章末［

提升光及其應用

霰簫導圜k—思維導圖構建網(wǎng)絡

規(guī)律總結歸納核心素養(yǎng)構建

1.光的折射

(1)定義：光從第1種介質射到它與第2

種介質的分界面時，一部分光進入第2

物理觀念

種介質的現(xiàn)象。

光的反射現(xiàn)象、光的折射現(xiàn)象、折射率、

(2)折射定律：折射光線與入射光線、法

光疏介質、光密介質、全反射、臨界角、

線處在同一平面內，折射光線與入射光

光的干涉現(xiàn)象、光的衍射現(xiàn)象、薄膜干

線分別位于法線的兩側；入射角的正弦

涉、光的偏振現(xiàn)象、線偏振光、激光

與折射角的正弦成正比，即:胃:一〃。

科學思維

2.折射率的定義：光從真空射入某種(1)光的折射定律、折射率與光速的關系

介質發(fā)生折射時，入射角的正弦與折射⑵應用數(shù)學關系進行全反射規(guī)律的分

角的正弦之比，簡稱折射率，即"=析

sin61⑶產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的條件及雙縫干涉的

sin02°

分析

3.折射率與光速的關系：n=*

(4)薄膜干涉的成因

4.全反射及發(fā)生條件科學探究

(1)全反射：光從光密介質射入光疏介質(1)用雙縫干涉測量光的波長

時，若入射角增大到某一角度，折射光⑵發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件

線就會消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象。科學態(tài)度與責任

(2)臨界角：sinC=:(1)光導纖維在生產(chǎn)、生活中的應用

(2)衍射現(xiàn)象及偏振現(xiàn)象的應用，增透

(3)發(fā)生條件：光從光密介質射入光疏介

膜、激光的應用

質且入射角大于等于臨界角。

5.光的干涉

(1)光產(chǎn)生干涉的條件：兩束光的頻率相

同、相位差恒定、振動方向相同。

（2）明暗條紋產(chǎn)生的條件

①亮條紋:△「=伏其中左=0,1,2,3,…）。

②暗條紋：Ar--2”其中k—

0,1,2,3,…）。

6.光的衍射：光通過很小的狹縫（或圓

孔）時，明顯地偏離了直線傳播的方向，

在屏上應該出現(xiàn)陰影的區(qū)域出現(xiàn)明條

紋或亮斑。

7.線偏振光：自然光垂直透過某一偏

振片后，沿著某一特定方向振動。

8.激光的特點：強度大、方向性好、

相干性好、覆蓋波段寬而且可調諧。

'|知識整合素養(yǎng)提升

素養(yǎng)1光學中的基本概念

［典例1］下列關于光學現(xiàn)象的說法正確的是（）

A.用光導纖維束傳送圖像信息，這是光的衍射的應用

B.太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的干涉的結果

C.在照相機鏡頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物可使景象更清晰

D.透過平行于日光燈的窄縫看正常發(fā)光的日光燈時能觀察到彩色條紋，這是光

的折射現(xiàn)象

［解析］用光導纖維束傳送圖像信息，這是光的全反射的應用，選項A錯誤；太

陽光通過三棱鏡形成彩色光譜，這是光的折射現(xiàn)象，選項B錯誤；在照相機鏡

頭前加裝偏振濾光片拍攝日落時的景物，可減弱反射光，從而使景象更清晰，選

項C正確；透過平行于日光燈的窄縫看正常發(fā)光的日光燈時能觀察到彩色條紋，

這是光的衍射現(xiàn)象，選項D錯誤。

［答案］C

針對訓練

1.光射到兩種不同介質的分界面，分析其后的傳播情形可知（）

A.折射現(xiàn)象的出現(xiàn)說明光是縱波

B.光總會分為反射光和折射光

