(共57张PPT)
第十四章
光
●命题热点诠释
1．命题热度：本章属于基础热点内容，10年来，从命题频次上看，全国卷10年14考，地方卷71考。
2．考查热点：(1)光的折射、折射率、全反射的计算。
(2)光的干涉。
(3)测量玻璃的折射率实验操作和数据处理。
(4)用双缝干涉测量光的波长的实验操作和数据处理。
第73讲 光的折射与全反射
基础梳理·易错辨析
核心考点·重点突破
基础梳理·易错辨析
一、光的折射定律、折射率
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____________的现象。
发生改变
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__________。
(2)表达式：__________＝n12，式中n12是比例常数。
(3)在光的折射现象中，光路是________的。
同一平面
两侧
成正比
可逆
3．折射率
(1)定义：光从真空射入某种介质发生折射时，________________与________________之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，用符号n表示。
(2)表达式：n＝_________。
(3)计算公式：n＝______，因为v入射角的正弦
折射角的正弦
1
4．光密介质与光疏介质
(1)光密介质：折射率________的介质。
(2)光疏介质：折射率________的介质。
(3)光密介质和光疏介质是________的。某种介质相对其他不同介质可能是光密介质，也可能是光疏介质。
较大
较小
相对
二、全反射 光导纤维
1．定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将全部________，只剩下反射光线的现象。
2．条件
(1)光从光密介质射入光疏介质。
(2)入射角______________临界角。
3．临界角：折射角等于90°时的入射角，若光从光密介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，则sin C＝______。介质的折射率越大，发生全反射的临界角越______。
消失
大于或等于
小
4．光导纤维
光导纤维的原理是利用光的__________，如图所示。
全反射
三、光的色散
1．光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为________光的现象。
2．色散规律：当一束白光入射到棱镜界面时，各种色光的折射角不同，红光偏折得最小，紫光偏折得最大；当它们从另一个界面射出时，仍然是________的偏折最大，________的偏折最小。
单色
紫光
红光
3．光的色散现象说明
(1)白光为复色光；
(2)同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率________；
越大
越小
1．折射率的大小由介质和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关。( )
2．密度大的物体为光密介质，密度小的物体为光疏介质。( )
3．光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变。( )
4．不同颜色的光在真空中的传播速度都相同，均为3.0×108 m/s。 ( )
5．在同一种介质中，红光的折射率小于紫光的折射率。( )
√
×
√
√
√
核心考点·重点突破
1
折射定律和折射率的理解与应用
(能力考点·深度研析)
1．对折射率的理解
(1)公式的理解
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。
①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小。
②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。
2．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制
类别 项目 平行玻璃砖 三棱镜 圆柱体(球)
结构 玻璃砖上下表面是平行的 横截面为三角形的三棱镜 横截面是圆
3．视深和视高问题
(2)视高：从折射率为n的透明介质中，观察正上方距界面高为L处的物体，看到物体像点的高度，即视高h＝nL(L：物体距离岸边的实际高度)。
反思提升
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中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准。
(3)利用折射定律、折射率公式求解。
(4)注意折射现象中光路的可逆性。
【跟踪训练】
(平行玻璃砖对光路的控制)(多选)如图所示，两细束平行的单色光a、b射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖的下表面射出。已知玻璃对单色光b的折射率较小，那么下列说法中正确的有( )
A．a光在玻璃砖中传播速度比b光小
B．从玻璃砖下表面射出后，两束光不一定平行
C．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离一定增大了
D．从玻璃砖下表面射出后，两束光之间的距离可能和射入前相同
1
[答案] AC
2
A．鱼的实际深度比翠鸟观察到的要浅
B．鱼看到的翠鸟比实际位置要高
C．翠鸟以与水面成37°的方向俯冲做直线运动即可捕获鱼
D．鱼距离翠鸟的实际水平距离为2.5 m
3
[答案] B
2
光的折射、全反射的综合应用
(能力考点·深度研析)
1．解答全反射问题的技巧
(1)解答全反射问题时，要抓住发生全反射的两个条件；
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。
