
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×
关键能力·合作探究
探究点一
【例1】 【解析】 单缝衍射图样的中央条纹亮且宽，相邻条纹间距不等；双缝干涉图样中相邻条纹间距相等．根据题目中给出的甲、乙两种图样可知，甲是单缝衍射的图样，乙是双缝干涉的图样．
【答案】 A
【例2】 【解析】 从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意知屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P处的路程差为零，因此是亮条纹．因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多长，P处都是中央亮条纹．而P1处到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ橙，则两列光波到达P1处振动情况完全一致，振动得到加强，因此出现亮条纹．当换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1－P1S2|＝600 nm＝λ紫，则两列光波到达P1处时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1处时相互削弱，因此出现暗条纹．
【答案】 B
【例3】 【解析】 A对：根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距变大．
B错：根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，减小双缝到屏的距离，即l减小，则干涉条纹间距变小．
C对：根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大．
D错：因为v＝，λ＝，则光进入水中的波长λ′＝＝＝，光进入水中波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ知，波长变短，则干涉条纹间距变小．
【答案】 AC
针对训练1 解析：(1)由于光从一种介质进入另一种介质中频率不变，
故λA＝nλ1＝6×10－7 m
根据PS1－PS2＝kλA
求得k＝3.5
于是P点出现暗条纹
(2)对B光由临界角为37°可知
n1＝＝
故λB＝n1λ2＝5.25×10－7 m
根据PS1－PS2＝k1λB
求得k1＝4
于是P点出现亮条纹
答案：(1)暗条纹 (2)亮条纹
探究点二
【例4】 【解析】 金属线圈的转动，改变不了肥皂液膜的上薄下厚的形状，由干涉原理可知干涉条纹与金属线圈在该竖直平面内的转动角度无关，仍然是水平的干涉条纹．
【答案】 D
【例5】 【解析】 当薄膜的最小厚度为红外线在薄膜中波长的时，从两表面反射的光其光程差恰好为λ，则两反射光叠加时，相互抵消，这样就减小了反射光的强度．故选B.
【答案】 B
针对训练2 解析：增透膜是利用光的干涉原理；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的薄膜干涉现象；C选项为双缝干涉；D选项为单缝衍射，故D符合题意．
答案：D
课堂检测·素养提升
1．解析：在单色光的双缝干涉现象里，相邻两明条纹和相邻两暗条纹的间距是相等的，选项A错误；对于同一干涉装置，入射光的波长越长，相邻两个明条纹的间距越大，因此，把入射光波长变短，条纹间距变窄，故选项B错误；两列光波产生干涉，频率必须相同，故选项C正确，D错误．
答案：C
2．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，所以干涉条纹应是水平的．
答案：D
3．解析：从干涉图样可知a光的波长大于b光的波长，因此a光的频率小于b光的频率，所以b光的折射率更大．选项A应是左侧为b光，右侧为a光；选项B中射出的两光线都应与复色光平行，A、B错误；由于b光的折射率更大，所以b光的临界角更小，更容易发生全反射，C错误，D正确．
答案：D
4．解析：＝＝1.5＝.
P1点对橙光：Δr＝n·λ橙，
对紫光：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．
答案：B
5．解析：先求光在这种油中的波长λ′.由v＝λ′f得f＝.而波的频率与介质无关，则有＝，又因n＝，联立以上各式解得λ′＝＝ m≈4.7×10－7 m．则实验中干涉条纹间距为Δx＝λ′＝ m＝2.8×10－3 m＝2.8 mm.
答案：2.8 mm5.实验：用双缝干涉测量光的波长
新课程标准 核心素养目标
会用双缝干涉实验测量光的波长 物理观念 通过进行“用双缝干涉测量光的波长”实验，加深对双缝干涉图样的认识和理解
实验属性 学生必做实验 科学态度与责任 认识物理实验和数学工具在物理发展过程中的作用
实验必备·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、实验思路
1．双缝干涉实验装置示意图．
2．光源发出的光经滤光片(装在单缝前)成为________光，把单缝照亮→单缝相当于一个________→把双缝照亮．来自双缝的光在双缝右边的空间发生________．
3．遮光筒的一端装有________，可以在这个屏上观察到________．
4．由λ＝Δx计算出光的波长．(注意：透镜的作用是使射向单缝的光更集中)
二、物理量的测量
1．l的测量：双缝到屏的距离l可以用________测出．
2．Δx的测量：相邻两条亮条纹间的距离Δx需用________测出．
(1)两种测量头
(2)测量方法
使分划板的中心刻线与亮条纹的中心对齐(如图)，记下此时手轮上的读数．然后转动________，使分划板中心刻线与另一相邻亮条纹的中心对齐，再次记下手轮上的读数．两次读数之差表示这两条________间的距离Δx.
