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(共32张PPT)
第四节　光的干涉
核心素养导学
物理观念 知道光的干涉条件，知道双缝干涉和薄膜干涉现象。
科学思维 掌握双缝干涉条纹间距公式，知道影响条纹间距的因素，并能解释相关的物理现象。
科学探究 实验观察和探究双缝干涉。
1．光的双缝干涉现象：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．光产生干涉的条件：两列光波的______相同，相位差恒定，振动______相同，即光波为相干光波。
明暗相间
频率
方向
5．双缝干涉条纹特点
(1)不同颜色的光产生的双缝干涉条纹间距不同，光的波长越长，干涉条纹间距______。
(2)如果是复色光，在屏上除了与双缝对称的中线上是复色光，其余地方各种颜色的光将分开，从而呈现______。
二、薄膜干涉
1．薄膜干涉：由膜的前、后表面______回来的两组光波相遇后形成的。
2．应用：照相机的镜头上通过镀上增透膜产生干涉，增加_____，减少______。
越大
彩色
反射
透射
反射
1．如图为某单色光通过双缝在屏上产生的干涉图样，试结合该实验判断下列说法是否正确：
(1)光的干涉现象说明光是一种波。 ( )
(2)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。 ( )
(3)光的干涉现象中，亮条纹是光波振动加强的区域。 ( )
(4)光波的波长λ越大，相邻两条纹间的距离越小。 ( )
(5)在干涉条纹中，相邻两条亮纹或暗纹之间的距离是相等的。 ( )
√
√
√
×
√
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，在肥皂膜上就会观察到干涉图样。
(1)观察者应该位于P的左侧还是右侧？
(2)观察者观察到的干涉条纹是竖直的还是水平的？
提示：(1)观察者应该位于P的右侧进行观察。(2)干涉条纹是水平的。
新知学习(一)|光的双缝干涉
[任务驱动]
如图所示，灯泡发出的光经挡板上的双缝后在屏上形成明
暗相间的条纹，请问是什么现象？
提示：是光的双缝干涉现象。灯泡发出的光经挡板上的双缝后形成两个光源，它们的频率、相位总是相同的，这两个光源在空中的叠加区域出现加强和减弱交替分布的现象，从而在屏上形成明暗相间的条纹。　　　　
3．白光的干涉图样
若用白光作光源，则干涉条纹是彩色条纹，且中央条纹是白色的。这是因为：
(1)从双缝射出的两列光波中，各种色光都能形成明暗相间的条纹，各种色光都在中央条纹外形成亮条纹，从而复合成白色条纹。
(2)两侧条纹间距与各色光的波长成正比，即红光的亮条纹间距宽度最大，紫光的亮条纹间距宽度最小，即除中央条纹以外的其他条纹不能完全重合，这样便形成了彩色干涉条纹。
[典例体验]
[典例]　 如图所示，在杨氏双缝干涉实验中，用波长为5.30×
10－7m的激光，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7m，则
在这里出现的应是________(选填“亮条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将________(选填“变宽”“变窄”或“不变”)。
[答案]　暗条纹　变宽
/方法技巧/
双缝干涉实验中明暗条纹的判断方法
(1)判断屏上某点为亮条纹还是暗条纹，要看该点到两个光源(双缝)的路程差(光程差)与波长的比值。
(2)要记住光程差等于波长的整数倍处出现亮条纹，等于半波长奇数倍处为暗条纹。
(3)还要注意这一结论成立的条件是两个光源情况完全相同。
[针对训练]
1. (2022·广州高二检测)如图所示为双缝干涉实验中产生的条纹图样，
甲图为用绿光进行实验得到的图样，乙图为换用另一种单色光进
行实验得到的图样，则以下说法中正确的是 (　 )
A．乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较长
B．乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较长
C．乙图可能是用紫光进行实验产生的条纹，表明紫光波长较短
D．乙图可能是用红光进行实验产生的条纹，表明红光波长较短
解析：题图乙中条纹的间距比题图甲中的大，故题图乙对应的光的波长较长，即比绿光的波长长，红光的波长比绿光长，紫光的波长比绿光短，故A正确。
答案：A　
答案：A　
新知学习(二)|薄膜干涉的理解和应用
[任务驱动]
如图所示，一铁丝环中有肥皂液膜，当日光照射肥皂液膜时会
出现彩色条纹。请分析原因。
提示：来自皂膜前、后表面的反射光发生干涉出现条纹，由于肥皂液膜上面薄、下面厚，不同颜色的光波长不同，因此发生干涉的明暗条纹的位置不同，出现的条纹为彩色条纹。　　　
2．竖放肥皂液膜的干涉现象
(1)白光照射图样是彩色的 如图所示，竖直放置的肥皂液膜，因重
力的作用，上面薄、下面厚，由于不同颜色的光的波长不同，
从前、后两个表面反射的光，在不同的位置被加强，换句话说，
不同颜色的光对应亮条纹的位置不同，不能完全重合，因此看起来是彩色的。
(2)条纹是水平方向的
因为在同一水平高度处，薄膜的厚度相同，从前、后两表面反射的光的路程差均相同，如果此时两反射光互相加强，则此高度水平方向各处均加强，因此，明暗相间的干涉条纹应为水平方向的。
(3)观察薄膜干涉，应从光源这一侧观察。
3．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。
[典例体验]
[典例]　(2021·浙江6月选考)(多选)肥皂膜的干涉条纹如图
所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是 (　 )
A．过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形
B．肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹
C．肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化
D．将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，条纹也会跟着转动90°
[解析]　肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，肥皂膜从形成到破裂的过程上面越来越薄，下面越来越厚，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，C错误；将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90°，由于重力，表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，D错误。
[答案]　AB
[针对训练]
1．(2021·江苏高考)铁丝圈上附有肥皂膜，竖直放置时，肥皂膜上的彩色条纹上疏下密，由此推测肥皂膜前后两个面的侧视形状应当是 (　 )
解析：薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，在入射光为复色光时，出现彩色条纹，由于重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，由于干涉条纹的间距上疏下密，故越向下肥皂膜厚度变化越来越大，故C正确，A、B、D错误。
答案：C　
2．如图所示，把一平凸透镜置于一平板玻璃上方，如果用平行单色光
垂直照射到平凸透镜上，顺着平行光入射的方向观测可看到透镜中
央出现明暗相间的条纹，这种现象最早是牛顿发现的，因此称为牛
顿环。以下说法正确的是 (　 )
A．牛顿环是光的衍射现象
B．牛顿环是明暗相间、半径均匀增大的同心圆条纹
C．若在透镜AB面施加向下的微小压力，则可看到同心圆向外扩展
D．若在C处不小心沾上了灰尘，明暗相间的同心圆条纹排列将比没有灰尘时疏
解析：空气薄层是两个反射面，两束光在圆弧面与平面反射形成牛顿环，干涉条纹的间距不是均匀增加，而是随着空气薄层的厚度越向外增加得越快，所以干涉条纹不是疏密均匀的同心圆，故A、B错误；若在透镜AB面上施加向下的微小压力，满足产生这一亮条纹的厚度向外移，即亮环向远离圆心的方向平移，则可看到同心圆向外扩展，故C正确； 若在C处不小心沾上了灰尘，空气膜厚度并未发生改变，明暗相间的同心圆条纹排列不变，故D错误。