(2)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。
2．全反射规律的应用
(1)全反射棱镜
截面是等腰直角三角形的棱镜(通常是玻璃做成的)叫全反射棱镜。它的特殊作用一般有如图所示的四种情况
(2)光导纤维
光导纤维简称“光纤”，它是非常细的特制玻璃丝(直径在几微米到一百微米之间)，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。
考向1 光射出范围的确定
[答案] C
考向2 光的折射和全反射的综合应用
(2024·山东卷，8分)某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG＝30°。横截面所在平面内、单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
(1)求sin θ；
(2)以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
反思提升
求解光的折射和全反射问题的思路
(1)确定研究的光线
该光线一般是入射光线，还有可能是反射光线或折射光线；若研究的光线不明确，根据题意分析、寻找，如临界光线、边界光线等。
(2)画光路图
找入射点，确认界面，并画出法线，根据反射定律、折射定律作出光路图，结合几何关系，具体求解。
(3)注意两点
从光疏→光密：一定有反射、折射光线
从光密→光疏：如果入射角大于或等于临界角，一定发生全反射。
【跟踪训练】
4
[答案] C
(光导纤维)(多选)如图是一根长为l的光导纤维，由内芯和包层两层介质组成，其折射率分别为n1和n2，若发生全反射的临界角为θ，光在真空中的速度为c。一束光从它的一个端面射入，又从另一端面射出，下列说法中正确的是( )
5
[答案] CD
A．平行于AC边的光线①
B．平行于入射光线的光线②
C．平行于CB边的光线③
D．平行于AB边的光线④
6
[答案] B
7
3
色散现象
(能力考点·深度研析)
1．光的色散成因
棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的折射率最小，红光的偏折程度最小。对紫光的折射率最大，紫光的偏折程度最大，从而产生色散现象。
光线通过棱镜的光路
2．各种色光的比较与分析
颜色 红橙黄绿蓝靛紫
频率ν 低→高
同一介质中的折射率 小→大
同一介质中的速度 大→小
同一介质中的波长 大→小
通过同一棱镜的偏折角 小→大
同一介质中的临界角 大→小
同一装置的双缝干涉条纹间距 大→小
(2024·广东卷)如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若θ逐渐增大，两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是( )
A．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B．θ逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C．θ逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D．θ逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
[答案] B
【跟踪训练】
(光通过三棱镜时的色散)(多选)(2023·全国甲卷改编)等腰三角形abc为一棱镜的横截面，ab＝ac；一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束，甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射。下列说法正确的是( )
A．甲光的波长比乙光的长
B．甲光的频率比乙光的高
C．在棱镜中的传播速度，甲光比乙光的大
D．该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率
8
[答案] AC
(光在球形界面时的色散)(多选)《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”。彩虹成因的简化示意图如图所示，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是两种不同频率的单色光。下列说法正确的是( )
A．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹
B．水滴对a光的临界角小于对b光的临界角
C．在水滴中，a光的波长大于b光的波长
D．在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度
9
[答案] AB(共52张PPT)
第十四章
光
第74讲 光的干涉、衍射和偏振
基础梳理·易错辨析
核心考点·重点突破
基础梳理·易错辨析
一、光的干涉
1．定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现__________，某些区域相互减弱，出现__________，且加强区域和减弱区域相互________的现象。
2．条件：两束光的频率________、相位差________。
亮条纹
暗条纹
间隔
相同
恒定
3．双缝干涉
(1)原理如图所示。
(2)条纹特点
①单色光：形成____________的条纹，中央为亮条纹。
②白光：光屏上出现________条纹，且中央亮条纹是________(填写颜色)。
③相邻两个亮条纹或暗条纹的中心间距公式：Δx＝________。
明暗相间
彩色
白色
4．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)条纹对应薄膜的________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。
反射
厚度
二、光的衍射 偏振