为了减小测量误差，可测出n个亮条纹间的距离a，再求出相邻两个亮条纹间的距离Δx＝________．
三、进行实验
1．使单缝与双缝相互________，尽量使缝的中点位于遮光筒的________上．
2．做好以上调整后，在单缝与光源之间放上滤光片就可以观察到________光的双缝干涉图样(如图)
3．测量双缝到屏的距离l和相邻两条________间的距离Δx.
4．分别改变滤光片的________和双缝的距离，观察干涉条纹的________，并求出相应的波长．
四、数据分析
1．收集数据填入下表(Δx由Δx＝求出)
实验次数 双缝间的距离d 双缝到光屏的距离l 相邻条纹的平均间距Δx
1
2
3
2.根据λ＝Δx算出波长．
精析典例·提升能力——突出综合性 素养形成
类型一 实验原理及实验步骤
探究总结
操作步骤：
(1)如图所示，在光具座上把各光学原件装配好．
(2)从遮光筒上取下双缝，打开电源，调节光源的高度，直到光束能沿遮光筒的轴线射到毛玻璃光屏的中心．
(3)放上单缝和双缝，使它们的距离为5～10厘米，并保持缝相互平行．注意各光学元件中心应大致位于遮光筒的轴线上．
(4)观察屏上的白光干涉条纹的特点．给光源加上不同的滤光片，看条纹的色彩、间距发生了什么变化，相邻亮条纹(或暗条纹)的间距是否相等．
(5)记下双缝间的距离d和双缝到光屏的距离l.
(6)转动手轮，先使分划板的中心刻线对准某条亮纹中心，如图所示，记下此时的读数．继续转动手轮，使分划板中心刻线移过n条条纹，对齐另一亮纹中心，再记下此时的读数．转动手轮进行测量时，一次测量中不要反向旋转．
(7)把测量结果记录在数据表格中，算出两次读数之差，求出相邻亮条纹(或暗条纹)的平均间距Δx.求出光的波长．
典例示范
例1 在“用双缝干涉测量光的波长”实验中．
(1)在观察红光的干涉图样时，现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、滤光片D、单缝E等光学元件，将白光光源C放在光具座最右端，依次放置其他光学元件，由右至左，表示各光学元件的字母排列顺序应为：________(选填“①”或“②”)．
①C、D、E、B、A ②C、D、B、E、A
(2)一同学通过测量头的目镜观察单色光的干涉图样时，发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，如图所示．若要使两者对齐，该同学应________．
A．仅左右转动透镜 B．仅旋转单缝
C．仅旋转双缝 D．仅旋转测量头
(3)为了使测得单色光的条纹间距增大，在其他条件不变的情况下，以下做法合适的是________．
A．增大单缝与双缝间距
B．增大双缝与毛玻璃屏间距
C．更换双缝间距更小的双缝片
D．增强光源亮度
课堂笔记
针对训练1 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间距离有关
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亮条纹中心时，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______(选填“大于”“小于”或“等于”)实际值．
类型二 数据处理
典例示范
例2 如图甲所示是利用双缝干涉测量某单色光波长的实验装置，测得双缝到毛玻璃屏的距离l为0.2 m、双缝间的距离d为0.4 mm，图乙是通过该仪器的观测装置看到的毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5…是亮条纹的编号，图丙、图丁是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图丙是测第1号亮条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为________ mm.图丁是测第4号亮条纹的位置，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，相邻两条亮条纹间的距离Δx＝________ mm，计算波长的数学表达式λ＝________，被测光的波长为________ nm.
