醒考點(diǎn)三光學(xué)

國(guó)后基礎(chǔ)點(diǎn)重難點(diǎn)

基礎(chǔ)點(diǎn)

知識(shí)點(diǎn)1光的折射定律折射率

1.折射現(xiàn)象：光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)傳播方向改

變的現(xiàn)象。

2.折射定律

A

(1)內(nèi)容：折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光

線與入射光線分別位于法線的兩側(cè):入射角的正弦與折射角的正弦成

正比。

(2)表達(dá)式：黑￡=〃⑵式中〃12是比例常數(shù)。

(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。

3.折射率

(1)定義：光從真空射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角的正弦與

折射角的正弦的比值。

(2)定義式：〃=器/。不能說(shuō)n與sin%成正比,與sin，2成反比。

折射率由介質(zhì)本身的光學(xué)性質(zhì)和光的頻率決定。

(3)物理意義：折射率僅反映介質(zhì)的光學(xué)特性，折射率大，說(shuō)明

光從真空射入到該介質(zhì)時(shí)偏折大,反之偏折小。

(4)計(jì)算公式：〃=今因oVc,故任何介質(zhì)的折射率總大于(選填

“大于”或“小于”)1。

知識(shí)點(diǎn)2全反射、光導(dǎo)纖維

1.全反射

⑴條件

①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)。

②入射角大于或等于臨界角。

(2)現(xiàn)象：折射光完全消失，只剩下反射光。

(3)臨界角：折射角等于90。時(shí)的入射角，用。表示，sinC=；。

2.光導(dǎo)纖維

原理：利用光的全反射。

知識(shí)點(diǎn)3光的干涉

1.產(chǎn)生條件：兩列光的頻率相同,振動(dòng)方向相同，且具有恒定

的相位差，才能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣。

2.楊氏雙縫干涉

(1)原理如圖所示。

(2)明、暗條紋的條件

①單色光：形成明暗相間的條紋，中央為明條紋。

a.光的路程差A(yù)r=『2—ri=Z(A=0,l,2i),光屏上出現(xiàn)明條紋。

b.光的路程差A(yù)r=r2一r1=(2〃+1意A=0,l,2…)，光屏上出現(xiàn)噎

條紋。

②白光：光屏上出現(xiàn)彩色條紋，且中央亮條紋是白色(填寫(xiě)顏色)。

(3)條紋間距公式：-=%

3.薄膜干涉

(1)相干光：光照射到透明薄膜上，從薄膜的兩個(gè)表面反射的兩

列光波。

(2)圖樣特點(diǎn)：同雙縫干涉，同一條亮(或暗)紋對(duì)應(yīng)薄膜的厚度相

等。單色光照射薄膜時(shí)形成明暗相間的條紋，白光照射薄膜時(shí)，形成

彩色條紋。

知識(shí)點(diǎn)4光的衍射偏振

1.光的衍射

(1)發(fā)生明顯衍射的條件：只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng)相差

不多,甚至比光的波長(zhǎng)還小的時(shí)候,衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯。

(2)衍射條紋的特點(diǎn)

①單縫衍射和圓孔衍射圖樣的比較。

單縫衍射圓孔衍射

①中央是大且亮的圓形亮

斑，周?chē)植贾靼迪嚅g

中央為亮且寬的條紋，兩

的同心圓環(huán)，且越靠外，

側(cè)為明暗相間的條紋,且

單色光圓形亮條紋的亮度越窕，

越靠外，亮條紋的亮度越

寬度越小;②亮環(huán)或暗環(huán)

弱，寬度越小

間的距離隨圓孔半徑的增

大而減小

中央為亮且寬的白色條

紋，兩側(cè)為亮度逐漸變暗、中央是大且亮的白色亮

白光寬度變窄的彩色條紋,其斑，周?chē)遣坏乳g距的彩

中最靠近中央的色光是紫色的同心圓環(huán)

光，離中央最遠(yuǎn)的是紅光

②泊松亮斑(圓盤(pán)衍射)：當(dāng)光照到不透明(選填“透明”或“不透

明”)的半徑很小的小圓盤(pán)上時(shí)，在圓盤(pán)的陰影中心出現(xiàn)亮斑(在陰影

外還有不等間距的明暗相間的圓環(huán))。

2.光的偏振現(xiàn)象

⑴偏振

光波只沿某一特定的方向的振動(dòng)。

⑵自然光

太陽(yáng)、電燈等普通光源發(fā)出的光，包括在垂直于傳播方向上沿二

切方向振動(dòng)的光,而且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同，這種光

叫做自然光。

(3)偏振光

在垂直于傳播方向的平面上，只沿某個(gè)特定方向振動(dòng)的光。光的

偏振證明光是橫波。自然光通過(guò)偏振片后，就得到了偏振光。

重難點(diǎn)

一、折射定律及折射率、全反射

1.對(duì)折射率的理解

(1)公式〃=黑￡中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入

真空，仇總是真空中的光線與法線間的夾角，夕2總是介質(zhì)中的光線與

法線間的夾角。

(2)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無(wú)關(guān)。

(3)折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介

質(zhì)。

(4)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關(guān)，還與光的頻率有關(guān)。同

一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越小。

⑸同一種色光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長(zhǎng)不同，但頻率相

同。

2.平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制

類(lèi)別

平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)

項(xiàng)目

玻璃磚上下表面是橫截面為三角形的

結(jié)構(gòu)橫截面是圓

平行的三棱鏡

A

對(duì)光線---------

辦圓界面的法線是過(guò)

的作用通過(guò)三棱鏡的光線

圓心的直線，經(jīng)過(guò)