1．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长____________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象才会明显。
相差不多
还小
2．三种衍射图样的比较
(1)单缝衍射：若为单色光，中央为亮且______的条纹，两侧为明暗相间的条纹，条纹间距不等，且离中央条纹越远，亮条纹的亮度________，宽度________(如图甲所示)。
宽
越弱
越小
(2)单孔衍射：若为单色光，中央是大且亮的________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________，宽度________(如图乙所示)；亮环或暗环间的距离随圆孔半径的增加而________。
(3)泊松亮斑(圆盘衍射)：当光照射到不透明的半径很______的圆盘上时，在圆盘的阴影中心出现________，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。(如图丙所示)
圆形
越弱
越小
减小
小
亮斑
3．光的偏振现象
(1)偏振：光波只沿____________的方向的振动。
(2)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包括在垂直于传播方向上沿____________振动的光，而且沿各个方向振动的光波的________都相同，这种光叫作自然光。
(3)偏振光：在________于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光。自然光通过偏振片后，就得到了偏振光。
某一特定
一切方向
强度
垂直
(4)偏振光的形成
①让自然光通过__________形成偏振光。
②让自然光在两种介质的界面发生反射和________，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。
(5)光的偏振现象说明光是一种______波。
偏振片
折射
横
三、激光的特点及应用
1．传播方向、偏振、相位等性质完全________，可以进行光纤通信。
2．平行度好，可以进行精确的________。
3．亮度高，可以进行切割、焊接以及在很硬的材料上打孔，医学上可以做“光刀”。
相同
测距
1．光的颜色取决于折射率。( )
2．只有频率相同的两列光波才能产生稳定的干涉图样。( )
3．在双缝干涉实验中，双缝的作用是使白光变成单色光。( )
4．阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。 ( )
5．自然光是偏振光。( )
6．光学镜头上的增透膜利用的是光的干涉现象。( )
7．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变小。( )
×
√
×
×
×
√
√
核心考点·重点突破
1
光的干涉现象
(能力考点·深度研析)
考向1 双缝干涉
l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长。
2．亮、暗条纹的判断方法
对于两个振动步调一致的光源，如图所示，光源S1、S2发出的光到屏上某点的路程差：
注意：对于两个振动步调反相的光源，产生亮、暗条纹的条件与上面的正好相反。
如图所示，用某种频率的激光垂直照射双缝，光屏上O是中央亮条纹中心，P是O上方第2条亮条纹中心，O、P距离为y，双缝间距为d，双缝到光屏的距离为L，真空中光速为c，下列说法正确的是( )
[答案] B
【跟踪训练】
1
[答案] AD
(双缝干涉中亮、暗条纹的判断)在图示的双缝干涉实验中，光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，P0为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍。则P0处和P1处将分别呈现( )
A．亮条纹、暗条纹
B．亮条纹、亮条纹
C．暗条纹、亮条纹
D．暗条纹、暗条纹
2
[答案] C
[解析] 光源S到缝S1、S2的光程差为实验用光波波长的1.5倍，S1、S2到P0处的光程一样，则光源S到P0处的光程差就等于光波波长的1.5倍，所以是暗条纹；光屏上P1点到S2、S1的光程差为实验用光波波长的2.5倍，则光源S经S1、S2到P1处的光程差等于光波波长，所以为亮条纹，故选C。
考向2 薄膜干涉
1．亮、暗条纹的判断
(1)在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝1,2,3，…)，薄膜上出现亮条纹。
注意：式中λ为光在薄膜中的波长。
2．薄膜干涉现象的应用
(1)增透膜：增透膜的厚度为透射光在薄膜中波长的四分之一，使薄膜前后两面的反射光的路程差为薄膜中波长的一半，故反射光叠加后减弱，透射光的强度增强。
(2)利用薄膜干涉检测平滑度：如图甲所示，两板之间形成一个空气薄层，用单色光从上向下照射，如果被检测表面是平滑的，得到的干涉图样必是等间距的。如果某处凹下，则对应亮纹(或暗纹)向左弯曲，如图乙所示；如果某处凸起来，则对应亮条纹(或暗条纹)向右弯曲，如图丙所示。
如图所示，关于薄膜干涉现象及其应用，下列说法正确的是( )
[答案] C
【跟踪训练】
(2023·河北卷)制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是( )
A．上述现象与彩虹的形成原理相同
B．光在薄膜的下表面发生了全反射
C．薄膜上下表面的反射光发生了干涉
D．薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色
3
[答案] C