C.折射光與入射光的傳播方向總是不同的

D.發(fā)生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同

解析：光的折射不能反映光是縱波還是橫波，由光的偏振現(xiàn)象可知光是橫波，選

項A錯誤；當光從光密介質射入光疏介質，且入射角大于等于臨界角時，發(fā)生

全反射現(xiàn)象，沒有折射光，選項B錯誤；當光線垂直于界面入射時，折射光與

入射光的傳播方向相同，選項C錯誤；發(fā)生折射是因為在不同介質中光的傳播

速度不同，選項D正確。

答案：D

素養(yǎng)2光學中模型構建及數(shù)學方法的應用

［典例2］如圖所示，△ABC為一直角三棱鏡的截面，其頂角a=30。，尸為垂直

于直線的光屏。現(xiàn)有一寬度等于A3的單色平行光束垂直射向A3面，結果

在屏P上形成一寬度等于京3的光譜帶，求棱鏡對該單色光的折射率。若是寬度

等于A3的白光垂直射向A3面，則屏上被照亮的部分有何變化？說明理由。

［解析］如圖所示，當單色平行光束垂直射向A3面時，入射光線在AC面上折

DE

射，折射角y=a+e,而tan6=3萬，

2

因為EC=^AB,

所以。AD=BC=ABtana,

尹萬1y［3

=

所以tan。、o+T7Qo

Antana3tana=3

由以上各式解得8=30。，y=60。，〃=sin

若是白光垂直射向A5面，光線在AC面上發(fā)生折射，紅光偏折程度最小，紫光

偏折程度最大，所以光屏P上被照亮部分變寬，且上邊緣為紅色，下邊緣為紫

色。

［答案］小見解析

［點評］有關光學和數(shù)學結合問題的解題思路：

(1)正確的畫出光路圖。

(2)找出入射角、反射角和折射角的關系。

(3)利用折射定律求解問題時，若涉及全反射問題首先找出臨界角，再通過反射

定律和幾何關系求解。

針對訓練

2.如圖所示，三角形ABC是由折射率為限的某種透明物質制成的直角三棱鏡

的橫截面(。為A3的中點)，ZA=30%一束光線在紙面內從。點射入棱鏡，光

線與AB面間的夾角為a。不考慮光線在AB和BC面上的反射。

(1)若a=45。，請作出光路圖并標明相應角度。

(2)要使射入0點的光線能從AC面射出，夾角川0。＜。＜90。)應滿足什么條件？

結果可用反三角函數(shù)表示。

解析：(1)光線射向AB面的入射角61=45。，由折射定律有設祟=表，解得02

=30°,

設該透明物質的臨界角為C,則sinC=±,

解得C=45。,

由幾何知識知，光線射向AC面的入射角a=60°>C,故發(fā)生全反射。

而仇=仇，故反射光線垂直于5c面從棱鏡射出，光路圖如圖所示。

(2)由幾何關系可知，射向AC面的光線恰好發(fā)生全反射時少2=15。，設此時a

,.sin（90°—ai）

=如，則有一sin15°—二@r

解得ai=arccos^2

當a角為90。時，射向AC的光線入射角為30。，不會發(fā)生全反射，故要使射入O

、-1

點的光線能從AC面射出,夾角a應滿足arccos~VaW90。。

\13—1

答案：（1）圖見解析（2）arccos?VaW90°

素養(yǎng)3實驗設計對光的波長的測量或玻璃折射率的計算實驗

［典例3］在“用雙縫干涉測量光的波長”的實驗中，已知雙縫間的距離為小

⑴若測定綠光的波長，應選用_______色的濾光片。實驗時需要測定的物理量

有和o

(2)已知雙縫到光屏之間的距離￡=500mm,雙縫之間的距離d=0.50mm,單縫

到雙縫之間的距離s=100mm,某同學在用測量頭測量時，調整手輪，在測量頭

目鏡中先看到分劃板中心刻線對準A條亮紋的中心，然后他繼續(xù)轉動手輪，使

分劃板中心刻線對準B條亮紋的中心，前后兩次游標卡尺的讀數(shù)如圖所示，則

入射光的波長丸=m(結果保留兩位有效數(shù)字)。

2

ABi

05

A位置讀數(shù)