答案：C
一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
?物理观念——三种干涉条纹的比较
1．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)同一实验装置，用不同的色光来做双缝干涉实验，所产生的干涉条纹是不同的。下图是由三种色光产生的干涉条纹，请比较它们有什么异同，并说明原因。
?科学探究——用肥皂膜做薄膜干涉实验
2．(选自人教版新教材) 在酒精灯的灯芯上撒一些食盐，灯焰
就能发出明亮的黄光。把铁丝圈在肥皂水中蘸一下，让它
挂上一层薄薄的液膜。把这层液膜当作一个平面镜，用它
观察灯焰的像(如图所示)。
这个像与直接看到的灯焰有什么不同？
提示：在液膜上看到了的是明暗相间水平的干涉条纹。
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1．(2021·山东等级考) 用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观
察到如图所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚
度d随坐标x的变化图像，可能正确的是 (　 )
解析：根据薄膜干涉的形成规律，若薄膜厚度d均匀变化时，会产生等间距的明暗相间的条纹，现在条纹间距不等，说明薄膜厚度d不是线性变化的， 故A、B错误；由于条纹间距变大，说明薄膜厚度d的变化趋缓，反映到d-x图像中即图像的斜率减小，故C错误，D正确。
答案：D　
答案：B　
3．(2021·湖北高考)如图所示，由波长为λ1和λ2的单色光
组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和
反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在
屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心
位置，P1和P2分别是波长为λ1和λ2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置出射，则 (　 )
A．λ1<λ2，M是波长为λ1的光出射位置
B．λ1<λ2，N是波长为λ1的光出射位置
C．λ1>λ2，M是波长为λ1的光出射位置
D．λ1>λ2，N是波长为λ1的光出射位置
答案：D(共34张PPT)
第三节　光的全反射与光纤技术
核心素养导学
物理观念 (1)知道全反射现象，理解光疏介质、光密介质和临界角的概念。
(2)知道光导纤维和光纤通信。
科学思维 (1)掌握全反射产生的条件，能画出全反射光路图，解决全反射问题。
(2)会分析光导纤维问题。
科学态度与责任 体会光学技术在生产、生活和科学技术上的应用，培养将所学知识应用于生产和生活中的意识。
较大
较小
相对
全部
90°
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____________临界角。
(1)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，越容易发生全反射。
(2)相对于相同两种介质的界面，紫光的临界角最小、红光的临界角最大。　　
光密
光疏
大于或等于
二、光导纤维的工作原理和应用
1．原理：利用了光的________。
2．构造：光导纤维简称光纤，沿垂直光纤轴向的两层结构，外层的折射率______内层的折射率，当光在其中传输时，发生_______。
3．应用
(1)医学上用来检查人体消化道的________就利用了许多光纤组合成的光缆。
(2)光纤通信就是利用光纤传递信息的，其优点是：容量大，_____小、抗干扰性强。
全反射
小于
全反射
内窥镜
衰减
1．图甲中荷叶上晶莹透亮的小水珠、图乙中水里的小气泡、图丙中玻璃玩具里的小气泡看上去格外明亮，这种现象属于光的全反射现象，试判断甲、乙、丙三图中光疏介质和光密介质
图例 光疏介质 光密介质
甲 ____________ 水
乙 气泡中的空气
______
丙 气泡中的空气
_____________
空气
水
玻璃
2．如图，内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2。
(1)光线在内芯和外套的界面上发生了什么现象？
(2)n1和n2的大小存在什么关系？
提示：(1)发生了光的全反射现象。
(2)n1＞n2。
新知学习(一)|全反射现象的分析
[任务驱动]
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。　　　　
[重点释解]
1．判断全反射问题的方法
(1)确定光是从光密介质进入光疏介质。
(2)明确入射角大于等于临界角。
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．从能量角度来理解全反射
当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角的增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光线的能量减小，反射光线的能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线消失，反射光的能量等于入射光的能量。
[典例体验]
[典例]　(2021·全国乙卷)用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路。O和O′分别是入射点和出射点，如图(a)所示。测得玻璃砖厚度为h＝15.0 mm；A到过O点的法线OM的距离AM＝10.0 mm，M到玻璃砖的距离MO＝20.0 mm，O′到OM的距离为s＝5.0 mm。
(1)求玻璃砖的折射率；
(2)用另一块材料相同，但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验，玻璃砖的界面如图(b)所示。光从上表面入射，入射角从0逐渐增大，达到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表面的夹角。
[针对训练]
1． (2022·广州高二检测)(多选)如图所示，一束平行光从真空中垂
直射向一块半圆形玻璃砖的平面界面，下列说法正确的是(　 )
A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C．通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖而不发生偏折
D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面上发生全反射
解析：垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过而不发生偏折，入射角为零。由圆心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°，必会有入射角大于临界角，所以圆心两侧一定范围外的光线将在半圆面上发生全反射，圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖，故B、C、D正确，A错误。
答案：BCD　
答案：10.6 m
新知学习(二)|全反射的两种应用
[任务驱动]
如图所示，自行车的尾灯虽然本身不发光，但在夜间骑行时，
从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射
回去，用以警示后面车上的司机，请思考该现象是什么原理？
提示：光的全反射原理。　　　　
[答案]　C
答案：AC　
2．(2021·广东高考)如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为α，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式。
一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
?物理观念——美丽的彩虹