处理数据时有三个关键：一是正确读取测量头的示数；二是明确Δx＝中各个字母的含义，特别注意要与具体的条纹结合起来进行判断；三是注意单位换算和有效数字的保留．
针对训练2 在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，将双缝干涉实验仪按要求安装在光具座上，如图所示，并选用缝间距d＝0.2 mm的双缝片．从仪器注明的规格可知，像屏与双缝片间的距离L＝700 mm.接通电源使光源正常工作．
(1)M，N、P三个光学元件依次为________．
A．滤光片、单缝片、双缝片
B．滤光片、双缝片、单缝片
C．偏振片、单缝片、双缝片
D．双缝片、偏振片、单缝片
(2)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甲所示，图中的数字是该同学给各暗条纹的编号，此时图乙中游标卡尺上的读数x1＝1.16 mm；接着再转动手轮，映入眼帘的干涉条纹如图丙所示，此时图丁中游标卡尺上的读数x2＝________ mm.
(3)利用上述测量结果，经计算可得两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离Δx，进而计算得到这种色光的波长λ＝________ nm.
针对训练3 (1)(多选)利用甲图所示装置研究光的某些现象，下列说法正确的是________．
A．若在光屏上得到的图样如(a)图所示，则光源和光屏间放置的是单缝挡板
B．若光源和光屏间放置的是双缝挡板，光源由红光换作蓝光后，图样的条纹宽度会变窄
C．若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，则红光最有可能照射不到光屏上
D．若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，则紫光最有可能照射不到光屏上
(2)用双缝干涉测量某单色光的波长时，所得图样如乙图所示，调节仪器使分划板的中心刻线对准一条亮条纹A的中心，测量头卡尺的示数如丙图所示，其读数为________ mm，移动手轮使分划板中心刻线对准另一条亮条纹B的中心，测量头卡尺的示数为18.6 mm.已知双缝挡板与光屏间距为0.6 m，双缝相距0.2 mm，则所测单色光的波长为________ m.
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1.在“用双缝干涉测量光的波长”的实验中，用如图所示装置测量红光的波长：
(1)图中标示的器材“A”应为________．
(2)(多选)下列操作正确的是________．
A．先调节光源高度，观察到光束沿遮光筒的轴线传播后再装上测量头
B．接通电源前把输出电压调到小灯泡额定的电压
C．观察到条纹比较模糊，可以调节拨杆进行调整
D．测量条纹间距时，目镜分划板中心刻度线与亮纹边缘重合
(3)下列图示中条纹间距表示正确的是________．
2．“用双缝干涉测量光的波长”是光学中的一个重要实验，通过本实验测出双缝到屏间的距离l、双缝间的距离d及相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距Δx，就可以计算出光的波长λ，其公式是________．如图，把氦—氖激光器及双缝干涉仪放在特制的介质折射率为的装置中，在屏上得到一干涉图样，事先测得双缝到屏间的距离为10.8 m，双缝间的距离为0.44 mm，现测得7条亮条纹间的距离为9.0 cm，则此激光在真空中的波长为______ m.
3．用某种单色光做双缝干涉实验时，已知双缝间距离d＝0.20 mm，双缝到毛玻璃屏间的距离L＝75.0 cm，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条明条纹中心．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条明条纹中心，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，该单色光的波长是________ mm.
5．实验：用双缝干涉测量光的波长
实验必备·自主学习
一、
2．单色 线光源 干涉
3．毛玻璃屏 干涉条纹
二、
1．刻度尺
2．测量头 (2)测量头 亮条纹
三、
1．平行 轴线
2．单色
3．亮条纹
4．颜色 变化
精析典例·提升能力
类型一
【例1】 【解析】 (1)为了获取单色的线光源，光源后面应放置滤光片、单缝，单缝形成的线光源经过双缝产生干涉现象，在光屏上可以观察到干涉条纹，因此，由右至左，各光学元件排列顺序应为白光光源C、滤光片D、单缝E、双缝B、毛玻璃屏A，故为C、D、E、B、A，故选①.(2)发现里面的亮条纹与分划板竖线未对齐，若要使两者对齐，该同学应调节测量头，故A、B、C错误，D正确．(3)依据双缝干涉条纹间距Δx＝λ，要使Δx增大，可以增大l，或减小d，还可以增大λ，与单缝和双缝间距及光的强度无关，故B、C正确，A、D错误．
【答案】 (1)① (2)D (3)BC
针对训练1 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0.5 mm，可动刻度读数为20.2×0.01 mm＝0.202 mm，所以测量结果为0.5 mm＋0.202 mm＝0.702 mm.