2

-w

0510

B位置讀數(shù)

(3)實驗中發(fā)現(xiàn)條紋太密，難以測量，可以采用的改善辦法有

A.改用波長較長的光(如紅光)作為入射光

B.增大雙縫到屏的距離

C.增大雙縫到單縫的距離

D.增大雙縫間距

［解析］(1)由于測量綠光的波長，因此應用綠色濾光片。由可知要想測2

必須測定雙縫到屏的距離I和條紋間距Axo

(2)游標卡尺讀數(shù)精確度為0.1mm,A位置主尺讀數(shù)為11mm,游標尺讀數(shù)為

1X0.1mm=0.1mm,故A位置讀數(shù)為％i=llmm+0.1mm=11.1mm,同理5

九2—XlL

位置讀數(shù)為X2=15.6mm,則條紋間距Ax=-q—=0.64mm。利用Ax=不得A

-7

=yAx=6.4X10mo

(3)由八十=夕可知，要增大條紋間距，可用波長更長的入射光或增大雙縫到屏的

距離或減小雙縫間距，故選項A、B正確。

［答案］(1)綠雙縫到屏的距離相鄰條紋間距

(2)6.4X10—7(3)AB

針對訓練

3.某同學用插針法測定一半圓柱形玻璃磚的折射率，實驗后留下的痕跡如圖所

示，設A3的長度為/i,A。的長度為亂8的長度為屈的長度為樂為較

方便地表示出玻璃磚的折射率，只需用刻度尺測量________和(均選填

*”“/2”“/3”或“/4”)，則玻璃磚的折射率可表示為o

sin//AT?

解析：根據(jù)光的折射定律可知，玻璃的折射率為n=l,由題圖可知，sini=~^,

S1X1TCXJL)

sinr=^~,顯然03、0c為圓半徑，有OB=OC,解得〃=錯，所以需栗用刻

度尺測量h和h,即〃=*。

答案：/1h?

素養(yǎng)4光學現(xiàn)象在生活、生產(chǎn)、科技中的應用

［典例4］登山運動員在登雪山時要注意防止紫外線的過度照射，尤其是眼睛更

不能長時間被紫外線照射，否則將會嚴重地損傷視力。有人想利用薄膜干涉的原

理設計一種能大大減少紫外線對眼睛傷害的眼鏡。他選用的薄膜材料的折射率為

n=1.5,所要消除的紫外線的頻率為/=8.1XIO】4Hz,那么他設計的這種“增反

膜”的厚度至少是（）

A.9.25X10-8mB.1.85X10-7m

C.1.23X10~7mD.6.18X108m

［解析］為了減少進入眼睛的紫外線，應使人射光分別從該膜的前后兩個表面反

射出來形成的光疊加后加強，則光程差（大小等于薄膜厚度d的2倍）應等于光在

薄膜中的波長儲的整數(shù)倍，即2d=NT（N=l,2,…），因此，薄膜的厚度至少

是紫外線在膜中波長的右紫外線在真空中的波長是4條在膜中的波長是儲

=：,故膜的厚度至少是1.23X1（）-7m。

［答案］C

針對訓練

4.如圖所示，為了觀察門外情況，可在門上開一小圓孔，將一塊圓柱形玻璃嵌

入其中，圓柱體軸線與門面垂直。從圓柱底面中心看出去，可以看到的門外入射

光線與軸線間的最大夾角稱為視場角。已知該玻璃的折射率為〃，圓柱長為/,

底面半徑為「，則視場角是（

..nl.nr

A.…百

2n產(chǎn)?