通過(guò)平行玻璃磚的經(jīng)兩次折射后，出

兩次折射后向圓心

光線不改變傳播方射光線向棱鏡底面

偏折

向，但要發(fā)生側(cè)移偏折

姆沙

應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率改變光的傳播方1可

全反射棱鏡，改變

光的傳播方向

3.對(duì)全反射現(xiàn)象的理解和應(yīng)用

(1)光線射向兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反

射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射現(xiàn)象，不發(fā)生折射現(xiàn)象。折

射角等于90。時(shí)，實(shí)際上就已經(jīng)沒(méi)有折射光線了。

(2)光導(dǎo)纖維：簡(jiǎn)稱(chēng)“光纖”，它是非常細(xì)的特制玻璃絲(直徑在

幾微米到一百微米之間)，由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的折射率比

外套大，光在內(nèi)芯中傳播時(shí)，在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生了全反射。

光纖通信就是利用了全反射原理。

(3)發(fā)生全反射現(xiàn)象時(shí)的光能量的變化

光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，在入射角逐漸增大的過(guò)程中，反射

光的能量逐漸增強(qiáng)，折射光的能量逐漸減弱，一旦入射角等于臨界角

時(shí)，折射光的能量實(shí)際上已減為零，即此時(shí)已經(jīng)發(fā)生了全反射。

4.解答全反射類(lèi)問(wèn)題的技巧

(1)解答全反射類(lèi)問(wèn)題時(shí)，要抓住發(fā)生全反射的兩個(gè)條件。

①光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)；

②入射角大于或等于臨界角。

(2)利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射

的光路圖是解題的關(guān)鍵，且在作光路圖時(shí)盡量與實(shí)際相符。

5.解決全反射問(wèn)題的一般方法

(1)確定光是從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。

(2)應(yīng)用sinC=：確定臨界角。

(3)根據(jù)題設(shè)條件，判定光在傳播時(shí)是否發(fā)生全反射。

(4)如發(fā)生全反射，畫(huà)出入射角等于臨界角時(shí)的臨界光路圖。

(5)運(yùn)用幾何關(guān)系或三角函數(shù)關(guān)系以及反射定律等進(jìn)行分析、判

斷、運(yùn)算，解決問(wèn)題。

M特別提醒

(1)光密介質(zhì)和光疏介質(zhì)是相對(duì)而言的。同一種介質(zhì)，相對(duì)于其

他不同的介質(zhì)，可能是光密介質(zhì)，也可能是光疏介質(zhì)。

(2)如果光線從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，則無(wú)論入射角多大，都

不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。

(3)在光的反射和全反射現(xiàn)象中，均遵循光的反射定律，光路均

是可逆的。

(4)當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí)，往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反

射現(xiàn)象，但在全反射現(xiàn)象中，只發(fā)生反射，不發(fā)生折射。

二、光的色散及棱鏡

1.光的色散

(1)現(xiàn)象：一束白光通過(guò)三棱鏡后在屏上會(huì)形成彩色光帶。

(2)成因：棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，對(duì)紅光的折射率

最小，紅光通過(guò)棱鏡后的偏折程度最小，對(duì)紫光的折射率最大，紫光

通過(guò)棱鏡后的偏折程度最大，從而產(chǎn)生色散現(xiàn)象。

A

光線通過(guò)棱鏡的光路

2.各種色光的比較

顏色紅橙黃綠青藍(lán)紫

頻率y低f高

同一介質(zhì)中的折射率小f大

同一介質(zhì)中的速度大f小

波長(zhǎng)大f小

通過(guò)棱鏡的偏折角小f大

臨界角大f小

雙縫干涉時(shí)的條紋間距大f小

施》特別提醒

(1)不同顏色的光的頻率不同(光的顏色由其頻率決定)，在同一種

介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同；當(dāng)

它從一種介質(zhì)進(jìn)入另一介質(zhì)時(shí)，其頻率不變，顏色不變，光速改變波

長(zhǎng)改變。

(2)入射光為復(fù)色光，在出射光中，不同色光的偏折不同。紅光

的折射率最小，其偏折最小。紫光的折射率最大，其臨界角最小，最

易出現(xiàn)全反射。

3.通過(guò)棱鏡的光線

(1)棱鏡對(duì)光線的偏折規(guī)律如圖所示

通過(guò)棱鏡的光線

①通過(guò)棱鏡的光線要向棱鏡底面偏折；

②棱鏡改變光的傳播方向，但不改變光束的性質(zhì)。

a.平行光束通過(guò)棱鏡后仍為平行光束；

b.發(fā)散光束通過(guò)棱鏡后仍為發(fā)散光束；

c.會(huì)聚光束通過(guò)棱鏡后仍為會(huì)聚光束。

③出射光線和入射光線之間的夾角稱(chēng)為偏向角(如圖中〃)。

(2)棱鏡成像(如圖)

棱鏡成正立虛像

隔著棱鏡看物體的像是正立的虛像，像的位置向棱鏡頂角方向偏

移。

4.全反射棱鏡

(1)定義：橫截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。

(2)全反射棱鏡對(duì)光路的控制如圖所示

(3)全反射棱鏡的優(yōu)點(diǎn)

全反射棱鏡和平面鏡在改變光路方面,效果是相同的，相比之下,

全反射棱鏡成像更清晰，光能損失更少。

M特別提醒

棱鏡的作用是改變光的傳播方向和分光，在每次發(fā)生在界面處的

折射或全反射都遵循光的折射規(guī)律。

三、光的干涉、衍射及偏振

1.光的干涉

(1)明、暗條紋的確定

雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏上某點(diǎn)到相干光源與、52的路程之差為

光程差，記為沆如圖所示。

5=(2n+l),-y

①若光程差3是波長(zhǎng)4的整倍數(shù)，即＜5=〃2(〃=0,1,2,3,…)，P

點(diǎn)將出現(xiàn)亮條紋；

②若光程差d是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍,即3=(2〃+1)；(〃=0,1,2,3,??-),