[解析] 上述现象是由于光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要为光的折射，上述现象与彩虹的形成原理不相同，故A错误；硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，故B错误，C正确；根据光的干涉中相互加强的条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的波长也会发生改变，导致硅片呈现不同的颜色，故D错误。故选C。
2
光的衍射和偏振现象
(基础考点·自主探究)
1．对光的衍射的理解
(1)波长越长，衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。
(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看作是沿直线传播的。
2．双缝干涉与单缝衍射的比较
内容 干涉 衍射
产生条件 两束光频率相同、振动方向相同、相位差恒定 障碍物或孔的尺寸与波长差不多或更小
图样特点 不同点 条纹宽度 条纹宽度相等 条纹宽度不等、中央最宽
条纹间距 各相邻条纹间距相等 各相邻条纹间距不等
亮度情况 清晰条纹，亮度基本相等 中央条纹最亮，两边变暗
相同点 干涉、衍射都是波特有的现象；干涉、衍射都有明暗相间的条纹 3．光的干涉和衍射的本质
光的干涉和衍射都属于光的叠加，从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，都可认为是从单缝通过两列或多列频率相同的光波，在屏上叠加形成的。
4．自然光与偏振光的比较
类别 自然光(非偏振光) 偏振光
光的 来源 从普通光源发出的光 自然光通过起偏器后的光
光的振动 方向 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向振动的光的强度相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向
【跟踪训练】
(对衍射现象的理解)某同学用红光做实验，拍摄到屏上亮条纹的照片如图甲、乙所示，则该同学做的是( )
A．单缝衍射实验，甲图中单缝的宽度小
B．单缝衍射实验，乙图中单缝的宽度小
C．用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为绿光，中央亮纹宽度更大
D．用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为白光，屏上出现黑白相间条纹
4
[答案] A
[解析] 双缝干涉条纹的特征是等宽等亮度，单缝衍射条纹的特征是中央条纹最宽，向两侧越来越窄，中央条纹最亮，向两侧越来越暗，所以该图片是单缝衍射实验的条纹。又因为单缝越窄条纹越宽，所以甲图中单缝的宽度小，A正确，B错误；波长越长，中央条纹越宽，所以用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为绿光，波长变短，中央亮纹宽度更小，C错误；用和甲图相同装置做实验，仅将红光改为白光，屏上出现彩色条纹，D错误。
(干涉和衍射的比较)(多选)(2022·山东卷)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是( )
5
A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射
B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大
C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大
D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹
[答案] ACD
(对偏振光的认识)(多选)关于光的偏振，下列说法正确的是( )
A．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光
B．拍摄水面下的景物时，加偏振片可使像更清晰
C．所有的波都具有偏振现象
D．自然光射到两种介质的界面上，折射光是偏振光，反射光不是偏振光
6
[答案] AB
[解析] 自然光透过偏振片后的光振动方向只沿着偏振片的透振方向，故自然光透过偏振片后变为偏振光，故A项正确；拍摄水面下的景物时，加偏振片可以防止反射光的干扰，使像更清晰，故B项正确；只有横波才有偏振现象，故C项错误；自然光射到两种介质的界面上，调整入射角的大小，可以使得折射光和反射光都为偏振光，故D项错误。
(偏振现象的应用)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，从而鉴定含糖量。偏振光通过糖的水溶液后，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的测量值与标准值相比较，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，然后将被测样品P置于A、B之间。
7
(1)偏振片A的作用是__________________________。
(2)偏振现象证明了光是一种________。
(3)以下说法中正确的是________。
A．到达O处光的强度会减弱
B．到达O处光的强度不会减弱
C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最强，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处光强度最强，偏振片A转过的角度等于α
[答案] (1)把自然光转换成偏振光 (2)横波 (3)ACD
[解析] (1)自然光不是偏振光，但自然光通过偏振片后变为偏振光，故A的作用是把自然光转换成偏振光。
(2)偏振现象证明光是一种横波。
(3)偏振片只能让一定偏振方向的光通过，没有样品时，要使到达O处的光最强，偏振片A、B的透光方向应相同；当放入样品时，由于样品的“旋光度”是α，即偏振方向不再与B的透振方向平行，到达O处光的强度会减弱，A正确，B错误；偏振片B转过的角度等于α，并使偏振片B的透振方向与偏振光的偏振方向平行时，光到达O处的强度将再次最大，C正确；同理，D正确。