1．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)
美妙的彩虹，常引发人们产生美好的联想，被比喻为“天
空的微笑”“相会的彩桥”等。通常能看见的彩虹是红色
在外、紫色在内，这被称为“虹”。有时还能看见一组相
对“虹”而言颜色较淡的彩色圆弧，红色在内、紫色在外，
这被称为“霓”(如图)。
根据下图，与同学讨论交流：
(1)虹与霓的形成除了有光的折射外，还经历了什么过程？
(2)我们看到的虹比霓亮得多，你能说出其中的道理吗？
提示：(1)还经历了全反射过程。
(2)虹在形成过程中，太阳光在水珠中经历了一次全反射，而霓在形成过程中，太阳光在水珠中经历了两次反射，光能量有较大损耗。
?科学探究——荒漠上的蜃景
2．(选自鲁科版新教材)(1)远方有一湾美丽的湖水，走向前去，那里却是一片荒漠，这是一种蜃景现象(图1)，蜃景是怎样形成的？
(2)熏黑的铁球放入水中，为什么看上去会变得锃亮(图2)
提示：(1)在荒漠里，接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率小，从远处物体射向地面的光，进入折射率较小的热空气层时被折射，当入射角大于临界角时发生全反射，人们逆着反射光看去，就会看到远处物体的倒景，好像水中形成的倒影一样。
(2)熏黑的铁球放入水中时，球面与水之间形成空气层，远处射过来的光从水中射入空气层中，当入射角大于临界角时发生全反射，光线进入人眼后，人感觉熏黑的铁球会发光，变得锃亮。
?科学态度与责任——观察全反射现象
3. (选自鲁科版新教材)准备好一块半圆形玻璃砖、光屏和激
光光源。如图所示，用一束激光沿半圆形玻璃砖的半径
射到直边上，让入射角由0逐渐增大，观察折射光和反射
光，你会看到什么现象？
提示：观察者会看到折射光变弱、反射光变强，当入射角增大到某值时，折射光消失，只剩下反射光，即发生了全反射。
答案：AD(共28张PPT)
一、知识体系建构——理清物理观念
二、综合考法融会——强化科学思维
[典例]　如图所示， 某透明介质的截面由直角三角形AOC
和圆心为O、半径为R的四分之一圆BOC组成，其中∠OAC＝53°。
现让一组平行光由AB边上OD部分垂直射入介质。已知该介质的折
射率为n＝，光在真空中的传播速度为c，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。
(1)若让这组平行光均能从 边出射，求这组平行光的最大宽度；
(2)若OD＝0.6R，由D点入射的光线将途经AC边上E点，且AE＝0.65R，求该光线在介质中的传播时间。(结果可用根号表示)
光的折射和全反射的综合应用
[融会贯通]
光的折射与全反射现象的特点
[典例]　(2022·珠海高二检测)如图所示，某三棱镜的截面
是等腰直角三角形， 材料的折射率为n，入射光沿平行于底面
BD的方向射向AB，经AB折射后射到AD的光能够射出AD面。求折射率n的取值范围。
光学器件对光路图的控制
[融会贯通]
答案：BD
答案：(1)60°　(2)5×10－10 s
三、价值好题精练——培树科学态度和责任
1．通电雾化玻璃是将液晶膜固化在两片玻璃之间，经过特殊工艺胶合一体成型的新型光电玻璃产品，被广泛应用于高档办公室、计算机机房、医疗机构、商业展示等领域，能够实现玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。我们将其工作原理简化为如图所示的模型，在自然条件下，液晶层中的液晶分子无规则排列，玻璃呈乳白色，即不透明，像一块毛玻璃；通电以后，弥散分布的液晶分子迅速从无规则排列变为有规则排列，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃。结合以上内容和所学知识，关于通电雾化玻璃，你认为下列叙述中比较合理的是 (　 )
A．不通电时，入射光在液晶层发生了全反射，导致光线无法通过
B．不通电时，入射光在液晶层发生折射，光线能够通过
C．通电时，入射光在通过液晶层后方向发生了改变
D．通电时，入射光在通过液晶层后按原来方向传播
解析：根据题意，当不通电时，由于液晶分子排列不规则，则入射光在液晶层发生了漫反射，导线光线无法通过，A、B错误；通电时，液晶分子排列规则，整个液晶层相当于一块普通的透明玻璃，故入射光在通过液晶层后按原来方向传播，C错误，D正确。
答案：D　
2．拍摄立体电影时用一台摄影机，让它通过两个窗口(相当于人的双眼)交替拍摄，两套图像交替地印在同一条电影胶片上。放映时用一台放映机，通过左、右两个窗口，把两套图像交替地映在银幕上。在每个放映窗口前安装一块偏振片，两个窗口射出的光，通过偏振片后成了偏振光。左、右两个窗口前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众那里，偏振方向仍互相垂直。观众用偏振眼镜观看时，左眼只看到左窗口映出的画面，右眼只看到右窗口映出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感。下列说法正确的是 (　 )
A．偏振眼镜的左、右两个镜片的透振方向应保持一致
B．偏振眼镜的左、右两个镜片的透振方向互换后不能正常观影
C．只用一只眼睛透过偏振眼镜观看电影时也可以产生立体感，但是亮度减弱
D．把放映窗口前的两个偏振片的透振方向改为相互平行，把偏振眼镜两个镜片的透振方向也改为相互平行，并使两者透振方向一致，也可以正常观影
解析：根据偏振片的特点可知，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向平行时，偏振光可以顺利通过偏振片，当偏振片的透振方向与偏振光的振动方向垂直时，偏振光不能通过偏振片。由于左、右两个窗口前的偏振片的透振方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的振动方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众那里，两束光的振动方向仍然垂直，所以偏振眼镜的左、右两个镜片的透振方向也需要相互垂直，A错误。将偏振眼镜的左、右两个镜片的透振方向互换后，透射到左、右眼的画面互换，所以不能正常观影，B正确。
只用一只眼睛透过偏振眼镜观看，不能产生立体感，C错误。把放映窗口前的两个偏振片的透振方向改为相互平行，把偏振眼镜两个镜片的透振方向也改为相互平行，并使两者透振方向一致，不能产生立体感，无法正常观影，D错误。
答案：B　(共32张PPT)
(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，连接OO′，线段OO′代表了光线在玻璃砖内的传播路径。
3．数据处理
方式一：平均值法
实验数据记录表
二、他版教材实验多融通
(一)鲁科版教材实验方案　
[差异解读]
(1)用水代替玻璃。
(2)用激光发出的光代替插针法对光线的确定。
[典例]　在“测量玻璃的折射率”实验中：
(1)为了取得较好的实验效果，下列说法正确的是________。
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
(2)A同学在画界面时，不小心将两界面aa′和bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得的折射率________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
实验原理与操作
(3)B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，以O点为圆心，OA为半径画圆，并延长OO′交圆于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，如图乙所示，则他只需要测量______________，就可求出玻璃的折射率n＝________(用所测量的物理量表示)。
[解析]　(1)插针法测量折射率时，玻璃砖上下表面不一定要平行，故A错误；为了减小测量的相对误差，选择的入射角应尽量大些，效果会更好，故B错误；为了准确确定入射光线和折射光线，大头针应垂直地插在纸面上，故C正确；大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些时，相同的距离误差，引起的角度误差会减小，效果会好些，故D正确。