Carcs叱面D-歷；行

解析：門外光線經(jīng)圓柱形玻璃折射后進入眼睛，其光路如圖。

根據(jù)折射定律得〃=;;二，①

根據(jù)幾何關系得sin%=②

nr

解得sin仇=貝U=arcsin］，+廣故B正確。

答案：B

章末檢測卷（四）光及其應用

（時間：90分鐘滿分：100分）

一、選擇題（本題共12小題，共40分。第1?8小題只有一個選項正確，每小題

3分，第9?12小題有多個選項正確，全選對的得4分，選對但不全的得2分,

有選錯的得0分）

1.下列關于光學現(xiàn)象的說法正確的是（）

A.在水中綠光的傳播速度比紅光的小

B.光纖由內芯和外套兩層組成，內芯的折射率比外套的小

C.在岸邊觀察水中的魚，看到的深度比實際的深

D.分別用綠光和紅光在同一裝置上做雙縫干涉實驗，用紅光時得到的條紋間距

更窄

解析：在水中紅光的折射率小于綠光，由”=已知在水中紅光的傳播速度比綠光

的大，故A正確；光纖利用全反射現(xiàn)象傳輸信號，由于內芯是光密介質即內芯

的折射率大于外套的折射率，所以光在由內芯向外套傳播時發(fā)生全反射而不泄

露，故B錯誤；在岸邊觀察水中的魚，魚的實際深度比看到的要深，即看到的

要淺，故C錯誤；條紋間距&=夕，紅光的波長較長，則條紋間距較寬，故D

錯誤。

答案：A

2.取兩塊平玻璃板，合在一起用手捏緊，會從玻璃板上看到彩色條紋，這是光

的干涉現(xiàn)象。有關這一現(xiàn)象的敘述正確的是（）

A.這是上下兩塊玻璃板的上表面反射光干涉的結果

B.這是兩玻璃板間的空氣薄層上下兩表面的反射光相干涉的結果

C.這是上面一塊玻璃的上、下兩表面的反射光干涉的結果

D.這是下面一塊玻璃的上、下兩表面的反射光干涉的結果

解析：形成干涉條紋是有一定條件的，即兩列相干光的光程差需栗連續(xù)變化，當

△x=雙時，形成明條紋，當Ax=（2左+1）1時，形成暗條紋，當入射光是白光時,

就會形成彩色條紋。對平板玻璃來說，每一塊平板玻璃上下表面都是平行的，故

不具備產(chǎn)生干涉條紋的條件，而中間的空氣膜，則可能具備這一條件，故應選B。

答案：B

3.一束單色光由空氣進入水中，則該光在空氣和水中傳播時（）

A.速度相同，波長相同B.速度不同，波長相同

C.速度相同，頻率相同D.速度不同，頻率相同

解析：不同的單色光頻率不相同，同一單色光在不同介質內傳播的過程中，光的

頻率不會發(fā)生改變；由公式可以判斷，水的折射率大于空氣的，所以該單

色光進入水中后傳播速度減小，波長減小，故選項D正確。

答案：D

4.某同學使用激光器作光源，在不透光的擋板上開一條縫寬為0.05mm的窄縫,

進行光的衍射實驗，如圖所示，則他在光屏上看到的條紋是下列選項中的（）

OA

激光器擋板光屏

0三mmin

ABCD

解析：單縫衍射條紋中間寬，兩側越來越窄，又由于單縫是水平的，所以衍射條

紋也是水平的，B正確。

答案：B

5.如圖所示，a、6兩束光以不同的入射角由介質射向空氣，結果折射角相同。下

列說法正確的是（）

A.6在該介質中的折射率比a的大

B.若用6做單縫衍射實驗，要比用。做中央亮條紋更寬