3
几何光学与物理光学的综合应用
(基础考点·自主探究)
[答案] D
【跟踪训练】
(多选)如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c。则下列说法正确的是( )
A．用同一双缝干涉实验装置分别用a、b光做
实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
B．用a、b光分别做双缝干涉时它们的干涉条纹宽度都是不均匀的
C．在水中a光的临界角大于b光的临界角
D．若a光与b光以相同入射角从水射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是b光
8
[答案] ACD
率n越大，临界角C越小，则在水中a光的临界角大于b光的临界角，C正确；若a光与b光以相同入射角从水射向空气时，由于在水中a光的临界角大于b光的临界角，所以b光的入射角先达到临界角，则b光先发生全反射，首先消失的是b光，D正确。(共35张PPT)
第十四章
光
第75讲 实验十七 测定玻璃的折射率
实验知识·自主回顾
核心考点·重点突破
实验知识 · 自主回顾
一、实验目的
1．测定玻璃的折射率。
2．学会用__________确定光路。
二、实验原理
当光线AO以一定的入射角θ1穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找出跟入射光线AO对应的出射光线O′B，从而求出折射光线OO′和折
射角θ2，再根据__________算出玻璃的折射率。
三、实验器材
玻璃砖、白纸、木板、大头针、图钉、量角器(或圆规)、三角板、铅笔。
插针法
四、实验步骤
1．把白纸铺在木板上并用图钉固定。
2．如图所示，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，并使其长边与aa′重合，再用三角板画出玻璃砖的另一边bb′。
4．在线段AO上__________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的像，调整视线的方向直到P1的像被P2的像挡住。再在bb′一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3能____________________，P4能挡住______________________的像。
竖直地
挡住P1、P2的像
P3本身及P1、P2
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′就是玻璃砖内的折射光线。∠AON为入射角θ1，∠O′ON′为折射角θ2。
7．用量角器量出入射角和折射角，查出它们的正弦值，并记录数据。
8．改变入射角的大小，重复以上实验。
五、数据处理
1．计算法
2．图像法
3．单位圆法
六、注意事项
1．实验时，将大头针尽可能竖直地插在纸板上，并且使P1与P2之间、P3与P4之间距离适当大一些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差。
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，太大会导致反射光太强、折射光太弱，不易确定P3、P4的位置。
3．在操作时，手不能触摸玻璃砖的光洁光学面，更不能把玻璃砖当尺子画界线。
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。
核心考点·重点突破
1
教材原型实验
(基础考点·自主探究)
【跟踪训练】
(实验原理、实验仪器、实验操作、数据处理和误差分析)
(1)如图1所示，某同学在“测量玻璃的折射率”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AO上竖直地插上P1、P2两枚大头针。下面关于该实验的说法正确的是_______。
A．插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像
B．插上大头针P4，使P4挡住P3和P2、P1的像
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当大些
D．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应越大越好
E．若将该玻璃砖换为半圆形玻璃砖，仍可用此方法测量玻璃的折射率
(2)在“测量玻璃的折射率”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，他认为还缺少器材，请你写出所缺器材的名称：________。小朱同学将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，透过玻璃砖观察，调整视线方向，插上第四枚大头针P4应使其遮挡住________________________。
②为取得较好的实验效果，下列操作正确的是________。
A．必须选用上下表面平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
③小朱同学在量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，用圆规以O点为圆心，OA为半径画圆，交OO′延长线于C点，过A点和C点作垂直于法线的直线分别交于B点和D点，如图丙所示，若他测得AB＝7.5 cm，CD＝5 cm，则可求出玻璃的折射率n＝________。
④若小朱同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系如图3所示，他的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图。则该同学测得的折射率测量值________真实值(填“大于”“小于”或“等于”)