(2)如图，实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光
路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折
射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小。
(1)选择玻璃砖时宽度宜大些，这样可以减小确定光路方向时出现的误差，提高测量的准确度。
(2)实验中一旦玻璃砖所定的界面线aa′、bb′画好后，放置的玻璃砖就不要随便移动，如果玻璃砖斜向移动，测得的折射率一定变化。如果稍微上下平移了玻璃砖，对测量结果没有影响。　　
[典例]　在“测量玻璃的折射率”实验中，某同学正确操作插好了4枚大头针，如图甲所示。
(1)在图丙中画出完整的光路图。
数据处理和误差分析
(2)对画出的光路图进行测量和计算，求得该玻璃砖的折射率n＝________(保留三位有效数字)。
(3)为了观测光在玻璃砖不同表面的折射现象，某同学做了两次实验，经正确操作插好了8枚大头针，如图乙所示。图中P1和P2是同一入射光线上的2枚大头针，其对应出射光线上的2枚大头针是P3和________(填“A”或“B”)。
[答案]　(1)见解析图(a)　(2)1.53(1.50～1.56均可)　(3)A
(1)利用题目提供的方格纸可计算三角函数的正弦值，进而根据折射率计算公式计算折射率。
(2)对于质地均匀的玻璃砖而言，如果光线的入射边界和出射边界平行，那么入射光线和出射光线平行。　　
1．[实验器材的创新]用圆弧状玻璃砖做测量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挡住，接着在眼睛所在的一侧依次插两枚大头针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。
创新考查角度和创新思维
(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i和折射角r，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表达式为n＝______。
(4)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，画出如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折射率n＝__________。
2．[实验原理的创新](2022·梅州高二检测)某同学测量玻璃砖的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖。如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺上观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00 cm，AB间的距离为6.00 cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1＝10.00 cm，玻璃砖厚度d2＝4.00 cm。玻璃的折射率n＝________，光在玻璃中的传播速度v＝________m/s。(光在真空中传播速度c＝3.0×108 m/s，结果保留两位有效数字)
答案：1.2　2.5×108 m/s
1．在“测定介质的折射率”的实验中：
(1)操作步骤如下：
①先在白纸上画出一条直线aa′代表两种介质的界面，过aa′上的O点画出界面的法线NN′，并画一条线段AO作为入射光线。
②把长方形玻璃砖放在白纸上，使它的长边跟aa′对齐。
③在线段AO上竖直地插上两枚大头针P1、P2，透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像。调整视线方向，直到P1的像被P2的像挡住。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，记下P3、P4的位置。
④移去大头针和玻璃砖，连接P3、P4作为折射光线，测量出入射角θ1与折射角θ2，填入表格中。
上述操作步骤中存在严重的缺漏，应做的补充是__________________________
____________________________________________________________________。
(2)实验中测出了多组入射角θ1与折射角θ2，并作出了sin θ1-sin θ2的图像如图所示。则下列说法正确的是________。
A．实验时，光线是由空气射入玻璃
B．实验时，光线是由玻璃射入空气
C．玻璃的折射率为0.67
D．玻璃的折射率为1.5
答案：(1)见解析　(2)BD
2．(2022·深圳高二检测)在做测定玻璃折射率n的实验时：
(1)甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面ab和cd后，不慎碰了玻璃砖使它向ab方向平移了一些，如图(甲)所示，其后的操作都正确。但画光路图时，将入射点和折射点确定在ab和cd上，则测出的n值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)乙同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的a′b′和c′d′都比实际界面向外侧平移了一些，如图(乙)所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折射点都确定在a′b′和c′d′上，则所测出的n值________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(3)丙同学在操作和作图时均无失误，但所用玻璃砖的两个界面明显不平行，这时测出的n值将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(2)乙同学画出的a′b′和c′d′都比实际界面向外侧平移了一些，但在画光路图时，将入射点、出射点分别确定在a′b′、c′d′上，如图(b)，实线表示实际的光路图，虚线表示乙同学画图时的光路图，入射角测量没有误差，而折射角偏大，得知测出的折射率n将偏小。
(3)丙同学所用玻璃砖的两个界面明显不平行，在操作时和作图时均无失误，入射角与折射角的测量没有误差，故测出的n值不变。
答案：(1)不变　(2)偏小　(3)不变
3． 如图所示，某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率，
OA是画在纸上的直线，他在直线OA的适当位置先后竖直插上P1、
P2两枚大头针，如图所示放上玻璃砖(如粗黑线所示)，然后插上
P3、P4大头针。
(1)其中他确定P3大头针位置的方法应是____________________________。
(2)该同学用圆规做了一个以O为圆心，半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)，由图像可求得该玻璃砖的折射率为__________。
解析：(1)透过玻璃砖看，使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像，就可以确定P3在折射光线上。
4． 现要估测一矩形玻璃砖的折射率n，给定的器材有：待测玻璃
砖、白纸、铅笔、大头针1枚、直尺、直角三角板。实验时，
先将直尺的一端O和另一点M标上两个明显的标记，再将玻璃砖
平放在白纸上，沿其两个长边在白纸上画出两条直线AB、CD，
再将直尺正面紧贴玻璃砖的左边缘放置，使O点与直线CD相交，并在白纸上记下点O、M的位置，如图所示，然后在右上方通过AB所在界面向左下方观察，调整视线方向，直到O点的像与M点的像重合，再在AB直线上插上大头针，使大头针挡住M、O的像，记下大头针P点的位置。
(1)请在原图上作出光路图；
(2)计算玻璃砖的折射率的表达式为：n＝________(用字母P和图中已知线段字母表示)。(共24张PPT)
习题课三　光的折射、全反射
核心素养导学
物理观念 (1)进一步认识光的折射现象、折射率和光的全反射现象，能解释身边的光的折射与全反射现象，能说明光纤技术在生产生活中的应用。
(2)具有与光的折射和全反射相关的运动与相互作用观念和能量观念。
科学思维 能够画出光路图，根据光的折射定律和全反射的规律解决光的传播问题。