C.用a更易觀測到泊松亮斑

D.做雙縫干涉實驗時，用a光比用匕光兩相鄰亮條紋中心的距離更大

?Z）

解析：由題設條件知，O\a=Olb,O2a<02b,由片黑卷知加〉儂，A錯誤；因為

na>nb,所以丸九，又Ax=（九故D錯誤；波長越長，衍射現(xiàn)象越明

顯，衍射條紋中央亮條紋更寬，B正確，C錯誤。

答案：B

6.如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏上觀察到干涉條紋。

要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以（）

單」卜

光----]儼

單縫屏雙亞屏光屏

A.增大Si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

解析：雙縫干涉的條紋間距公式增大Si與S2的間距就是增大d,所以

條紋間距變小，A錯誤；減小雙縫屏到光屏的距離就是減小/,條紋間距變小，

B錯誤；紅光波長比綠光波長長，紫光波長比綠光波長短，所以將綠光換為紅光，

條紋間距增大，將綠光換為紫光，條紋間距變小，C正確，D錯誤。

答案：C

7.如圖所示，紅色細光束。射到折射率為限的透明球表面，入射角為45。，在球

的內壁經(jīng)過一次反射后，從球面射出的光線為。，則入射光線。與出射光線6之

間的夾角0:為（）

A.30°B.45°

C.60°D.75°

解析：由折射定律有色=毛箸，得折射角。=30。，畫出光路圖，由幾何關系

知夾角a=30。，選項A正確。

答案：A

8.在完全透明的水下某處，放一點光源，在水面上可見到一個圓形透光平面。

如果圓形透光平面的半徑勻速增大，則光源在（）

A.加速上升B.加速下沉

C.勻速上升D.勻速下沉

解析：點光源S發(fā)出的光經(jīng)水面折射后，進入空氣，其光路如圖所示，水面上的

發(fā)光面的半徑廠和點光源的深度〃之間滿足r=/?，tanC,即廠與力成正比，據(jù)題

意知，廠均勻增大，則〃也隨時間均勻增大，即點光源S勻速下沉。

答案：D

9.一單色光，在真空中的波長為加，在玻璃中的波長為九波速為0,玻璃對這

種色光的折射率為小已知光在真空中的速度為c,此光從玻璃射向真空發(fā)生全

反射的臨界角為C,則（）

A.sinC=B.sinC=~

1c

C.sinC=~nD.sinC=v~

解析：單色光在真空中傳播時，速度為C,設其頻率為力因波長為赤，則有

=M該光在玻璃中傳播時，波長為九波速為o,則有0=y玻璃對此單色光

的折射率為“=三=§,臨界角為C,則有sin。=1=g=與，選項A、C正確，B、

VZ72CZO

D錯誤。

答案：AC

10.如圖所示，一束白光從左側射入肥皂薄膜，下列說法正確的是（）

A.人從右側向左看，可以看到彩色條紋

B.人從左側向右看，可以看到彩色條紋

C.彩色條紋水平排列

D.彩色條紋豎直排列

解析：一束白光射到薄膜上，經(jīng)前后兩個面反射回來的光相遇，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，