(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．
答案：(1)ACD (2)0.702 (3)大于
类型二
【例2】 【解析】 题图丙是测第1号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为0.5 mm＋0.01×1.0 mm＝0.510 mm.
题图丁是测第4号亮条纹的位置，此时千分尺的读数为1 mm＋0.01×48.5 mm＝1.485 mm
相邻两条亮条纹间的距离
Δx＝ mm＝0.325 mm
根据双缝干涉条纹的间距公式Δx＝λ，得λ＝
代入数据得
λ＝ m＝6.5×10－7 m＝650 nm
【答案】 0.510 1.485 0.325 650
针对训练2 解析：(1)双缝干涉实验是让单色光通过双缝在光屏上形成干涉图样，所以让白炽灯光通过滤光片形成单色光，再经过单缝形成相干光，然后通过双缝形成干涉条纹．故M、N、P依次为滤光片、单缝片、双缝片．
(2)图丙中，游标卡尺的主尺读数为15 mm，游标尺读数为1×0.02 mm＝0.02 mm，所以最终读数为x2＝15.02 mm.
(3)两相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离
Δx＝＝ mm＝2.31 mm，
根据Δx＝λ，得：
λ＝＝ m＝6.6×10－7 m＝660 nm.
答案：(1)A (2)15.02 (3)660
针对训练3 解析：(1)若在光屏上得到的图样如(a)图所示为干涉条纹，则光源和光屏间放置的是双缝挡板，不是单缝，A错误；若光源和光屏间放置的是双缝挡板，光源由红光换作蓝光后，依据干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，波长变短，图样的条纹宽度会变窄，B正确；若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，红光偏折最小，则红光最有可能照射到光屏上，C错误；若光源和光屏间放置的是三棱镜，光源能发出红、绿、紫三色光，紫光偏折最大，则紫光最有可能照射不到光屏上，D正确．
(2)由题图丙所示可知，游标卡尺示数为：11 mm＋4×0.1 mm＝11.4 mm，条纹间距为：Δx＝×(18.6－11.4) mm＝1.8 mm＝1.8×10－3 m，由双缝干涉条纹公式有：Δx＝λ，代入数据解得：λ＝6.0×10－7 m.
答案：(1)BD (2)11.4 6.0×10－7
课堂检测·素养提升
1．解析：(1)题图中标示的器材“A”应为红色滤光片．
(2)根据“用双缝干涉测量光的波长”的实验操作步骤可知，安装器材的过程中，先调节光源高度，观察到光束沿遮光简的轴线传播后再安装单缝、双缝以及装上测量头，故A正确；若要小灯泡正常发光，则接通电源前把输出电压调到小灯泡的额定电压，故B正确；观察到条纹比较模糊，可能是单缝与双缝不平行，可以调节拨杆进行调整，故C正确；测量条纹间距时，目镜分划板中心刻度线与亮纹的中心重合，故D错误．
(3)干涉条纹的间距为两个相邻的亮条纹(或暗条纹)的中心之间的距离，故图C是正确的，图A、B、D错误．
答案：(1)红色滤光片 (2)ABC (3)C
2．解析：由Δx＝λ可知λ＝，Δx＝ cm＝1.5 cm，又n＝，联立以上各式并代入数据得λ真≈8.15×10－7 m.
答案：λ＝ 8.15×10－7
3．解析：图戊的示数主尺为0 mm；游标尺的第3刻度与上面对齐，读数为0.1×3 mm＝0.3 mm，总读数为0.3 mm；图己的示数主尺为9 mm；游标尺的第6刻度与上面对齐，读数为0.1×6 mm＝0.6 mm，总读数为9.6 mm.根据Δx＝λ得，λ＝＝ mm＝6.2×10－4 mm.