科学态度与责任 认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性的工作，有进行科学普及的兴趣和责任感。
综合提能(一)　光的折射和全反射
[融通知能]
1．光的折射和全反射的综合应用
(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求θ的取值范围；
(2)若θ＝37°，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差ΔL(保留3位有效数字)。
[答案]　(1)0＜θ＜45°(或θ＜45°)　(2)14.4 mm
[针对训练]
1． (2021·浙江6月选考)用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时
观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光
盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束
a、反射光束b、出射光束c和d，已知光束a和b间的夹角为90°，则 (　 )
A．光盘材料的折射率n＝2
B．光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C．光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D．光束c的强度小于O点处折射光束OP的强度
答案：D　
答案：C
3． (2020·全国卷Ⅱ)直角棱镜的折射率n＝1.5，其横截面如图所
示，图中∠C＝90°，∠A＝30°，截面内一细束与BC边平
行的光线，从棱镜AB边上的D点射入，经折射后射到BC边上。
(1)光线在BC边上是否会发生全反射？说明理由；
(2)不考虑多次反射，求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。
(3) 乙同学在纸上画出的界面ab、cd与矩形玻璃砖位置的关系
如图2所示，已知玻璃砖宽度与ab、cd间距相等，实验时将玻璃砖
向下平移一小段距离，其他操作均正确，且以ab、cd为界面画光路图。则该同学测得的折射率与真实值相比 (　 )
A．偏大 B．偏小 C．不变 D．无法确定
[答案]　(1)C　(2)A　(3)C
答案：D　
2．如图所示，在水面上放置一个足够大的遮光板，板上有一个半
径为r的圆孔，圆心的正上方h处放一个点光源S，在水面下深
H处的底部形成半径为R的圆形光亮区域(图中未画出)。测得
r＝8 cm，h＝6 cm，H＝24 cm，R＝ 26 cm，求水的折射率。(共43张PPT)
第六、七节　光的衍射和偏振 激光
核心素养导学
物理观念 (1)知道光的衍射现象，知道光能产生明显衍射现象的条件。
(2)知道光的偏振现象，光是横波。
(3)知道激光的特性和各种应用。
科学思维 (1)能用对比法分析衍射图样和干涉图样的区别。
(2)对比自然光和偏振光的区别，知道偏振现象、激光在科技和生活中的应用。
科学探究 (1)探究光发生明显衍射的条件。
(2)观察光的偏振现象。
科学态度与责任 认识光学知识在现代生活和科技等方面的应用。
一、光的衍射
1．实验探究
(1)实验步骤：用单色平行光照射一狭缝可调的挡板AB，在狭缝后面放置一光屏。
(2)实验现象：
①当狭缝较宽时，在观察屏上是一条____的光带，光带的宽度符合光的直线传播规律。
②当狭缝不断变窄时，观察屏上会出现中央___且宽、两边_________、_________的光带，整个图样远大于光通过狭缝时按照直线传播所能照亮的区域。
亮
亮
对称分布
明暗相间
(3)将狭缝换成大小可调的圆孔，当圆孔足够小时，同样能观察到中央为明显的亮斑，周围是明暗相间的__________的图样，图样远大于通过圆孔时按照直线传播所能照亮的区域。
2．明显衍射的条件：障碍物或小孔的尺寸跟光的波长______，甚至比光的波长______。
光在没有障碍物的均匀介质中是沿直线传播的。　　
圆形光环
相当
还小
二、光的偏振
1．光的偏振
(1)偏振片：由特殊的材料制成的元件，每个偏振片都有一个特定的方向，这个方向叫作透振方向。光的振动方向与这个透振方向_____时能完全通过偏振片，_____时不能通过偏振片。
(2)自然光：垂直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强度都相同。
(3)偏振光：自然光透过某一偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，沿着某一特定方向振动的光。
(4)通过偏振光的检测实验可知光是_____。
平行
垂直
横波
2．偏振现象的应用
(1)偏振光眼镜可以有效地衰减进入眼睛的光强，保护眼睛，避免意外发生。
(2)照相机镜头前装一片偏振滤光片，会起到有效地______水面、玻璃面反射光的作用，从而获得清晰的照片。
三、激光
1．激光的特性
(1)单色性好：激光发射的光谱宽度很窄，是______性很好的光源。
(2)相干性好：激光是相干光束，为我们提供了很好的相干光源。
(3)平行度好：激光束的发散角很小，______性很强。
(4)亮度高：激光的亮度可比普通光源高出1012～1019倍，是目前最亮的光源。
减弱
单色
方向
2．激光的应用
(1)用激光作为信息高速传输的载体，进行光导纤维通信。
(2)激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标。
(3)激光高亮度的特点被用在工业上的激光切割、激光焊接技术，医学上用于切割肿瘤的“光刀”、用于矫正视力的准分子激光技术，美容上的“激光祛斑”，军事上的激光武器等。
(4)利用激光测量大气中水蒸气的饱和程度，可以准确预告降雨量。
(5)利用激光可进行______照相，能拍摄三维照片。
全息
1．用三块不透光的板，在每块板的中间各开一个圆孔，各板所开的圆孔直径依次变小。装置如图甲所示，先用点光源照射圆孔最大的那块板，在屏上会出现一个如图乙所示的明亮圆形光斑；再换上圆孔较小的那块板，在屏上会出现如图丙所示较小的明亮圆形光斑；最后用圆孔最小(直径约为1 mm)的那块板，在屏上会出现如图丁所示的明暗相间的条纹。
(1)图乙中的情境是______________现象。
(2)图丙中的情境是______________现象。
(3)图丁中的情境是_________现象。
光的直线传播
光的直线传播
光的衍射
2．通过一块偏振片观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？
提示：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化。因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉)，但光的强弱没有改变。月亮和黑板反射的光是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化。
3．激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重要的卫星或飞船，激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极大的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空。激光火箭利用了激光哪些性质？
提示：由于激光站与卫星相隔距离远，激光具有很好的平行度，同时有高能量的特点，可以减少能量损失。
新知学习(一)|三种常见的衍射
[任务驱动]
三种衍射图样如图所示：
试判断三种衍射的类型。
提示：a为单缝衍射，b为圆孔衍射，c为泊松亮斑。　　　　　
2．圆孔衍射
(1)现象：如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现如图乙中a所示的情形，光沿直线传播，无明显衍射现象发生；当挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现如图乙中b所示的衍射图样(圆孔衍射)，出现亮、暗相间的圆环。
(2)圆孔衍射图样的两个特点
①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。