我們由左向右看，可看到彩色條紋。又由于薄膜同一水平線上的厚度相同，所以

彩色條紋是水平排列的。故選B、Co

答案：BC

n.抽制細絲時可用激光監(jiān)控其粗細，如圖所示。激光束越過細絲時產(chǎn)生的條紋

和它通過遮光板的同樣寬度的窄縫時產(chǎn)生的條紋規(guī)律相同，則（）

A.這是利用光的干涉現(xiàn)象

B.這是利用光的衍射現(xiàn)象

C.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲粗了

D.如果屏上條紋變寬，表明抽制的絲細了

解析：由題意可知，這是利用了光的衍射現(xiàn)象，當絲變細時（相當于狹縫變窄），

條紋間距變寬，故B、D正確。

答案：BD

12.如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則（）

A.小球必須位于缸底中心才能從側面看到小球

B.小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出

C.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后頻率不變

D.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后傳播速度變大

解析：小球位于缸底邊緣時也能從側面看到小球，A錯誤；把發(fā)光小球放入口徑

較大、充滿水的淺玻璃缸底的任何位置，小球發(fā)出的光從中射向空氣時，會發(fā)生

折射或全反射，逆著折射光線看能看到小球，而在發(fā)生全反射的區(qū)域則沒有光射

出，B錯誤；光從水中進入空氣不改變光的頻率，改變的是波速和波長，由

cV

一和7=7可知，波速、波長都變大，C、D正確。

答案：CD

二、非選擇題（本題共6小題，共60分）

13.（6分）某同學利用圖示裝置測量某種單色光的波長。實驗時，接通電源使光

源正常發(fā)光；調整光路，使得從目鏡中可以觀察到干涉條紋?；卮鹣铝袉栴}：

濾光片雙縫屏/轉輪

光源一鏟設…毛平亭中一目鏡

（1）若想增加從目鏡中觀察到的條紋個數(shù)，該同學可；

A.將單縫向雙縫靠近

B.將屏向靠近雙縫的方向移動

C.將屏向遠離雙縫的方向移動

D.使用間距更小的雙縫

（2）若雙縫的間距為d,屏與雙縫間的距離為/,測得第1條暗條紋到第〃條暗條

紋之間的距離為Ax,則單色光的波長2=.；

（3）某次測量時，選用的雙縫的間距為0.300mm,測得屏與雙縫間的距離為1.20

m,第1條暗條紋到第4條暗條紋之間的距離為7.56mm,則所測單色光的波長

為nm（結果保留3位有效數(shù)字）。

解析：（1）由因Ax越小，目鏡中觀察到的條紋數(shù)越多，故B符合題意；

Ax

由/=；

(2)n~1(n-l)Z

dAx0.3X10~3X7.56X1Q~3

7

⑶2=(7L1)/=(4-l)X1.2m=6.3X10m=630nmo

答案：(1)B⑵謔可⑶630

14.(8分)如圖所示，標有直角坐標系xOy的白紙放在水平桌面上，半圓形玻璃磚

放在白紙上，圓心在坐標的原點，直徑與x軸重合，是畫在白紙上的直線，

Pi、P2是豎直插在直線上的兩枚大頭針，P3是豎直插在白紙上的第三枚大頭

針，a是直線。4與y軸正方向的夾角，夕是直線。尸3與y軸負方向的夾角，只

要直線畫得合適，且尸3的位置取得正確，測得角a和〃便可求得玻璃的折

射率小某同學用上述方法測量玻璃的折射率，在他畫出的直線上豎直插上

了Pi、P2兩枚大頭針，但在y<0的區(qū)域內，不管眼睛放在何處，都無法透過玻

璃病看到尸1、P2的像。

(1)他應該采取的措施是

⑵若他已透過玻璃磚看到了Pl、P2的像，確定P3位置的方法是

(3)若他已正確地測得了a、夕的值，則玻璃的折射率"=0

解析：(1)在yVO的區(qū)域內，不管眼睛放在何處，都無法透過玻璃磚看到P、P2

的像，是因為發(fā)生了全反射現(xiàn)象，故栗減小a。

⑵插針法就是要用Pz擋住Pi和尸2的像。

(3)介質的折射率等于空氣中折射角正弦值與介質中入射角正弦值之比。

答案：⑴減小a⑵用尸3擋住P和P2的像⑶柒

15.(10分)已知一平行玻璃磚厚度為d=15cm,某單色光從A點以入射角為7=60。

入射時，折射到對邊的3點，其折射角為r=30。，如圖所示。求：

旦

(1)該玻璃磚對這種單色光的折射率〃；

(2)該單色光在玻璃磚中由A到B的傳播時間/(光在真空中的傳播速度為c=

3X108m/s)o

角牛析：(1)由折射二一無,律打f行n=7shi7n-ir=sin6300°o=^°r-

(2)光在玻璃磚中傳播的速度。=：=坐c

由幾何知識得AB=~^=l(h/3cm=m

COSJU1U

AH

單色光在玻璃磚中由A到B的傳播時間t=-

解得7=1X10-9s。

答案：⑴小(2)1義10-9$

16.(10分)如圖所示，用頻率為了的單色光垂直照射雙縫，在光屏上尸點出現(xiàn)第