P點(diǎn)將出現(xiàn)暗條紋；

③屏上到雙縫$、&距離相等的點(diǎn)即為加強(qiáng)點(diǎn)，故雙縫干涉中

央條紋為亮條紋。

(2)干涉的條紋特征

①若用單色光實(shí)驗(yàn),在屏上得到明暗相間的條紋;若用白光實(shí)驗(yàn)，

中央是白色條紋，兩側(cè)是彩色條紋；

②屏上明暗條紋之間的距離總是相等的，其距離大小也與雙縫

之間的距離"、雙縫到屏的距離/及光的波長(zhǎng)2有關(guān)，即在

/和〃不變的情況下，Ax和波長(zhǎng)4成正比，應(yīng)用該式可測(cè)光波的波長(zhǎng)

2；

③用同一實(shí)驗(yàn)裝置做干涉實(shí)驗(yàn),紅光干涉條紋的間距Ax紅最大，

紫光干涉條紋間距心紫最小，故可知2紅大于4紫，這就是白光干涉條

紋中央為白色、兩邊出現(xiàn)彩色光帶的原因。

2.薄膜干涉

(1)如圖所示，豎直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下

厚的楔形。

(2)光照射到薄膜上時(shí)，在膜的前表面力力'和后表面55'分別

反射出來(lái)，形成兩列頻率相同的光波，并且疊加。

(3)原理分析

單色光：①在尸1、P2處，兩個(gè)表面反射回來(lái)的兩列光波的路程

差"等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即Ar=〃R〃=l,2,3,…)，薄膜上出現(xiàn)明條

紋；

②在。處，兩列反射回來(lái)的光波的路程差"等于半波長(zhǎng)的奇數(shù)

倍，即Ar=(2〃+1),(〃=0,1,2,3,…)，薄膜上出現(xiàn)暗條紋。

被檢杳平面

白光：薄膜上出現(xiàn)水平彩色條紋。

(4)薄膜干涉的應(yīng)用

①干涉法檢查平面裝置如圖所示，兩板之間形成一楔形空氣膜,

用單色光從上向下照射，如果被檢平面是平整光滑的，我們會(huì)觀察到

平行且等間距的明暗相間的條紋；若被檢平面不平整，則干涉條紋發(fā)

生彎曲；

②關(guān)于被測(cè)平面的凹凸判斷方法

a.理論法：首先對(duì)照薄膜干涉裝置甲弄清楚干涉條紋乙所對(duì)應(yīng)

的空氣膜厚度的變化，從左至右，厚度增加。然后找到條紋彎曲處,

看出現(xiàn)的條紋前移還是后移，從而確定是凹陷還是凸起，若。處不

凹或凸時(shí)應(yīng)和出現(xiàn)在同一級(jí)條紋上，現(xiàn)在出現(xiàn)在的后一級(jí)條

紋上，條紋前移，表示。點(diǎn)凹下，同樣辦法可判定E點(diǎn)應(yīng)是凸起；

b.結(jié)論法：若干涉條紋向劈尖干涉的尖端(即空氣膜厚度小的那

一端)彎曲，則表示彎曲處凹陷；若干涉條紋向劈尖干涉的尾端(即空

氣膜厚度大的那一端)彎曲，則表示彎曲處凸起。

3.對(duì)光的衍射的理解

(1)干涉和衍射是波的特征，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，干涉和衍射現(xiàn)象越明顯。

在任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象，只是明顯與不明顯的差別。

(2)衍射現(xiàn)象說(shuō)明“光沿直線傳播”只是一種特殊情況，只有在

光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí)，光才可以看做是沿直線傳播的。

4.干涉和衍射的比較

內(nèi)容干涉衍射

在光重疊區(qū)域出現(xiàn)加強(qiáng)光繞過(guò)障礙物偏離直線

現(xiàn)象

或減弱的現(xiàn)象傳播的現(xiàn)象

兩束光頻率相同、相位差障礙物或孔的尺寸與波

產(chǎn)生條件

恒定長(zhǎng)差不多或更小

單縫衍射(圓孔衍射、不

典型實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)

透明圓盤(pán)衍射)

不條紋寬度條紋寬度相等條紋寬度不等，中央最寬

同條紋間距各相鄰條紋間距相等各相鄰條紋間距不等

圖樣

點(diǎn)亮度情況清晰條紋，亮度基本相等中央條紋最亮，兩邊變暗

特點(diǎn)

干涉、衍射都是波特有的現(xiàn)象；干涉、衍射都有明

相同點(diǎn)

暗相間的條紋

5.干涉與衍射的本質(zhì)