②白光的圆孔衍射图样中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
3．泊松亮斑——障碍物的衍射现象
(1)现象：各种不同形状的障碍物也能使光发生衍射，使影的轮廓模糊不清。若在单色光传播途中，放一个较小的圆形障碍物，会发现在阴影中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑，如图乙中c所示。
(2)障碍物的衍射图样的特点：圆形阴影中心有一亮斑，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。
[典例体验]
[典例]　如图a、b是由单色光分别入射到a圆孔和b圆孔形成的图像，由两图可以得出 (　 )
A．a图是衍射图像，a孔直径小于b孔直径
B．a图是干涉图像，a孔直径大于b孔直径
C．b图是衍射图像，a孔直径小于b孔直径
D．b图是干涉图像，a孔直径大于b孔直径
[解析]　因为干涉图样为等宽度亮暗相间的条纹，a图是衍射图像，所以B、D错误；衍射发生的条件是缝隙宽度小于光的波长才能有清晰的衍射图像，如果缝隙宽度过大会观察不到衍射图像，光会沿直线传播，根据图像信息可知，b图是光沿直线传播形成的图像，所以a孔直径小于b孔直径，故A正确、C错误。
[答案]　A
/方法技巧/
大孔、小孔、小圆盘的区别
(1)大孔光沿直线传播、不形成衍射条纹。
(2)小孔形成明显的衍射条纹。
(3)小圆盘出现泊松亮斑。
[针对训练]
1．光可以通过小孔形成清晰的明暗相间的衍射图样，下列四幅图片中属于光的小孔衍射图样的是(图中白色和黑色分别表示明亮和黑暗程度) (　 )
解析：小孔衍射条纹的特点是圆形条纹，中心圆形亮条纹大且亮，B正确。
答案：B　
2．让太阳光垂直照射一块遮光板，板上有一个可以自由收缩的三角形孔，当此三角形孔缓慢缩小直至完全闭合时，观察在孔后的屏上将先后出现什么现象？并解释产生该现象的原因？
提示：当孔足够大时，由于光的直线传播，所以屏上首先出现的是三角形光斑，之后随着小孔的继续缩小，出现小孔成像，成的是太阳的像，故为小圆形光斑，随着小孔的进一步缩小，当尺寸与光波波长相当时，出现了明暗相间的衍射条纹，最后随小孔的闭合而全部消失。
新知学习(二)|单缝衍射和双缝干涉的对比
[重点释解]
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，任何光都能明显发生 频率相同、相位差恒定、振动方向相同的两列光波相遇叠加
条纹宽度 条纹宽度不相等，中央最宽 条纹宽度相等
条纹间距 各相邻条纹间距不相等 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
图样 光波的波长增大，衍射条纹、干涉条纹的宽度都变大。复色光的衍射或干涉图样，可认为各单色光单独衍射或干涉所成图样的叠加
续表
[典例体验]
[典例]　如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、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(黑色部分表示亮条纹)。在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是(　　)
A．红黄蓝紫 B．红紫蓝黄
C．蓝紫红黄 D．蓝黄红紫
[答案]　B
/方法技巧/
区分双缝干涉图样与单缝衍射图样的方法
(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)根据条纹的亮度区分：双缝干涉条纹，从中央亮纹往两侧亮条纹的亮度变化很小，而单缝衍射条纹的中央亮条纹最亮，两侧的亮条纹逐渐变暗。
[拓展]　(多选)对应[典例]的情境，结合其中蓝光产生的干涉图样和黄光产生的衍射图样，下列能使条纹变宽的方法是 (　 )
A．把蓝光换成紫光
B．把双缝干涉仪器中的双缝间距变小
C．把黄光换成红光
D．把单缝的宽度变小
[答案]　BCD
[针对训练]
1．下列四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器和同一单缝衍射仪器形成的图样(黑色部分表示亮纹；保持缝到屏距离不变)。其中属于蓝光衍射图样的是 (　　)
解析：双缝干涉图样中条纹宽度相同且等间距，所以A、C选项中的图样为干涉图样；单缝衍射图样条纹中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，且波长越大，中央亮条纹越粗，红光的波长大于蓝光的波长，所以B项为蓝光的衍射图样，故B正确。
答案：B
2．(多选)如图(a)所示是做双缝干涉实验的示意图。先做操作1：用两块不同颜色的滤光片分别挡住双缝屏上下两半部分Ⅰ和Ⅱ；接着再做操作2：用不透明的挡板挡住b缝。若两块滤光片一块是红色，一块是蓝色，则 (　 )
A．完成操作1后，光屏上出现的是图(b)所示图案，且甲是红色条纹，乙是蓝色条纹
B．完成操作1后，光屏上出现的是图(c)所示图案，且丙是蓝色条纹，丁是红色条纹
C．完成操作2后，光屏上出现的是图(b)所示图案，且甲是蓝色条纹，乙是红色条纹
D．完成操作2后，光屏上出现的是图(c)所示图案，且丙是红色条纹，丁是蓝色条纹
解析：结合题意可知，操作1是双缝干涉实验，故条纹间距相等，光屏上出现题图(b)所示图案，由图案知甲对应的光的波长大于乙对应的光的波长，故甲为红色条纹，乙为蓝色条纹，A正确；操作2是单缝衍射实验，条纹间距不相等，光屏上为题图(c)所示图案，再结合波长关系可知D正确。
答案：AD　
新知学习(三)|光的偏振现象及应用
[任务驱动]
(1)某些特定环境下照相时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光
片使影像清晰，这是利用什么原理？
(2)市场上有一种太阳镜，它的镜片是偏振片，为什么不用普通的带色玻璃片而用偏振片？安装镜片时它的透振方向应该沿什么方向？
　　
提示：(1)在某些特定环境下，如拍摄池水中的游动的鱼时，由于水面反射光的干扰，影像会不清楚，在镜头前装一片偏振片，清除反射光(反射光为偏振光)，影像就变得清晰。这是利用了光的偏振。
(2)这种太阳镜是为了消除柏油马路和湖面上反射的耀眼的炫光，因此应用偏振片而不是带色的普通玻璃片。该反射光为水平方向的偏振光，故应使镜片的透振方向竖直。　　　　
[重点释解]
1．自然光与偏振光的比较
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 自然光通过起偏器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波的强度都相同 在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某个特定方向(与起偏器透振方向一致)
相同点 不管是自然光还是偏振光，传播方向与振动方向一定垂直 2．偏振光的产生方式
(1)自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光。
(2)自然光经过偏振片(起偏器)后能形成偏振光。偏振光可以用另一个偏振片(检偏器)检验。
3．光的偏振的应用
(1)摄像技术中的应用；
(2)汽车驾驶中的应用；
(3)攀登雪山运动员的应用。
[典例体验]
[典例]　如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是 (　 )
A．A、B均不变 　 B．A、B均有变化
C．A不变，B有变化 　 D．A有变化，B不变
[解析]　因白炽灯发出的光为自然光，含各个方向的偏振光，且各个方向的偏振光的强度都相同，偏振片P和Q都只允许特定方向的偏振光通过，不管偏振片P旋转到任何位置都有光线通过，而且强度不变，所以A点的光的强度不变，当自然光通过偏振片P后变为偏振光，再通过偏振片Q，旋转偏振片P，当偏振片P和Q允许通过的方向相同，则B点最亮，当偏振片P和Q允许通过的方向垂直时，B点最暗，所以B点光的强度会发生变化，C正确。
[答案]　C
[针对训练]
1．(2022·广州高二检测)(多选)如图所示，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振方向) (　 )
解析：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。