[答案] (1)ABCE (2)①刻度尺和量角器 P3以及P1、P2的像
②CD ③1.5 ④小于
[解析] (1)确定P3大头针的位置的方法是插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像。确定P4大头针的位置的方法是插上大头针P4，使P4挡住P3和P1、P2的像，故A、B正确；折射光线是通过隔着玻璃砖观察大头针成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的作图误差会较大，故P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度，故C正确；入射角θ1即P1和P2的连线与法线的夹角尽量大些，即P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小些，折射角也会大些，折射现象较明显，测量角度的相对误差会减小，故D错误；本实验中采用挡像法进行测量，对于半圆形玻璃砖同样可以确定入射光线和折射光线，故可以确定折射率，故E正确。
(2)①缺少的器材为：刻度尺和量角器，运用两点一线的原理确定光线方向，观察的这一侧插两枚大头针应使P4挡住P3以及P1、P2的像。
②根据测量玻璃的折射率的原理，玻璃砖上下表面不平行也能测出折射率，故A错误；选择的入射角应尽量大一些，以减小测量误差，故B错误；大头针应垂直地插在纸面上，防止产生误差，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些，可减小确定光线时产生的误差，故D正确。
④如图实线为作出的实际光路图，虚线为以aa′、bb′为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图，比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知，折射角测量值偏大，则测得的折射率偏小。
2
创新实验提升
(能力考点·深度研析)
实验原理和实验过程的创新
1．利用本实验的方法还可以测量其他物质的折射率。
2．可以利用全反射的方法测物质的折射率。
考向1 实验方法的迁移应用
(2024·湖北卷)某同学利用激光测量半圆柱体玻璃砖的折射率，具体步骤如下：
①平铺白纸，用铅笔画两条互相垂直的直线AA′和BB′，交点为O。将半圆柱体玻璃砖的平直边紧贴AA′，并使其圆心位于O点，画出玻璃砖的半圆弧轮廓线，如图(a)所示。
②将一细激光束沿CO方向以某一入射角射入玻璃砖，记录折射光线与半圆弧的交点M。
③拿走玻璃砖，标记CO光线与半圆弧的交点P。
④分别过M、P作BB′的垂线MM′、PP′，M′、P′是垂足，并用米尺分别测量MM′、PP′的长度x和y。
⑤改变入射角，重复步骤②③④，得到多组x和y的数据。根据这些数据作出y－x图像，如图(b)所示。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________(单选，填标号)。
A．入射角越小，误差越小
B．激光的平行度好，比用插针法测量更有利于减小误差
C．选择圆心O点作为入射点，是因为此处的折射现象最明显
(2)根据y－x图像，可得玻璃砖的折射率为________(保留3位有效数字)。
(3)若描画的半圆弧轮廓线半径略大于玻璃砖的实际半径，则折射率的测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
[答案] (1)B (2)1.59(1.55～1.60均正确) (3)不变
[解析] (1)入射角和折射角的测量会造成误差，故入射角应适当大些，以减小测量的相对误差，A错误；通过插针法来确定入射光线和出射光线时会造成误差，而激光的平行度好，更有利于减小误差，B正确；相同材料各点的折射效果都相同，选择圆心O点作为入射点，是为了利用圆的半径，方便表示出入射角和折射角的正弦值，而不是因为O处的折射现象最明显，C错误。
考向2 实验原理的创新
(2025·江苏淮安市调研)某同学用半圆柱玻璃砖做测量玻璃的折射率实验，他的操作步骤如下：
C．让入射光线与玻璃砖的直径垂直，入射光线经过圆心O；
D．以圆心O为轴，缓慢逆时针转动玻璃砖，同时调整视线方向，直到从AB下方恰好看不到P2和P1的像，然后沿半圆柱玻璃砖直径画一条直线AB，并作出光路图，如图所示。
(1)看不到P2和P1的像是因为发生了________；
(2)只使用毫米刻度尺，还需要测量________(选填“OD”或“CD”)的长度，记作l；
(3)玻璃砖折射率的表达式n＝________。
制作近视眼镜时需要控制镜片的厚度。某同学猜想：制作相同度数的眼镜，镜片的厚度与其材料的折射率相关。为探究该猜想，他找来度数相同、镜片厚度不同的两副眼镜，以及两个形状相同的半圆形玻璃砖1(与厚镜片材质相同)和玻璃砖2(与薄镜片材质相同)。设计了如下实验：
a．用刻度尺测出半圆形玻璃砖的直径D；
b．在木板上固定一张白纸，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出砖的边界，移走玻璃砖，在纸上标出圆心O、直径AB、AB的垂线OC；
c．将玻璃砖1放在白纸上，使之与边界完全重合，用长直刻度尺MN紧靠A点并与AB垂直放置；
d．调节激光器，使光线沿PO射向圆心O，并使长直尺MN的左右两端均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离为x1，右侧亮点到A点距离为x0。
e．移走玻璃砖1，将玻璃砖2置于玻璃砖1原来位置，使光线仍沿PO方向射向圆心O，并使长直刻度尺MN的左右两端均出现亮点，并记下左侧亮点到A点的距离为x2。
(1)在图中画出步骤d、e中对应的光路图；
(2)玻璃砖1的折射率可表示为________；
(3)测得x1>x2，可知厚镜片材质的折射率比薄镜片材质的折射率________(选填“大”或“小”)。该实验主要采用的实验方法是________(选填“放大法”“理想实验法”或“替代法”)。
[解析] (1)画出步骤d、e中对应的光路图如图；(共25张PPT)