光的干涉條紋和衍射條紋都是光波疊加的結(jié)果，從本質(zhì)上講，衍

射條紋的形成與干涉條紋的形成具有相似的原理。在衍射現(xiàn)象中，可

以認(rèn)為從單縫通過(guò)兩列或多列頻率相同的光波,它們?cè)谄辽席B加形成

單縫衍射條紋。

6.自然光和偏振光的比較

自然光(非偏振光)偏振光

光的來(lái)源直接從光源發(fā)出的光自然光通過(guò)起偏器后的光

在垂直于光的傳播方向的平

面內(nèi)，光振動(dòng)沿任意方向，在垂直于光的傳播方向的平

光的振動(dòng)方向

且沿各個(gè)方向振動(dòng)的光的強(qiáng)面內(nèi)，光振動(dòng)沿特定方向

度相同

7.偏振光的理論意義及應(yīng)用

(1)理論意義：光的干涉和衍射現(xiàn)象充分說(shuō)明了光是波，但不能

確定光波是橫波還是縱波。光的偏振現(xiàn)象說(shuō)明了光波是橫波。

(2)應(yīng)用：照相機(jī)鏡頭、立體電影、消除車(chē)燈眩光等。

M特別提醒

(1)白光發(fā)生光的干涉、衍射和光的色散都可出現(xiàn)彩色條紋，但

光學(xué)本質(zhì)不同。

(2)區(qū)分干涉和衍射，關(guān)鍵是理解其本質(zhì)，實(shí)際應(yīng)用中可從條紋

寬度、條紋間距、亮度等方面加以區(qū)分。

(3)衍射條紋的產(chǎn)生，實(shí)質(zhì)上是光波發(fā)生干涉的結(jié)果，即相干波

疊加的結(jié)果。當(dāng)光源發(fā)出的光照射到小孔或障礙物時(shí)，小孔處可看做

有許多點(diǎn)光源，障礙物的邊緣也可看成許多點(diǎn)光源（惠更斯原理）。這

些點(diǎn)光源是相干光源，發(fā)出的光相干涉，在光屏上形成亮暗相間的條

紋。

（4）圓盤(pán)衍射與圓孔衍射的比較

①均是明暗相間的條紋，中心均有亮斑；

②圓孔衍射圖樣中心亮斑較大，而圓盤(pán)衍射圖樣中心亮斑較??；

③圓孔衍射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨半徑增大而增大圓盤(pán)衍

射圖樣中亮環(huán)或暗環(huán)的間距隨半徑增大而減??；

④圓孔衍射圖樣的背景是黑暗的，而圓盤(pán)衍射圖樣的背景是明亮

的。

四、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定玻璃的折射率

1.實(shí)驗(yàn)原理

用插針?lè)ù_定光路，找出和入射光線相應(yīng)的折射光線；用量角器

測(cè)出入射角i和折射角心根據(jù)折射定律計(jì)算出玻璃的折射率〃=聾。

2.實(shí)驗(yàn)器材

玻璃磚、白紙三張、木板、大頭針?biāo)拿丁D釘四枚、量角器、三

角板（或直尺）、鉛筆。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)把白紙用圖釘釘在木板上。

(2)在白紙上畫(huà)一條直線加，作為界面，畫(huà)一條線段4O作為入

射光線，并過(guò)。點(diǎn)畫(huà)出界面板’的法線NN',如圖所示。

(3)把長(zhǎng)方形的玻璃磚放在白紙上，使它的一個(gè)長(zhǎng)邊跟的,對(duì)齊,

并畫(huà)出玻璃磚的另一個(gè)長(zhǎng)邊。

(4)在AO線段上豎直地插上兩枚大頭針Pi和尸2。

(5)在玻璃磚的打,一側(cè)豎直地插上大頭針尸3,用眼睛觀察調(diào)整

視線，要使尸3能同時(shí)擋住P1和尸2的像。

(6)同樣地在玻璃磚的bb'一側(cè)再豎直地插上大頭針尸4，使居

能擋住尸3本身和P1與P1的像。

(7)記下尸3和尸4的位置，移去玻璃磚和大頭針，過(guò)尸3和尸4引直

線OB與bb'交于O'點(diǎn)，連接。與O',00'就是玻璃磚內(nèi)的

折射光線的方向，入射角折射角r=NO'ON'0

(8)用量角器量出入射角i和折射角r的度數(shù)。

(9)從三角函數(shù)表中查出入射角和折射角的正弦值，記入自己設(shè)

計(jì)的表格里。

(10)用上面的方法分別求出入射角是30。，45°,60。時(shí)的折射角，

查出入射角和折射角的正弦值，把這些數(shù)據(jù)記在表格里。

4.數(shù)據(jù)處理

(1)計(jì)算法：計(jì)算每次的折射率〃，然后求平均值。

(2)圖象法：作sin仇-sin%圖象，由〃=鬻可知圖象為直線，其

sin(/2

斜率即為折射率。

(3)單位圓法：在不使用量角器的情況下，可以用單位圓法。

①以入射點(diǎn)。為圓心，以一定長(zhǎng)度￡為半徑畫(huà)圓，交入射光線

04于E點(diǎn)，交折射光線OO'于E'點(diǎn)，過(guò)E作NN'的垂線

過(guò)〃作NN'的垂線"H',如圖所示。

~EHE'H'

②由圖中關(guān)系sim=---,sinr=-=----,OE=OE'=R,

OEOE

sinZEH--------------------

則片前=應(yīng)〒。只要用刻度尺測(cè)出的、E"的長(zhǎng)度就

可以求出〃。

③不用畫(huà)圓時(shí)，截取EO=O￡'作及n_7VN'，E'H'A.NN',

則〃si=n/等=E=H=,也可。

smrE'H'

5.注意事項(xiàng)

(1)玻璃磚應(yīng)選用厚度、寬度較大的。

(2)大頭針要插得豎直，且間隔要大些。

(3)入射角不宜過(guò)大或過(guò)小，一般在15。?75。之間。

(4)玻璃磚的折射面要畫(huà)準(zhǔn)，不能用玻璃磚界面代替直尺畫(huà)界線。

(5)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，玻璃磚和白紙的相對(duì)位置不能改變。

6.誤差分析

(1)入射光線、出射光線確定的準(zhǔn)確性，要求入射一側(cè)和出射一

側(cè)所插兩枚大頭針間距稍大一些。

(2)測(cè)量入射角與折射角時(shí)的相對(duì)誤差，故入射角不宜過(guò)小。入

射角也不宜過(guò)大，過(guò)大則反射光較強(qiáng)，出射光較弱。

五、實(shí)驗(yàn)：用雙縫干涉測(cè)量光的波長(zhǎng)