答案：ABD　
2．(2022·中山高二检测)在拍摄日落时水面下的景物时，在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是 (　 )
A．减弱反射光，从而使景物的像清晰
B．增强反射光，从而使景物的像清晰
C．增强透射光，从而使景物的像清晰
D．减弱透射光，从而使景物的像清晰
解析：由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装上偏振片可以减弱反射光，但不能增强透射光。A正确。
答案：A　
一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养
?物理观念——刀片边缘的衍射
1. (选自鲁科版新教材)如图所示，让一束光通过剃须刀片，仔细观察，
剃须刀片边缘有条纹出现，这就是光在刀片边缘处产生的衍射现象，
经研究发现，不仅小孔、狭缝能使光产生衍射，不同形状的各种障
碍物都可能使光产生衍射，并在边缘呈现明暗相间的衍射图样，从而使其影像的轮廓变得模糊不清。
?科学思维——光的偏振现象
2．(选自鲁科版新教材课后练习)将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过。如果将其中的一个偏振片逐渐旋转180°，在旋转过程中，透过偏振片的光 (　 )
A．先增强，然后又减弱到零
B．先增强，然后减弱到非零的最小值
C．在整个过程中都增强
D．先增强，再减弱，然后又增强
解析：将两个紧靠在一起的偏振片放在一盏灯的前面，此时没有光通过，说明两个偏振片的透振方向相互垂直，当其中一个偏振片逐渐旋转90°的过程中，透振方向逐渐变为相同，透过偏振片的光变为最强，再逐渐旋转90°的过程中，透振方向逐渐变为垂直，透过偏振片的光逐渐减弱到零，故A正确。
答案：A
?科学态度与责任——太阳光的衍射
3． (选自鲁科版新教材)如图所示，让太阳光通过窗上的小孔射进
漆黑的室内，并落在光滑的反射面(如玻璃、瓷碗、镀铬器件
或涂有油漆的门窗等)上，这时，你眯着眼并迎着反射方向看
去，不但能看到反射面上的白点(太阳虚像)，同时还能看到在它的两旁出现一排对称的彩带，眼缝越细，这种现象越显著，请分析原因。
提示：这是一种光的衍射现象，光通过眼缝时产生衍射现象，不同色光衍射条纹间距不同，因此，可以看到一排对称的彩带，眼缝越细，衍射现象越明显。
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开
眼，严重影响行车安全(如图)。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏
振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，使对面车灯的光线不能进入车内，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是 (　 )
A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的
B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的
C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
解析：此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过前窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能进入车内，B错误；若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进入本车窗内，却可以透射进对面车内，C错误，D正确。
答案：D　
2．应用激光平行性好的特点，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的反射脉冲的时间间隔，就可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。
答案：3.84×108 m(共36张PPT)
第五节　用双缝干涉实验测定光的波长
?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、光屏及测量头)、学生电源、导线、米尺。
?实验步骤
1．器材的安装与调整
(1)先将光源、遮光筒依次放于光具座上，如图所示，调整光源的高度，使它发出的一束光沿着遮光筒的轴线把屏照亮。
(2)将单缝和双缝安装在光具座上，使光源、单缝及双缝三者的中心位于遮光筒的轴线上，并注意使双缝与单缝相互平行，在遮光筒有光屏一端安装测量头，如图所示，调整分划板位置到分划板中心刻线位于光屏中央。
2．观察双缝干涉图样
(1)调节单缝的位置，使单缝和双缝间距离保持在5～10 cm，使缝相互平行，中心大致位于遮光筒的轴线上，这时通过测量头上的目镜观察干涉条纹，若干涉条纹不清晰，可通过遮光筒上的调节长杆轻轻拨动双缝，即可使干涉条纹清晰明亮。在屏上就会看到白光的双缝干涉图样。
(2)将红色(或绿色)滤光片放置在单缝前面，通过目镜可看到单色光的双缝干涉条纹。
?误差分析
产生原因 减少方法
偶然误差 l和Δx的测量 多次测量取平均值
系统误差 分划板刻线与干涉条纹不平行 调节单、双缝使分划板刻线与干涉条纹平行
二、他版教材实验多融通
(一)鲁科版教材实验方案　
[差异解读]
(1)实验原理和实验方案与粤教版实验方案相同。
(2)与粤教版相比多了调节杆。
(二)人教版教材实验方案　
[差异解读]
(1)实验原理和实验方案与粤教版实验方案相同。
(2)与粤教版相比，多了调节杆，用透镜代替滤光片。
实验原理与操作
(2)要增大观察到的条纹间距，正确的做法是______ 。(单选)
A．减小单缝与光源间的距离
B．减小单缝与双缝间的距离
C．增大透镜与单缝间的距离
D．增大双缝与测量头间的距离
[解析]　(1)若粗调后看不到清晰的干涉条纹，看到的是模糊不清的条纹，则最可能的原因是单缝与双缝不平行；要使条纹变得清晰，值得尝试的是调节拨杆使单缝与双缝平行，故C正确。
[答案]　(1)C　(2)D
(1)牢记实验仪器在光具座上的排列顺序。
(2)弄清影响条纹清晰度的因素。
(3)弄清影响条纹间距的因素。　　
[典例]　(2019·全国卷Ⅱ)某同学利用图示装置测量某种单色光的波长。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。回答下列问题：
(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
数据处理和误差分析
(2)若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为l，测得第1条暗条纹到第n条暗条纹之间的距离为Δx，则单色光的波长λ＝ ________；
(3)某次测量时，选用的双缝的间距为0.300 mm，测得屏与双缝间的距离为1.20 m，第1条暗条纹到第4条暗条纹之间的距离为7.56 mm。则所测单色光的波长为________nm(结果保留3位有效数字)。
1．[实验操作的创新]某同学做“用双缝干涉测量光的波长”的实验，实验装置如图1所示
(1)某同学经过粗略的调试后，出现了干涉图样，但不够清晰，以下调节方法中正确的是________。
A．旋转测量头 　　 B．上下拨动金属拨杆
C．左右拨动金属拨杆 　 D．前后拨动金属拨杆
创新考查角度和创新思维
(2) 该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2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)如图所示中条纹间距表示正确的是________。
答案：(1)C　(2)D　(3)C
2．[实验原理的创新]洛埃德在1834年提出了一种更简单的观察光的干涉现象的装置——洛埃德镜。如图所示，从单缝S发出的光，一部分入射到平面镜后反射到光屏上，另一部分直接投射到光屏上，在光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)实验表明，光从光疏介质射向光密介质，在界面处发生反射时，若入射角接近90°，反射光与入射光相比，相位有π的变化，即半波损失。如果把光屏移动到和平面镜接触，接触点P处是________(填“亮条纹”或“暗条纹”)。