答案：0.3 9.6 6.2×10－46.光的衍射 7.光的偏振 激光
新课程标准 核心素养目标
1.观察光的衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用 2．知道光是横波 3．通过实验，了解激光的特性 4．能举例说明激光技术在生产生活中的应用 物理观念 观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点；观察光的偏振现象，知道光是横波
科学思维 知道产生明显衍射的条件
科学态度 与责任 知道偏振现象的应用
必备知识·自主学习——突出基础性 素养夯基
一、光的衍射
1.定义
光通过很小的狭缝(或圆孔)时，明显地偏离了________，它绕过了缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象．
2．单缝衍射：
单色光通过狭缝时，在屏幕上出现________相间的条纹，中央为________条纹，中央条纹最宽最亮，其余条纹变窄变暗．
3．产生明显衍射现象的条件：障碍物或小孔的尺寸可以跟光的波长________，甚至比光的波长还要________．
4．衍射光栅：
(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，亮度越高．
(2)衍射图样的特点：与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度变窄，亮度________．
(3)衍射光栅的种类：________光栅和________光栅．
情境思考：在十字路口为什么用红色灯作为停止的信号灯呢？
提示：停止信号灯之所以选择红色，一方面是由于我们的眼睛对红色比较敏感，敏感度超过黄色或绿色；另一方面是由于在可见光中红光的波长最长．容易穿透空气中的水雾和烟尘，即波动性较强，靠衍射现象绕过水雾和烟尘．而其他的光波长较短，容易受到空气中浮动的粒子扰乱，因此红光比其他各种颜色的光更容易透过空气传到远方．
二、光的偏振
1．偏振
(1)“偏振现象”：不同的横波，即使传播方向________，振动方向也可能是________的．这个现象称为“偏振现象”．横波的振动方向称为“偏振方向”．
(2)让绳穿过一块带有狭缝的木板，先后将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置(如图)．对于图甲的情形，绳上的横波________穿过狭缝，而对于图乙的情形则________．
2.光的偏振
(1)偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个________的方向，沿着这个方向振动的光波能顺利________偏振片，偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作“透振方向”．
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在______于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的________都相同．
(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着____________振动的光．
3．偏振现象的应用：在照相机镜头前装一片____________、电子表的液晶显示等．
三、激光的特点及其应用
1．激光：传播方向、偏振、相位等性质完全________的光波，这就是激光．
2．激光的特点及应用
特点 性质 应用
纯净 性高 激光具有频率单一、相位差恒定、偏振方向相同的特点，是人工产生的相干光，具有高度的纯净性，即相干性 光纤通信
平行 度好 激光的平行度非常好，传播很远的距离后仍能保持一定的强度 精确地测距；提供目标指引；读取光盘上记录的信息等
亮度高 它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量 用激光束切割、焊接；医学上可以用激光作“光刀”
【思考辨析】 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．
(1)使单缝宽度变小，衍射条纹间距变窄．( )
(2)菜汤上的油花呈现彩色，是光的折射现象．( )
(3)换用波长较长的光照射，衍射条纹间距变宽．( )
(4)凡是波都有偏振现象．( )
(5)反射可以引起自然光的偏振．( )
情境思考：如图所示是立体电影中的图片．为什么立体电影会产生如此神奇的效果？
提示：在观看立体电影时，观众要戴上一副特制的眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直的偏振片．
关键能力·合作探究——突出综合性 素养形成
探究点一 光的衍射
探究总结
1.单缝衍射图样的特点
(1)中央条纹最亮、越向两边越暗，条纹间距不等；中央条纹最宽，越靠外，条纹间距越窄．
(2)缝变窄，通过的光变少，而光分布的范围更宽，所以亮纹的亮度降低．
(3)中央亮条纹的宽度及条纹间距跟入射光的波长及单缝宽度有关．入射光波长越长，单缝越窄，中央亮条纹的宽度及条纹间距就越大．
(4)用白光做单缝衍射时，中央亮条纹是白色的，两边是彩色条纹，中央亮条纹仍然最宽最亮．如图所示．