1.實(shí)驗(yàn)原理

單色光通過(guò)單縫后，經(jīng)雙縫產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉圖樣，圖樣中相鄰兩

條亮(暗)紋間距Ax與雙縫間距"、雙縫到屏的距離/、單色光的波長(zhǎng)

2之間滿(mǎn)足2=心〃。

2.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)觀察干涉條紋

①將光源、遮光筒、毛玻璃屏依次安放在光具座上。如圖所示。

光源濾光片單縫雙縫遮光筒屏

②接好光源，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，使燈絲正常發(fā)光。

③調(diào)節(jié)各器件的高度，使光源發(fā)出的光能沿軸線到達(dá)光屏。

④安裝雙縫和單縫，中心大致位于遮光筒的軸線上，使雙縫與單

縫的縫平行，二者間距約5cm?10cm,這時(shí)，可觀察白光的干涉條

紋。

⑤在單縫和光源間放上濾光片，觀察單色光的干涉條紋。

(2)測(cè)定單色光的波長(zhǎng)

①安裝測(cè)量頭，調(diào)節(jié)至可清晰觀察到干涉條紋。

②使分劃板中心刻線對(duì)齊某條亮條紋的中央，記下手輪上的讀數(shù)

田，將該條紋記為第1條亮紋；轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使分劃板中心刻線移動(dòng)至

另一亮條紋的中央，記下此時(shí)手輪上的讀數(shù)”2,將該條紋記為第〃

條亮紋。

③用刻度尺測(cè)量雙縫到光屏的距離/(〃是已知的)。

④改變雙縫間的距離"，雙縫到屏的距離/,重復(fù)測(cè)量。

3.數(shù)據(jù)處理

(1)條紋間距Ax=o

(2)波長(zhǎng)/

(3)計(jì)算多組數(shù)據(jù)，求2的平均值。

4.注意事項(xiàng)

(1)安裝時(shí)，注意調(diào)節(jié)光源、濾光片、單縫、雙縫的中心均在遮

光筒的中心軸線上，并使單縫、雙縫平行且間距適當(dāng)。

(2)光源燈絲最好為線狀燈絲，并與單縫平行且靠近。

(3)調(diào)節(jié)的基本依據(jù)是：照在光屏上的光很弱，主要原因是燈絲

與單縫、雙縫，測(cè)量頭與遮光筒不共軸所致，干涉條紋不清晰一般原

因是單縫與雙縫不平行所致，故應(yīng)正確調(diào)節(jié)。

4B0，卜題快做；

1.思維辨析

(1)光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫光的折射。()

(2)折射率跟折射角的正弦成正比。()

(3)只要入射角足夠大，就能發(fā)生全反射。()

(4)折射定律是托勒密發(fā)現(xiàn)的。()

(5)若光從空氣中射入水中，它的傳播速度一定減小。()

(6)已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C,則該介質(zhì)的折射率等于

sinC°()

(7)密度大的介質(zhì)一定是光密介質(zhì)。()

(8)自然光能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象，而偏振光卻不能。()

(9)只有自然光通過(guò)偏振片才能獲得偏振光。()

(10)自然光只能是白光，而偏振光不能是白光。()

答案(1)X(2)X(3)X(4)X(5)J(6)J(7)X(8)X

(9)X(10)X

2.如圖所示，有一束光投射到放在空氣中的平行玻璃磚的表面

I上，下列說(shuō)法中正確的是()

A.如果在界面I上入射角大于臨界角，光將不會(huì)進(jìn)入玻璃磚

B.光從界面II射出時(shí)出射光線可能與最初的入射光線不平行

C.光進(jìn)入界面I后可能不從界面II射出

D.不論光從什么角度入射，都能從界面n射出

答案D

解析發(fā)生全反射的必要條件有兩個(gè)，即光從光密介質(zhì)射入光疏

介質(zhì)和入射角不小于臨界角，本題中光從空氣射入界面I上時(shí)，光是

從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，所以即使入射角大于臨界角，光也不會(huì)發(fā)

生全反射現(xiàn)象，光會(huì)進(jìn)入玻璃磚,選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因?yàn)楣獾纳?、下?/p>

個(gè)界面平行，光從界面3I射出時(shí)出射光線肯定會(huì)與最初的入射光線平

行，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光進(jìn)入界面I后，從玻璃射向界面II時(shí)的入射角

肯定小于臨界角，光肯定會(huì)從界面II射出，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；不論光從

什么角度入射，都能從界面II射出，選項(xiàng)D正確。

3.（多選）某學(xué)習(xí)小組在探究三棱鏡對(duì)光的色散的實(shí)驗(yàn)中，用一

束含有兩種力、B不同顏色的光束以一定的角度從三棱鏡的一邊射入,

并從另一面射出，如圖所示。由此我們可以知道（）

A.在同種介質(zhì)中，/光的波長(zhǎng)比6光的波長(zhǎng)長(zhǎng)

B.從空氣中以相同的入射角射入同樣的介質(zhì)，Z光的折射角比

B光的小

C.A.6兩種光在水中的速度一樣大

D.力、6兩種光從相同的介質(zhì)入射到空氣中，逐漸增大入射角，

B光先發(fā)生全反射

答案AD

解析由圖可知，B光折射率較大，B光的頻率大。在同種介質(zhì)

中，A光的波長(zhǎng)比5光的波長(zhǎng)長(zhǎng)，選項(xiàng)A正確；從空氣中以相同的

入射角射入同樣的介質(zhì)A光的折射角比B光的大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤K、