(3)实验中，已知单缝S到平面镜的距离为h＝0.15 mm，单缝到光屏的距离为D＝1.2 m，观测到第3条亮条纹到第12条亮条纹的中心间距为22.78 mm，则该单色光的波长λ为______m(结果保留3位有效数字)。
解析：(1)如果S被视为双缝中的一个缝，S经平面镜成的像S′相当于另一个“缝”。
(2)如果把光屏移动到和平面镜接触，入射角接近90°，反射光与入射光相比相位有π的变化，即半波损失，所以接触点P处是暗条纹。
答案：(1)S经平面镜成的像S′　(2)暗条纹
(3)6.33×10－7
1．在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中，装置如图所示，双缝间的距离d＝3 mm。
(1)若测定红光的波长，应选用________色的滤光片。实验时需要测定的物理量有：________和__________________。
(2)若测得双缝与屏之间的距离为0.70 m，通过测量头(与螺旋测微器原理相似，手轮转动一周，分划板前进或后退0.5 mm)观察第1条亮条纹的位置如图甲所示，观察第5条亮条纹的位置如图乙所示。则可求出红光的波长λ＝________m。(保留一位有效数字)
(3)某位同学在测定光波波长的实验中，透过测量头上的目镜观察双缝干涉图样时发现，只在左侧视野中有明暗条纹出现，而右侧没有，应如何调节？
2．如图所示，某同学在“用双缝干涉实验测定光的波长”的实验中：
(1)如图乙是光的条纹形状示意图，其中干涉图样是________(填字母)。
(2)下述现象中能够观察到的是________。
A．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
B．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
C．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
D．去掉滤光片后，干涉现象消失
(3)如果测得第一条亮条纹中心与第六条亮条纹中心间距是11.550 mm，求得这种单色光的波长为______m。(已知双缝间距d＝0.2 mm，双缝到屏的距离l＝700 mm)
解析：(1)双缝干涉条纹特点是等间距、等宽度、等亮度，根据此特点知A图是干涉条纹。
答案：(1)A　(2)AC　(3)6.6×10－7
3．(2022·广州高二检测)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。
(2)如图所示，A、B、C、D代表双缝产生的四种干涉图样，回答下列问题：
①如果A图样是红光通过双缝产生的，那么换用紫光得到的图样用________图样表示最合适；
②如果将B图样的双缝距离变小，那么得到的图样用________图样表示最合适。
(3)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，此时手轮上的示数为2.320 mm，然后同方向转动测量头，使分划板中心刻度线与第6条亮条纹中心对齐，记下此时手轮上的示数为13.870 mm，求得相邻亮条纹的间距Δx为________mm(保留3位小数)。
(4)已知双缝间距d＝2.0×10－4 m，测得双缝到屏的距离l＝0.700 m，由公式λ＝________，求得所测红光的波长为________ mm(保留2位有效数字)。
答案：(1)E、D、B　(2)①C　②D　(3)2.310　
4．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宽度有关
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________。
答案：(1)ACD　(2)0.705　(3)大于(共33张PPT)
第四章　光及其应用
第一节　光的折射定律
核心素养导学
物理观念 知道光的折射现象，理解光的折射定律和折射率的概念。
科学思维 学会根据光的折射画出光路图，应用光的折射定律分析解决问题。
科学探究 学会用实验探究折射角与入射角的关系。
反射
(1)光在均匀介质中沿直线传播。
(2)光发生折射的条件是光从一种介质进入另一种介质。　　
折射
同一平面内
两侧
正比
正弦值
正弦值
大于
越小
1．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：筷子发生了光的折射现象。
试根据表中数据判断下列说法的正误：
(1)介质的折射率都大于1。 ( )
(2)折射率大的介质密度一定大。 ( )
(3)玻璃的折射率一定大于水晶的折射率。 ( )
(4)光在水中的传播速度大于光在酒精中的传播速度。 ( )
√
×
×
√
新知学习(一)|光的折射和折射定律
[任务驱动]
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：人看到的鱼是由于折射而成的像，其位置在鱼的实际位
置上方，如图所示。
[重点释解]
1．光的方向
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，光传播的速度也发生变化。
3．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。
[答案]　(1)7 m　(2)5.5 m
/方法技巧/
解决光的折射问题的基本思路
(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、折射定律求解有关问题。
(4)注意光路可逆性的利用。
[针对训练]
1． 在图中虚线表示两种介质的界面及法线，实线表示一条光线斜
射向界面后发生反射与折射的光线，以下说法正确的是 (　 )
A．M′N′是法线，MN是界面
B．MN是法线，M′N′是界面
C．aO是入射光线，Ob是折射光线，cO是反射光线
D．aO是折射光线，Ob是反射光线，cO是入射光线
解析：根据题图有aO和bO关于MN对称，则MN是法线，M′N′是界面，aO是入射光线，Ob是反射光线，Oc是折射光线，A、C、D错误，B正确。
答案：B　
答案：BC
新知学习(二)|对折射率的理解和计算
[任务驱动]
如下表所示是在探究光由真空射入某种透明介质发生折射时的规律时得到的实验数据，请在表格基础上思考以下问题：
入射角i(°) 折射角r(°) i/r sin i/sin r
10 6.7 1.50 1.49
20 13.3 1.50 1.49
30 19.6 1.53 1.49
40 25.2 1.59 1.51
50 30.7 1.63 1.50
60 35.1 1.71 1.51
70 38.6 1.81 1.50
80 40.6 1.97 1.51
(1)随着入射角的增大，折射角怎样变化？
(2)当入射角与折射角发生变化时，有没有保持不变的量？
提示：(1)随着入射角的增大，折射角也增大。
(2)由表中数据可知，当入射角与折射角发生变化时，入射角的正弦值与折射角的正弦值的比值保持不变。　　　　
答案：C
2．一个圆柱形桶，直径为12 cm，高为16 cm。人眼在桶右侧上方某处观察，看到桶左侧的深度为9 cm。当桶中装满某种液体时，则恰能看到桶左侧的最低点。求：
(1)此液体的折射率；
(2)光在此液体中的传播速度。
?科学态度与责任——太阳升出地平线分析
3．(选自鲁科版新教材“物理聊吧”)早晨，当我们看到太阳刚刚升出地平线时，实际上太阳还在地平线以下。请解释这一现象。
提示：由于离地面越近，空气的折射率越大，故太阳光进入地球大气层后光线逐渐向下偏折，所以当我们看到太阳刚刚升出地平线时，实际的太阳还在地平线以下。
二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值
1． 如图所示为一内侧面与外侧面平行、中间部分为空气的三棱
镜。将此三棱镜放在空气中，让一束单色光沿平行于底边BC
的方向入射到AB面上，光从AC面射出，在图示出射光线中
(光线②平行于BC边)，正确的是 (　 )
A．只能是① B．只能是②
C．只能是③ D．①②③都有可能
解析：由于内侧面与外侧面平行，每个侧面相当于一个平行玻璃砖，穿过平行玻璃砖后光线与入射光线平行，B正确，A、C、D错误。
答案：B

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