2．圆孔衍射图样的两个特点
单色光的圆孔衍射图样中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环．越向外，亮环亮度越低．
白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环．如图所示．
3．障碍物的衍射图样的特点
各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．如图所示．
典例示范
例1 如图所示的四幅明暗相间的条纹，分别是红光经过间距不同的双缝及宽度不同的单缝所形成的．则在下面的四幅图中(甲、乙、丙、丁)依次对应的是 ( )
A．双缝宽间距，双缝窄间距，宽单缝，窄单缝
B．双缝窄间距，双缝宽间距，窄单缝，宽单缝
C．宽单缝，窄单缝，双缝宽间距，双缝窄间距
D．窄单缝，宽单缝，双缝窄间距，双缝宽间距
课堂笔记
针对训练1 (多选)沙尘暴是由土地沙漠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
针对训练2 关于下列四幅图中所涉及的物理知识的论述中，正确的是( )
A．甲图是光的干涉图样
B．乙图是光的衍射图样
C．丙图是光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
探究点二 光的偏振
探究总结
1.自然光通过偏振片后变成偏振光．
2．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角不同时，通过偏振片的光的强度不同．
3．当偏振片的偏振方向与光的偏振方向夹角为90°时，将无光通过偏振片．
4．只有横波才有偏振现象，纵波无偏振现象，光的偏振现象证明光是横波．
典例示范
例2 如图所示，两光屏间放有两个透振方向相互平行的偏振片，现让太阳光沿轴线通过光屏M上的小孔照射到偏振片P上，再通过偏振片Q，现以光的传播方向为轴使偏振片P由图示位置旋转90°，下列说法正确的是 ( )
A.M、N间为偏振光
B．P、Q间为自然光
C．P、Q间的光线亮度逐渐变暗
D．光屏N上的亮度逐渐变暗
针对训练3 下面关于光的偏振现象的应用正确的是 ( )
A．立体电影利用了光的干涉现象
B．为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的偏振现象
C．茶色眼镜利用了光的偏振现象
D．拍摄日落时分水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
针对训练4 (多选)如图所示是立体电影的工作原理图，观众戴上一副特殊的眼镜就能看到屏幕上的立体图像．关于立体电影，以下说法正确的是 ( )
A．观众戴上特制眼镜是为了防止伤害眼睛
B．这副眼镜其实就是一对偏振方向互相垂直的偏振片
C.戴上特制眼镜的观众若只用一只眼睛看，则屏幕上只是一片光亮而无图像
D．产生立体视觉是因为人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同
探究点三 激光的应用
探究总结
激光作为一种人造光源，在科研、通信、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如：
(1)激光雷达——利用激光的平行度好
(2)读盘——利用激光的平行度好
(3)医用激光刀——利用激光的亮度高
(4)切割金属等难熔物质——利用激光的亮度高
(5)激光育种——利用激光的亮度高
(6)引起核聚变——利用激光的亮度高
(7)作为干涉、衍射的光源——利用其单色性好
典例示范
例3 (多选)关于应用激光的事例中，下列说法正确的是( )
A．激光平行度好可以用于测距
B．激光能量十分集中，为治疗近视眼而研制的“激光刀”就利用了这个特点，优点是有效地减少了细菌的感染
C．激光的亮度高，可以用于城市广场照明
D．激光的相干性好，可用于双缝干涉实验
课堂笔记
激光相关问题解题关键
(1)熟记激光的主要特点及应用．
(2)激光作为一种光，具有光的一切性质，能发生衍射、干涉、反射、折射等，遵从反射定律、折射定律等．
针对训练5 (多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的 ( )
A．单色性好 B．平行度好
C．粒子性 D．能量高
针对训练6 关于激光的应用问题，下列说法正确的是( )
A．全息照相利用了激光平行度非常好的特点
B．激光测距雷达利用了激光平行度好的特点
C．用激光束来切割或焊接很硬的材料利用了激光平行度好的特点
D．用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光有相干性的特点
课堂检测·素养提升——突出创新性 素养达标
1．甲图是太阳光照射下，肥皂膜表面出现的彩色条纹；乙图是激光照射下，针尖的影子，它的轮廓模糊不清，出现明暗相间的条纹．下列说法正确的是( )
A．二者都是光的衍射现象
B．二者都是光的干涉现象
C．甲是光的干涉现象，乙是光的衍射现象
D．甲是光的衍射现象，乙是光的干涉现象
2．激光具有相干性好，平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是 ( )
A．激光是纵波