B兩種光在水中的速度，A光較大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于6光的折射

率較大，B光的全反射臨界角較小，4B兩種光從相同的介質(zhì)入射

到空氣中，逐漸增大入射角，B光先發(fā)生全反射，選項(xiàng)D正確。

法命題法解題法

泰［考法綜述］本考點(diǎn)在高考中為必考內(nèi)容，熱點(diǎn)集中在折射

定律、折射率、全反射、棱鏡、色散、光的干涉、衍射等綜合考查。

此外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)既可以以選擇題形式，也可以以計(jì)算題形式出現(xiàn)，考查

學(xué)生的動(dòng)手能力及數(shù)學(xué)計(jì)算能力，因此復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)掌握：

1個(gè)定律——光的折射定律

6個(gè)概念——折射率、全反射、色散、干涉、衍射、偏振

?人八#sin^i.-1I,

3個(gè)公式——〃=砌sinC=-4

2個(gè)關(guān)系——7種色光波長(zhǎng)、頻率的大小關(guān)系

2個(gè)實(shí)驗(yàn)一測(cè)折射率、波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)

命題法1光的折射定律

典例1如圖，三棱鏡的橫截面為直角三角形45C,N/1=3O。,

ZB=60°o一束平行于/。邊的光線自邊的尸點(diǎn)射入三棱鏡，在

AC邊發(fā)生反射后從6。邊的〃點(diǎn)射出。若光線在P點(diǎn)的入射角和在

用點(diǎn)的折射角相等。

(1)求三棱鏡的折射率；

(2)在三棱鏡的力。邊是否有光線透出？寫(xiě)出分析過(guò)程。(不考慮

多次反射)

［答案］(lh/3(2)沒(méi)有理由見(jiàn)解析

I解析］(1)光路圖如圖所示，圖中N點(diǎn)為光線在/C邊發(fā)生反射

的入射點(diǎn)。設(shè)光線在尸點(diǎn)的入射角為i,折射角為小在〃點(diǎn)的入射

角為/，依題意知折射角也為i,有i=60。①

由折射定律有sini=〃sinr②

nsinr'=sini③

由②③式得r=r'④

OO'為過(guò)M點(diǎn)的法線，4C為直角，0。'||NC,由幾何關(guān)系

WLMNC-r'⑤

由反射定律可知匕?N4=乙MNC⑥

聯(lián)立④⑤⑥式得上尸AM=r⑦

由幾何關(guān)系得r=30。⑧

聯(lián)立①②⑧式得〃=?、?/p>

(2)設(shè)在N點(diǎn)的入射角為i〃，由幾何關(guān)系得尸=60。⑩

此三棱鏡的全反射臨界角滿(mǎn)足〃sin，,.=1?

由⑨⑩?式得i〃＞仇?

此光線在N點(diǎn)發(fā)生全反射，三棱鏡的/。邊沒(méi)有光線透出。

A【解題法】應(yīng)用光的折射定律解題的一般思路

(1)根據(jù)入射角、折射角及反射角之間的關(guān)系，作出比較完整的

光路圖。

(2)充分利用光路圖中的幾何關(guān)系，確定各角之間的聯(lián)系，根據(jù)

折射定律求解相關(guān)的物理量：折射角、折射率等。

(3)注意在折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。

命題法2光的全反射

典例2圖示為一光導(dǎo)纖維(可簡(jiǎn)化為一長(zhǎng)玻璃絲)的示意圖，

玻璃絲長(zhǎng)為L(zhǎng)折射率為〃，代表端面。已知光在真空中的傳播

速度為Co

(1)為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?求光線在端

面AB上的入射角應(yīng)滿(mǎn)足的條件；

(2)求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L(zhǎng)時(shí)間。

［答案］(l)siniW513rlQ)-不

［解析］⑴設(shè)光線在端面上。點(diǎn)(如圖)的入射角為i折射角

為r,由折射定律有

sin/=〃sinr'①

設(shè)該光線射向玻璃絲內(nèi)壁。點(diǎn)的入射角為?為了使該光線可在

此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有

心夕②

式中，，是光線在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反射時(shí)的臨界角，它滿(mǎn)足

〃sin，=「③

由幾何關(guān)系得a+r=90。，④

由①②③④式得siniW,〃2-1，⑤

(2)光在玻璃絲中傳播速度的大小為

o=芻⑥

n

光速在玻璃絲軸線方向的分量為a=osina，⑦

光線從玻璃絲端面AB傳播到其另一個(gè)端面所需時(shí)間為f=勺⑧

光線在玻璃絲中傳播，在剛好發(fā)生全反射時(shí)，光線從端面4B傳

播到其另一端面所需的時(shí)間最長(zhǎng)，由②③⑥⑦⑧式得*ax=1。

A【解題法】求解全反射現(xiàn)象中光的傳播時(shí)間的一般思路

⑴全反射現(xiàn)象中，光在同種均勻介質(zhì)中的傳播速度不發(fā)生變化，

即。=]

(2)全反射現(xiàn)象中，光的傳播路程應(yīng)結(jié)合光路圖與幾何關(guān)系進(jìn)行

確定。

(3)利用求解光的傳播時(shí)間。

命題法3光的色散知識(shí)

典例3一束白光從頂角為。的一邊以較大的入射角i射入并

通過(guò)三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，如圖所示，在入射角i

逐漸減小到零的過(guò)程中，假如屏上的彩色光帶先后全部消失，則

()