第十四章
光
第76讲 实验十八 用双缝干涉实验测量光的波长
实验知识·自主回顾
核心考点·重点突破
实验知识 · 自主回顾
一、实验目的
1．了解光波产生稳定的干涉现象的条件。
2．观察白光和单色光的双缝干涉图样。
3．测量单色光的波长。
二、实验原理
三、实验器材
双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺。
1．安装仪器
(1)将光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。
(2)接好光源，打开开关，使白炽灯正常发光。调节各部件的高度，使光源灯丝发出的光能沿轴线到达光屏。
(3)安装单缝和双缝，中心位于遮光筒的轴线上，使双缝和单缝的缝平行。
2．观察与记录
(1)调单缝与双缝间距为5～10 cm时，观察白光的干涉条纹。
(2)在单缝和光源间放上滤光片，观察单色光的干涉条纹。
五、注意事项
1．安装时，注意使光源、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，双缝平行且间距适当。
2．光源灯丝最好为线状灯丝，并与单缝平行且靠近。
3．不要直接测Δx，要测几个条纹的间距，计算得Δx，这样可以减小误差。
特别提醒：(1)实验中滤光片的作用是获得单色光，要测量某种单色光的波长，实验中必须使用滤光片。
(2)照在光屏上的光很弱，主要原因是灯丝与单缝、双缝，测量头与遮光筒不共轴；干涉条纹不清晰，一般原因是单缝与双缝不平行。
核心考点·重点突破
1
教材原型实验
(基础考点·自主探究)
【跟踪训练】
(实验原理、实验器材、实验操作、数据处理和误差分析)现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和滤光片E等光学元件，要把它们放在如图甲所示光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量某单色光的波长。
(1)将白光光源C放在光具座上最左端，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________。
(2)本实验的步骤有：
①取下遮光筒左侧除光源之外的元件，打开光源，调节光源的高度和角度，使它发出的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用测量头测量数条亮条纹间的距离。
在操作步骤②时还应注意________和________。
(3)如图所示，实验中发现目镜中干涉条纹与分划板中心刻线始终有一定的角度，下列哪个操作可以使得分划板中心刻线与干涉条纹平行________。
A．仅拨动拨杆 B．仅旋转单缝
C．仅前后移动凸透镜 D．仅旋转毛玻璃处的测量头
(4)将测量头的分划板中心刻线与某亮条纹中心对齐，将该亮条纹定为第1条亮条纹，此时手轮上的示数如图乙所示。然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时图丙中手轮上的示数为________mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm。
(5)已知双缝间距d为2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l为 0.700 m，由计算式λ＝________，求得所测单色光波长为________nm。
(6)在其他操作都正确的前提下，下列操作中一定会使测量结果偏小的是________。
A．数到第7条明条纹时误记为第6条
B．测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx
C．测量单缝到屏的距离作为l
D．测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐
[解析] (1)滤光片E的作用是从白光中获得单色光，单缝的作用是获取线光源，双缝的作用是获得相干光源，最后成像在毛玻璃屏上。所以由左至右，排列顺序为CEDBA。
(2)在操作步骤②时还应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5～10 cm。
(3)若要使得分划板中心刻线与干涉条纹平行，则仅旋转毛玻璃处的测量头即可，故选D。
(6)数到第7条明条纹时误记为第6条，由λ表达式可知测量值偏大，故A不符合题意；测量相邻两条亮条纹的间距作为Δx，虽然没有通过累积法而减小误差，但测量结果不一定偏小，也可能偏大，故B不符合题意；测量单缝到屏的距离作为l，即l比真实值偏大，根据λ表达式可知测量值偏小，故C符合题意；测间距时使分划板中心刻线与暗条纹中心对齐，由于明暗条纹宽度相同，所以该操作对实验结果无影响，故D不符合题意。
2
创新实验提升
(能力考点·深度研析)
考向 实验原理的创新
洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察干涉的装置。如图所示，单色光从单缝S射出，一部分入射到平面镜后反射到屏上，另一部分直接投射到屏上，在屏上两光束交叠区域里将出现干涉条纹，单缝S通过平面镜成的像是S′。
(1)通过洛埃德镜在屏上可以观察到明暗相间的干涉条纹，这和双缝干涉实验得到的干涉条纹一致。如果S被视为其中的一个缝，________相当于另一个“缝”。
(2)实验中已知单缝S到平面镜的垂直距离h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹中心到第12条亮条纹中心的间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ＝____________m。(结果保留1位有效数字)
(3)以下哪些操作能够增大光屏上相邻两条亮条纹之间的距离________。
A．将平面镜稍向上移动一些
B．将平面镜稍向右移动一些
C．将光屏稍向右移动一些
D．将光源由红色光改为绿色光
[答案] (1)S′ (2)6×10－7 (3)AC