B．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
3．(多选)在城市交通中，选用红灯表示禁止通行，其原因是( )
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
4．(多选)如图，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
5．某同学使用激光器作光源，在不透光的挡板上开一条缝宽为0.05 mm的窄缝，进行光的衍射实验，如图所示，则他在光屏上看到的条纹是( )
6．光的衍射
7．光的偏振 激光
必备知识·自主学习
一、
1．直线传播
2．明暗 亮
3．差不多 小
4．等距离 增加 透射 反射
二、
1．相同 不同 能 不能
2．特定 通过 垂直 强度 某个特定的方向
3．偏振滤光片
三、
1．相同
思考辨析
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
关键能力·合作探究
探究点一
【例1】 【解析】 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，故甲、乙两图是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距Δx＝可知双缝间距d越小，Δx越大，故甲是双缝宽间距，乙是双缝窄间距；单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小、亮度越暗，而单缝越窄，中央亮条纹越宽，故丙是宽单缝，丁是窄单缝．故A正确．
【答案】 A
针对训练1 解析：据光发生衍射的条件，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＝知，到达地面的光是频率较小的部分．
答案：BD
针对训练2 解析：甲图是光的衍射图样，乙图是光的干涉图样，A、B错误；丙图是光的折射原理，C正确；丁图中光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，D错误．
答案：C
探究点二
【例2】 【解析】 A、B错：M、P间为自然光，经过偏振片P后变为偏振光，因此P、Q与Q、N间为偏振光．C错：由于自然光沿着各个方向振动的光波的强度都相同，因此在偏振片P旋转过程中，P、Q间的光线亮度不变．D对：当偏振片P与偏振片Q垂直时，光屏N上没有亮度，则旋转过程中光屏N上光的亮度逐渐变暗．
【答案】 D
针对训练3 解析：A错：放映立体电影的时候用双镜头放映机，两个镜头前放有偏振方向不同的偏振片，观众戴的眼镜上也有相对应方向的偏振片，这样每只眼睛就只能看到一个镜头所投影的图像．B错：为了增加光的透射率，照相机镜头表面的镀膜是利用了光的薄膜干涉现象．C错：茶色眼镜利用了金属化合物在玻璃中变化，从而形成色彩．D对：拍摄日落时分水面下的景物时，为减小反射光的影响，在照相机镜头前装一个偏振片．
答案：D
针对训练4 解析：放映立体电影时有左右两架放映机同时工作，在每架放映机前装有一块偏振镜子，其偏振方向互相垂直，因此从放映机前偏振镜射出的两束偏振光的偏振方向互相垂直，这两束偏振光经屏幕反射其偏振方向不改变，观众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，左眼只能看刭左边放映机放映出的画面，右眼只能看到右边放映机放映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感，因此B、D选项正确．
答案：BD
探究点三
【例3】 【解析】 激光平行度好，即使传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，A正确；激光的亮度高，能量十分集中，可应用于金属的加工、激光医疗、激光美容、激光武器等，B正确；激光具有很好的相干性，可应用于双缝干涉实验、全息照相等，D正确；一般照明的灯光是辐射状的，而激光凝聚程度高，亮度高，容易烧坏物体，因此不适合用于广场照明，所以C错误．
【答案】 ABD
针对训练5 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．
答案：BD
针对训练6 解析：A错：全息照相利用了激光相干性好的特性．B对，D错：激光测距雷达和用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光平行度好的特点．C错：用激光束来切割或焊接很硬的材料利用了激光亮度高的特点．
答案：B
课堂检测·素养提升
1．答案：C
2．解析：A错：光是一种电磁波，属于横波．B错：光在不同介质中传播速度不同，频率相同的激光在不同介质中的波长不同．C错：频率相同的光才能发生干涉现象．D对：激光方向集中，也就是平行度好，可用于测量月球到地球的距离．
答案：D
3．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．
答案：CD
4．解析：当光的振动方向与偏振片的透振方向平行时，透光最强；垂直时，无光透过；若为某一角度时，有部分光透过；太阳光是自然光，沿各个方向的振动都存在，因此选项A、B、D正确．
答案：ABD
5．解析：单缝衍射条纹中间宽，两侧越来越窄，又由于单缝是水平的，故衍射条纹也是水平的，B对．
答案：B