A.紅光最先消失,紫光最后消失

B.紫光最先消失，紅光最后消失

C.紫光最先消失，黃光最后消失

D.紅光最先消失，黃光最后消失

I答案]B

I解析I白光從AB射入玻璃后，由于紫光偏折大，從而到達(dá)另

一側(cè)面ZC時(shí)的入射角較大，且因紫光折射率大，sinC=l/〃，因而其

全反射的臨界角最小，故隨著入射角i的減小，進(jìn)入玻璃后的各色光

中紫光首先發(fā)生全反射不從AC面射出，后依次是靛、藍(lán)、綠、黃、

橙、紅，逐漸發(fā)生全反射而不從力。面射出。

△【解題法】正確理解光的色散

(1)光的顏色由光的頻率決定。組成白光的各種單色光中，紅光

頻率最小，紫光頻率最大。在不同介質(zhì)中，光的頻率不變。

(2)不同頻率的色光在真空中傳播速度相同，為c=3X108m/s0

但在其他介質(zhì)中速度各不相同，同一種介質(zhì)中，紫光速度最小，紅光

速度最大。

(3)同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同，通常情況下頻率越高，

在介質(zhì)中的折射率也越大，所以白光進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，紫光

偏折得最厲害，紅光偏折最小。

(4)由于色光在介質(zhì)中傳播時(shí)光速發(fā)生變化，則波長(zhǎng)也發(fā)生變化。

同一色光在不同介質(zhì)中，折射率大的光速小，波長(zhǎng)短；折射率小的光

速大，波長(zhǎng)長(zhǎng)。不同色光在同一介質(zhì)中，頻率高的折射率大，光速小，

波長(zhǎng)短；頻率小的折射率小，光速大，波長(zhǎng)長(zhǎng)。

命題法4光的干涉、衍射、偏振

典例4如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在

光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，

可以()

單

—rs,

色

—>1SP

光

-------?§2

單縫屏雙縫屏光屏

A.增大$與S2的間距

B.減小雙縫屏到光屏的距離

C.將綠光換為紅光

D.將綠光換為紫光

借案］C

［解析1在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，相鄰殼（暗）條紋間的距離—=），

要想增大相鄰條紋間距，可以減小雙縫間距d,或增大雙縫屏到光屏

的距離I,或換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光做實(shí)驗(yàn)，可知C正確，A、B、D錯(cuò)

誤。

△【解題法】雙縫干涉中條紋間距和亮暗的判斷方法

（1）影響條紋間距的因素：根據(jù)—=夕，分析/、d、2的變化情

況，從而得出Ax的變化。

（2）條紋亮暗的判斷：光屏上某點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長(zhǎng)的偶

數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)亮條紋，路程差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)暗條紋。

典例5如圖所示，白熾燈的右側(cè)依次平行放置偏振片尸和Q,

力點(diǎn)位于P、。之間，6點(diǎn)位于。右側(cè)。旋轉(zhuǎn)偏振片P,/、6兩點(diǎn)

光的強(qiáng)度變化情況是（）

A.力、5均不變B.A.5均有變化

C.力不變，5有變化D.4有變化，5不變

［答案］C

［解析］偏振片對(duì)入射光具有遮蔽和透過(guò)的功能，白熾燈光為自

然光，經(jīng)過(guò)尸后變?yōu)槠窆?，旋轉(zhuǎn)偏振片P,尸的偏振方向變化，通

過(guò)P的光線有一部分不能通過(guò)Q,A點(diǎn)光的強(qiáng)度不變，B點(diǎn)光的強(qiáng)度

變化。

A【解題法】對(duì)偏振光的再認(rèn)識(shí)

(1)自然光是直接從光源發(fā)出的光，在垂直于光的傳播方向的平

面內(nèi)，光振動(dòng)的方向沿各個(gè)方向，且沿各個(gè)方向光振動(dòng)的強(qiáng)度相同；

偏振光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光振動(dòng)的方向沿特定方向。

(2)偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特征，即存在一個(gè)偏振

方向只讓平行于該方向振動(dòng)的光通過(guò)其他振動(dòng)方向的光被吸收了。

(3)偏振現(xiàn)象在生活中非常普遍，并不是只有自然光通過(guò)偏振片

后才變?yōu)槠窆猓钪谐庠粗苯影l(fā)出的光外，我們看到的絕大部

分光都是偏振光。

(4)當(dāng)偏振光入射到偏振片上時(shí)，如果偏振方向與透振方向既不

平行也不垂直，仍會(huì)有部分光透過(guò)偏振片。

圖?對(duì)點(diǎn)題必刷題］

1.(多選)如圖，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，

在玻璃磚底面上的入射角為仇經(jīng)折射后射出兩束光線。則()

A.在玻璃中，”光的傳播速度小于〃光的傳播速度

B.在真空中，〃光的波長(zhǎng)小于〃光的波長(zhǎng)

C.玻璃磚對(duì)〃光的折射率小于對(duì)〃光的折射率

D.若改變光束的入射方向使，角逐漸變大，則折射光線。首先

消失

E.分別用〃光在同一個(gè)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置上做實(shí)驗(yàn)，〃光的

干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距

答案ABD

解析由題圖知，從玻璃傳射出時(shí)，入射角相同，"光的折射角

大于b光的折射角，玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率，a

光在玻璃中的傳播速度比b光的小，a光的頻率比b光的大，在真空

中，a光的波長(zhǎng)較短，a光形成的干涉條紋間距較小，選項(xiàng)A、B正

確，C、E錯(cuò)誤；a光的全反射臨界角較小，當(dāng)入射角0增大時(shí)，a

光先發(fā)生全反射，折射光線先消失，選項(xiàng)D正確。

2.如圖所示，一束單色光從空氣入射到棱鏡的A5面上，經(jīng)43

和力。兩個(gè)面折射后從AC面進(jìn)入空氣。當(dāng)出射角i'和入射角i相等

時(shí)，出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)的角度為仇已知棱鏡頂角為a,

則計(jì)算棱鏡對(duì)該色光的折射率表達(dá)式為（）

a~\~0

對(duì)曠為一

A.----------

.

sin￡?

_sin0_

*fa

答案A

解析設(shè)光線在面上的折射角為r,由幾何關(guān)系有。=2（i-

.a+-

?zj??sin勺

、-II—Uli.以+“asim2

r),a=2r，從而求出，由折射律〃=嘉二=------)

z=—/,r=y//E9111*.(Z

s,nI

只有選項(xiàng)A正確。

3.直線BP2過(guò)均勻玻璃球球心O,細(xì)光束婕、b平行且關(guān)于PR

對(duì)稱(chēng)，由空氣射入玻璃球的光路如圖。〃、〃光相比（）

A.玻璃對(duì)〃光的折射率較大

B.玻璃對(duì)〃光的臨界角較小

C.。光在玻璃中的傳播速度較小

D.〃光在玻璃中的傳播時(shí)間較短

答案C

解析由題圖可知na<nb,故A錯(cuò)誤；由sinC=：知Ca>Cb,

故B錯(cuò)誤；由〃=￡知〃〉力，故C正確；〃光在玻璃中的傳播距離

比〃光小，由t=^ta<tb,D錯(cuò)誤。

4.如圖，一束光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光4、b,波

長(zhǎng)分別為乙、該玻璃對(duì)單色光a、b的折射率分別為…b，貝版）

A?//〃〉＞■itI)B.乙＞4〃，

C.九＜4方，力D.入＞ab，〃a＞〃b

答案B

解析從題圖中可以看出〃光折射程度大，所以有〃“＜小根據(jù)2

節(jié)和人＜方可得乙＞〃，所以B項(xiàng)正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。

5.中國(guó)古人對(duì)許多自然現(xiàn)象有深刻認(rèn)識(shí)，唐人張志和在《玄真

子?濤之靈》中寫(xiě)道：“雨色映日而為虹”。從物理學(xué)角度看，虹是

太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)雨滴的兩次折射和一次反射形成的。如圖是彩虹成因的簡(jiǎn)

化示意圖，其中〃、b是兩種不同頻率的單色光，則兩光（）

A.在同種玻璃中傳播，〃光的傳播速度一定大于b光

B.以相同角度斜射到同一玻璃板透過(guò)平行表面后，h光側(cè)移量

大

C.分別照射同一光電管，若〃光能引起光電效應(yīng)，〃光也一定

能

D.以相同的入射角從水中射入空氣，在空氣中只能看到一種光

時(shí)，一定是“光

答案C

解析由題圖可知fl光的偏折程度大玻璃對(duì)?光的折射率大，

a光的頻率高，由可知，在同種玻璃中a光的傳播速度小于b

光，A項(xiàng)錯(cuò)誤；以相同的角度斜射到同一玻璃板透過(guò)平行表面后，由

于?光的折射率大，因此?光的側(cè)移量大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；分別照射同一

光電管，由于?光的頻率高，如果b光能引起光電效應(yīng)，?光也一定

能，C項(xiàng)正確；由sinC=：可知，光從水中射入空氣，a光發(fā)生全反

射的臨界角小于h光發(fā)生全反射的臨界角，如果只有一種光發(fā)生全反

射，這種光一定是?光，射入空氣的一定是。光，D項(xiàng)錯(cuò)誤。

6.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，一鈉燈發(fā)出的波長(zhǎng)為589nm的光，在

距雙縫LOOm的屏上形成干涉圖樣。圖樣上相鄰兩明紋中心間距為

0.350cm,則雙縫的間距為（）

A.2.06X10-7mB.2.06X10~4m

C.1.68X10-4mD.1.68X10-3m

答案C

qI一，曰I1.00X589X109

斛析由Ax=/可將雙縫間距d=--2=0350X10"m=

1.68X104m,選項(xiàng)C正確。

7.（多選）關(guān)于下列光學(xué)現(xiàn)象，說(shuō)法正確的是（）

A.水中藍(lán)光的傳播速度比紅光快

B.光從空氣射入玻璃時(shí)可能發(fā)生全反射

C.在岸邊觀察前方水中的一條魚(yú)，魚(yú)的實(shí)際深度比看到的要深

D.分別用藍(lán)光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用紅光時(shí)

得到的條紋間距更寬

答案CD

解析因?yàn)轭l率/藍(lán)＞/紅，則〃藍(lán)＞〃紅，又因?yàn)樵谒?=7,得

到。藍(lán)〈。紅，則A錯(cuò)；光線由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才有可能發(fā)

生全反射，則B錯(cuò)；在岸邊看水中物體時(shí)比實(shí)際深度淺，則C項(xiàng)正

確；Ax=7,2紅＞2藍(lán)，同一裝置//"相同，所以用紅光時(shí)條紋間距更

寬，D項(xiàng)正確。

8.“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，在白紙上放好玻璃磚，曲,

和bb'分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面，如圖所示。在玻璃磚的一

側(cè)插上兩枚大頭針Pi和尸2,用“+”表示大頭針的位置，然后在另

一側(cè)透過(guò)玻璃磚觀察，并依次插上大頭針尸3和尸4。在插尸3和居時(shí)，

應(yīng)使（選填選項(xiàng)前的字母）。

A.P3只擋住Pl的像

B.04只擋住P2的像

C.尸3同時(shí)擋住Pl、P2的像

答案C

解析在標(biāo)記出折射光線時(shí)，需要尸3